--PAGE_BREAK--
5
СОРТАМЕНТ СТАЛИ ДЛЯ ХОЛОДНОЙ ШТАМПОВКИ И ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ К НЕЙ
(Госты указаны старые)
Металлургические заводы поставляют горячекатаный металл с отклонениями на диаметр по ГОСТ 2590—71.
При холодной штамповке болтов на прессах-автоматах диаметр исходной заготовки должен соответствовать 3- и 4-му классам точности.
Использование металла с большим полем допуска, чем для указанных классов точности, вызывает ухудшение качества отрезки и может привести к несоосности заготовки и канала матрицы, к недостаточному зажиму ее в ручье инструмента. Следствием этого является снижение качества штампуемых болтов (увеличение несоосности головки и стержня, дефекты поверхности торцов). Увеличение диаметра заготовки затрудняет заталкивание ее в канал матрицы, что может привести к изгибу заготовки.
Кроме того, при использовании горячекатаной мягкой стали (малоуглеродистой) снижается устойчивость высаживаемой части заготовки, происходит налипание металла на инструмент, Что снижает стабильность технологического процесса и вызывает ухудшение качества болтов. При штамповке заготовка должна полностью и равномерно заполнять отверстие матрицы, мягкая сталь деформируется неравномерно, что способствует изгибу стержня болта.
Для устранения этих явлений для холодной штамповки на прессах-автоматах используют калиброванный металл круглого сечения диаметром от 3 до 30—35 мм преимущественно в виде бунтов или реже (при диаметре свыше 25—30 мм)—в прутках. Технические требования на исходную заготовку регламентируются ГОСТ.
10702—63. «Сталь для холодной высадки», ГОСТ 1050—74. «Сталь углеродистая качественная конструкционная», ГОСТ 380—71. «Сталь углеродистая обыкновенного качества», ГОСТ 4543—71 «Сталь легированная конструкционная». Сортамент калиброванного металла регламентируют ГОСТ 10702—63, ГОСТ 7417—75. Преимущественное применение для штамповки имеет сталь по ГОСТ 10702—63.
Калиброванная сталь для штамповки болтов поставляется в нагартованном (наклепанном) состоянии. Наклеп возникает за счет обжатия при волочении горячекатаной стали. Твердость нагартованной стали, величины временного сопротивления и относительного сужения не должны превышать норм, установленных соответствующими стандартами.
Поверхность калиброванной стали должна быть чистой, гладкой, светлой или матовой без трещин, волосовин, закатов, плен, окалины. Допускаются отдельные мелкие риски механического происхождения в пределах '/4 предельных отклонений на диаметр, а также отдельные вмятины и рябизна в пределах полусуммы допусков.
Макроструктура не должна иметь усадочной раковины п рыхлости, трещин, пузырей, расслоений, неметаллических включений и флокенов, видимых без применения увеличительных приборов при проверке на изломах или протравленных образцах.
Необходимо отметить, что показатели, нормируемые стандартами, и, в частности, ГОСТ 10702—63, не полностью удовлетворяют требованиям к металлу, предназначенному для холодной высадки. Так, величина относительного сужения для ряда сталей нормируется меньшей 50%, испытание на осадку предусмотрено только до половины первоначальной высоты, нет требования обязательной зачистки поверхности и др.
6
ПОДГОТОВКА МЕТАЛЛА К ШТАМПОВКЕ
Металл, предназначенный для штамповки, должен иметь чистую и блестящую поверхность, свободную от окалины, жировых и других загрязнений, и содержать прочно удерживаемую на поверхности технологическую смазку.
Подготовка поверхности заготовки включает операции: очистку поверхности от окалины, жировых и других загрязнений; нанесение подсмазочного слоя (носителя смазки); нанесение технологической смазки.
Прокат или термически обработанный металл имеет на поверхности окисную пленку — окалину, которая должна быть удалена для предупреждения преждевременного износа технологического инструмента и получения чистой и точной заготовки. Основным способом удаления окалины с заготовок, предназначенных для холодной штамповки болтов, является травление.
Травление углеродистых сталей производят главным образом в растворе, содержащем 8—20% серной кис-
Травление меди, латуни Л63, Л62 производят в растворе, содержащем 3—10% H2SO4 при температуре 20—40° С.
Травление алюминиевых сплавов проводят в растворе с 5—10% едкого натра с последующим погружением в раствор с 10—15% азотной кислоты (пассивированием).
После травления для удаления травильного шлама и кислоты металл промывают в горячей и холодной воде. Промывка стальных заготовок в горячей воде производится при температуре 50—70° С в течение 1—2 мин, холодная промывка осуществляется водой под давлением 5—7 ат. в течение 1—2 мин.
