搓丝板

加工丝锥、螺栓的专用刀具

搓丝板-用于搓牙机上面的两块方形的模版，分为两块，一长一短，上面有牙纹，用于对螺丝光钉挤压成型为螺纹的模具。

工具简介

搓丝板是用于加工丝锥、螺栓的一种专用刀具。

搓丝板是标准紧固件行业加工螺钉和螺栓时最常用的螺纹工具，加工原理主要采用冷挤压成型，而冷挤压成型具有生产效率高、加工成本低、加工出的螺纹精度和强度高、表面质量好等优点，得到了广泛的应用。

结构形式

搓丝板的结构形式有活动搓丝板和固定搓丝板两种。

工作特点

搓丝板一般采用冷滚压成型，热处理后不在加工，工作时齿部要承受剧烈的冲击载荷和挤压应力的作用，热处理后齿根以下3至5mm内的硬度为58至61HRC，淬火马氏体小于3级，齿面无脱碳。

工作要求

搓丝板要具有极高的硬度、耐磨性、足够的强度、一定的冲击力、抗疲劳性要强。

选材要求

GB /T 972 《搓丝板》标准规定搓丝板采用9SiCr、Cr12MoV 钢制造，工作部分的硬度为59 ～62HRC，若＞62HRC 易崩齿，＜59HRC 易磨损; 淬火马氏体＜3 级; 工作表面不应有脱碳和硬度低的地方; 搓丝板表面不得有裂纹、刻痕、锈迹和磨削烧伤等影响使用性能的缺陷。

根据搓丝板的工作条件可知，选用的材料应具备以下性能：

（1）良好的淬透性，基体硬度高，耐磨性好；

（2）尺寸稳定性好；

（3）良好的冲击韧性和适当的强度；

（4）切削加工性和热加工性好。

因此适宜制作的常见材料为9SiCr、Cr12或Cr12MoV，但目前工厂大多采用9SiCr

加工工艺

搓丝板的制作路线为：下料——锻造——球化退火——机加工——冷滚螺纹——淬火+低温回火——磨加工

锻造：

该工序是对棒料反复镦粗拔长，目的是使碳化物分布均匀，同时改变钢的内部流线分布。

一般希望搓丝板的流线分布如图所示。

球化退火：

毛坯的硬度高，成分不均匀，为降低硬度和便于切削加工，也为最后的热处理做好了组织上的准备。技术指标为：

①9SiCr钢，硬度197~241HB

②脱碳层深度不允许超过加工余量的1/2加热到790℃保温2h，炉冷到710℃，再保温7h，再炉冷到500℃，空冷。球化退火后的组织：球状珠光体。

冷滚螺纹：

它是制造过程中的关键工序，利用滚针加工出螺纹，其精度的高低直接影响到加工出的外螺纹的质量因此应严格执行技术要求。

搓丝板的热处理：

①技术要求：硬度58~62HRC；淬火马氏体小于2.5级[在金相检查（500x）]；齿面无氧化、脱碳及麻点。

②工艺流程：预热——加热——冷却——清洗——回火——检查硬度——发黑——外观检查。9CrSi钢制作的搓丝板的热处理工艺如下图

回火工艺：

①由于Si、Cr元素的作用，提高了钢的回火稳定性，因此在200～230 °C回火。在这个温度下，硬度降低很少，回火后仍具有很高的硬度。

②回火后的组织为：M回+粒状碳化物+少量残余奥氏体。

失效形式

搓丝板最常见的失效形式主要有：疲劳破坏、磨损、崩刀、堆牙、牙纹剥落等。

搓丝板的失效形式主要由于冷加工、热加工和用户使用不当造成。

冷加工方面：

（1）螺纹乱扣，主要是因为螺旋线不直，制造时搓丝板发生轴向位移。

（2）牙型剥落，滚制螺纹时发生错位造成牙型夹皮和双牙尖，主要是因为滚制时间过长和反复多次重复，或者牙型的机构不合理，如齿顶太尖、齿根或直角和机械加工不良，或磨削速度与进给量过大及润滑冷却不良造成磨糊和出现显微裂纹等缺陷;搓丝板出厂前退磁不彻底,服役时牙纹吸附细铁末,致使牙纹相互研磨等均会影响使用寿命。

