蔣楊英，林志峰

舟山市7412工廠(chǎng) 浙江舟山 316041

1 序言

30°牙型塑料用自攻螺釘因?yàn)榫哂休^陡的螺紋斷面和嵌入式的螺紋根部，能夠提供比60°標(biāo)準(zhǔn)牙型更大的螺紋接合度，且對(duì)基座的應(yīng)力更小，因此被廣泛應(yīng)用于汽車(chē)工業(yè)領(lǐng)域[1]?，F(xiàn)有一款塑料用自攻螺釘（見(jiàn)圖1），規(guī)格為T(mén)P6×17mm，材料為ML20MnTiB冷鐓鋼。產(chǎn)品制造工藝路線(xiàn)為：備料→冷鐓→搓絲→熱處理→表面處理→全檢→包裝。在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)階段，用金相法檢測(cè)螺紋成形后的半成品，發(fā)現(xiàn)存在嚴(yán)重的螺紋芯部開(kāi)裂（見(jiàn)圖2）現(xiàn)象。檢測(cè)搓絲前的毛坯未發(fā)現(xiàn)該缺陷，初步分析為螺紋成形時(shí)桿部擠壓力過(guò)大導(dǎo)致[2]。為解決該質(zhì)量問(wèn)題，開(kāi)展了4個(gè)方面的改進(jìn)驗(yàn)證。

圖1 塑料用自攻螺釘

圖2 螺紋芯部開(kāi)裂

2 分析及驗(yàn)證

2.1 加大牙板板型

螺紋牙板由定板和動(dòng)板組成，自攻螺紋牙板的定板分為入料區(qū)、成形區(qū)、整形區(qū)和出料區(qū)。為了減輕螺紋成形時(shí)單位行程內(nèi)所受的擠壓力，采用加大板型的方式進(jìn)行驗(yàn)證，即延長(zhǎng)螺紋成形區(qū)，使螺紋多滾動(dòng)數(shù)圈成形。該產(chǎn)品桿部線(xiàn)徑為4.30mm，滾動(dòng)一圈的周長(zhǎng)A＝πd＝13.5mm。改進(jìn)前牙板板型為105mm/90mm×25mm×25mm，螺紋成形滾動(dòng)圈數(shù)n＝90/13.5＝6.7；改進(jìn)后牙板板型為127mm/108mm×25mm×25mm，螺紋成形滾動(dòng)圈數(shù)n＝108/13.5＝8。經(jīng)調(diào)試驗(yàn)證后，芯部仍出現(xiàn)開(kāi)裂現(xiàn)象。

2.2 調(diào)機(jī)尺寸調(diào)整

在保證各成形尺寸均滿(mǎn)足圖樣要求的基礎(chǔ)上，調(diào)機(jī)時(shí)盡可能控制螺紋外徑在中下限，可減小螺紋成形的變形量。螺紋外徑要求6.22-0-0.22mm，改進(jìn)前實(shí)測(cè)外徑6.15～6.20mm，螺紋成形變形率為（1-4.32/6.182）×100%＝51.6%。改進(jìn)后實(shí)測(cè)外徑6.03～6.08mm，螺紋成形變形率為（1-4.32/6.062）×100%＝49.7%。經(jīng)調(diào)試驗(yàn)證后，芯部仍然出現(xiàn)開(kāi)裂現(xiàn)象。

2.3 材料狀態(tài)改善

（1）降低毛坯硬度 按GB/T 4340.1—2009中的硬度檢測(cè)方法，原材料實(shí)測(cè)平均硬度為154HV，冷作硬化后，桿部平均硬度為242HV。為減小應(yīng)力集中，對(duì)冷鐓后毛坯進(jìn)行退火處理，具體退火工藝和退火后硬度見(jiàn)表1。經(jīng)調(diào)試驗(yàn)證后，芯部均出現(xiàn)開(kāi)裂現(xiàn)象。

表1 退火工藝和退火后硬度

（2）更換材料 該產(chǎn)品指定需要用B級(jí)鋼ML20MnTiB冷鐓鋼材料來(lái)制造，按GB/T 4336—2016規(guī)定的化學(xué)成分分析法檢測(cè)，成分符合標(biāo)準(zhǔn)要求。ML20MnTiB成分要求及實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。按GB/T 13298—2015金屬顯微組織檢驗(yàn)方法中的金相法檢測(cè)，組織為鐵素體+珠光體（見(jiàn)圖3），晶粒度8級(jí)，表面未見(jiàn)明顯脫碳（見(jiàn)圖4），表明其組織無(wú)異常[3]。選用汽車(chē)塑料用自攻螺釘領(lǐng)域常用的低碳鋼SWRCH22A同狀態(tài)材料做驗(yàn)證[4]，因SWRCH22A比ML20MnTiB的合金元素少，材料的韌性更好，冷作硬化速度慢，故有利于變形較大的螺紋成形。ML20MnTiB與SWRCH22A的化學(xué)成分對(duì)比見(jiàn)表3。經(jīng)調(diào)試驗(yàn)證后，芯部未開(kāi)裂。

表2 ML20 MnTiB成分要求及實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）（%）

圖3 鐵素體+珠光體

圖4 表面未見(jiàn)明顯脫碳

表3 ML20MnTiB與SWRCH22A的化學(xué)成分對(duì)比（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） （%）

2.4 更改線(xiàn)材直徑

該產(chǎn)品毛坯采用強(qiáng)束桿部的方式成形，頭部外徑15mm，改進(jìn)前線(xiàn)徑為7mm，頭部變形率為（1-72/152）×100%＝78%，桿部束到絲坯尺寸為φ4.3mm，束比為（1-4.32/72）×100%＝62%。產(chǎn)品成形過(guò)程如圖5所示。改進(jìn)后線(xiàn)徑為5.8mm，頭部變形率為（1-5.82/152）×100%＝85%，桿部束比為（1-4.32/5.82）×100%＝45%，試搓后芯部無(wú)開(kāi)裂。此方案理論上頭部變形率已經(jīng)超過(guò)80%的設(shè)計(jì)極限，頭部變形過(guò)大會(huì)增加開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)[5]，通過(guò)加嚴(yán)管控原材料狀態(tài)、增加頭部100%全檢裂紋的工序來(lái)控制風(fēng)險(xiǎn)。

圖5 產(chǎn)品成形過(guò)程

3 結(jié)束語(yǔ)

本文中的塑料用自攻螺釘芯部開(kāi)裂缺陷，經(jīng)工藝分析為螺紋成形時(shí)桿部擠壓力過(guò)大導(dǎo)致，為此從4個(gè)方面制定工藝改進(jìn)方案并進(jìn)行逐項(xiàng)驗(yàn)證。試驗(yàn)結(jié)果表明，針對(duì)大變形頭部及桿部的塑料用自攻螺釘開(kāi)發(fā)，在原材料牌號(hào)的選用、冷鐓毛坯線(xiàn)徑的選擇方面要做好充分的設(shè)計(jì)與驗(yàn)證，避免產(chǎn)生螺紋成形后的芯部開(kāi)裂缺陷。