Содержание к диссертации
Введение
1. Тенденции и проблемы развития производства крепежных изделий прогрессивной конструкции 5
1.1. Крепежные изделия прогрессивной конструкции 5
1.2. Технологические процессы изготовления крепежных изделий прогрессивной конструкции 13
1.3. Методы исследования процессов холодной объемной штамповки 19
1.4. Задачи исследования 26
2. Скорость деформации в процессах холодной штамповіш крепежных изделий и её влияние на сопротивление деформации штампуемых сталей 28
3. Исследование неравномерности деформации в холодновысажеиных головках с фланцем 46
4. Математическое моделирование процессов штамповки крепежных изделий 52
4.1. Основы вариационного метода в дискретной постановке 52
4.2. Расчет энер го силовых параметров процесса поперечного выдавливания головки в виде двух разновысоких конусов 55
4.3. Определение эиергосиловых параметров процесса штамповіш головок с фланцем 64
5. Прогнозирование устойчивости формоизменения при холодной штамповке головок стержневых изделий 76
6. Разработка и совершенствование технологических процессов штамповки крепежных изделий прогрессивной конструкции 91
6.1. Совершенствование технологических процессов штамповки болтов с шестигранными головками 91
6.2. Разработка технологии изготовления путевых шурупов холодной штамповкой на многопозиционных автоматах 97
6.3. Совершенствование конструкции и технологии изготовления высокопрочных болтов для строительных конструкций 101
Заключение 110
Список использованных источников 112
Приложения 127
- Технологические процессы изготовления крепежных изделий прогрессивной конструкции
- Расчет энер го силовых параметров процесса поперечного выдавливания головки в виде двух разновысоких конусов
- Разработка технологии изготовления путевых шурупов холодной штамповкой на многопозиционных автоматах
- Совершенствование конструкции и технологии изготовления высокопрочных болтов для строительных конструкций
Введение к работе
Крепежные изделия (болты, гайки, винты, шурупы, заклепки, шайбы, гвозди и т.п.) являются наиболее массовыми деталями, применяемыми в различных отраслях промышленности. Снижение себестоимости и повышение качества крепежных изделий является актуальной проблемой отечественной метизной промышленности, решение которой условиях перепроизводства металлопродукции обеспечивает конкурентоспособность изделий и развитие метизных заводов. При этом производство должно быть нацелено на изготовление крепежа прогрессивной конструкции, то есть изделий, обладающих высокой надежностью, а также расширенными функциональными и эксплуатационными свойствами. Применение таких изделий должно обеспечивать снижение энергетических, материальных и трудовых ресурсов при изготовлении крепежа, монтаже и эксплуатации машин, конструкций, сооружений и т.п.
Наиболее эффективным способом изготовления стержневых крепежных изделий прогрессивной конструкции является холодная объемная штамповка на многопозиционных прессах-автоматах, которая по сравнению с обработкой резанием и горячей штамповкой обеспечивает существенное повышение качества и производительности. Поэтому теоретические и экспериментальные исследования, направленные на разработку, совершенствование и внедрение технологических процессов холодной штамповки крепежных изделий прогрессивной конструкции на высокопроизводительных прессах-автоматах, являются важными и актуальными. При разработке высокопроизводительных технологических процессов ХОШ на современных прессах-автоматах необходимо использовать научно обоснованные методы и методики исследований, которые должны учитывать специфику процесса штамповки крепежа, конструктивное исполнение изделий, изменение свойств штампуемых сталей ( упрочнение, влияние скорости деформации на сопротивление деформации и т.п.), особенности и технические возможности применяемого оборудования, а' также обеспечивать необходимую точность расчетов.
Целью работы является повышение эффективности производства и каче-ства стержневых крепежных изделий прогрессивной конструкцийхчет разработки и внедрения современных технологических процессов холодной объемной штамповки на многопозационных автоматах-комбайнах. Научная новизна работы, заключается: - в установлении закономерностей влияния скорости деформации на со противление деформации при холодной штамповке сталей, применяе мых при изготовлении стержневых крепежных изделий; - в разработке математических моделей процессов поперечного выдавли- вания и холодной штамповки головок стержневых крепежных изделий с фланцами; в разработке методики оценки устойчивости формоизменения на переходах предварительного набора головок с учетом особенностей процессов штамповки стержневых изделий; в разработке новых технологических процессов изготовления крепежных изделий, применение которых обеспечивает повышение качества и эффективности производства.
