Технология изготовления болтов методом холодной штамповки

–PAGE_BREAK–
а                             д

Рис. 4. Редуцирование (в) и прямое выдавливание (б)

определяется, главным образом, продольной устойчи­востью заготовки (отсутствием изгиба стержня) ‘и зави­сит от ‘степени уменьшения сечения стержня при редуци­ровании.

Предельная величина уменьшения диаметра стерж­ня при свободном редуцировании составляет 15—16%. Превышение этой величины может привести к изгибу стержня и наплыву металла перед матрицей.

Редуцируются, как правило, болты с длиной стерж­ня, не превышающей 10 диаметров резьбы. Редуцирова­ние более.длинных заготовок требует повышенной точности изготовления инструмента и часто затрудни­тельно из-за изгиба стержня при выталкивании заго­товки из матрицы. В отечественной и зарубежной прак­тике редуцирование больших длин производится редко и только при значительном снижении скорости редуци­рования.

При прямом выдавливании заготовка полностью за­полняет канал  матрицы (ом. рис. 4, б), свободная часть отсутствует и опасности потери устойчивости при заталкивании заготовки практически нет. Выдав­ливанием можно уменьшать диаметр- стержня до 50% и более.

Благоприятные условия протекания процесса пря­мого выдавливания (неравномерное трехстороннее сжа­тие) способствуют увеличению пластичности металла, поэтому трещины при этом процессе на поверхности изделий, не возникают. При прямом выдавливании воз­можны относительные деформации до 95%. Так же как и редуцирование, выдавливание больших длин не производится.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ХОЛОДНОЙ ШТАМПОВКИ БОЛТОВ
Технологический процесс изготовления заготовок болтов с шестигранной головкой (без резьбы) включает в себя образование промежуточной формы головки, окончательное оформление головки (шестигранника), получение стержня с требуемыми размерами, образо­вание фаски.

Шестигранную головку можно получить обрезкой предварительно высаженной цилиндрической головки, или пластической деформацией.Фаска на конце стержня также может выполняться как пластической деформацией (при штамповке бол­тов), так и резанием. Предпочтительным является об­разование фаски резанием на встроенном в высадочный автомат приспособлении, так как при образовании фас­ки выдавливанием в матрице усложняется изготовление матриц, а при накатке резьбы на стержне с выдавленной фаской снижается стойкость накатного инстру­мента.

При получении фаски выдавливанием на каждую длину болта требуется своя матрица, в то время как при штамповке без оформления фаски перестройка ав­томата по длине болта не влечет смены матрицы. Од­нако при штамповке болтов из низкоуглеродистой стали и при ограниченных перестройках автомата це­лесообразно образование фаски выдавливанием.

Известны следующие основные технологические про­цессы штамповки болтов: без редуцирования; с одно­кратным редуцированием; с двукратным редуцировани­ем; с выдавливанием и редуцированием,.

Технологический процесс высадки без редуцирова­ния применяется для изготовления болтов М6-М24 с уменьшенной головкой с диаметром гладкой части

стержня, равным среднему диаметру резьбы (ГОСТ 7795—70, ГОСТ 7811—70), и коротких болтов с резь­бой до головки или с малой величиной гладкого участка (ГОСТ 7796—70 и ГОСТ 7808—70) из низко­углеродистых сталей Юкп и 20 кп. Болты изготовля­ются преимущественно без термической обработки классов срочности 4.8, 5.8 и 6.8. Технологические пере­ходы штамповки приведены на рис. 5.

Цилиндрическая головка высаживается за два уда­ра, размеры стержня изменяются незначительно. При изготовлении болтов с направляющим подголовком одновременно с высадкой головки происходит образо­вание подголовка.

Прочность болтов, как правило, несколько ниже прочности исходного калиброванного металла, так как снижается вследствие осадки предва­рительно упрочненного при волочении металла (эффект Баушингера).

Достоинством метода является простота изготовле­ния технологического инструмента.

Недостатками процесса являются:

1. Невозможность изготовления болтов с диаметром гладкой части стержня, равным наружному диаметру •резьбы (за исключением коротких болтов, у которых гладкая часть стержня может образоваться одновре­менно с высадкой головки).

