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1、山东大学硕士学位论文铁路货车专用拉铆钉制造工艺与质量控制系统研究姓名：崔兆永申请学位级别：硕士专业：材料工程指导教师：郝滨海20090910摘要铁路货车专用拉铆钉制造工艺与质量控制系统研究摘要铁路货车专用拉铆钉是铁路货车连接紧固件，性能参数要求较高。广泛应用于铁路货车侧柱与侧墙的连接；脚蹬与侧梁的连接；下心盘与枕梁盖板、制动梁等的连接，用量很大。但由于国外生产厂家施行技术封锁，目前国内供货厂家很少，不但生产能力有限而且技术水平低。使供需矛盾突出，造成货源紧张，需要大量进口，价格昂贵。本课题主要通过对铁路货车专用拉铆钉结构特点和力学性能等关键质量特性的分析和对国内外多种铆钉、套环加工方案的比较，
2、确定合理的适合我国国情的铁路货车专用拉铆钉加工工艺方案，并利用D E F O R M 一3 D 软件对镦锻过程进行了有限元模拟，对金属流动、应力、应变、载荷情况等进行了分析。利用分析结果，对有关设计参数进行了优化。在有限元模拟及工艺分析的基础上，选择确定了铁路货车专用拉铆钉冷镦、滚压工艺、冷镦模具结构和适用原材料。并对拉铆钉热处理、表面处理工艺，对冷镦模具结构等进行了设计，重点设计了拉铆钉镦锻工艺图；选定了拉铆钉镦锻、滚压、热处理设备。本文还对拉铆钉生产过程中主要质量问题进行了分析；对拉铆钉产品质量控制进行了研究，提出了质量控制系统方案。根据I S 0 9 0 0 0 质量管理体系理论，合理设
3、置了生产工序，配置了作业人员，从人员、设备、材料、制度、环境、测量六方面着手，围绕“提高产品质量，降低制造成本，全面提高管理水平 这一目标设计制定了拉铆钉质量控制系统。本课题研究内容涵盖了生产过程中人员、设备、材料、制度、环境、测量六方面的因素，本文所完成的与铁路货车专用拉铆钉制造相关的理论分析、所进行的相关工艺试验结果和所设计生产工艺已在批量生产中进行了验证。该课题的研究丰富了铁路货车专用拉铆钉冷镦锻工艺的内容和理论，有一定的学术价值，对生产实践有较大的指导作用，为从事铁路货车专用拉铆钉冷镦锻工艺设计与质量控制的人员提供了借鉴和参考。关键词：铁路货车，拉铆钉；工艺设计；质量控制，山东大学硕士
4、学位论文T h eD e s i g no fM a n u f a c t u r i n gP r o c e s sa n dQ u a l i t yC o n t r o lS y s t e mf o rR a i lW a g o nP u l l i n gR i v e tA b s C r a c tT h es p e c i a lp u l l i n gr i v e to fr a i lw a g o ni sac o n n e c t i n gf a s t e n e rw h i c hh a sh i g h e rr e q u i r e m e
5、 n t so nt h ep e r f o r m a n c ep a r a m e t e r s T h ep u l l i n gr i v e ti sw i d e l yu s e di nc o n n e c t i n gt h es i d ej a m ba n dt h es i d ew a l lo fr a i lw a g o n，t h ep e d a la n dt h el a t e r a lb e a m，t h et r u c kc e n t e rp l a t ea n dt h ec o r b e lc o v e r,c
6、o n n e c t i o n so fb r a k eb e a m s，e t c H o w e v e r,d u et ot h et e c h n o l o g ye m b a r g oo ft h ef o r e i g nm a n u f a c t u r e r s，t h en u m b e ro fd o m e s t i cs u p p l y i n gm a n u f a c t u r e r si sl e s s，t h et e c h n o l o g yi sl o wl e v e l，a n dt h ep r o d