Для нейтрализации остатков серной кислоты и уменьшения коэффициента трения при калибровке и холодной штамповке металл подвергается известкованию в растворе, содержащем 3—5% извести (СаО), при температуре 100° С (2—3 погружения). Допускается выработка раствора до концентрации СаО 0,5— 1%. На поверхности металла должна быть сплошная пленка извести. Нейтрализацию кислоты можно производить в водном растворе мыла с концентрацией 0,5—0,8 г/л при температуре раствора 70—80° С в течение 2—3 мин. После нейтрализации с целью предупреждения коррозии металл подвергается сушке при температуре 100—120° С в течение 15—20 мин.
Для повышения надежности сцепления смазки с деформируемым металлом заготовку целесообразно покрывать подсмазочньм слоем. Подсмазочное покрытие способствует снижению трения при штамповке и повышает стойкость штампового инструмента. Особенно эффективно применение подсмазочного слоя при штамповке болтов с редуцированием стержня.
Нанесение подсмазочного слоя производится перед волочением или после волочения (перед штамповкой).
Наибольшее распространение получило нанесение подсмазочного слоя перед волочением, так как при этом слой носителя смазки получается более равномерным по толщине и надежно сцепленным с основным металлом.
Заготовки из углеродистых и низколегированных сталей чаще всего подвергают фосфатированию. Фосфатирование заключается в обработке металла в 2,5— 3%-ном растворе кислой фосфорнокислой соли цинка,
Температура раствора 60—80°С, Продолжительность фосфатирования равна 5—15 мин. Фосфатный слой может деформироваться без разрушения вместе с основным металлом. Фосфатное покрытие действует как непрерывный разделяющий слой между контактными поверхностями инструмента и заготовки, уменьшая трение, предотвращая налипание металла на инструмент и хорошо удерживая смазочное вещество. Фосфатирование в 1,2—1,3 раза снижает усилия деформирования.
Процесс подготовки металла с нанесением фосфатного слоя состоит из следующих операций: 1) травление (при фосфатировании волоченого металла — обезжиривание); 2) промывка водой; 3) фосфатирование; 4) промывка водой; 5) известкование или омыление; 6) сушка.
Фосфатное покрытие считается качественным, если после волочения сохраняется зеркальный цвет (от черного до серого), при этом, чем темнее цвет волочения, тем лучше покрытие.
При подготовке поверхности заготовок из нержавеющих сталей (12Х18Н9Т, 12Х18Н10Т и др.) вместо фосфатирования используют известково-солевое покрытие. Оно не требует дополнительных операций для химического разрушения пленки, образующейся на поверхности нержавеющей стали в процессе травления (пассивирования), и позволяет работать на высоких скоростях при волочении.
Нержавеющие и жаростойкие стали подготавливаются к штамповке по следующей технологии: 1) травление, 2) промывка в горячей воде, 3) пассивирование, 4) промывка в горячей воде, 5) нанесение известково-солевого покрытия, 6) сушка, 7) калибровка.
Известково-солевое покрытие имеет существенные недостатки. Поваренная соль ускоряет процесс коррозии металла, в сырую погоду впитывает влагу и затрудняет процесс волочения. Кроме того, известь очень пылит, засоряет воздух и помещение цеха и тем самым ухудшает условия труда.
При подготовке к штамповке нержавеющих сталей может применяться меднение.
7
ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ СХЕМЫ ПЛАСТИЧЕСКОГО ФОРМООБРАЗОВАНИЯ СТЕРЖНЕВЫХ КРЕПЕЖНЫХ ИЗДЕЛИЙ.
Отрезказаготовки является исходной операцией во всех технологических процессах и в значительной мере определяет качество изделий. Качество — это совокупность свойств и характеристик продукции, которые способны удовлетворить установленные или предполагаемые потребности. Качество — это хорошие товары, низкие цены, соблюдение срока поставки, хороший прием, хорошее обслуживание.
При отрезке должна быть обеспечена высокая размерная точность заготовок, особенно при закрытой штамповке, минимальное отклонение от перепендикулярности торцевых поверхностей по отношению к оси заготовки. Качество отрезки зависит от технологических параметров оборудования, его технического состояния, механической схемы резки, конструкции отрезного инструмента и материалов, применяемых для его изготовления, степени износа отрезного инструмента, марки стали заготовки, условий резки и многих других факторов. В ХВА применяется открытая и полуоткрытая схема резки. При открытой схеме резки материал подается перед ножом, который находится на некотором расстоянии от линии подачи. При подаче «в нож» центр рабочей кромки ножа находится на линии подачи материала. В этом случае можно реализовать полуоткрытую схему резки используя втулочные ножи, повысив тем самым качество отрезки заготовки.