2. Большая степень деформации при высадке голов­ки и, как следствие, большие нагрузки на инструмент и повышенная опасность возникновения трещин на го­ловке, особенно при высадке болтов из среднеуглеродистых и легированных сталей, большая неравномер­ность свойств головки и стержня.

3. Необходимость обязательной термообработки болтов из среднеуглеродистых сталей из-за значитель­ного охрупчивания металла и повышенной опасности разрушения под головкой.

4. Трудность изготовления болтов с нормальной головкой.

Недостатки этого процесса штамповки болтов при­вели к постепенному вытеснению его более прогрессив­ными, включающими операцию редуцирования стержня.

Рис. 6. Технологические схемы изготовления болтов высадкой с однократным редуцированием стержня
Процесс изготовления болтов высадкой с однократ­ным редуцированием в настоящее время получил наи­большее распространение для изготовления болтов с диаметром стержня, равным наружному диаметру резь­бы (ГОСТ 7796—70, ГОСТ 7798—70, ГОСТ 7805—70, ГОСТ 7808—70).

Болты могут изготовляться как из низкоуглеродистых, так и из среднеуглеродистых и легированных марок стали. Технологические переходы штамповки показаны на рис. 6.

Наиболее распространенным является процесс вы­садки с однократным редуцированием из металла диа­метром, равным наружному диаметру резьбы (см. рис. 6, а). При данном процессе высадка цилиндриче­ской головки осуществляется за два удара, диаметр гладкой части стержня почти не изменяется. Участок под накатывание резьбы образуется редуцированием на диаметр под накатку. Размеры диаметров под на­катывание  метрической  резьбы  регламентируются ГОСТ 19256—73.

Для болтов из низкоуглеродистых сталей одновре­менно с высадкой головки может осуществляться вы­давливание фаски на конце стержня.

Степень деформации головки при высадке с одно­кратным редуцированием и охрупчивание под головкой меньше, чем при высадке без редуцирования, однако еще достаточно велика, особенно для болтов    с нор­мальной головкой.

Болты из среднеуглеродистых сталей при этом про­цессе целесообразно термически обрабатывать для сня­тия наклепа. Механические свойства болтов соответст­вуют свойствам исходного калиброванного металла. Редуцирование повышает прочность стержня сравни­тельно с прочностью проволоки лишь в случае обжатий менее 20%.

Технология штамповки болтов с однократным реду­цированием по методу ЗИЛа (см. рис. 6, б) применя­ется для изготовления коротких болтов с резьбой до головки. При этом способе диаметр исходного металла больше наружного диаметра резьбы, и поэтому степень деформации головки сравнительно с предыдущим про­цессом снижается.

Вследствие уменьшения отношенияlo/do головка мо­жет оформляться за один переход. Отличительной осо­бенностью этого процесса штамповки является нали­чие позиции, на которой происходит выдавливание фаски.

При высадке с редуцированием на однопозицион­ных автоматах (в одной матрице) редуцирование стер­жня производится первым ударом одновременно с вы­садкой конической головки. Окончательное оформление головки происходит при втором ударе.

Совмещение на одной позиции операций высадки головки с редуцированием нежелательно, так как при этом увеличиваются нагрузки на инструмент и снижа­ется его стойкость. Кроме того, при высадке головки происходит раздача конца редуцированного стержня, и при выталкивании заготовки из матрицы это приво­дит к дополнительному истиранию редуцирующего пояска.

Высадка с редуцированием осуществляется, как правило, на многопозиционных автоматах. При многопозиционных процессах заготовка штампуется в не­скольких матрицах. Эти процессы получили в настоя­щее время наибольшее распространение в специализи­рованном производстве болтов.

Процесс изготовления болтов высадкой с двукрат­ным редуцированием в последнее время получил широ­кое распространение для штамповки болтов с диаметром стержня, равным наружному диаметру резьбы. Высадкой с двукратным редуцированием изготовляют болты из среднеуглеродистых и легированных сталей в широком диапазоне классов прочности (от 4.6 до 10.9). Технологические переходы штамповки представлены на рис. 7.