7、u c t i o nc a p a c i t yi sl i m i t e d，t h ec o n t r a d i c t i o nb e t w e e ns u p p l ya n dd e m a n di so b v i o u s，l a r g e q u a n t i t yi m p o r t i n gi sn e e d e d，w h i c hr e s u l ti nt e n s es u p p l ya n de x p e n s i v ep r i c e T h r o u g hs t u d y i n ga n da n a
8、 l y z i n go nt h es t r u c t u r a lf e a t u r e sa n dt e c h n i c a lp e r f o r m a n c eo ft h es p e c i a lp u l l i n gr i v e to fr a i lw a g o n，t h em a n u f a c t u r i n gp r o c e s sa n dq u a l i t yc o n t r o ls y s t e mo ft h es p e c i a lp u l l i n gr i v e th a v eb e e
9、 nd e s i g n e di nt h i st o p i c，a n dv e r i f i e db ym a s sp r o d u c t i o n I nt h i sp a p e r,t h ea p p l i c a t i o no ft h es p e c i a lp u l l i n gr i v e to nr a i l w a yw a g o na th o m ea n da b r o a d，a n dt h es i t u a t i o no ft h ed e v e l o p m e n to ft h et e c h
10、n i c a ls p e c i f i c a t i o n so ft h es p e c i a lp u l l i n gr i v e th a v eb e e ni n t r o d u c e d ja n dt h ec h a r a c t e r i s t i c so ft h ec o l du p s e t t i n gp r o c e s sa n dt h ed e s i g no fc o l du p s e t t i n gm o l d s，e t c，h a v eb e e nr e v i e w e d，a n dt h
11、 ec e n t r a lt h e m eh a sb e e np o i n t e do u t F i r s to fa l l，b a s e do nt h ea n a l y s i so nt h es t r u c t u r a lc h a r a c t e r i s t i c so fp u l l i n gr i v e t，t h er a Wm a t e r i a l so fp u l l i n gr i v e th a v eb e e ns e l e c t e da n dd e t e r m i n e d，t h ep
12、r o d u c t i o np r o c e s s e so fu p s e t t i n g，r o l l i n g，h e a tt r e a t m e n t，s u r f a c et r e a t m e n th a v eb e e nd e v e l o p e d，a n dt h ef o r g i n gp r o c e s sd i a g r a mh a sb e e nd e s i g n e do np u r p o s e，a n dt h ee q u i p m e n t so fu p s e t t i n g，r