При отрезке заготовки технологическое усилие может быть посчитано по следующей приближенной зависимости:
РРЕЗ. = (0,7-0,8) sВFОТР.,
где sВ — временное сопротивление отрезаемого металла с учетом упрочнения, полученного на предыдущих операциях волочения. Степень предварительного упрочнения пруткового или бунтового металла не превышает 15-25%. В этом случае повышение временного сопротивления металла составляет 1,1 раза для сталей с не более 0,2% содержанием углерода и 1,3 для сталей от 0,2 до 0,4% углерода.
FОТР — площадь сечения отрезаемой заготовки.
Осадкойназывается операция, в результате которой под действием нагрузки(Р) уменьшается высота исходной заготовки НО и увеличивается площадь ее поперечного сечения (Рис. ). Примером осадки может служить процесс выдавливания торцев отрезанной заготовки гайки или болта, предварительного образования бочонка при горячей штамповке гаек. Усилие осадки, высадки и выдавливания определяется по общей зависимости:
Р = sS *F *c,
где sS— предел текучести материала с учетом его упрочнения. Предел текучести обычных углеродистых сталей, подвергаемых ХОШ, с достаточной для практических расчетов точностью может быть описан уравнением: sS(кг/мм) = 35 + 45С + 60e, где С — процентное содержание углерода в стали, e— средняя относительная деформация.
F — площадь проекции штампуемого изделия на плоскость перпендикулярную действию технологического усилия.
c- коэффициент, учитывающий схему деформированного состояния и потери усилия на внешнее трение заготовки с инструментом.
Величина поправочного коэффицмента cзависит от многих факторов. Проведенные на ряде метизных заводов исследования позволили принять следующие значения коэффициента c:
высадка цилиндрической головки 1,8-1,9
предварительная высадка головки конической формы 1,9-2,0
высадка потайной головки 1,8
высадка потайной головки со шлицем 2,0-2,1
высадка полупотайной головки 2,5
высадка цилиндрической головки винта 1,8-1,9
высадка головки с квадратным подголовком 2,7-2,8
высадка внутреннего шестигранника 3,3
высадка шестигранника болта 2,7-2,8
высадка шестигранной гайки 3,2-3,4
При горячем деформировании sS, согласно исследованиям Навроцкого Г.А., выражается зависимостью:
sS= sВ*g,
где g— коэффициент, учитывающий влияние скорости деформирования при горячей штамповке (g= 1,2-1,6 при скорости деформирования в начальный момент штамповки 0,1- 0,25 м/с; g= 1,6 -2,0 при начальной скорости 0,25 — 0,75 м/с; g = 1 при начальной скорости деформирования 12,5 м/с).
sВ— временное сопротивление при температуре штамповки.
Высадка— это уменьшение высоты заготовки (НО) при увеличении площади поперечного сечения на отдельных участках заготовки. Головки всех стержневых изделий образуются высадкой в матрицах. Конец заготовки, находящийся в матрице, упирается в выталкиватель.
Предварительная высадка проводится с целью подготовки к окончательной высадке. Высаживаемая часть заготовки выполняется в виде усеченного конуса. В ряде случаев у меньшего основания конуса заготовка имеет цилиндрическую часть. Форма и соотношение размеров исходной заготовки при предварительной высадке должны предупреждать:
а) продольный изгиб высаживаемой части заготовки при предварительной высадке;
б) продольный изгиб при окончательной высадке;
в) образование кольцевых складок при окончательной высадке.
Продольный изгиб высаживаемой части заготовки при предварительной высадке происходит из-за слишком большой длины свободной части высаживаемой заготовки. На продольный изгиб оказывает влияние искажение формы заготовки, состояние материала, точность настройки.
Редуцирование— процесс проталкивания заготовки через коническую матрицу, в результате которого происходит уменьшение поперечного сечения заготовки. Усилие для деформирования заготовки передается от пуансона. При редуцировании стабильность процесса определяется продольной устойчивостью от изгиба части заготовки с первоначальным диаметром.
Выдавливаниеотличается от редуцирования тем, что вся заготовка находится в канале матрицы, полностью ее заполняя. При этом не происходит потери продольной устойчивости и изгиба заготовки. Следовательно, при выдавливании можно достичь большого перепада исходного и конечного диаметров заготовки.
Редуцирование и выдавливаниепроводят с целью получения утоненной части стержня болтов под последующее накатывание резьбы.
Пробивка— получение в заготовке сквозных отверстий с удалением материала. Применяется при изготовлении гаек.