Диаметр исходной заготовки при этом процессе на 10—15% больше наружного диаметра резьбы, поэтому высадка головки осуществляется за один удар. При первом редуцировании (относительное обжатие не бо­лее 30%) происходит уменьшение диаметра части за­готовки, идущей на образование стержня болта, до

Рис. 7. Технологические схемы изготовления болтов высадкой с двукратным редуцированием стержня

размера наружного диаметра резьбы, второе редуциро­вание (аналогично предыдущему процессу) служит для образования участка под накатку резьбы (см. рис. 7, а).

Степень деформации и упрочнение материала го­ловки меньше, чем при высадке без редуцирования и с однократным редуцированием, что позволяет в ряде случаев избежать термообработки болтов, изготовлен­ных из среднеуглеродистых сталей. Прочность болтов выше прочности исходного калиброванного металла вследствие упрочнения стержня при редуцировании.

При высадке с двукратным редуцированием снижа­ются нагрузки на инструмент и вероятность возникно­вения трещин на головке вследствие уменьшения сте­пени деформации при высадке.

Однако по сравнению с однократным редуцирова­нием усложняется инструмент (две редуцирующие мат­рицы), что сдерживает распространение этого про­цесса.

Кроме того, при изготовлении болтов из легирован­ных сталей (с термической обработкой) затрудняется процесс накатки резьбы вследствие упрочнения метал­ла при двойном редуцирований участка под резьбу.

Штамповка с двукратным редуцированием по мето­ду ЗИЛа (см. рис. 7, б) отличается от рассмотренного способа введением операции выдавливания фаски, что вызывает необходимость совмещения на одной позиции редуцирования с выссадкой головки. Как уже указыва­лось выше, это ведет к «снижению стойкости инстру­мента.

Процесс высадки с выдавливанием и однократным редуцированием обеспечивает получение болтов повы­шенной прочности без термообработки с временным со­противлением до 100 кгс/мм2 (рис. 8).

Рис. 8. Технологическая схема изготовления болтов высадкой с выдавливанием и редуцированием стержня

Исходным материалом служит заготовка диаметром (1,2-1,3)do.

Заготовка осаживается на первой прессовой пози­ции с относительной деформацией 10% с образованием фаски. Осадка заготовки облегчает проведение после­дующих операций выдавливания и редуцирования. Вы­давливание стержня на диаметр, равный наружному диаметру резьбы, производится в закрытой матрице с относительной деформацией до 50% ‘и более. При этом процессе неравномерность свойств головки и стержня практически отсутствует, прочность на много выше проч­ности исходного калиброванного металла.

Основными недостатками процесса, препятствующи­ми его распространению, является необходимость при­менения выдавливающих пуансонов малого диаметра и матриц с большим перепадом диаметров, сложных в изготовлении, необходимость обеспечения высокой соосности пуансонов и матриц.

У всех рассмотренных выше процессов изготовления болтов образование многогранника происходит путем обрезки граней. Масса отходов при обрезке достигает 6—8% от массы болта.

Процесс обрезки характеризуется большими удар­ными нагрузками на малые рабочие площадки инструмента, что определяет его низкую стойкость (значитель­но ниже стойкости высадочного инструмента).

Образование углубления необходимо для лучшего заполнения ребер шестигранника. Недостатками про­цесса является большая степень деформации головки, неблагоприятные условия течения металла при образо­вании шестигранника (растягивающие напряжения по граням), приводящие к появлению надрывов и трещин на головке и особенно на кромках углубления. Процесс

характеризуется большими нагрузками на инструмент при оформлении шестигранника и высокими требова­ниями к пластичности металла и качеству поверхности. Высаженные болты по своему внешнему виду уступа­ют изготовленным с обрезкой граней (нет четкого оформления ребер шестигранника, имеются надрывы на кромках углубления и т. д.).

В связи с указанными недостатками процесс не по­лучил широкого распространения.