1. ТЕНДЕНЦИИ И ПРОБЛЕМЫ РАЗВИТИЯ ПРОИЗВОДСТВА
КРЕГОЖНЫХ ИЗДЕЛИЙ ПРОГРЕССИВНОЙ КОНСТРУКЦИИ
Технологические процессы изготовления крепежных изделий прогрессивной конструкции
Крепежные изделия (болты, гайки, винты, шурупы, заклепки, гвозди и т.п.) могут изготавливаться обработкой резанием, горячей и холодной штамповкой [79, 80, 81].
Методы изготовления крепежа обработкой резанием малопроизводительны, связаны с большим расходом металла (коэффициент использования металла составляет 0,3-0,5) и поэтому используются, главным образом, в единичном и мелкосерийном производстве. Лишь при изготовлении крупного крепежа и изделий из тру дно деформируемых марок стали, когда невозможно применить объемную штамповку, используется обработка резанием.
Способы изготовления крепежных изделий горячей штамповкой характеризуются нагревом либо всей заготовки, либо только штампуемого участка до температур 1150-1250 С (горячая штамповка) или 750-850 С (полугорячая штамповка). Недостатками горячей штамповки являются повышенный расход металла в связи с его угаром и пониженное качество поверхности изделий из-за наличия окалины. Следует также отметить, что горячая штамповка требует использования специального нагревательного оборудования (печи, индукторы и т.п.) и связана с повышенным расходом энергоресурсов (топливо, электроэнергия). Горячая штамповка получила довольно широкое применение, особенно в тех случаях, когда невозможно использовать методы ХОШ, что имеет место при изготовлении крупных крепежных изделий (с диаметром стержня 24 мм и более), а также изделий из высокопрочных марок стали.
На заводе «Курганстальмост» высокопрочные болты М22-М24 с фланцами из стали 40Х «селект» (ГОСТ 22356-77) изготавливают горячей штамповкой с использованием дугостаторных прессов, а резьбу нарезают гребенками. Применяемая технология характеризуется малой производительностью, а изготавливаемые изделия - низким качеством.
Горячая штамповка используется в США при изготовлении путевых шурупов. По запатентованной технологии [74] на первом переходе штампуют головку, состоящую из конического и цилиндрического участков с фаской наторце. На втором переходе осуществляют предварительное формирование четырехгранника и предварительную высадку участка под фланец в виде двухбочкообразных элементов. На третьем переходе осуществляют окончательноеформирование четырехгранника и фланца. Другая технология изготовле ния путевых шурупов [75], разработанная в США, включает предварительное формирование четырехгранника на первом переходе. Редуцирование стержня с формированием цилиндрического участка под фланец на втором переходе. Окончательную штамповку головки с формированием четырехгранника и фланца на третьем переходе. К недостаткам технологий можно отнести необходимость строгой ориентации заготовки при переносе с одной операции на другую и невысокую стойкость пуансонов при высадке окончательной головки с фланцем. К достоинствам - хорошее качество оформления многогранной головки.
На Дружковском метизном заводе (Украина) путевые шурупы изготавливаются на прессах с роторным матричным блоком (фирма «Кизерлинг», ФРГ). Технология включает отрезку заготовки, индукционный нагрев участка штампуемого заготовки, горячую штамповку четырехгранной головки с фланцем за два перехода. После индукционного нагрева стержневого участка резьба накатывается на трех-роликовом резьбонакатном станке. К достоинствам технологии можно отнести простоту и достаточно хорошую стойкость высадочного инструмента. К недостаткам низкое качество оформления многогранной головки.
Наиболее эффективным методом изготовления крепежных изделий является холодная объемная штамповка с использованием прессов-авто-матов. Применение ХОШ взамен обработки резанием и горячей штамповки обеспечивает повышение производительности, экономию металла (коэффициент использования металла при холодной штамповке- 0,95-0,98) и повышение прочности изделий в связи с упрочнением штампуемого металла. Изделия, полученные холодной штамповкой, как правило, обладают повышенной точностью и чистотой поверхности, что исключает применение дополнительных; отделочных операций.