Формовка— придание заготовке заданной формы и размеров путем заполнения материалом рабочей полости инструмента. Применяют при высадке заготовок гаек, безотходной высадке головок болтов.
В настоящее время известны три способа получения внутренних резьб пластическим деформированием: применением самонарезающих винтов, раскатыванием роликовыми раскатками, с помощью раскатников.
Роликовые раскатки находят применение для получения внутренних резьб больших диаметров (свыше 30 мм). Для получения внутренних резьб небольших диаметров применяется раскатник. Раскатывание обеспечивает получение внутренних резьб с шагом до 2 мм. При шаге больше 2 мм раскатники применятся для калибрования предварительно нарезанной резьбы.
Крутящий момент на раскатнике определяется по следующей зависимости:
MКР(Н*м) = CМ*dS1,95 * (HО/l1) m* j-0,65* KК * KО,
где CМ — коэффициент, характеризующий материал обрабатываемой детали.
m - показатель степени
Сталь 10кп ( CМ/m) — 1,4/0.9;
Сталь 20 ( CМ/m) — 2,0/0.9;
Медь М3( CМ/m) - 0,82/1,5;
Алюминий ( CМ/m) — 0,52/1,5;
Алюминиевый сплав Д1 (CМ/m) — 1,0/1,3.
KК — коэффициент, учитывающий наличие у раскатников смазывающих канавок; при их наличии KК = 0,7-0,8, при отсутствии KК = 1.
KО — коэффициент, зависящий от вида применяемой смазочно-охлаждающей жидкости. Сульфафрезол -1 ,0;
олифа — 0,7;
индустриальное масло 30 — 1,8;
без охлаждения — 3,0.
Результаты, полученные по приведенной выше зависимости, отличаются от экспериментальных не более чем на 15% при условии, когда диаметр отверстия под резьбу равен расчетному, полученному по формуле.
Стержневые изделия имеют сплошной или пустотелый стержень, поперечное сечение которого либо постоянно, либо изменяется ступенчато или плавно по его длине. Такие изделия могут быть резьбовыми, когда на их стержне предусмотрена резьба (болты, винты, шурупы, шпильки, шаровые пальцы и др.) и не резьбовыми, когда стержень не имеет резьбы (заклепки, гвозди, штифты и др.)
Изделия имеют либо головку, буртик или сужение на стержне. В зависимости от вида и назначения стержневого изделия головка выполняется следующих форм: многогранной, квадратного или прямоугольного сечения, трехгранной, круглой, полукруглой, цилиндрической, конической, плоской, фасонной, изогнутой.
8
ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К СТАЛЯМ, ПРИМЕНЯЕМЫМ ДЛЯ ХОЛОДНОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ МЕТАЛЛА
Стали должны обладать высокой пластичностью и равномерностью свойств.
Пластичность стали во многом определяется ее химическим составом. Так увеличение содержания углерода в стали снижает ее пластичность и деформируемость, приводит к увеличению прочностных характеристик. Стали с содержанием углерода более 0,25% необходимо отжигать для увеличения пластичности. Практически стали с содержанием углерода более 0,50% можно штамповать только после предварительного подогрева.
Наибольшее применение нашли низкоуглеродистые стали ( 08 — 20),
среднеуглеродистые (30 — 45),
легированные (12ХН, 16ХСН, 19ХГН, 20Х, 35Х, 40Х, 40ХН2МА, 38ХГНМ),
боросодержащие (06ХГР, 12ХГР, 20Г2Р, 30Г1Р)
Для холодной обьемной штамповки в основном применяются мартеновские кипящие и спокойные стали. Кипящая сталь обладает пониженным сопротивлением деформации из-за более низкого содержания кремния (0,03%) и меньшей твердостью.
Для производства деталей, работающих в условиях минусовых температур, вместо кипящих сталей, склонных к хрупкому разрушению (хладноломкости), применяются спокойные.
Хром, молибден, вольфрам упрочняют феррит меньше, чем никель, кремний, марганец, бор. Молибден, вольфрам, марганец, кремний ( при наличии последних более1%) снижают вязкость феррита. Хром уменьшает вязкость значительно слабее перечисленных элементов, а никель повышает вязкость.
Кремний и марганец являются раскислителями стали. Содержание кремния - в низкоуглеродистых сталях не должно превышать 0,03% — 0,07%,
- в среднеуглеродистых — 0,15%,
- в легированных — 0,20%.
Наличие в стали больше 0,40% кремния при повышенном содержании
углерода (0,3 — 0,5%) сильно снижает пластичность.
Содержание марганца не должно превышать в низкоуглеродистых сталях 05%, в среднеуглеродистых — 0,65%.