Метод фирмы «Хатебур» для изготовления болтов из низкоуглеродистой стали безоблойной высадкой осу­ществляется со следующими технологическими перехо­дами (см. рис. 9,6): отрезка заготовки, редуцирование стержня, предварительная высадка шестигранной го­ловки, вторая высадка шестигранной головки с большой торцовой фаской, окончательная высадка головки и ре­дуцирование части стержня под резьбу.

При этом методе степень деформации головки значи­тельно ниже, чем при высадке с углублением, так как исходный материал имеет диаметр, равный 1,10—1,15 диаметра резьбы, а высаженные болты упрочнены ре­дуцированием.

Недостатками процесса являются большие нагрузки на инструмент вследствие трудности заполнения метал­лам углов шестигранника, неблагоприятные условия течения металла при образовании шестигранника.

Кроме того, при штамповке необходимо обеспече­ние точной отрезки для сохранения постоянства объе­ма головки и точного переноса, так как вследствие воз­можного поворота заготовки болта при выталкивании может не произойти полного совмещения граней пред­варительного шестигранника с гранями инструмента на последующей операции высадки. Последнее ведет к срезу металла по граням и браку продукции.

 При редуцировании  головки происходит смещение слоев металла по боковой по­верхности головки, что может привести к образованию заусенцев на торцовой поверхности. Для предотвра­щения появления заусенцев на цилиндрической заго­товке предусмотрена фаска.

В процессе редуцирования происходит вытеснение металла по граням с заполнением фаски и искажением опорной поверхности. Для.исправления опорной поверх­ности и торцовой фаски на головке предусматривается дополнительная операция доштамповки шестигранника. С целью предотвращения появления заусенцев на опор­ной поверхности при доштамповке цилиндрическая за­готовка болта высаживается с опорной шайбой. Про­цесс осуществляется из заготовки диаметром 1,10— 1,15 диаметра резьбы с двукратным редуцированием стержня.

По сравнению с методом фирмы «Хатебур» при из­готовлении болтов способом, разработанным во ВНИИ-метизе, снижается усилие высадки и улучшаются усло­вия течения металла при образовании многогранника, а также исключается одна операция предварительной высадки головки болта-

Болты с фасонной головкой по конструкции отлича­ются от болтов с шестигранной головкой формой го­ловки и подголовка.В зависимости от размера головки и технологии штамповки болты мо­гут изготовляться без термообработки или с термооб­работкой (отжигом) с целью исключения неблагоприят­ных последствий холодной деформации,  создающих опасность хрупкого разрушения под головкой.

Технологические процессы изготовления болтов с фасонной головкой принципиально не отличаются от процессов, применяемых для штамповки болтов с ше­стигранной головкой. В последнее время внедряют про­цессы штамповки болтов с фасонной головкой на мно­гопозиционных автоматах с применением двукратного редуцирования.

При штамповке болтов на многопозиционных авто­матах для повышения качества оформления головки применяют в качестве завершающей операции обрезку кромок головки.
ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ БОЛТОВ
При изготовлении болтов с применением холодной штамповки выполняются операции образования стерж­ня, получения промежуточной и окончательной форм головки, накатки резьбы. Указанные операции произ­водятся на одном автомате — комбайне или несколь­ких прессах-автоматах, образующих автоматическую линию из последовательно расположенных машин, со­единенных транспортными механизмами для передачи заготовки.

Автоматическая линия может включать холодновысадочные, обрезные и резьбонакатные автоматы.

Холодновысадочный автомат служит для высадки головки болта (промежуточной или окончательной фор­мы) и оформления стержня (без резьбы). На обрезном прессе производится оформление многогранной голов­ки обрезкой. Образование резьбы осуществляется на резьбонакатном автомате. При получении окончатель­ной формы головки болта на холодновысадочном ав­томате обрезной автомат в состав линии не включается.

Часто в состав линии включается оборудование для подрезки торца и обточки концевой фаски, а также для сверления контровочных отверстий.

После выполнения основных технологических опера­ций в ряде случаев проводят дополнительные операции термической обработки и покрытия поверхности, кото­рые осуществляются на специальных термических и гальванических агрегатах.

