Технология изготовления болтов методом холодной штамповки

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 30 d (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 упора S. 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.

Рис. 17. Отрезные ножи:

а — открытый; б — закрытый нож-втулка с прижимом; в— закрытый нож-втулка без при­жима (1 — вставка из твердого сплава)

В процессе работы величины зазоров увеличивают­ся: зазор между матрицей и материалом изменяется вследствие износа ручья матрицы, а зазор между мат­рицей и ножом — вследствие динамического характера нагрузок при отрезке. Зазор между заготовкой и отвер­стием закрытого ножа втулки принимают на 0,04— 0,06 мм больше зазора между материалом и матрицей.

В процессе отрезки материал подается в профиль­ную выточку ножа (центр сечения круглого металла совпадает с центром окружности выточки) или впере­ди ножа (перед прижимной лапкой).

В высадочных матрицах в зависимости от вида бол­та и технологии штамповки оформляется стержень, подголовок, головка или ее часть. На 1рис. 18 приведены формы рабочих каналов высадочных матриц. Размеры ручья матрицы последней позиции принимают по соот­ветствующим минимальным размерам высаживаемых пуансоном в матрицу 2 (позиция I) она входит в канал пуансона, сжимая пружину 3. Высадка цилиндрической головки на позиции II происходит в пуансоне 4 и зазо­ре между матрицей и пуансоном, а образование опор­ной шайбы — в матрице 5. Величину зазора между пуансоном и матрицей устанавливают при наладке. На позицииIII производится редуцирование заготовки, ко­торая заталкивается в редуцирующую матрицу 6 пло­ским пуансоном 7. Обрезка цилиндрической головки под шестигранник осуществляется на позиции IV об­резным пуансоном 8. В обрезной матрице 9 предусмот­рена выточка под опорную шайбу. После окончания процесса обрезки заготовка болта выталкивается из матрицы через полость пуансона.

Для цельного инструмента и корпусов сборного инструмента применяют следующие 'материалы. Задающие, правильные и подаю­щие ролики изготавливают из чугуна С4 44-24 или из стали 18ХГТ (HRC 59—62), цельные отрезные матрицы из сталей У 10, У10А (HRC 58—62), корпуса сборных отрезных матриц из стали ЗОХГСА или из сталей 35ХГСА, 40Х (HRC A3.— 45), цельные отрезные ножи из сталей У8А, У10А и У 10 (твердость режущей кромки HRC 59—62), корпуса сборных отрезных ножей — из стали ЗОХГСА или из сталей 35ХГСА, 40Х, У10А (HRC 40—45), прижимные лапки к ножам из сталей 65Г, 60С2 или из У8, У8А (твердость рабочей части H.RC 56—59), цельные высадочные матрицы—из сталей Х12М, Х12Ф1 или У 10, У10А (HRC 54—62), корпус и бандаж сборных высадочных матриц—из стали ЗОХГСА или из сталей 40Х, 35ХГСА (HRC 40—45); цельные предварительные высадочные пуансоны — из стали Х12М или из сталей У 10, У10А (HRC 59—62), цельные окончатель­ные высадочные пуансоны—из стали 40Х или У10 (HRC 42—45), корпуса сборных высадочных пуансонов — из стали ЗОХГСА или из сталей 40Х, 35ХГСА (HRC 40—45), выталкиватели—из стали Х12М или из сталей У8А, У10, У10А (HRC 56—58), пробки и проставки— из сталей Х12М, Х12Ф или У8, У10 (HRC 59-62).

Стойкость инструмента— важнейший фактор, влия­ющий на стабильность технологического процесса, про­изводительность автомата, а также на качество выса­живаемых болтов. Количественно стойкость инструмента характеризуется количеством изготовленных загото­вок или изделий за время его эксплуатации до полного износа.