В низкоуглеродистых легированных сталях содержание марганца и кремния может бать несколько увеличено.
Медь, снижающая пластичность, допускается в углеродистой стали до 0.20 — 0,25%, в легированной до 0,25 — 0,30%.
Добавка хрома при снижении содержания углерода улучшает штампуемость сталей. В последнее время с этой целью широко используется легирование микродобавками бора.
Практически все легирующие элементы снижают пластичность сталей при холодной деформации. Исключение составляет никель, однако при его содержании более 1% увеличивается склонность стали к налипанию на инструмент при штамповке.
Содержание серы и фосфора в стали не должно превышать 0,035%.
Классы прочности крепежных изделий 8.8 и выше обеспечиваются, как правило, термической обработкой. Для восприятия закалки и достижения высокой прокаливаемости сталь легируют как дешевыми элементами,- марганцем, хромом, бором, так и более дорогими никелем, молибденом.
Макроструктура изломов и протравленных темплетов углеродистой стали не должна иметь усадочно раковины и рыхлости, пузырей, расслоений, трещин, неметаллических включений и флокенов, видимых без применения увеличительных приборов.
Макроструктура легированной стали должна соответствовать ГОСТ 4543-71.
Величина аустенитного зерна в легированной стали должна быть не крупнее 5 балла ГОСТ 5639-82.
Углеродистые и легированные стали, применяемые для объемной штамповки, относятся, как правило, к перлитному классу. Сталь с перлитной структурой, состоящей из чередующих слоев феррита и тонких пластинок цементита, обладает повышенным сопротивлением холодной деформации. Поэтому соответствующей термообработкой добиваются такого видоизменения характера структуры перлита, чтобы пластинки цементита преобразовались в частички сферической формы, распределенные по ферриту. Такую структуру называют структурой зернистого перлита или сфероидального цементита. Она характеризуется перлитным числом, которое может изменяться от 1 до 100 и обозначает процент содержания сфероидального цементита в общей массе перлита. Для ХОШ наилучшей считается структура с перлитным числом 70-80.
Микроструктура высаживаемых сталей должна быть мелкозернистой.
Для объемной штамповки наиболее благоприятна структура, в которой сфероидальные карбиды (в углеродистых сталях цементит) составляют не менее 70%.
Для сталей с содержанием углерода более 0,3% оптимальной структурой считается сорбитообразный перлит.
В микроструктуре среднеуглеродистых и хромистых сталей недопустимо наличие грубопластинчаого перлита и манштеттовой структуры.
Общая глубина обезуглероженного слоя (феррит + переходная зона) стали с массовой долей углерода 0,3% и более не должна превышать 1,5% на сторону.
Для калиброванной со специальной отделкой поверхности стали, не подвергнутой термической обработке, обезуглероживание не допускается.
Стали для объемной штамповки диаметром до 25-31 мм поставляются в моткох. свыше 31 мм — в бунтах.
Проверка металла на соответствие требованиям стандартов производится входным контролером.
Поверхность калиброванной стали должна быть чистой, гладкой, светлой или матовой, без трещин, плен, закатов и окалины и удовлетворять требованиям групп А и Б ГОСТ 1051-73.
Заготовка, предназначенная для холодной штамповки, не должна иметь трещин, закатов, волосовин, рыхлости и других дефектов.
При высадки дефекты раскрываются в трещины.
Перечисленные дефекты образуются в процессе прокатки и не устраняются в процессе волочения или калибровки.
Трещины, волосовины и другие поверхностные дефекты возникают как при разливке стали в изложницы, так и при прокатке. Закаты образуются при неправильеой настройке валков прокатного стана. Рыхлость и усадочные раковины остаются на прокатанном металле из-за неполной отрезки верхней части слитков на ножницах прокатного стана (непрерывная разливка стали). Вид дефектов горячекатанной стали показан на рис. _
Установлено, что волосовины, риски, плены, глубиной более 0,05 мм при больших положительных деформациях раскрываются образуя трещины.
Установлено, что сталь для ХОШ после подготовки должна обладать следующим сочетанием механических свойств. Твердость должна быть в пределах НВ 150-260, отношение предела текучести к пределу прочности 0,5-0,65. Если относительное сужение больше 60%, то сталь весьма пластична, при 50-60% сталь достаточно пластична, при меньших значениях сталь считается непригодной для высадки.
