Технология изготовления болтов методом холодной штамповки

КЛАССИФИКАЦИЯ БОЛТОВ

ВИДЫ БОЛТОВ И ТИПОРАЗМЕРЫ

К болтам относятся стержни с винтовой канавкой на одном кон­це и головкой на другом, служащие для разъемных соединений от­дельных частей машин и конструкций при помощи гайки.

По форме головки болты разделяются на болты с многогран­ной головкой, чаще всего с шестигранной, и болты с фасонной го­ловкой (полукруглой, потайной, клеммные, закладные, стыковые и др.).

Наибольшее распространение получили болты с шестигранной головкой, которые применяются в соединениях, испытывающих на­грузки самого различного характера: статические, циклические, ди­намические (ударного характера). Болты с шестигранной головкой используются как тяжелонагруженные детали в двигателях внут­реннего сгорания (шатунные болты), в ходовой части гусеничных тракторов (башмачные болты), во фланцевых соединениях сосудов, находящихся под давлением, и др.

Болты с шестигранной головкой различаются:

1. По диаметру резьбы и безрезьбовой части стержня.

Стандарты включают болты с диаметром резьбы от 1,6 до 160мм. Наибольшее применение имеют болты с диаметром резьбы до 48 мм. Стандарты на эти 'болты выделены в самостоятельную группу.

По диаметру гладкой (безрезьбовой) части стержня болты раз­деляются на:

а) болты с диаметром гладкой части стержня, равным наруж­ному диаметру резьбы (ГОСТ 7796—70, ГОСТ 7798—70, ГОСТ 7805—70, ГОСТ 7808—70 и др.);

б) болты с диаметром гладкой части стержня, приблизительно равным среднему диаметру резьбы (ГОСТ 7795—70, ГОСТ 7811— 70, ГОСТ 15590—70). Эти болты для улучшения центрирования стер­жня в отверстии скрепляемых деталей имеют направляющий подго­ловок длиной не менее половины диаметра.

2. По длине стержня и длине резьбы.

Длина стержня болтов колеблется в широком диапазоне от 1,0 d до 10—30 d (d—диаметр резьбы).

Абсолютная длина резьбовой части стержня увеличивается с увеличением диаметра стержня, а относительная длина — уменьша­ется и составляет от 5 d до 2 d. Различают болты с резьбой до го­ловки и имеющие безрезьбовой участок стержня.

3. По размеру «под ключ» S.

Существуют болты с нормальным размером «под ключ» S= 1,5—1,6 d и с уменьшенным S = 1,3—1,4 d. Болты с уменьшенным размером «под ключ» имеют соответственно меньшую опорную по­верхность и поэтому могут применяться в соединениях с понижен­ными требованиями к прочности на смятие под головкой.

Болты с шестигранной головкой изготовляются в нескольких ис­полнениях: основное (рис. 1,а) (без отверстий или углублений), с отверстиями в стержне или головке (рис. 1,6, в) или с углублением в головке '(рис. 1, г, д). Болты с отверстиями в головке или в стер­жне применяются в соединениях, требующих предохранения от самоотвинчивания. Стопорение осуществляется с помощью шплинтов (проволоки), вставляемых в отверстие, просверленное в стержне или головке болта. Углубление в головке выполняется для облегчения оформления шестигранника в процессе безотходной высадки го­ловки.

г д

Рис. 1. Виды болтов с шестигранной головкой

Головка болта может иметь опорную шайбу (рис. 1,а). При изготовлении головки болтов с опорной шайбой уменьшается вели­чина смещения оси опорной поверхности относительно оси стержня и снижается вероятность появления заусенцев на опорной поверх­ности.

4. По точности изготовления (повышенной, нормальной, грубой).

Болты разной степени точности отличаются:

а) точностью выполнения размеров (диаметра, длины, высоты головки и др.);

б) величиной отклонения от правильной геометрической формы (несоосности головки и стержня, резьбовой и безрезьбовой частей стержня, неперпендикулярности опорной поверхности головки от­носительно оси стержня, уклона граней и т. д.);

в) дефектами внешнего вида (срезами или сколами металла на гранях, заусенцами на опорной поверхности, выкрашиванием ни­ток резьбы и др.).

