[发明专利]梅花头螺钉头模锻装置及其模锻方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种机械零件制造技术领域的工艺及装置，具体是一种梅花头螺钉头模锻装置及其模锻方法。

背景技术

在机器制造业中广泛使用头部带有十字形槽的螺钉，如图1所述。由于结构特别是槽型结构，它们不能承受太大的扭矩。在螺钉拧入时，扳手接触表面的锥形和螺钉的十字槽引起了不必要的附加轴向力。为了保证有最大接触面积，该轴向力随着拧紧力矩的增大而增加。在相反条件下，扳手拧出的轴向力，减少了接触面积。这就导致增加接触应力，也就导致了十字槽的剪切而破坏。

经过对现有技术的检索发现，美国专利号4,384,812记载了一种螺钉头，该技术中涉及的螺钉头顶部有由两个等边8角形所形成的星形孔，8角形置于正8边形和与其内接的正4边形之间，8边形和4边形同轴、一个置于另一个之上且相位错开约45°，故有8个凸角和8个凹角交错排布。但是该技术未涉及6角星垂直内孔及具体成形工艺，也未涉及螺钉孔受力分析，同时该技术螺钉的形状结构导致其使用寿命较短。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种梅花头螺钉头模锻装置及其模锻方法，制备得到头部带有梅花形(六角星形)扳手槽的螺钉，使用时在轴向不存在反作用力，从而保证了扳手最大的接触面积和对应最小的单位压力，大幅度提高了螺钉使用寿命。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种梅花头螺钉头模锻装置，包括：垫板、第一凸模、导向套、弹簧、凹模、导向轮和模座，其中：第一凸模、导向套和弹簧由内而外依次设置于凹模内部，凹模垂直设置于模座内且顶部与水平设置的垫板相接触，导向轮转动设置于模座内并与凹模的外侧相啮合。

所述的第一凸模的底部开口为锥形喇叭口结构和柱形喇叭口结构，其中：

锥形喇叭口结构由圆柱体部分和截锥体部分组成，其中：圆柱体部分的直径为d₀，高度为0.3mm，截锥体部分的上端直径为高度0.3mm；下端直径为d₀+1mm，高度为0.3mm，d₀为原始毛坯外径，在此为

柱形喇叭口结构为直径为D₀，即椭球体外径高度为3.55mm的圆柱体。

本发明涉及上述装置的制造工艺，包括以下步骤：

第一步、在第一凸模上加装弹簧，然后以模锻镦粗系数为K＝l/d＞3.3预镦头部；

第二步、使用带六角星形第一凸模采用开式冲孔原理，采用10～20塑性钢、热强钢12Mn、20Mn2或38CrMnNiMo作为原材料进行分步式模锻；

所述的分步式模锻是指：

工步I)选取直径为长度为37.1mm的圆柱体棒材作为坯料，置于所述模锻装置中，当采用10～20塑性钢作为原材料时则一次镦粗方式得到头部具有椭球体的螺钉坯，或者当采用热强钢12Mn、20Mn2或38CrMnNiMo作为原材料时则通过两次镦粗方式，先制成头部具有厚度为3.55mm、高为4mm、锥角为52°的截锥体小头的螺钉坯，然后再进一步二次镦粗为头部具有椭球体的螺钉坯；

所述的椭球体的直径为厚度为3.55mm。

所述的螺钉坯的头部高径比K＝1.2＜＜2.8；截面参数采用l₁/2高度处内外径差值之半：ΔS＝D-D₁，式中D为外形中径；D₁为型腔最大直径；稳定性参数K＝2.8或K＝2l₁/(D-D₁)。

工步II)将螺钉坯置于螺钉头模具中，以开式冲孔方式进行锻造，得到具有六角星形的梅花头螺钉头。

所述的螺钉头模具包括上模具和下模具，其中：上模具上设有第二凸模，下模具上设有通孔，所述螺钉坯竖直设置于通孔内并正对第一凸模和第二凸模。

所述的第二凸模的内径与第一凸模动配合且端面为120°截锥体，高度为1mm。

本发明涉及上述方法制造得到的梅花头螺钉，其头部具有梅花花瓣状的六角星形扳手槽，其中：六角星形外接圆直径为扳手槽的深度为1.6mm。

附图说明

图1为头部带有十字形槽的螺钉示意图。

图2为头部带有梅花形扳手槽螺钉示意图；

图中：(a)为侧视图，(b)为俯视图。

图3为第一凸模带有弹簧的模具结构示意图。

图4为头部带有梅花形槽螺钉头部成形模具示意图。

图5为改变常规工步I镦成椭球形头后的模锻件示意图。

图6为消除高强度钢螺钉头部裂纹改进后的工艺工步示意图。

具体实施方式