Горячекатанную сталь для холодной высадки поставляют по стандарту ГОСТ 10702-78. В соответствии с требованиями стандарта перечисленные дефекты не допускаются. Риски на поверхности металла допускаются глубиной не более 0,2мм, а так же сталь должна выдерживать испытание на осадку в холодном состоянии в соответствии с требованиями ГОСТ 10702-78. продолжение
--PAGE_BREAK--
9
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ОБЪЕМНОЙ ШТАМПОВКИ ЗАГОТОВОК СТЕРЖНЕВЫХ КРЕПЕЖНЫХ ИЗДЕЛИЙ.
Однопозиционный технологический процессобъемной штамповки применяется для изготовления заготовок болтов с уменьшенной и нормальной головками, винтов, заклепок и др. изделий из низкоуглеродистых и среднеуглеродистых сталей, при этом используется калиброванный металл, диаметр которого назначается согласно данным, приведенным в табл. 5.
Высадка головки производится за два удара, в результате чего упрочняется только металл головки, а диаметр стержня при этом увеличивается на величину технологического зазора. Разница между прочностью головки и прочностью стержня достигает 300-350 МПа. Для снятия остаточных напряжений штампованные заготовки должны быть подвергнуты термической обработке. См. Рисунок 1.
Рисунок 1 – Эскизы схем высадки головки изделий за два перехода.
При технологическом процессе объемной штамповки заготовок болтов и винтов с редуцированием стержня под накатку резьбы (см. рис. 2) неравномерность распределена напряжений между головкой и стержнем ниже, чем в процессах, приведенных в схемах рис.1.
Рисунок 2 – Эскизы схем высадки головки изделий за два перехода.
Трехпозиционный процессизготовления заготовок (безоблойная объемная штамповка) применяется для изготовления болтов с уменьшенной головкой и коротким стержнем из низкоуглеродистых сталей. При этом технологическом процессе применяется калиброванный металл, диаметр которого назначается согласно данным, приведенным на рисунке 3. Высадка цилиндрической головки происходит на двух позициях с последующим оформлением шестигранника на третьей позиции. Диаметр стержня при этом увеличивается на величину технологического зазора.
Степень деформации головки - значительна из-за малого диаметра исходного металла и достигает 85%. Достоинством метода является простота изготовления холодноштамповочного инструмента и снижение норм расхода металла.
К недостаткам нужно отнести: высокую степень деформации при высадке головки и большие удельные усилия на инструменте, а при недоштамповке низкое качество оформления шестигранника, необходимость термической обработки для снятия остаточных напряжений
Рисунок 3 – Эскизы схем высадки головки изделий за три перехода. а) штамповка изделий с коротким стержнем, б) штамповка изделий с однократным редуцированием стержня длинных изделий.
Трехпозиционный технологический процесс изготовления заготовок (безоблойная объемная штамповка) с однократным редуцированием стержня применяется для изготовления болтов с уменьшенной головкой из низкоуглеродистых и среднеуглеродистых сталей (табл.5, схема 5). При этом технологическом процессе применяется калиброванный металл диаметром, равным наименьшему предельному диаметру гладкой части болта минус суммарный технологический зазор.
Высадка цилиндрической головки происходит за один удар первой позиции, оформление шестигранной головки — на второй позиции и редуцирование стержня под накатку - на третьей.
Четырехпозиционный технологический процессс однократным редуцированием стержня и обрезкой граней рисунок 3 применяется для изготовления заготовок болтов с уменьшенной и нормальной головкой из низкоуглеродистых, среднеуглеродистых и, в ряде случаев, из легированных сталей. При этом технологическом процессе применяется калиброванный металл, диаметр которого равен наименьшему предельному диаметру гладкой части стержня болта минус суммарный технологический зазор. Этим способом рекомендуется изготавливать заготовки болтов с длиной стержня более 10 диаметров.
Высадка цилиндрической головки происходит на двух позициях. Диаметр гладкой части при этом увеличивается на величину технологического зазора, на третьей позиции производится редуцирование стержня.
Рисунок 4 – Эскиз схемы высадки однократным редуцированием стержня изделия и обрезкой граней шестигранника.
Недостаток способа: неравномерность распределения механических свойств головки и стержня, высокая степень деформации головки и, как следствие, необходимость термической обработки для снятия внутренних напряжений.
Четырехпозиционный технологический процесс изготовления заготовок с двукратным редуцированием стержня и обрезкой граней (рис. 5) применяется при изготовлении болтов из среднеуглеродистых и легированных сталей. При таком технологическом процессе используется калиброванный металл, диаметр которого равен 1,10 — 1,25 наименьшего предельного диаметра гладкой части стержня болта.
Рисунок 5 – Эскиз схемы высадки двукратным редуцированием стержня изделия и обрезкой граней шестигранника.