13、 o l l i n g，h e a tt r e a t m e n th a v eb e e nd e s i g n e da n dd e t e r m i n e d O nt h i sb a s i s，t h eu p s e t t i n gm o l d s，r o l l i n gt o o l s，a n dt h et r i a lt o o l sh a v eb e e nd e s i g n e d VS e c o n d l y,t h ea p p l i c a t i o no fD E F O R Ms o f t w a r ei nt
14、 h ep l a s t i cp r o c e s s i n gh a sb e e nd e s c r i b e d，a n dw i t hD E F O R Ms o f t w a r e，t h em o d e lo ft h ep u l l i n gr i v e th a sb e e nc r e a t e d，a n dt h es i m u l a t i o na n a l y s i so nt h er e d u c i n ga n du p s e t t i n gp r o c e s s e sh a sb e e nc a r r
15、 i e do u t F i n a l l y,t h r o u g ha n a l y z i n gt h em a j o rq u a l i t yp r o b l e m si nt h ep r o d u c t i o np r o c e s so ft h ep u l l i n gr i v e t，a c c o r d i n gt ot h ep r o v i s i o n so ft h eM i n i s t r yt e x ta n dt h ep r o d u c t i o ns t a t u s，t h er e a s o n
16、 a b l ep r o d u c t i o np r o c e s s e sh a v eb e e ns e tu p，a n dt h eo p e r a t i n gp e r s o n n e lh a v eb e e na l l o c a t e d I nt h es i xs i d e so fp e r s o n n e l，e q u i p m e n t s，m a t e r i a l s，s y s t e m s，e n v i r o n m e n ta n dm e a s u r i n g，a r o u n dt h eg
17、o a l t oi m p r o v ep r o d u c tq u a l i t y”，t h eq u a l i t yc o n t r o ls y s t e mo fp u l l i n gr i v e th a sb e e nd e s i g n e da n dd e v e l o p e d，a n db e e nv e r i f i e db ym a s sp r o d u c t i o n I nt h i sp a p e r,w i t ht h e o r e t i c a la n a l y s i sa n dp r o c
18、e s st e s t s，as e to fc o m p l e t em a n u f a c t u r i n ga n dq u a l i t yc o n t r o ls y s t e mh a sb e e nd e v e l o p e da n da p p l i e di nt h em a s sp r o d u c t i o n I th a sb e e np r o v e db yp r a c t i c et h a t：w i t ht h ep r o d u c t i o np r o c e s sa n dt h eq u a