Винты (в том числе самонарезающие) и болты с фланцами изготавливаются объемной штамповкой на однопозиционных двухударных и многопозиционных холодновысадочных автоматах - комбайнах [57,58,82]. Так основные производители оборудования и самонарезающих винтов фирмы "UTA" (Тай 16 вань), "DAH-LIAN" (Тайвань), "JERN YAO" (Тайвань), "K.TICHO" (Тайвань), "NEU" (Япония), "ASAHI SUNAC" (Япония), "WAFIOS" (Германия), "INGRAMATIC" (Италия) и др. фланцевый крепеж изготавливают на однопо-зиционных двухударных и двухпозиционных двухударных автоматах-комбайнах. При этом, окончательное формирование многогранной головки и фланца производят на одной операции путем осадки в закрытом объеме. Технологический процесс включает следующие операции (рис. 1.6). За первый удар высаживают предварительную головку в форме усеченного конуса, за второй удар выполняют окончательную штамповку головки с фланцем и лункой на торце.
При этом в некоторых случаях выполняют редуцирование стержня с одновременным выдавливанием фаски на конце стержня (рис. 1.7).
Такой способ требует обеспечить надежное выталкивание окончательно сформированной головки из пуансона. Штамповка крепежа с фланцем на одно-позиционных двухударных автоматах не всегда обеспечивает получение изделий требуемого качества, особенно в части заполнения ребер шестигранника головки, а сам процесс изготовления отличается низкой стабильностью в связи с высокой вероятностью "залипання" изделий в пуансоне второго удара и низкой стойкостью высадочного инструмента.
Более широкими технологическими возможностями обладаю многопозиционные холодновыоадочные автоматы, применение которых при изготовлении болтов с фланцами позволяет повысить качество изделий и стабильность тех-, нологического процесса. Нарис. 1.8 представлена схема технологического процесса изготовления болтов с фланцами, применяемого на заводе "Красная Этна". Технология включает выдавливание стержневой части на первом переходе. Высадку конической головки и выдавливание фаски на конце стержня на втором переходе. Окончательную высадку головки с формированием фланца и выдавливанием лунки на торце на третьем переходе [82].
Рис.1.8. Технологический процесс штамповки болтов М8 с фланцем на многопозиционном автомате с использованием выдавливания стержня
Другой технологический процесс изготовления болтов с фланцем на многопозиционных автоматах представлен на рис. 1.9 и отличается тем, что на первом переходе вместо операции выдавливания используется редуцирование, а формирование головки на третьем переходе осуществляют штамповкой в закрытом объеме без выдавливания лунки на торце.
Фирмы "SAKAMURA" (Япония), "SACMA" (Италия) и "National Machinery" (США) разработали технологию, включающую редуцирование или выдавливание стержня, выдавливание предварительной многогранной головки, формирование осадкой окончательной головки и фланца, редуцирование стержня под накатку резьбы (рис.1.10).
Расчет энер го силовых параметров процесса поперечного выдавливания головки в виде двух разновысоких конусов
При штамповке стержневых изделий с головками большего объема (болты и винты с увеличенными головками, шаровые пальцы, и т.п.) возникают проблемы, связанные с необходимостью предотвращения продольного изгиба штампуемых заготовок. Поэтому штамповку таких головок осуществляют за 2-3 перехода, причем на начальных переходах формируют головки в виде усеченных конусов различной формы (см. рис.5.1) . При формировании конических головок большого объема рационально использовать операцию поперечного выдавливания. На рис.4.1 показано положение инструмента (1 - матрица, 2 - корпус пуансона, 3 - стержень пуансона, 4 - выталкиватель) в начальный и конечный моменты поперечного выдавливания
На начальном этапе процесса формировании головки поперечным выдавливанием (см.рис.4.1) при рабочем ходе ползуна пресса корпус пуансона 2, который подпружинен относительно ползуна, упирается в торец матрицы 1 и останавливается. При этом участок заготовки высотой А0 оказывается в цилиндрическом канале рабочего участка корпуса пуансона 2. При дальнейшем движении ползуна стержень пуансона 3 вытесняет металл из цилиндрического рабочего канала пуансона в конический, формируя головку. Процесс поперечного выдавливания по сравнению с высадкой является более устойчивым с точки зрения предотвращения продольного изгиба заготовки, так как на начальном этапе штамповки исходная высота /0 деформируемого участка заготовки значительно меньше, чем при высадке. Однако усилия деформирования при поперечном выдавливании выше, чем при высадке, что необходимо учитывать при разработке технологических процессов, выборе оборудования и проектировании инструмента. Поэтому задача определения технологических усилий при поперечном выдавливании представляет определенный практический интерес
При определении энергосиловых параметров поперечного выдавливания использовался вариационный метод в дискретной постановке [172-173], со деформирования условно разбивается на два этапа.