Дефекты внешнего вида и величины отклонений от правильной геометрической формы для болтов с диаметром резьбы до 48 мм регламентируются ГОСТ 1759—70.

Болты с фасонной головкой в зависимости от вида головки и подголовка предназначаются преимущественно для соединения кон­струкций из дерева и листового металла. Стандарты на болты с фа­сонной головкой охватывают болты с диаметром резьбы от 5 до 24 мм длиной от 2 d до 30 d. В зависимости от формы и размера го­ловки и типа подголовка болты изготавливают: с полукруглой го­ловкой и усом (рис. 2,а); с полукруглой головкой и квадратным подголовном (рис. 2,6); с потайной головкой и усом (рис. 2,в); с потай­ной головкой и квадратным подголовком (рис. 2,г); шинные (с по­тайной головкой) D=1,7—1,8 d, где D—диаметр головки.

Стандарты на болты с полукруглой головкой включают болты с облегченной головкой .D=1,7—1,8 d, с нормальной головкой D=2,2—2,3 d и увеличенной головкой (.D=3,0 d). Потайные головки бывают облегченные и нормальные.

Рис. 2. Виды болтов с фасонной головкой

Болты с фасонной головкой изготавливают грубой точности с резьбой крупного шага по ГОСТ 16093—70.

Болты с увеличенным диаметром головки (свыше 2d) при­меняют преимущественно для крепления деревянных конструкций, так как большая опорная поверхность под головкой уменьшает ве­роятность смятия древесины. Болты с диаметром головки менее 2 d применяют в основном для соединения конструкций из металла.

Болты закладные, клеммные и стыковые применяют для рельсо­вых скреплений железнодорожного пути. Клеммные и закладные болты изготовляют одного диаметра резьбы — 22 мм с крупным ша­гом (преимущественно горячей штамповкой). Стыковые болты из­готавливают горячей штамповкой.

МАТЕРИАЛ И КЛАССЫ ПРОЧНОСТИ БОЛТОВ

Механические свойства крепежных изделий с диаметром резь­бы до 48 мм и материалы для их производства регламентируются ГОСТ 1759—70.

Для болтов установлены три группы материалов: углеродистые и легированные стали; коррозионно-стойкие, жаропрочные, жаростой­кие и теплоустойчивые стали; цветные сплавы.

В основном применяют болты из углеродистых и легированных сталей; болты, изготовленные из материалов второй и третьей груп­пы, применяют в специальных случаях при жестких требованиях к жаропрочности, коррозионной стойкости, габаритам и весу соедине­ний.

Болты изготавливают как из спокойных, так и из кипящих ста­лей. Учитывая, что кипящие стали более склонны к хладноломкости,

чем стали спокойной выплавки, их применение для крепежных из­делий ограничено.

Из углеродистых и легированных сталей в ГОСТ 1759—70 пре­дусмотрено изготовление болтов двенадцати классов прочности, из коррозионно-стойких, жаропрочных и жаростойких сталей шести групп и цветных металлов также шести групп материалов.

Классы прочности охватывают диапазон временного сопротивле­ния от 30 до 160, кгс/мм². Под классам прочности понимается комплекс механических свойств, включающий временное сопротивление, пре­дел текучести, относительное удлинение после разрыва, твердость, напряжение от пробной нагрузки, а для ряда классов — ударную вязкость.

Временным сопротивлением о-в называется отношение макси­мальной нагрузки Рmах, которую выдерживает материал (болт) в момент наступления разрушения, 'к первоначальному поперечному сечению F_o.

Предел текучести О_т представляет собой наименьшее напряже­ние, при котором деформация материала происходит без заметного увеличения растягивающей нагрузки Рт .

Предел текучести определяется на специальных образцах. Ча­сто при растяжении образцов действующая нагрузка изменяется вплоть до момента разрушения, при этом пользуются значением условного предела текучести.

Ударная вязкость материала характеризуется полной рабо­той, затраченной на деформацию и разрушение специального приз­матического образца с односторонним надрезом (выточкой), делен­ной на площадь сечения в надрезе. Образцы вытачиваются из бол­тов с удалением резьбы.

Относительное удлинение — это отношение увеличения длины образца после разрыва к его начальной длине.