19、l i t yc o n t r o ls y s t e md e t e r m i n e di nt h i sp a p e r,t h em a n u f a c t u r i n gq u a l i t yo ft h ep u l l i n gr i v e th a sa c h i e v e dt h ed o m e s t i ca d v a n c e dl e v e l，a n df u r t h e r,t h ef o r e i g nt e c h n o l o g yb l o c k a d eo ft h ep u l l i n g
20、r i v e th a sb e e nb r o k e n K e y w o r d s：r a i lw a g o n；p u l l i n gr i v e t；p r o c e s sd e s i g n；q u a l i t yc o n t r o ld e s i g nV l原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名：至匝日关于
21、学位论文使用授权的声明本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。(保密论文在解密后应遵守此规论文作者签名：碰导师签名日期：婴：坐山东大学硕士学位论文1 1 概述第1 章绪论长期以来，我国货车钢结构普遍采用焊接、铆接(一般为热铆)及螺栓连接等连接形式，其中焊接是主要的连接形式，但这些连接结构均存在不同程度的缺陷。焊接易造成焊接变形、焊接应力等缺陷，焊接变形严重影响各部件的制造、装
22、配精度，及强度与承载能力，为矫正变形，需浪费较多的人工成本，据统计，矫正变形工时约占整个车体制造工时的2 0 左右。热铆连接的缺陷也比较明显，热铆时，一般需要加热到9 5 0 1 0 5 0，要求工人操作熟练程度高，配合默契；加热使铆钉表面防腐处理层受到破坏，造成后期腐蚀，影响车体整体使用寿命。螺栓连接造成连接可靠性低，后期维护成本高，特别是在交变载荷、冲击工况下很容易发生松动、脱落，产生车辆运行安全事故。为解决上述问题，铁道部引进了拉铆钉产品并应用于铁路货车。拉铆钉具有独特的环槽结构、高的夹紧力和抗剪力、高的抗腐蚀性、连接过程环保、使用工具操作，减小了人为误差、降低了检修、维护成本等许多优点
23、。1 2 拉铆钉在铁路货车上的应用1 2 1 拉铆连接在国外铁路上的应用2 0 世纪7 0 年代，美国的铁路车辆上心盘的连接开始采用拉铆钉，并逐步向端墙结构、侧墙结构等附属件连接发展，目前美国新开发的高强度碳纤维铁路货车由于材料工艺性能方面的原因，基本全部采用拉铆钉。1 2 2 拉铆连接在国内铁路的应用我国铁路货车的发展历程实际就伴随着铁路钢结构连接技术的发展变化：从C 6 2 BC 6 4 K C 7 0 一C 7 6 一C 8 0 B 一铝C 8 0，从6 0 t 级-+7 0 t 级-*8 0 t 级，连接结构逐渐向拉铆结构转变。第l 章绪论C 6 2 B、C 6 4、C 6 4 1(为
24、6 0 t 级货车，C 7 0、C 7 6 为7 0 t 级货车，C 8 0 B、铝C 8 0 为g O t级货车C 6 2 B、C 6 4 全部采用热铆、螺栓紧固连接形式，C 7 0 大量采用拉铆连接形式，C 8 0 B、铝8 0 由于材料焊接性能差等原因，几乎全部采用拉铆结构，包括倒墙、端墙等结构。铝8 0 如图1 1 所示。国卜lC 8 0 铝台盒敞车我国从2 0 0 3 年开始进行拉铆钉试装车应用，通过车体静强度试验、装货运行试验等进行了验证，取得了较好的应用经验，铁道部科技司于2 0 0 3 年下发了关于颁发 科技成果鉴定证书的通知，2 0 0 4 年，铁道部组织编制了铁路货车专用拉
25、铆钉及套环技术条件，以运装货车 2 0 0 5 3 9 7 号文的形式进行了公布，在此基础上，于2 0 0 7 年3 月考虑拉铆钉使用经验咀及货车材料新的使用要求，对铁路货车专用拉铆钉及套环技术条件进行了修订，并以运装货车 2 0 0 7 1 6 3 号文的形式予以下发。规范了铁路货车拉铆钉的设计选用、生产制造和拉铆作业，使其越来越多地在老车改造、新车生产中采用。1 3 课曩的提出及主要研究内容13 1 课置的提出本课题是根据市场需求及铁路产品连接技术发展趋势，经过充分的市场调研，为打断国内外对拉铆技术的垄断，降低货车制造成本，拓展配件市场，立项开发的。2山东大学硕士学位论文随着铁路跨越式大发