На первом этапе деформации имеют конечную величину, в деформируемом теле возникает неравномерность деформации, причем распределение степени деформации еіо по объему тела определяется либо экспериментально (см.рис.3,2) либо аналитически. Так как на конечном этапе деформации малы, то рационально использовать соотношения деформационной теории пластичности.
На конечном этапе поперечного выдавливания (рис.4.2) металл вытесняется на величину Л/г из цилиндрической полости пуансона в коническую. Деформация рассматривается в цилиндрической системе координат ( г , z , tp\ причем ось z совпадает с продольной осью заготовки, а координатная плоскость ог р проходит по торцу нижнего конуса. При выборе функции радиальных перемещений учитывалось то обстоятельство, что функция Ur имеет максимум на некотором расстоянии h=aH от начала координат, где а - варьируемый параметр. При этом можно выделить следующие граничные условия
В соответствии с используемым вариационным методом в дискретной постановке определялись : работа внутренних сил ЛЬ1 в объеме верхнего конуса, работа внутренних сил АЬ2 в объеме нижнего конуса, работа сил трения АТ1, А-/?, Атз на поверхностях S/, S2, S3 контакта металла с инструментом и работа сил среза Ас на поверхности F.
Степень деформации е,0 на начальном этапе деформирования определялась в соответствии с применяемой гипотезой плоских сечений, то Работа сил трения на поверхности S3 контакта металла со стенками цилиндрического отверстия пуансона
Считая, что металл вытесняется из цилиндрического отверстия пуансона только в осевом направлении, перемещение U/S3 = Ah.
Полная работа деформации определялась как сумма работ внутренних сил Abli АЬ2 и сил трения Ап,Атг,Атъ по поверхностям Sj, S2 , S3 - Поиск минимума полной работы деформации в зависимости от варьируемых параметров осуществлялся численными методами по специально разработанной программе с использованием персонального компьютера PC IBM . При этом кратные интегралы в выражениях работ вычислялись методом Гаусса с использованием четырех узловых точек. По найденным значениям минимальной полнай работы деформации Ат]п определялись усилия штамповки Р = Afn I Aft. По найденнымзначениям тіпдля сталей Юкп, 20Г2Р, 30Г2Р, ЗОХР, 40Х, которые наиболее широко применяются при штамповке изделий с голоками, определялись усилия поперечного выдавливания на конечном этапе процесса формирования конуса. Результаты расчета представлены в виде номограммы (рис.4.3 ).Для экспериментальной проверки результатов теоретических исследований было спроектировано и изготовлено специальное устройство (рис.4.4), содержащее корпус 2 с отверстием, в котором соосно размещались матрица 3 и пуансон 4. В пуансоне 4 размещался стержень 6, при перемещении которого от ползуна испытательной машины деформируется заготовка 1 с образованием головки в виде разновысоких конусов. Для удаления заготовки 1 из матрицы 3 использовался выталкиватель 7.
Эксперименты проводились на испытательной машине EU-100 ( производство г.Лейпциг, Германия), максимальное усилие 100 тс, погрешность ±1%. В качестве исходной заготовки использовались цилиндрические образцы диаметром 16 мм из стали Юкп. Размеры отштампованных головок г0= 8 мм,Д=10мм, h0= 6 мм, Н= 20 мм. Замеренные на 10 образцах усилия изменялись вдиапазоне 196 207 кН при среднем значении 202,2 кН. Усилия, определенные теоретически - 194,8 кН. Погрешность 3,7 %.
Разработка технологии изготовления путевых шурупов холодной штамповкой на многопозиционных автоматах
Теоретические и экспериментальные исследования, представленные в разделах 2-5 данной работы, использовались при разработке технологии изготовления путевых шурупов по ГОСТ 809-71 холодной объемной штамповкой на многопозиционном автомате-комбайне КА-84 (KIESERLING, Германия).
