[发明专利]一种螺栓生产用模具、生产方法及制造出的螺栓

说明书

本发明公开了一种螺栓生产用模具，包括上模和下模，所述上模盖合在下模上形成模具型腔，所述模具型腔包括依次连接的挤压通道、梯度成型通道和定径通道；所述挤压通道背离梯度成型通道的端部设有第一挤压冲头。本发明还公开了一种螺栓的生产方法及螺栓，本发明的优点在于，实现螺栓从其表层到芯部的合金晶粒尺寸逐渐增大的梯度结构，使得合金材料制成的螺栓同时具有高强度和高塑性。

技术领域

本发明涉及螺栓，具体涉及一种螺栓生产用模具、生产方法及制造出的螺栓。

背景技术

随着科技的发展，用于各种机械结构的螺栓等紧固件提出了更高的要求，以期获得更高的强度和塑性。但提高合金的强度往往会导致其塑性的降低，如TIMETAL-125钛合金的延伸率可达13％，但相应的抗拉强度则降为1250MPa，通过热处理可使抗拉强度最高可达1586MPa，但相应的延伸率降低至6％左右。

近年来，研究发现当材料表层为纳米晶或超细晶、芯部为粗晶，且晶粒尺寸由表层至芯部呈梯度分布时，材料可以兼具高强度及优良的塑性。如K.Lu等人在《Science》发表“Making strong nanomaterials ductile with gradients”梯度结构原理制备强韧纳米材料，(2014,345(6203):1455.)指出当钢、铜、铝等材料的晶粒尺寸细化至纳米尺度时可以得到较高的强度，但由于应力集中，其塑性显著降低，而当材料表层为纳米晶或超细晶、芯部为粗晶，且晶粒尺寸由表层至芯部呈梯度分布时，可以使材料兼具优良的塑性及高强度。

传统的螺栓生产工艺包括热轧盘条、冷拔、球化退火、机械除磷、酸洗、冷拔、冷锻成型、螺纹加工、热处理、检验等步骤，采用该方法生产的螺栓，并不能产生晶粒尺寸由表层向芯部呈梯度分布的结构特性，也就无法获得同时具有高强度、高塑性的螺栓。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于：现有螺栓生产工艺难以制得同时具有高强度、高塑性的螺栓。

本发明采用以下技术方案解决上述技术问题：

一种螺栓生产用模具，包括上模和下模，所述上模盖合在下模上形成模具型腔，所述模具型腔包括依次连接的挤压通道、梯度成型通道和定径通道；所述挤压通道背离梯度成型通道的端部设有第一挤压冲头。

优选地，本发明所述的一种梯度节结构的螺栓生产用模具，所述梯度成型通道为自挤压通道向定径通道方向延伸并渐缩的锥形。

优选地，本发明所述的一种梯度结构的螺栓生产用模具，所述定径通道背离梯度成型通道的端部设有头部成型通道，所述头部成型通道背离定径通道的端部设有第二挤压冲头。

本发明提供了一种螺栓生产方法，其基于上述的生产模具，包括以下步骤：

(1)预热待加工坯料；

(2)将预热后的坯料放入挤压通道内，上模盖合在下模上；

(3)启动压力机，第一挤压冲头对坯料施加压力，将坯料挤入梯度成型通道内，变形后流入定径通道和头部成型通道；坯料靠近第二挤压冲头的端部在第二挤压冲头的作用下镦粗变形，至头部完全成型，得到预制坯；

(4)卸压开模，使第一挤压冲头及第二挤压冲头复位，取出预制坯；

(5)在预制坯上加工螺纹，得到成品。

优选地，本发明所述的一种螺栓生产方法，所述步骤(3)中第二挤压冲头在坯料完全流过梯度成型通道后调节其压力为恒压。

优选地，本发明所述的一种螺栓生产方法，所述步骤(1)中放入挤压通道内的坯料为两块，其中一块靠近第一挤压冲头，另一块靠近梯度成型通道，所述步骤(3)中，待靠近梯度成型通道的坯料完全流过梯度成型通道后，调节第二挤压冲头的压力为恒压。