26、展步伐的加快，重载、高速逐渐成为当前乃至以后一段时间内铁路货车发展的目标，铁路货车运用频次显著增加，对运用安全性是严峻的考验，从而对铁路配件连接的可靠性、安全性提出了更高的要求。专用拉铆钉在铁路货车侧柱与侧墙的连接、脚蹬与侧梁的连接、下心盘与枕梁盖板、制动梁等的连接等方面得到广泛应用，但由于其是铁道部资质控制配件，性能参数要求较高。国外生产厂家进行技术封锁；国内供货厂家少，技术水平低，生产能力有限。使得供需矛盾突出，货源紧张，价格昂贵。如果拉铆钉成功的开发，将缓解铁路用拉铆钉紧张状况，还可节约大量配件外购费用，并且可以外销。按年产2 5 0 万套(市场需求约5 0 0 0 万套)计算，可实现销
27、售收入3 0 0 0 万元，经济效益与社会效益十分显著。1 3 2 课题的主要研究内容本课题主要通过对拉铆钉结构特点和力学性能等关键质量特性的分析，对铆钉、套环多种加工方案的比较，确定加工工艺方案，然后利用D E F O R M-3 D 软件，对镦锻、缩径过程进行有限元模拟，最终确定拉铆钉镦锻、滚压、热处理、表面处理工艺及冷镦模具结构，选定拉铆钉镦锻、滚压、热处理设备，并对拉铆钉产品质量控制进行研究，提出质量控制系统方案。本课题研究内容涵盖了生产过程中人员、设备、材料、制度、环境、测量六方面的因素，同时充分考虑到I S 0 9 0 0 0 质量体系标准的要求，研究内容主要包括以下部分：(1)拉
28、铆钉结构特点及力学性能、疲劳性能、防松性能分析研究；(2)铆钉镦锻过程的D E F O R M-3 D 建模、分析：(3)进行拉铆钉成形、滚压、热处理、表面处理工艺设计、研究，选择确定主要生产用设备，提出镦锻模具结构；(4)对拉铆钉生产过程中常见质量问题进行原因分析，并提出预防措施：(5)围绕“提高产品质量，降低制造成本，全面提高管理水平，进行拉铆钉质量控制系统的设计。3第2 章拉铆钉生产工艺分析研究第2 章拉铆钉生产工艺分析研究2 1 拉铆钉结构分析铁道货车专用拉铆钉(以下简称拉铆钉)是铆钉和套环的合称，铆钉、套环常用的有两种，可以相互组合，如图2-I、图2-2 所示。铆钉由铆钉头、紧固环槽
29、、夹持环槽、断径槽等几部分组成，套环有带法兰或无法兰结构，璧很薄。铆钉力学性能不低于G B T 3 0 9 8 1 中的8 8 级，铆钉的剪切力、拉断力和拉铆钉的拉脱力、压紧力、疲劳性能、防松性能要求较高，铆钉完全脱碳层厚度不得超过0 0 1 5 m m，铆钉、套环表面均要求进行表面处理。4a)L M Y 型b)L M P 型图2-1 铁道货车专用铆钉a)L I g r P 型b)L f f F 型图2-2 铁道货车专用套环山东大学硕士学位论文2 2 拉原理拉铆连接与传统螺栓利用扭力旋转产生紧固力不同，拉铆钉连接使用专用设备，在单向拉力的作用下，拉伸栓杆并推挤套环，将内部光滑的套环挤压4 铆钉
30、凹槽内使套环和凹槽形成1 0 0 的结合，产生永久性紧同力，如图2-3 所示。新型连接方式单向拉伸传统螵栓一扭力旋转图2-3 栓接与拉铆示意图拉铆步骤如图2-4 所示：1、将套环穿八铆钉；2、将安装工具放置于钉杆尾部，按下开关，工具启动，头部爪片抓紧栓杆尾部，头部推动套环直到去掉任何间隙：3、头部开始将套环模压在钉杆的环形淘槽上直到套环伸长并钳压在钉杆上；4、套环在钉杆上的沟槽压模锁闭完成达到设计夹紧力后，钉杆尾部同钉杆拉断分离，铆接完成。234剧2-4 拉铆进程示意酗誓L 罐U lU jU 曩L 一雌譬，-第2 章拉铆钉生产J：艺分析研究铆接后的效果见图2-52 3 生产工艺分析2 3 1
31、拉钉的戚形分析2 31 1 钉圈2-5 铆接后的敢果图可以简单的将铆钉分为头部与杆部环槽两部分，下面分别对两部分的成形进行分析。(1)头部成形头部成形有以下方案：方案1：整体采用车削加工；方案2：锻压成形：方案2 1：热锻成形；方案2 2：冷镦成形。优劣分析：方案1 工艺简单，设备一次性投入小，但材科利用率低，效率低，劳动强度太，制造成本高。方案2 1，般的锻压设备可以满足要求，一次性投入小但需要进行加热，配件有氧化、脱碳，操作人员作业环境差。方案2 2，采用冷镪机冷镦成形采用自动方式供给盘料，包括切断在内的各个成形工序全是自动化的，设备一次性投入大，但由于采用盘圆料，料头损耗少，材料的利山东