Путевые шурупы используются в конструкции верхнего строения железнодорожного пути и служат основным элементом крепления подкладки к деревянным или железобетонным шпалам. Путевой шуруп (рис.6.3) имеет головку с четырехгранником и фланцем и стержневую часть с резьбой специальной формы.- 24 мм, диаметр фланца - 43 мм) во всем мире их изготавливают методами горячей объемной штамповки [74, 75]. Эти методы связаны с повышенным расходом энергозатрат на нагрев заготовки и низким качеством изделий в связи с наличием окалины и обезуглероженного слоя. Как правило, точные параметры горячештампованных изделий и их товарный вид значительно уступают анало гичным изделиям, полученным методом холодной объемной штамповки. Поэтому освоение производства путевых шурупов холодной объемной штамповкой позволяет устранить вышеотмеченные недостатки.
Однако освоение производства путевых пгурупов холодной объемной штамповкой на многопозиционных автоматах-комбайнах представляет собой достаточно сложную техническую задачу по следующим причинам:1. Для формирования головки с фланцем, диаметр которого составляет 43 мм, необходимо приложить значительные технологические усилия. Поэтому требуется оценить возможности имеющегося оборудования для осуществления процесса штамповки по силовым параметрам.2. Значительный объем головки путевого шурупа повышает вероятность продольного изгиба заготовки на начальных переходах штамповки. Необходимо выполнить оценку устойчивости и в схему технологического процесса заложить режимы и операции, исключающие потерю устойчивости.З.При формировании четырехгранника головки штамповкой высока вероятность залипання заготовки в пуансоне, что в свою очередь может привести к полному разрушению высадочного инструмента на данной операции, за счет того, что в штамповый инструмент попадают две заготовки. Если не остановить пресс, разрушается инструмент и на других позициях.4. Накатка в холодном состоянии шурупной резьбы сложного профиля диаметром 24 мм - сложная техническая задача, т.к. требуется обеспечить регламентированное требованиями ГОСТ качество резьбы и приемлемую стойкость накатного инструмента.
На основании анализа известных способов штамповки крепежных изделий больших размеров с головками сложной формы разработана предварительная схема технологического процесса холодной штамповки путевых шурупов за четыре перехода. Технологический процесс (рис.6,4) включает:- отрезку предварительной заготовки, диаметр которой d0=(0,8-0,95)d;- высадку предварительной головки в виде двух разновысоких конусов;- высадку окончательной головки с фланцем;
Выполнены расчеты технологический усилий по переходам штамповки. При определении усилий на I и II переходах использовалась разработанная методика, изложенная в главе 4. Усилие редуцирования (III переход) и усилие обрезки фланца (IV переход) определялись по данным, приведенным в работах [80,82]. Результаты расчетов представлены в таблице 6.2.
Для проверки результатов теоретических исследований было спроектировано и изготовлено специальное устройство в виде стакана, в отверстии которого соосно размешались матрица и пуансон. Используя разработанное устройство, на разрывной машине EU-100 осуществлялось деформирование заготовок с записью диаграмм. Обработанные результаты экспериментов представлены в табл. 6.2.
Используя методику, изложенную в главе 5, выполнена оценка устойчивости формоизменения при штамповке головок на I и II переходах. Результаты расчетов представлены в табл. 6.2.формоизменения при штамповке головок на I и II переходах. Результаты расчетов представлены в табл. 6.1.
Анализ полученных результатов показал:1. Максимальное суммарное усилие штамповки составляет 4037,6 кН. Учитывая, что номинальное усилие автомата КА-84 11500 кН, разработанная технология может быть реализована на данном оборудовании.2. Заложенные в технологию форма и размеры головок на I и II переходах должны обеспечить стабильное деформирование без продольного изгиба заготовок.
Разработанная схема и результаты расчетов положены в основу создания технологического процесса холодной штамповки путевых шурупов на автомате-комбайне КА-84. Многочисленные промышленные эксперименты, проведенные в условиях калибровочно-прессового цеха ОАО "МММЗ" непосредственно на автомате КА-84, позволили внести коррективы в технологический процесс и конструкцию холодновысадочяого инструмента. Уточненная и окончательно отработанная технология отражена в технологической карте (см. Приложение).
Разработанная технология исключает нагрев заготовки под штамповку и \ . накатку, что обеспечивает снижение энергозатрат и повышение качества изде Болты и гайки высокопрочные по ГОСТ 22356-77 предназначены для стальных строительных конструкций (в том числе мостовых), а также для металлических конструкций, применяемых в тяжелом машиностроении. Высокопрочные болты отличаются от машиностроительного крепежа по ГОСТ 7798-70 и ГОСТ 7805 -70 тем, что имеют увеличенную головку. Конструкциявысокопрочных болтов представлена на рис. 6.6, а основные размеры втабл.б.З.