На первой позиции производится редуцирование стержня до диаметра гладкой части минус технологический зазор; на второй — высадка цилиндрической головки; на третьей — редуцирование стержня болта с уменьшением диаметра под накатку резьбы; на четвертой — обрезка граней.
Степень деформации головки приближается к степени деформации стержня, а разница между прочностью головки и стержня болта составляет 20-50 МПа, что позволяет, в ряде случаев, избежать термической обработки заготовок болтов.
Четырехпозиционный технологическийпроцесс изготовления заготовок болтов с однократным редуцированием стержня и обрезкой граней (рис. 6) применяется в тех же случаях, что и технологические процессы по рисункам 4 и 5. Окончательное же оформление головки и шайбы на заключительном переходе осуществляется усилием обрезки, обеспечивающим выдавливание «мертвой шайбы» из конусной фаски, после чего происходит обрезка граней головки.
Диаметр конусной фаски под головкой равен диаметру «мертвой шайбы» или меньше его.
Рисунок 6 – Эскиз схемы высадки однократным редуцированием стержня изделия и обрезкой граней шестигранника.
Преимущество: уменьшение усилий объемной штамповки и, как следствие, увеличение стойкости холодноштамповочного инструмента.
Способы изготовления шпилек
Методом осадки изготовляются заготовки шпилек, имеющих общую длину не более 10 диаметров и с длиной гладкой части не более 1,5 диаметра. При больших длинах не выдерживаются диаметральные размеры под накатку резьбы и диаметр гладкой части.
Метод редуцирования диаметров заготовки шпилек с двух сторон под накатку резьбы требует применения двух-ударных или многопозиционных автоматов.
Трехпозиционный технологический процесс изготовления заготовок шпилек применяется для деталей, диаметр гладкой части которых равен наружному диаметру резьбы. На первой позиции происходит выравнивание торцов заготовки, на второй — оформление концевых фасок, на третьей — редуцирование концов шпильки под накатку резьбы. Этот способ обеспечивает диаметр гладкой части шпильки, равный наружному диаметру резьбы при любой длине детали, высокую точность размеров под накатку резьбы, высокую чистоту поверхности.
Рис.7 — Способы изготовлении шпилек. а) получена способом осадки; б) получена способом редуцирования; в) получена способом высадки и редуцирования; г) получена способом редуцирования.
Комбинирование осадки и редуцирования применяется для изготовления шпилек длиной более 10 диаметров, имеющих ступенчатую гладкую часть.
Особенности изготовления заклепок и винтов.
Стандартные заклепки сплошного сечения изготовляются на двухпозиционных, трех-ударных автоматах, при отсутствии которых можно использовать многопозиционные автоматы.
Исходный металл принимается как равный наименьшему предельному диаметру наибольшей ступени. На первой позиции производится выдавливание наименьшей части стержня, на второй позиции производится подторцовка ступени заклепки и высадка головки за два удара.
Заклепки с глухой полостью с диаметром стержня не более 5 мм изготавливают на специальном однопозиционном автомате по переходам.
Возможность использования на автомате «плавающей» матрицы позволяет штамповать заклепки по циклограмме, обеспечивающей между ударами предварительного и окончательного пуансона на величину, соответствующую объему металла, необходимого для формообразования головки вторым пуансоном. В момент выталкивания заклепка снимается с выдавливающего пуансона вильчатым съемником.
Заготовки винтов изготовляют на однопозиционных двух-ударных автоматах, как правило, со шлицем. Для полного выдавливания винтов М3 — М6 с прямым шлицем используются автоматы комбайны, состоящие из однопозиционного двух-ударного автомата, шлицефрезерного агрегата и резьбонакатного автомата, связанных транспортным устройством.
Рисунок 8 – Схемы изготовления заклёпок. а) заклёпка с полукруглой головкой; б) заклёпка с потайной головкой; в) заклёпка с цилиндрической головкой.
10
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ ПЕРЕХОДОВ ОБЪЁМНОЙ ШТАМПОВКИ ЗАГОТОВКИ БОЛТА
Основой для выбора оптимальных технологических переходов объемной штамповки деталей являются отношения:
и ,
где DCO
– диаметр исходной заготовки;
lCO
– длина высаживаемой части заготовки;
DC – диаметр высаженной части заготовки.
Расчет размеров заготовки болта (рис.4.3) ведется по следующим формулам:
,
где DC – диаметр заготовки под обрезку шестигранной головки;
SC – размер под ключ, номинальный.
Рисунок 9 – Размеры заготовки болта
мм.
Высота фаски: ,
где DC
3– выбирается из таблицы в зависимости от размера SC.
мм.
Высота цилиндрической части головки:
,
где HC– высота головки болта, номинальная;
HC
2– высота «мертвой шайбы», номинальная.