32、大学硕士学位论文用率高；由于是在常温条件下进行的，能改善金属的机械性能，提高产品表面的光洁度和制造精度；显著提高劳动生产率，降低制造成本，缺点是在成形复杂工件时，因工位数限制，成形可能不够充分。由于冷镦适于大批量、机械化生产，生产效率高，生产成本低，所以方案2 2 要优于其它方案。(2)杆部环槽成形杆部环槽成形有以下方案：方案1：整体采用车削加工；方案2：滚压成形。优劣分析：方案l 可以采用成形靠模或数控车床，工艺简单，但效率低，由于金属纤维不完整，影响拉铆钉的疲劳性能。方案2 滚压成形是一种先进的加工工艺，使用的工具有三种：滚丝轮、搓丝板、扇形丝板。滚丝轮是滚丝机使用的工具，搓丝板是搓丝机使
33、用的工具，扇形丝板是行星式滚丝机使用的工具，滚压的显著工艺特点受到国内外汽车行业的重视。美国、日本、英国、德国、法国和俄罗斯等国均大力发展这种工艺，美国用滚压成形工艺加工汽车转轴，每分钟达2 0 0 件，比原切削加工提高4 0 多倍。英国、日本汽车工业也采用滚压工艺生产汽车连杆零件。成形滚压比螺纹滚压要更复杂，要求更高。其模具设计是根据工件的不同形状，把搓丝板或滚丝轮设计成一个截面或几个截面，可采用同步式；也可采用分级式。当毛坯沿轴线的直径大小相同或基本相同时，可采用同步式滚压成形；当毛坯件沿轴线的直径大小不相同时，需要滚压几种不同结构的直径时，则采用分级式滚压成形。一般可一次滚压成形，形状复
34、杂的也可两次滚压成形。滚压成形适于大批量生产，产品质量好，方案2 要优于其它方案。2 3 1 2 套环的成形分析套环是拉铆钉结构中的重要部件，严重影响拉铆结构的拉脱力、压紧力和防松性能，其成形有以下方案：方案1：整体进行车削加工，采用车、钻工艺；7第2 章拉铆钉生产1 二艺分析研究方案2：采用多台普通锻压设备热锻成形，锻造一漏飞边、冲孔方案3：采用多工位冷镦机冷镦成形；优劣分析：方案1 可以使用现有设备，无设备投入，但材料利用率低，生产效率不高，而且车削加工对拉铆钉疲劳性能的影响较大。方案2 1，现有设备可满足要求，但需要进行加热，配件有氧化、脱碳，需要多台设备、多人操作，生产成本较高，作业环
35、境差。方案2 2，采用冷镦机冷镦成形，设备一次性投入大，但材料的利用率高，金属的机械性能得到改善，产品表面光洁度和制造精度高，并能显著提高劳动生产率，降低制造成本。综合分析，方案2 2 要优于其它方案。2 3 1 3 冷镦成形主要影响因素由于冷镦成形与材料选择、模具设计、冷镦工艺及设备息息相关，如图2-6 所示，三因素紧密相联系，又互相制约。任何一个因素出现问题，都会造成镦锻成形的失败。因此材料选择、工步设计、模具设计环节对冷镦成形非常重要。8图2-6 冷镦成形主要影响因素山东大学硕士学位论文2 3 2 力学性能分析从拉铆钉的铆接过程可见，套环铆固以后，在铆接件之间产生一定的压紧力，此后，铆枪
36、爪片抓住铆钉杆部，从断颈槽处将铆钉拉断，铆接过程完成。为保证铆接质量，一定规格的拉铆钉，其压紧力要大于一定的数值，为使铆接可靠，铆接结构不产生破坏，套环与铆钉分离的拉脱力也应大于一定的数值。为使铆接结构得到一定压紧力的同时，铆钉能够拉断，拉断力有一个范围，该值太大太小都会影响铆接质量，太小，则压紧力达不到要求，太大则有可能会使套环产生畸变。从以上分析可见，铆钉的抗拉强度不能太高，也不能太低，为填充铆钉环槽，套环金属充填性应好，硬度不能太高。所以，铆钉应进行淬火、回火热处理以改善其性能，套环应进行退火处理以保证合理的硬度。2 3 3 疲劳性能分析疲劳是指机械零件经受多次循环应力和应变，局部产生渐
37、进性永久变化，导致裂纹或完全断裂的现象，其中循环次数大于5 1 0 4 的为高周疲劳，疲劳的影响因素很多，材料内部缺陷、外部形状、力学性能等都会对疲劳产生影响，加工硬化、表面强化能显著改善疲劳性能。拉铆钉是一种新的连接结构，不同于螺纹连接，为保证拉铆钉在复杂工况下不失效，拉铆钉应保证5 0 万次的疲劳性能，为此，应在材料选择、拉铆钉外部质量、热处理力学性能、压紧力等方面加强控制，以提高拉铆结构的疲劳性能。2 3 4 防松性能分析在普通螺纹联接中，螺纹是自锁的，只要轴向力不等于零，螺纹件就不会自行松动。但在受到动载荷作用时，螺纹件在螺纹和支撑面上产生了微观的滑移，螺母会产生微量自转，造成螺栓螺母
38、的松动。在拉铆钉结构中，横向力对防松性能的影响不明显，轴向力能引起更大的微观滑移，更易引起松脱失效。在周期性加载过程中，由于套环硬度比铆钉低，松动由套环的变形引起。9第2 章拉铆钉生产工艺分析研究2 3 5 表面处理为增强拉铆钉的抗腐蚀性能，延长使用寿命，拉铆钉需要进行表面处理。常见的防腐处理方式主要有发蓝、镀锌钝化、镀镍、多元共渗或达克罗处理等，下面对各种处理方法的工艺特点及防腐性能进行分析。2 3 5 1 镀锌镀锌方法有电镀、机械镀、热浸镀等方法，电镀锌涂层所占比例较大。锌镀层属于阳极性镀层，主要用于防止钢铁的腐蚀。电镀锌工艺分为氰化物镀锌和无氰镀锌两类。电镀锌层具有以下特点：1)耐蚀性好