Высокопрочные болты по ГОСТ 22353-77, в основном, используются во фрикционных соединения строительных конструкций, когда соединяемые элементы затягиваются с определенным усилием, которое в процессе эксплуатации не должно меняться (статическое усилие), а внешняя нагрузка, действующая на металлоконструкцию, воспринимается силами трения, которые возникают при попытке смещения одного затянутого элемента относительно другого. Таким образом, сами болты испытывают только статическую нагрузку, возникающую при затяжке. Однако усилие затяжки должно быть таковым, чтобы возникающие силы трения удерживали затянутые элементы от перемещения под действием нагрузки. Для создания необходимого усилия затяжки при закручивании гайки крутящим моментом, который создается с помощью динамометрического ключа, ГОСТом 22356-77 введены обязательные испытания на коэффициент закручиваниягде Мкр - крутящий момент, приложенный к гайке для натяжения болта на заданное усилие , в Н м ; N - усилие натяжения болта в кН ; d - номинальный диаметр резьбы в мм.
Коэффициент закручивания К реально учитывает зависимость усилия натяжения болта N от крутящего момента Мкр при различных условиях трения в резьбе и на опорной поверхности гайки. Высокопрочные крепежные изделия (болты, гайки, шайбы) являются ответственными деталями металлоконструкций от их надежности зависит безава- \, рииная эксплуатация зданий, сооружений, мостов и т.п. Поэтому к этим изде
Совершенствование конструкции и технологии изготовления высокопрочных болтов для строительных конструкций
Высокопрочные болты по ГОСТ 22353-77, в основном, используются во фрикционных соединения строительных конструкций, когда соединяемые элементы затягиваются с определенным усилием, которое в процессе эксплуатации не должно меняться (статическое усилие), а внешняя нагрузка, действующая на металлоконструкцию, воспринимается силами трения, которые возникают при попытке смещения одного затянутого элемента относительно другого. Таким образом, сами болты испытывают только статическую нагрузку, возникающую при затяжке. Однако усилие затяжки должно быть таковым, чтобы возникающие силы трения удерживали затянутые элементы от перемещения под действием нагрузки. Для создания необходимого усилия затяжки при закручивании гайки крутящим моментом, который создается с помощью динамометрического ключа, ГОСТом 22356-77 введены обязательные испытания на коэффициент закручиваниягде Мкр - крутящий момент, приложенный к гайке для натяжения болта на заданное усилие , в Н м ; N - усилие натяжения болта в кН ; d - номинальный диаметр резьбы в мм.
Коэффициент закручивания К реально учитывает зависимость усилия натяжения болта N от крутящего момента Мкр при различных условиях трения в резьбе и на опорной поверхности гайки.
Высокопрочные крепежные изделия (болты, гайки, шайбы) являются ответственными деталями металлоконструкций от их надежности зависит безава- \, рииная эксплуатация зданий, сооружений, мостов и т.п. Поэтому к этим изде 104 лиям предъявляют повышенные требования в отношении механических свойств.При этом болты высокопрочные должны обладать следующими механическими свойствами:Наибольшее распространение в металлоконструкциях зданий, сооружений и т.п. получили болты М 24, а в мостостроении - М 22.Следует отметить перспективность применения в металлоконструкциях болтов и гаек с фланцами (рис.6.8, 6.7), применение которых обеспечивает снижение контактных напряжений на опорных поверхностях болтов и гаек, а также более равномерное распределение усилий в резьбе. Применение болтов и гаек с фланцами исключает необходимость использования плоских шайб.
В рамках выполнения данной работы разработан проект технических условий, в которых заложены конструкции высокопрочных болтов и гаек с фланцами, а также новые эффективные марки сталей (см. Приложение).
При штамповке крепежа с фланцами усилия деформирования выше, чем при штамповке обычных болтов и гаек. Поэтому при выборе оборудования для реализации технологии, а также для проектирования штампового инструмента необходимо иметь достоверную информацию об усилиях деформирования. При расчетах усилий штамповки высокопрочных болтов с фланцами использовалась методика, представленная в главе 4.