От материала, применяемого для изготовления инструмента, его твердости, прочности и качества обра­ботки в значительной степени зависит стойкость инст­румента. Применение вставок из твердого сплава вза­мен стальных позволяет повысить стойкость высадочно­го инструмента в 20—60 раз. Средняя стойкость болтовых высадочных матриц с вставками из твердого сплава достигает несколько сот тысяч штук; стойкость отрезных ножей и отрезных втулок доходит до 4 и бо­лее миллионов резов.

На стойкость инструмента оказывают влияние точ­ность изготовления и настройки отрезного инструмента, от которых зависит качество отрезки заготовок. Косой срез, вмятины и заусенцы на отрезанной заготовке спо­собствуют преждевременному выходу из строя матриц и пуансонов.

Существенное влияние на стойкость оказывают сте­пень деформации, число и последовательность техноло­гических операций; указанные характеристики опреде­ляются формой и размерами болтов и принятым техно­логическим процессом изготовления.

Долговечность отрезного инструмента (ножей, матриц) из твердого сплава определяется в основном усталостной прочностью; инструмент выходит из строя вследствие образования усталостных трещин без изме­нений размеров вблизи рабочих поверхностей или при незначительном их изменении. При отрезке заготовок на холодновысадочных автоматах допустимым числом резов до перешлифовки твердосплавного инструмента считается 200—500 тыс. резов (в зависимости от мате­риала и диаметра разрезаемой заготовки).

Высадочные стальные матрицы выходят из строя в основном вследствие изменения их размеров сверх до­пустимых, т. е. по .износу и редко из-за поломок. Вы­садочные твердосплавные матрицы выходят из строя как вследствие износа и изменения размеров по диа­метру, так и из-за выкрашивания твердого сплава, осо­бенно в канале вставки вблизи рабочего торца. При этом матрицы, армированные твердым сплавом ВК15, ВК20 и предназначенные для штамповки болтов из заготовки диаметром до 12 мм, выходят из строя в основном по износу; матрицы, армированные твердым сплавом ВК20, ВК25 и предназначенные для штамповки болтов из заготовки диаметром до 14—16 мм, выходят из строя в основном из-за выкрашивания твердого сплава и появления усталостных трещин; матрицы, армирован­ные твердым сплавом ВК20К и предназначенные для штамповки болтов из исходной заготовки диаметром бо­лее 10 мм, выходят из строя главным образом вследствие износа.

Для редуцирующей матрицы 1максимальный износ наблюдается на редуцирующем пояске в зонах, грани­чащих с цилиндрическими каналами, и вблизи торца матрицы.

Линейный износ канала твердосплавного высадочно­го инструмента очень незначителен и после выполнения 500—800 тыс. ударов составляет до 0,04—0,06 мм.

Выше уже отмечалось отрицательное влияние на стойкость инструмента некачественной отрезки заготов­ки. Колебание ее длины и диаметра также отрицатель­но сказывается на стойкости. Завышение диаметра за­готовки приводит к снятию смазки с поверхностного слоя, увеличению сил трения и усилий в процессе штамповки, затрудняется заталкивание заготовки в канал матрицы. Занижение диаметра заготовки вызы­вает увеличение степени деформации при высадке, ухудшение качества отрезки, что приводит к снижению стойкости пуансонов и матриц. При недостаточной дли­не заготовки возможно соударение пуансона и матри­цы, что может привести к их поломке; завышенная длина может привести к появлению заусенца между торцами матрицы и пуансона, вызывающего значитель­ное увеличение удельных нагрузок на инструмент.

Состояние поверхности заготовки существенно влия­ет на стабильность процесса штамповки и удельные усилия на инструмент (см. главу II, п. 3). Отсутствие подсмазочного покрытия, поверхностные дефекты на исходной заготовке вызывают налипание металла на инструмент, появление задиров, что приводит к быст­рому выходу инструмента из строя.

С повышением прочности и твердости штампуемого материала возрастают нагрузки на инструмент и сни­жается его стойкость.

Повышение содержания в металле вредных приме­сей, снижающих его


29-04-2015, 04:17