39、。锌层在干燥空气中不发生变化，在潮湿空气中会生成一层主要由碱和碳酸锌组成的薄膜。2)低成本性。3)美观及耐储存性好。镀锌层经钝化处理后可得到各种色彩钝化膜，具有“再划伤自修补作用。4)铬酸盐转化膜电镀锌或电镀锡后，通常用铬酸盐溶液浸渍处理，形成铬酸盐转化膜。铬酸盐溶液呈酸性，含有六价铬盐和能改善膜层外观、硬度及耐蚀性能的其他盐类。2 3 5 2 镀镍镍镀层相对于铁基体属阴极性镀层，防护性能与孔隙率关系密切，而镍镀层往往多孔。因此，在钢铁件上常采用铜镍一铬防护层。目前使用最多的是瓦特镍(硫酸盐一氯化物型)溶液。1)瓦特型镀镍瓦特型镀镍的镍镀层细致，易于抛光，韧性好，耐蚀性也比亮镀镍好，并具有相当
40、好的整平能力，减少毛坯磨光和省去工序间抛光，有利于自动化生产。2)氯化物镀镍氯化物镀镍的电导高，省电，分散能力好，镀层结晶细致，但应力大，硬度高，1 0山东大学硕士学位论文溶液腐蚀性强，主要用于修复磨损零件和电铸。3)全硫酸盐镀镍全硫酸盐镀镍镀液不含氯化物，可采用不溶性阳极，不会腐蚀也不产生氯气。2 3 5 3 达克罗处理达克罗技术由美国化学联合公司二十世纪七十年代初期研究开发，1 9 9 3 年引进我田，国内被称为锌铬膜。这种膜是以锌粉、铬粉为基料制成的一种水溶性涂料，直接浸涂在处理后的工件表面，经烘干、烧结，最后形成一层全新结构和性能的无机防护膜层。达克罗技术问世后，由于它具有许多传统电镀
41、无法比拟的优点而迅速推向世界。被誉为表面处理行业具有划时代意义的革命性产物，被称为绿色的表面处理技术。达克罗技术的特点：超常的耐蚀性锌的受控电化学保护作用、铬酸盐钝化以及锌的屏蔽效应使得达克罗膜层具有很高的耐蚀性。极佳的耐热性因为达克罗涂层的铬酸聚合物中没有结晶水，具有耐热性和高温耐蚀性，达克罗涂层耐热温度可达3 0 0 (2，在2 5 0 下连续长期使用，其耐蚀防锈性能几乎不受影响，而电镀锌层表面钝化膜在7 0 左右开始被破坏，抗腐蚀能力急剧下降。无氢脆性达克罗技术处理过程中不进行任何酸处理，没有电镀锌过程导致析氢的电化学反应，不可能使钢产生氢脆，因此特别适合于处理弹性零件和高强度的钢工件。
42、良好的装饰性达克罗涂层外观为银灰色，如银粉漆，可与铝型材相媲美，与基体材料各种油漆涂料均有良好的结合力，可作为面层使用，也可作为各种油漆的底层使用，在美、日汽车生产中常用作油漆底层取代磷化处理。防止对铝的电化学腐蚀金属之间由于电位的不同会发生电化学反应。对于镀锌层来说，其防护的无论是铁基还是铝基，都会发生电化学反应而大大降低防腐性，而对于达克罗防腐层来说，由第2 章拉铆钉生产丁艺分析研究于其防腐建立在铬酸钝化作用和鳞片状锌层的受控牺牲保护作用之上，不产生任何电化学反应，所以相对抑制了锌消耗，也抑制了铝的腐蚀。优异的渗透性达克罗处理液能渗入工件紧密结合处，形成防锈被膜，例如紧紧卷着的弹簧经过达克
43、罗处理液后，在拉伸开的状态下进行盐水喷雾试验，仍显示出极佳的防锈性能。污染小且节能电镀锌时存在含有锌酸碱盐六价铬等的污水排放问题会造成较大的污染，热浸锌时温度较高，释放的锌蒸汽和H C l 对人体健康危害极大，达克罗工艺开创了金属防腐的新领域。由于达克罗处理是一个封闭的处理工程，涂液是水基型，在烘烤过程中挥发的物质主要是水，不含有其它法规控制的有害物质，对环境污染小，达克罗技术处理温度不高，最高3 0 0，节约能源，尤其是自动生产线节能效果显著。达克罗工艺流程复杂，设备投资大。2 3 5 4 发蓝发蓝是指将钢在空气中加热或直接浸于浓氧化性溶液中，使其表面产生极薄的氧化物膜的材料保护技术，也称发
44、黑。钢铁零件的发蓝可在亚硝酸钠和硝酸钠的碱性溶液中进行，也可在磷酸、硝酸钙和过氧化锰形成的酸性溶液进行，后者的耐腐能力和机械强度均超过前者氧化法所得的保护膜。发蓝膜的成分外层主要是四氧化三铁，内层为氧化亚铁。厚度为0 5 -1 5 微米，颜色与材料成分和工艺条件有关，有灰黑、深黑、亮蓝等。单独的发蓝膜抗腐蚀性较差，但经涂油涂蜡或涂清漆后，抗蚀性和抗摩擦性都有所改善。2 3 5 5 表面处理方案综合考虑以上各因素，由于达克罗处理设备造价高，目前应用很少。在铆钉的表面处理要求中，发蓝造价低，工艺便于实施，而且可以利用热处理余热进行，节约成本。所以铆钉按发蓝进行处理。镀锌相较于镀镍应用更广泛，套环采
