塑料用自攻螺钉芯部开裂工艺改进方案.docx
基于30。牙型塑料用自攻螺钉螺纹成形后的芯部开裂缺陷，从牙板设计、调机尺寸、材料状态和毛环线径4个方面，分别验证导致缺陷的关键因素，制定工艺改进方案。通过更换材料和更改线材直径，解决了自攻螺钉芯部开裂问题，为后续同类产品的开发提供设计依据和理论基础。1序言30。牙型塑料用自攻螺钉因为具有较陡的螺纹断面和嵌入式的螺纹根部，能够提供比60。标准牙型更大的螺纹接合度，且对基座的应力更小，因此被广泛应用于汽车工业领域。现有一款塑料用自攻螺钉（见图1）,规格为TP6×17mm,材料为ML20MnTiB冷锻钢。产品制造工艺路线为：备料一冷锻T搓丝T热处理T表面处理T全检一包装。在产品开发阶段，用金相法检测螺纹成形后的半成品，发现存在严重的螺纹芯部开裂（见图2）现象。检测搓丝前的毛坯未发现该缺陷，初步分析为螺纹成形时杆部挤压力过大导致为解决该质量问题，开展了4个方面的改进验证。图1塑料用自攻螺钉图2螺纹芯部开裂2分析及验证2.1 加大牙板板型螺纹牙板由定板和动板组成，自攻螺纹牙板的定板分为入料区、成形区、整形区和出料区。为了减轻螺纹成形时单位行程内所受的挤压力，采用加大板型的方式进行验证，即延长螺纹成形区，使螺纹多滚动数圈成形。该产品杆部线径为4.30mm,滚动一圈的周长A-t=13.5mm0改进前牙板板型为105mm90mm×25mm×25mm,螺纹成形滚动圈数n=90/13.5=6.7;改进后牙板板型为127mm108mm×25mm×25mm,螺纹成形滚动圈数0=108/13.5=8。经调试验证后，芯部仍出现开裂现象。2.2 调机尺寸调整在保证各成形尺寸均满足图样要求的基础上，调机时尽可能控制螺纹外径在O中下限，可减小螺纹成形的变形量。螺纹外径要求6.22-mm,改进前实测外径6.156.20mm,螺纹成形变形率为(1-4.32/6.182)×100%=51.6%0改进后实测外径6.036.08mm,螺纹成形变形率为(1-4.32/6.062)x100%=49.7%。经调试验证后，芯部仍然出现开裂现象。2.3 材料状态改善(1)降低毛坯硬度按GB/T4340.12009中的硬度检测方法，原材料实测平均硬度为154HV,冷作硬化后，杆部平均硬度为242HVo为减小应力集中，对冷锻后毛坯进行退火处理，具体退火工艺和退火后硬度见表1。经调试验证后，芯部均出现开裂现象。表1退火工艺和退火后硬度项目退火工艺平均硬度/HV试验一560CXI20min去应力退火，水冷152试验二630CX120min去应力退火，水冷131试验三710Cx60min球化退火，空冷153试验四810Cx60min球化退火，随炉冷却至620C后出炉空冷116（2）更换材料该产品指定需要用B级钢ML20MnTiB冷锻钢材料来制造，按GB/T4336-2016规定的化学成分分析法检测，成分符合标准要求。ML20MnTiB成分要求及实测数据见表2。按GB/T132982015金属显微组织检验方法中的金相法检测，组织为铁素体+珠光体（见图3）,晶粒度8级，表面未见明显脱碳（见图4）,表明其组织无异常。选用汽车塑料用自攻螺钉领域常用的低碳钢SWRCH22A同状态材料做验证，因SWRCH22A比ML20MnTiB的合金元素少，材料的韧性更好，冷作硬化速度慢，故有利于变形较大的螺纹成形。ML20MnTiB与SWRCH22A的化学成分对比见表3。经调试验证后，芯部未开裂。表2ML20MnTiB成分要求及实测数据（质量分数）（%）类别CSiMnPSBAlt标准要求0.17-0.240.400.801.200.00350.00350.00050.00350.02测据实数0.1970.1591.100.00270.00050.00110.0309图3铁素体+珠光体图4表面未见明显脱碳表3ML20MnTiB与SWRCH22A化学成分对比（质量分数）（%）钢种CSiMnPSBML20MnTiB0.17-0.24<0.400.80-1.200.0035<0.00350.05-0.35SWRCH22A0.18-0.23<0.100.70l.<0.025<0.025一2.4 更改线材直径该产品毛坯采用强束杆部的方式成形,头部外径15mm,改进前线径为7mm,头部变形率为(1-72/152)X100%=78%,杆部束到丝坯尺寸为Q.3mm,束比为(1-4.32/72)X100%=62%。产品成形过程如图5所示。改进后线径为5.8mm,头部变形率为(1-5.82/152)×100%=85%,杆部束比为(1-4.32/5.82)XIOe)%=45%,试搓后芯部无开裂。此方案理论上头部变形率已经超过80%的设计极限，头部变形过大会增加开裂风险，通过加严管控原材料状态、增加头部100%全检裂纹的工序来控制风险。3结束语本文中的塑料用自攻螺钉芯部开裂缺陷，经工艺分析为螺纹成形时杆部挤压力过大导致为此从4个方面制定工艺改进方案并进行逐项验证。试验结果表明，针对大变形头部及杆部的塑料用自攻螺钉开发，在原材料牌号的选用、冷锻毛坯线径的选择方面要做好充分的设计与验证，避免产生螺纹成形后的芯部开裂缺陷。