Холодновысадочные прессы-автоматы отличаются количеством позиций формообразующего инструмента, числом ударов, необходимых для образования заготов­ки, конструкцией высадочных матриц и расположени­ем позиций штамповки.

По количеству позиций автоматы делятся на одно­позиционные и многопозиционные.

Однопозиционные автоматы в зависимости от числа ударов могут быть одноударными, двух ударными и трех ударными.

Для изготовления, одной детали на  одноударном прессе требуется один оборот коленчатого вала (один ход высадочного ползуна), на двух ударном — два, на трех ударном — три. Для штамповки болтов применя­ются в основном двух ударные автоматы. Многопозиционные автоматы могут быть одно- и двух ударными, преимущественное применение для штамповки ‘болтов имеют одноударные многопозиционные прессы.

По конструкции высадочных матриц прессы-авто­маты делятся на автоматы с цельными и разъемными матрицами. Многопозиционные автоматы изготовляют главным образом с цельными матрицами.

Применение разъемных (раздвижных) матриц, рас­крывающихся при выталкивании высаженной заготов­ки, позволяет снизить усилие выталкивания и изготов­лять болты с длиной стержня более 10 диаметров. К недостаткам процесса штамповки в разъемных матри­цах относятся пониженные по сравнению со штампов­кой в цельных матрицах точность размеров и качество поверхности (овальность стержня, шов на стержне вследствие зазора между полуматрицами), изготовля­емых изделий.

Многопозиционные автоматы изготавливают с гори­зонтальным и с вертикальным расположением позиций штамповки. Болтовые автоматы с горизонтальным рас­положением позиций штамповки бывают двух-, трех и четырехпозиционные. Автоматы с вертикальным рас­положением позиций бывают двух- и четырехпозицион­ными.

На однопозиционных высадочных автоматах получа­ют заготовку окончательной формы только при изготов­ления болтов с фасонной головкой. Многогранную го­ловку получают обрезкой цилиндрической головки на обрезном автомате.

В некоторых случаях на двух ударных холодновысадочных автоматах вторым ударом производят обрезку шестигранника или окончательную высадку шестигран­ной головки с углублением.

На многопозиционных автоматах изготавливают бол­ты с полностью оформленной шестигранной головкой. На многопозиционных автоматах с резьбонакатным ус­тройством (автоматах-комбайнах) выполняются все операции изготовления болтов, включая накатку резьбы.

Автомат с цельной матрицей состоит из узла пода­чи материала, механизма отрезки и переноса заготов­ки с линии подачи на линию штамповки, узла высадки.

При штамповке болтов на прессах-автоматах с цельной матрицей длина стержня изделия, регулиру­емая выталкивателем, не должна превышать 8—10 ди­аметров, и в одной матрице можно штамповать болты разной длины.

Известны отдельные конструкции двух ударных ав­томатов с цельной матрицей, позволяющие штампо­вать болты с длиной стержня до 30d (на автомате А1020 штампуют болты диаметром 8 мм, длиной до 200 мм).

Нижний предел длины стержня ограничивается не­обходимой длиной заталкивания, равной диаметру или несколько большей его.

На двух ударных прессах-автоматах длинные болты изготовляются, как правило, без редуцирования. При изготовлении болтов с шестигранной головкой редуци­рование длинных болтов может выполняться одновре­менно с операцией обрезки или высадки шестигранни­ка на обрезном автомате.

Прессы-автоматы с разъемной матрицей имеют ме­ханизм перемещения (сжатия и разжима)  матриц. Пря работе пресса (рис. 11) бунтовой металл 1 направ­ляется подающими роликами через отрезную матрицу и раскрытые высадочные полуматрицы 2 и 4 до пово­ротного упораS. По окончании подачи материала по­движная полуматрица 2, перемещаясь к линии штам­повки, торцовой поверхностью отрезает заготовку. От­резанная заготовка переносится между обеими полу матрицами на линию штамповки, где полу матрицы сжима­ются. После штамповки заготовки первым и вторым ударами пуансонов 5 и 6 разъемная матрица вместе с заготовкой.возвращается в исходное положение и раз­жимается. Выталкивание заготовки из разжатой матри­цы происходит подаваемым металлом, выталкивающая шпилька отсутствует.