热处理方面：

（1）氧化脱碳——搓丝板螺纹滚压加工成品后最终热处理,若在非保护气氛炉中加热易导致氧化脱碳。钢材脱碳因氧化作用使钢材料表面碳量减少现象。当氧化速度比碳(C)向金属外层扩散速度小时则发生脱碳,反之,氧化速度比碳向金属外层扩散速度大时则发生氧化,形成氧化铁皮剥落。脱碳形成的铁素体晶粒组织有柱状晶粒脱碳和粒状晶粒脱碳两种形式,导致降低硬度,降低耐磨性和疲劳强度,服役时造成堆牙和整片牙纹剥落等早期失效。因加热时炉内存在O2、CO2、H2O等气体与钢中铁(Fe)发生化学反应:

2Fe+O2→2FeO

Fe+CO2→FeO+CO

H2[O]+H2+3Fe+4[O]→ Fe3O4

2Fe+3[O] →Fe2O3

Fe2O3+mH2O→ Fe2O3·mH2O

钢在炉气作用下,钢中碳(C)便和炉气发生化学反应,使模具脱碳。化学反应式:

Fe(C)+1/2O→2Fe+CO

Fe(C)+2H2O →Fe+CH4+O2

2Fe(C)+CO2→2Fe+2CO

Fe(C)+H2O →Fe+H2+CO

奥氏体晶粒粗大——因淬火加热温度过高和保温时间过长或仪表控温不准与预备热处理不当,原始组织未得到细化等原因,导致奥氏体晶粒显著长大至5～6级(要求10.5～11.0级)。钢奥氏体晶粒定为13级,1级最粗,13级最细。1～3级为粗晶粒,4～6级为中等粗晶粒,1～4级均为过热奥氏体晶粒,力学性能低劣,7～9级为细晶粒,10～13级为超细晶粒。晶粒愈细,钢的强韧性愈好,综合力学性能愈佳,淬火获得要求的隐晶马氏体;晶粒愈粗,钢的强韧性愈差,淬火得到脆性大的粗马氏体组织,易导致牙型剥落与崩刃失效。但也不宜降低淬火加热温度与硬度来获得强韧性,因会导致牙齿耐磨性降低。畸变——钢材虽经轧制,Cr12型钢中共晶碳化物有一定程度破碎,但沿轧制方向呈带状分布,导致性能和畸变有明显方向性,因此,必须进行改锻,击碎共晶碳化物,使之≤3级,并使锻造纤维组织无定向分布,可有效降低畸变。其次,搓丝板齿形是滚压成形的,表面存在较大内应力,在滚压过程中,因受力不均匀和金属流动各部位不一致,易导致齿形面与底平面平行度发生畸变,必须严格工艺,控制畸变在允许范围内。

腐蚀——Cr12型钢属高碳高铬莱氏体钢,组织中有(Fe·Cr)7C3型共晶碳化物偏析严重,一般为3～7级,经反复多次双十字形镦拔锻造可降低2～3级,该模要求共晶碳化物≤3级,最佳1～2级。试验表明,腐蚀程度随共晶碳化物偏析与钢材增大愈严重（如下表）

表1实验表明,必须严格选材,其共晶碳化物≤1～2级最佳,不合格者不投产,或通过改锻达标,产品应在真空电炉、保护气氛炉和使用TiO2+SiC高温脱氧剂充分脱氧盐浴炉中进行淬火加热。

用户使用不当：

当两只模具对位不正,搓丝发生轴向位移,使牙纹受到挤压和剪切两种应力作用;被搓螺纹坯件硬度过高和不均匀或被搓螺纹坯件淬火后未经回火混入;被搓螺纹坯件带有氧化皮、砂轮粒子及污物和未加润滑剂等均会导致崩牙与早期磨损失效。研究表明,GW30合金有比Cr12型钢更高的硬度、耐磨性和微小畸变,又可进行冷热加工,热处理强化和锻压形变,填补了硬质合金与工模具熔炼钢之间的空白。

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