Для высокопрочных болтов с уровнем прочности 1100-1300 МПа в ГОСТе 22356-77 заложена всего одна марка стали - сталь 40Х «селект», у которой сужен диапазон содержания углерода (0,37- 042%). В настоящее время эта марка стали хорошо апробирована и при соблюдении определенных режимов штамповки и термообработки обеспечивает высокую эксплуатационную надежность изготовленных из нее высокопрочных болтов [19]. Однако сталь 40Х «селект» обладает повышенным сопротивлением деформации в холодном состоянии. Поэтому при изготовлении высокопрочных болтов из этой стали наиболее эффективным способом - холодной штамповкой существенно снижается стойкость инструмента (особенно для обрезки на шестигранник и накатки резьбы), а иногда имеет место трещинообразование на головке-. Термообработка болтов из стали 40Х «селект» осуществляется в масло, что ухудшает состояние окружающей среды. При термообработке на верхний уровень прочности 1300 МПа повышается вероятность хрупкого разрушения (ЗХР).
Поиск новых марок стали, обладающих хорошей штампуемостью в холодном состоянии, хорошей прокаливаемостью при термообработке с желательным использованием в качестве охлаждающей среды воды или водных растворов, повышенным сопротивлением ЗХР, является важной задачей повышения эффективности производства и применения высокопрочного крепежа.
Анализ патентно-информационных материалов показал, что для изготовления высокопрочных болтов для монтажа строительных металлоконструкций перспективно применение боросодержащих сталей типа 20Г2Р, ЗОГР, 30Г2Р, 30ХР и кремнемарганцовистых сталей типа 20ГС, 30ГС. Вышеотмеченные марки стали заложены в проект ТУ «Болты и гайки высокопрочные» (см. Приложение).
Наиболее эффективным способом изготовления болтов является холодная объемная штамповка с использованием многопозиционных автоматов-комбайнов, когда на входе в автомат задается калиброванный металл, а на выходе выдаются готовые изделия. ОАО «МММЗ» располагает необходимым составом оборудования для изготовления высокопрочных болтов для строительных металлоконструкций и мостостроения, в частности, для этих целей пригодны четьгрехпозиционные автоматы-комбайны QPBA-201, КА-74 ( фирма "Malmedi", ФРГ).
Как отмечалось выше наибольшее применение в металооконструкциях зданий и сооружений находят болты М 24. Для изготовления болтов с гладким участком стержня 65 мм и пользовать горячекатаный металл диаметром не менее 25 мм. Однако в настоящее время бунтовой металл такого диаметра для холодной высадки и выдавливания (ГОСТ 10702-70) в России не изготавливается, а применение пруткового металла приводит к снижению производительности процессов штамповки болтов и ухудшению условий труда. Стабильные поставки бунтового металла требуемого диаметра с завода "Криворожсталь" (г.Кривой Рог, Украина), который имеет специализированное прокатное оборудование для производства бунтового металла диаметром 25-32 мм, связаны со значительными трудностями, в том числе межгосударственного характера.
С целью изготовления высокопрочных болтов М 24 длиной более 65 мм с гладким участком стержня разработана технология (рис.6.3), по которой стержневая часть изделия осаживается на I - III переходах. Технологический процесс включает следующие операции:Рис.6.3. Схема технологического процесса штамповки высокопрочных болтов
Для изготовления высокопрочных болтов М24 с фланцами из исходного калиброванного металла малого диаметра разработан технологический процесс (см.Приложение), включающий следующие операции:- подача металла и отрезка заготовки;- формирование головки в виде двух разновысоких конусов высадкой либо поперечным выдавливанием с осадкой участка стержня; штамповка головки с фланцем и осадка гладкого участка стержня;- выдавливание фаски и окончательная, осадка гладкого участка стержня.- накатка резьбы.
Применение поперечного выдавливания при формировании конической головки и осадке стержня снижает вероятность продольного изгиба заготовки и повышает стабильность процесса деформирования на переходах предварительной штамповки головок. Дополнительно следует отметить, что для предотвращения поломки инструмента в случае переполнения металлом рабочей полости штампа, на торце пуансона в зоне контакта с матрицей необходимо предусмотреть компенсационную полость.
Следует отметить, что при разработке вышеприведенных технологий использовались результаты расчетов устойчивости формоизменения по методике, представленной в главе 5 данной работы, а усилий деформирования по методике, изложенной в главе 4. Результаты расчетов показали, что разработанные технологии могут быть успешно реализованы на четырехпозиционных прессах-автоматах QPBA-201, КА-74 ( фирма "Malmedi", Германия).
