Введение к работе
Актуальность работы.
В настоящее время операции по соединению элементов конструкции являются одними из основных при производстве различных систем. Хотя стоимость крепежыых деталей механического узла в среднем не превышает 5%, затраты рабочего времени на операции по соединению деталей достигают более половины общих временных затрат на изготовление продукции. В результате стоимость крепежа, установленного в изделии, увеличивается в 3-10 раз по сравнению с его номинальной стоимостью. В связи с этим экономически целесообразным является использование быстроустанавливаемых крепежных деталей, таких как самонарезающие винты.
На сегодняшний день саморезы являются одним из наиболее востребованных видов крепежа. Стремительно растущая популярность самонарезающих винтов объясняется их расширенными функциональными возможностями:
получение отверстия и формирование в нем резьбы непосредственно во время сборочной операции;
обеспечение надежного стопорения резьбового соединения;
возможность установки в местах с односторонним доступом;
крепление к конструкциям из различных материалов;
снижение себестоимости резьбового соединения за счет исключения операций предварительного образования резьбы и её контроля.
Динамично развивающиеся отрасли промышленности, такие как строительство, производство бытовой техники и электроники, приборостроение, точное машиностроение, автомобилестроение, мебельная и деревообрабатывающая промышленность, стимулируют постоянный рост потребления самонарезающих винтов. Однако, несмотря на то, что спрос на саморезы постоянно растет, перспективы российских заводов на этом рынке довольно сомнительны. Почти 90% потребляемых в России самонарезающих винтов ввозится из-за границы.
Невостребованность саморезов отечественного производства объясняется несоответствием состава свойств продукции и их количественных характеристик требованиям потребителя. В то время как за рубежом фирмы-производители стремятся в максимальной степени удовлетворить потребности заказчика и тем самым гарантировать стабильный сбыт выпускаемых металлоизделий. Дня увеличения объемов реализации самонарезающих винтов российских производителей необходимо освоить производство продукции, номенклатура и уровень свойств которой соответствовали бы требованиям потребителя.
В связи с вышесказанным исследования, направленные на решение проблемы достижения уровня качества саморезов, соответствующего требованиям потребителя, являются весьма актуальными. Только в этом случае можно обеспечить высокую конкурентоспособность самонарезающих винтов
отечественного производства и значительно увеличить объемы их реализации.
Цель работы и задачи исследования.
Целью настоящей работы является обеспечение заданного уровня качества самонарезающих винтов за счет разработки требований к заготовке для изготовления продукции в условиях действующей технологии производства.
Для достижения указанной цели в работе поставлены и решены следующие задачи:
Разработка дерева свойств, как инструмента анализа качества самонарезающих винтов, в соответствии с функциональными требованиями потребителя.
Исследование влияния свойств исходной заготовки на уровень качества самонарезающих винтов.
Разработка математической модели преобразования параметров металлоизделия с учетом различных видов недетерминированности процессов производства продукции для определения требований к исходной заготовке, обеспечивающих достижение заданного уровня качества самонарезающих винтов.
Научная новизна работы.
Разработана иерархическая структура свойств самонарезающих винтов, отражающая специальные свойства саморезов и общие свойства стержневых крепежных изделий, на основе принципа функциональности готовой продукции.
Установлены статистические зависимости, определяющие влияние основных химических элементов в стали на уровень качества готовой продукции и позволяющие определять рациональный химический состав стали для производства самонарезающих винтов.
Разработана математическая модель пооперационного преобразования параметров металлоизделия, позволяющая решать задачи выбора технологии, прогнозирования свойств готовой продукции и определения требуемого диапазона свойств горячекатаной заготовки.
Практическая ценность работы.
Осуществлен выбор марки стали для производства самонарезающих винтов, обеспечивающей выполнение требования бездефектности на операциях формообразования и достижение регламентированного уровня значений твердости сердцевины и крутящего момента готовой продукции.
Сформированы требования к механическим свойствам горячекатаной заготовки, обеспечивающие необходимую технологичность стали на операциях холодной объемной штамповки.
Экономический эффект от внедрения разработок в условиях ОАО «ММК-МЕТИЗ» за счет снижения дефектности отштампованных заготовок по трещинам на 94% и полного устранения отбраковки готовых изделий по
твердости сердцевины и крутящему моменту составил 800 тыс. руб. в год (в ценах 2008 г.) (долевое участие автора).
4. Результаты диссертационной работы используются в учебном процессе ГОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова» (ГОУ ВПО «МГТУ») при подготовке инженеров по специальностям 200503 «Стандартизация и сертификация» (металлургия) и 150106 «Обработка металлов давлением».
Реализация работы.
Результаты диссертационной работы внедрены на ОАО «ММК-МЕТИЗ». Решения, предложенные в диссертации, обеспечили стабильное производство самонарезающих винтов, уровень качества которых соответствует требованиям, установленным в ТУ 1640-041-00187240-2007.
Апробация работы.
Основные положения диссертации доложены и обсуждены на Всероссийской научно-технической конференции «Новые материалы и технологии НМТ-2008» (Москва, «МАТИ», 2008 г.); Международной школе-семинаре «Фазовые и структурные превращения в сталях» (п. Кусимово, Башкортостан, 2008 г.); Международной научно-технической конференции молодых специалистов ОАО «ММК» (Магнитогорск, 2009 г.); ежегодных научно-технических конференциях ГОУ ВПО «МГТУ» (Магнитогорск, 2007 - 2009 гг.); технических советах ОАО «ММК-МЕТИЗ» (Магнитогорск, 2006 - 2009 гг.).
Публикации.
По теме диссертации опубликовано 10 научных статей, в т.ч. 4 в рецензируемых изданиях из перечня ВАК РФ.
Структура и объем работы.
Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения, библиографического списка из 135 наименований, 6 приложений. Текст диссертации изложен на 139 страницах машинописного текста, иллюстрирован 22 рисунками, содержит 36 таблиц.