На высадочных автоматах с разъемной матрицей можно изготовлять болты большей длины, чем на ав­томатах с цельной матрицей. Кроме того, они произ­водительнее, так как цикл работы у этих автоматов сокращен за счет совмещения подачи материалов с выталкиванием высаженной заготовки. На прессах-ав­томатах с цельной матрицей можно штамповать бо­лее короткие заготовки, чем на автоматах с разъемной матрицей, у которых из-за отсутствия выталкивателя для каждой длины стержня одного и того же диаметра требуется своя высадочная матрица. При   коротких стержнях высота этой матрицы, равная длине стержня, будет незначительной, и при штамповке матрица мо­жет расколоться.

Однопозиционные двух ударные холодновысадочные прессы-автоматы применяются чаще для штамповки болтов с фасонной головкой.

Болты с шестигранной головкой, требующие много­операционной технологии, штампуют на многопозицион­ных прессах-автоматах.

Рис. 12. Схема многопозиционной штамповки болтов

При работе многопозиционных автоматов (рис. 12) калиброванный металл  направляется подающими ро­ликами 2 в отрезную матрицу 3 до упора 4. Нож 5 от­резает заготовку 6 и переносит ее на первую позицию 1, где пуансоном 7 заталкивается в высадочную мат­рицу 8. Высаженная заготовка 9 выталкивается из мат­рицы 8 первой позиции  механизмом переноса переда-
ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ ХОЛОДНОЙ ШТАМПОВКИ БОЛТОВ
Рабочий инструмент для холодной штамповки бол­тов на прессах-автоматах включает: а) ролики задаю­щие, подающие и правильные; б) отрезные матрицы;

в) отрезные ножи; г) высадочные матрицы; д) пуансо­ны предварительные (черновые) и окончательные (чи­стовые); е) выталкиватели.

Ролики задающие служат для облегчения заправки и проталкивания металла через правильные ролики. За­дающие ролики применяются для заправки металла крупного размера (диаметром 12 мм и более) и выпол­няются с индивидуальным приводом, отключающимся после окончания заправки конца металла. Правильные ролики служат для устранения кривизны металла и располагаются обычно в шахматном порядке чаще все­го без привода. Подача металла в автомат осуществляется одной или двумя парами приводных по­дающих роликов, периодически поворачивающихся на определенный угол. Две пары роликов устанавливаются для подачи материала диаметром более 20 мм, чтобы предупредить соскальзывание металла. Задающие и подающие ролики изготавливают с канавкой (желоб­ком), соответствующей профилю металла, при этом задающие ролики выполняют с одной канавкой, пода­ющие — чаще всего с двумя. Профиль желобка правильных роликов целесообразно выполнять в форме углового паза, что делает ролики универсаль­ными и позволяет применять их для правки металла различных диаметров.

Отрезные матрицы служат для приема металла и отрезки его (в паре с ножом). Матрицы изготавливают цельными стальными (или из твердого сплава для мел­ких размеров), сборными или с запрессованной твердо­сплавной вставкой. Диаметр канала отрез­ной ‘матрицы принимается ‘больше диаметра отрезае­мого металла на величину зазора, необходимого для свободной подачи металла. Зазор принимают равным 0,05—0,20 мм в зависимости от диаметра металла. При работе матрицы в паре с отрезным  ножом-втулкой величину зазора уменьшают в два раза. Для крепления в матричном блоке отрезная матрица имеет наружную кольцевую проточку; по мере затупления режущей кромки матрицу поворачивают.

Отрезные ножи изготавливают двух типов: откры­тый нож с прижимной лапкой,  закрытый нож-втулка с прижимом или без прижима. Для увеличения стойкости ножей рабочую часть армируют пластинками из твердого сплава.

Качество отрезки зависит от зазора между матери­алом ‘и ручьем отрезной матрицы и от зазора между рабочим торцом матрицы и ножом, который принима­ют равным 0,03—0,1 мм в зависимости от диаметра разрезаемой заготовки.

    продолжение
–PAGE_BREAK–