Введение к работе
Актуальность. В последние годы, несмотря на сокращение производства метизов в России и за рубежом, растет спрос на крепежные и другие изделия повышенной прочности и сложности, изготавливаемые холодной штамповкой - высадкой. Традиционные методы обеспечения высоких прочностных характеристик требуют значительных затрат. В частности, термообработка отштампованных изделий из среднеуглеродистых марок сталей (закалка с последующим отпуском) увеличивает их стоимость на 10-20 %, приводит к обезуглероживанию поверхностного слоя.
Применение легированных сталей для повышения прочности крепежных изделий затрудняет их изготовление'на" холодновысадочных автоматах, требуются дополнительные затраты на нагрев заготовок, а в ряде случаев изделия приходится получать механической обработкой.
Аналогичные проблемы связаны с получением холодной штамповкой изделий повышенной сложности, с большим перепадом площади поперечных сечений, таких как толкатель тарелки клапана, поршень дискового тормоза и т. п. Из-за высокой степени деформации при высадке утолщений на обычных калиброванных заготовках образуются трещины. Приходится вводить механическую обработку заготовок для снятия слоя металла с поверхностными дефектами, которые служат концентраторами напряжений при формоизменении. Совершенно очевидно, что для производства конкурентоспособной продукции метизной промышленности необходимо исключить трудоемкие операции механической и термической обработки, обеспечить требуемые показатели прочности и пластичности материала на заготовительных переделах, желательно - на возможно более ранних стадиях получения заготовки. Чем больше она приближается к окончательному виду калиброванного прутка или проволоки, тем дороже обходятся дополнительные операции.
Таким образом, к заготовкам предъявляются противоречивые требования повышенной прочности и пластичности при жестких ограничениях стоимости продукции, исключающих применение дорогих марок легированной стали и трудоемких операций. Следовательно, вопросы совершенствования производства изделий повышенной прочности и сложности являются актуальными.
Целью работы является совершенствование технологии производства заготовок из низко- и среднеуглеродистых сталей, обеспечивающей высокие показатели штампуемости материала и прочности изделий и исключающей применение трудоемких и дорогостоящих операций.
Для достижения сформулированной цели в работе поставлены следующие задачи:
исследовать факторы, влияющие на предельную степень формоизменения заготовок в процессе холодной высадки и установить допустимые размеры поверхностных дефектов;
выполнить сравнительный анализ операций высадки и осадки для установления возможности применения последней в качестве испытания материала на пригодность к холодной высадке;
установить количественные оценки упрочнения в процессе обработки заготовок с сохранением пластических свойств на уровне, приемлемом для холодной высадки изделий повышенной прочности;
определить механические характеристики проката боросодержа-щих сталей и возможность его применения для холоднон высадки крепежных изделий повышенной прочности;
разработать методику проектирования сквозных технологических процессов изготовления заготовок, обеспечивающих высокие показатели штампуемости материала и прочности изделий.
Научная новизна. Разработана научнообоснованная методика проектирования сквозной технологии производства проката для холодной высадкн изделий повышенной прочности и сложности.
Установлены наиболее характерные видь: поверхностных дефектов калиброванного проката и их допустимые величины влияющие на критическую степень осадки, и количественные соотношения между ними:
волосовины и трешлны с глубиной залегания до 0.5 мм - 44.5% от общего числа дефектов;
неметаллические включения с выходом ка поверхность - 30.5%;
- плены и закаты с глубиной залегания до 3 мм - 25%.
Определена допустимая глубина поверхностных дефектов при испы
тании образцов на осадк\ по группе 75 и 66:
- волосовины и трещины 0,04...0,08 мм;
плены и закаты 0,07...0.17 мм:
неметаллические включения 0.08...0.16 мм.
Выявлен эффект повышения критической степени осадки образцов на & - 12 % в результате предварительной нагартовкн проката при холодном ьолочении. который можно объяснить реьерсивным характером деформаций осадки по сравнению с волочением.
Практическая ценность. В результате применения разработанной тсхнолог.'.н изготовления калиброванного проката:
- прочностные и пластические характеристики низко- и среднеуг.те-
родистых сталей достигают уровня легированных;
исключаются трудоемкие операцій: механической и термической обработки;
резко сокращается брак по трещинам при высадке изделий сложной формы;
- ожидаемый экономический эффект от применения разработанной технологии составил более 3 млн. руб. в ценах 1991 года.
Реализация работы в промышленности. Разработанный технологический процесс производства заготовок реализован на АООТ "Орловский СПЗ" и Белебеевском заводе "Автонормаль", методика его проектирования используется в метизной отрасли, в том числе, в виде ТУ 14-1-4666-89 "Прокат, термомеханически обработанный (подкат) и калиброванный, из стали качественной конструкционной углеродистой для холодного выдавливания и высадки".
Достоверность результатов, полученных в ходе экспериментальных исследований, обеспечивалась за счет большого объема проведенных испытаний, в частности, были испытаны образцы металла 102 плавок Белорусского метзавода и около 40 комбината "Криворожсталь".
Апробация работы. Основные положения диссертации были доложены на научных семинарах кафедры "Автоматизированные процессы и машины пластической обработки материалов" Орловского государственного технического университета, кафедры МТ-6 МГТУ им. Баумана, кафедры МТ-2 МГАПИ, на Российской научно-технической конференции "Металлические материалы, методы их обработки" в Москве, в 1994 г., Всесоюзном научно-техническом совещании "Пути ускорения научно-технического прогресса в метизном производстве", в Магнитогорске, в 1990 г.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 8 печатных работ, включая 3 авторских свидетельства.
Структура и объем работы. Диссертация изложена на 119 страницах машинописного текста, состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы из 134 наименований и 6 приложений, содержит 36 рисунков, 35 таблиц.