45、用镀锌工艺，达到F e Z n8c I A。1 2山东大学硕士学位论文2 4 拉铆钉生产工艺方案经对产品结构及工艺性能、疲劳性能、防松性能的分析，拉铆钉的生产工艺应包括成形、滚压、热处理、表面处理等工序，为防止镦锻产生裂纹，增加磁粉探伤。工序顺序的选择：滚压工序：滚压能使金属强化，改善疲劳性能，在热处理后进行滚压，有利于提高拉铆钉的疲劳性能；但热处理后，铆钉硬度偏高，难于滚压成形，而且严重降低滚轮的寿命，增加滚压成本，因此滚压工序应在热处理后进行。探伤工序：镦锻、滚压、热处理工序均可能产生裂纹，为保证铆钉表面质量，探伤工序在包装前进行。初步确定拉铆钉的生产工艺路方案如下：铆钉：下料一头部冷镦锻
46、成形一杆部变径一滚压环槽及断径槽一热处理一表面处理一探伤一包装套环：下料一冷镦锻成形一冲孔一热处理一表面处理一包装该工艺考虑了拉铆钉的压紧力、拉脱力，铆钉的拉断力、剪切力以及连接副的疲劳性能、防松性能等要求。2 5 本章小结本章通过对拉铆钉结构、力学性能、疲劳性能、防松性能及其影响因素的分析，提出了拉铆钉的成形、滚压、热处理、表面处理工艺方案并进行了优劣对比，最终确定了拉铆钉生产工艺方案。第3 章拉铆钉镦锻过程模拟第3 章拉铆钉镦锻过程模拟3 1D E F O I B!概况及应用D E F O R M 是一套基于有限元的工艺仿真系统，用于分析金属成形工艺和热处理工艺。可以在计算机上模拟整个加工
47、过程，便于对过程进行分析，并优化模具设计、工艺设计，减少项目研发周期，降低研发成本。D E F O R M 高度模块化、集成化，主要包括前处理器、模拟器、后处理器三大模块。前处理器处理模具和坯料的材料信息及几何信息的输入、成形条件的输入，建立边界条件，还包括有限元网格自动生成器；模拟器是集弹性、弹塑性、刚(粘)塑性、热传导于一体的有限元求解器；后处理器是将模拟结果可视化，支持O P G L 图形模式，并输出用户所需的模拟数据。D E F O R M 系统允许用户对其数据库进行操作，对系统设置进行修改，以及定义自己的材料模型等。3 1 2D E F 0 刚的应用D E F O R M 可以用于模
48、拟塑性成形和热处理过程，不同于一般的有限元程序，它是专为金属成形而设计的。(1)成形分析：冷、温、热锻的成形和热传导偶合分析，提供材料流动、模具充填、成形载荷、模具应力、纤维流向、缺陷形成和韧性破裂等信息；丰富的材料数据库，包括各种钢、铝合金、钛合金等，用户还可自行输入材料数据；刚性、弹性和热粘塑性材料模型，特别适用于大变形成形分析，弹塑性材料模型适用于分析残余应力和回弹问题，烧结体材料模型适用于分析粉末冶金成形；完整的成形设备模型可以分析液压成形、锤上成形、螺旋压力成形和机械压力成形；温度、应力、应变、损伤及其他场变量等值线的绘制使后处理简单明了。(2)热处理：模拟正火、退火、淬火、回火、渗
49、碳等工艺过程；预测硬度、晶粒组织成分、扭曲和含碳量；可以输入顶端淬火数据来预测最终产品的硬度分布；可以分析各种材料晶相，每种晶相都有自己的弹性、塑性、热和硬度属性。混合材料的特性取决于热处理模拟中每步各种金属的百分比。D E F O R M 用来分析变形、传热、热处理、1 4山东大学硕士学位论文相变和扩散之间复杂的相互作用各种现象之间相互耦台。拥有相应的模块之后，这些耦合将包括：由于塑性变形引起的升温、加热软化、相变控制温度、相变内能、相变塑性、相变应变、应力对相变的影响以及含碳量对各种材料属性产生的影响等。3 2 控钉在畦印雕3 D 下的毫模3 2 1 宴俸t 曩理想的镦粗过程中材料分布均匀
50、，工件和模具的形状、外载荷、摩擦阻及各种边界条件都是轴对称的，是典型的轴对称问题。可以将其简化成为二维平面模型。在D E F O I 跏一3 1)中建模，镦粗的模型也采用3 D 模型。根据周期对称性将镦粗的模型都简化为完整模型的1 1 2。在实体造型软件中建立实体模型，生成 S T L 文件，导入D E F O R M 一3 9的前处理模块中。所有的实体模型都设定几何对称面。如图3-1 所示。铆钉材料为合金钢，采用塑性材料模型，忽略弹性变形及其回弹对形状和尺寸精度的影响。模具和冲棒采用刚体材料模型(下模和冲棒简化为一体)，不需要划分网格和定义材料。-懈坯Z3 22 胃格的划分圈3-1 铆钉实体