мм.
Высота концевой фаски под накатку резьбы:
,
где DC
2– диаметр под накатку метрической резьбы, наименьший, назначается по ГОСТ 19256-73;
DC
5– диаметр концевой фаски, назначается в зависимости от номинального диаметрарезьбы.
мм.
Расчет объема заготовки болта под высадку
Объем фаски торца головки:
,
мм3.
Объем цилиндрической части головки:
,
мм3.
Объем «мертвой шайбы»:
,
мм3.
Объем цилиндрической части стержня под накатку резьбы:
,
где LC
3– длина стержня под накатку резьбы.
мм3.
Объем концевой фаски стержня:
,
мм3
Полный объем заготовки болта:
,
мм3.
Объем головки заготовки болта:
,
мм3.
Объем стержня заготовки болта:
,
мм3.
Расчет длины и диаметра исходной заготовки
Рисунок 10 – Исходная заготовка
,
где DCO– диаметр исходно заготовки, назначается.
мм.
Расчет размеров переходов заготовки болта
Рисунок 11 – Заготовка 2 перехода
,
мм.
Длина стержня:
,
где DC
6– диаметр стержня, равный наименьшему предельному диаметру гладкой части стержня DC
1минус (0,05-0,10) мм.
мм.
Исходя из условия равенства объемов заготовок всех трех переходов, определяют размеры заготовки второго перехода.
На втором переходе выполняем предварительный набор головки болта
LC
4=21,4мм;
LC
5 =22,5мм;
CD
5=Ø15,5мм
На третьем переходе высаживается шестигранная головка. По размерам и объему она равна головке заготовке болта первого перехода. При этом происходит и незначительное увеличение диаметра стержня, поэтому необходимо определить его длину и диаметр. ,
где DC
1– диаметр стержня, равен диаметру гладкой части стержня заготовки. мм
Рисунок 12 – Заготовка 3 перехода
На четвертом переходе осуществляется обрезка цилиндрической головки на шестигранник
Где VC10 – объём шестигранной головки болта
RC– радиус вписанной окружности шестигранника
мм3.
11
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ УСИЛИЙ ВЫСАДКИ БОЛТА
При технологических расчётах усилие отрезки заготовки определяется по формуле , где
F– площадь поперечного сечения,
v– коэффициент учитывающий неравномерность напряжений (1,25÷1,75)%
— максимальное для данного материала удельное сопротивление реза, касательное напряжение при сдвиге ; Для стали 35 σв=65 кг/мм2 , ,
При технологических расчётах редуцирование стержня под резьбу определяются по формуле
F– площадь поперечного сечения,
p– удельное давление течения металла при входе в коническую часть матрицы
α — угол фильеры α=14°,
μ – коэффициент трения равен 1,15 при калиброванной заготовке.
bн– ширина цилиндрического пояска фильеры
Относительная степень деформации ;
При εотн = 16% по кривым упрочнения определяем σт для стали 35 σт = 58 кг/мм2
;
;
При технологических расчётах усилия предварительной осадки головки определяются по формуле: ,
где Рвыс — полное технологическое усилие, H;
F– проекция площади контакта заготовки с пуансоном, мм;
σт – напряжение течения металла с учётом его марки, мПа;
h - высота высаженной головки, мм;
Zф– коэффициент учитывающий неравномерность напряжений (1,1÷1,2);
V– коэффициент учитывающий неравномерность напряжений (1,25÷1,75)%
μ – коэффициент трения равен 1,25 при калиброванной заготовке.
Относительная степень деформации при предварительной осадке головки, определяется по формуле , %
D,D– площадь поперечного сечения в начале и в конце деформации
Относительная степень деформации на последующем переходе должна учитывать деформацию на предыдущих переходах
F– площадь проекции поперечного сечения заготовки,
При εотн = 14% по кривым упрочнения определяем σт для стали 35 σт = 54 кг/мм2
При технологических расчётах усилия окончательной высадки головки определяются по формуле: ,
Относительная степень деформации на последующем переходе должна учитывать деформацию на предыдущих переходах
При εотн = 65% по кривым упрочнения определяем σт для стали 35 σт = 96 кг/мм2
F– площадь проекции поперечного сечения заготовки,
При технологических расчётах усилия обрезки граней шестигранника определяются по следующим формуле: ,
Где F– площадь среза
F=n·a·h, где а – длинна грани, n– количество граней, h– высота головки
— касательное напряжение сдвига = 0,6· σв, Для стали 35 σв=65 кг/мм2
Определим суммарное усилие высадки
;
продолжение
--PAGE_BREAK--