Класс прочности болтов обозначается двумя числами. Первое число, умноженное на 10, определяет величину минимального вре­менного сопротивления (кгс/мм²). Второе число, умноженное на 10, определяет отношение предела текучести к временному сопротивлению (%), а произведение чисел определяет величину минимального предела текучести (кгс/мм²).

Введение классов прочности облегчает выбор и расчет резьбо­вых соединений, позволяет регламентировать усилия предваритель­ной затяжки, что значительно повышает надежность и долговеч­ность соединении.

Группы материалов обозначаются двузначным числом, первая цифра которого указывает вид материала, а вторая цифра — проч­ность.

При оформлении заказов на продукцию, а также в различной конструкторской документации болты обозначаются по условной схеме. Условное обозначение болтов включает: наименование детали, исполнение, диаметр резьбы, шаг резьбы, поле допуска резьбы, дли­ну болта, класс прочности или группу, марку стали или сплава, обо­значение вида покрытия, толщину покрытия и номер размерного стандарта.

Для упрощения обозначения часто применяемых деталей в ус­ловной схеме не указываются крупный шаг резьбы, поле допуска 8g, исполнение 1, марка углеродистой стали и цветного сплава.

Дополнительно в условном обозначении может отмечаться при­менение спокойной (буквой С) или автоматной (буквой А) сталей.

Например, болт по ГОСТ 7796—70 исполнения 2, имеющий диа­метр резьбы 1Й мм с шагом 1,25мм и поле допусков 6 g, при длине 60 мм и классе прочности 5.8 (записывается без точки) с цинковым покрытием (вид покрытия 01) толщиной, 9 мкм обозначается: болт 2М 12Х1,25—6 ХбО.58,019 ГОСТ 7796—70.

ГОСТ 1759—70 рекомендует технологию изготовления болтов в зависимости от их класса прочности.

В производственных условиях болты изготавливаются холодной или горячей штамповкой и точением без термической обработки или с термической обработкой после получения крепежных изделий од­ним из перечисленных выше способов.

Болты, изготовляемые холодной штамповкой без термической обработки, имеют пониженные пластические свойства вследствие наклепа, полученного при холодной деформации. Величина предела текучести материала болтов при этом приближается к величине временного сопротивления и составляет в большинстве случаев 0,8— 0,9 Gs. Поэтому указанным методом можно изготовлять только болты классов прочности 4.8, 5.8, 6.9 и в ряде случаев 8.8.

В ряде случаев эти же болты могут быть изготовлены и холодной штамповкой, но с обязатель­ным отжигом исходного металла.

Высокопрочные болты из среднеуглеродистых и легированных сталей (классы прочности 8.8, 10.9 и 12.9, 14.9) изготовляются с за­калкой и отпуском.

ИСХОДНАЯ ЗАГОТОВКА ДЛЯ ХОЛОДНОЙ ШТАМПОВКИ БОЛТОВ

ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К КАЧЕСТВУ МЕТАЛЛА

Стабильность технологического процесса штамповки и качество штампуемых болтов во многом определя­ются качеством исходного металла. Холодная штам­повка предъявляет специфические требования к исход­ному металлу. Материал, применяемый для холодной штамповки, должен обладать высокой пластичностью, иметь равномерные механические свойства и химиче­ский состав и не иметь поверхностных и внутренних дефектов.

Деформируемость металла в холодном состоянии, т. е. его способность претерпевать пластическое фор­моизменение без разрушения, зависит от многих фак­торов: качества поверхности заготовки; химического состава; структуры; механических свойств и технологи­ческих параметров процесса штамповки.

Дефекты поверхности металла заготовки являются одной из основных причин возникновения надрывов и трещин при холодной штамповке. Они могут образовы­ваться на разных стадиях переработки металла, начи­ная от разливки стали и кончая калибровкой перед высадкой.

Дефектами разливки являются газовые пузыри, расположенные внутри или на поверхности металла, неметаллические включения, пористость и др. Газовые пузыри возникают обычно в кипящей стали, в спокой­ной образуется неравномерно расположенная пори­стость. При прокатке дефекты слитков способствуют образованию на поверхности проката трещин, закатов, глубоких рисок, волосовин, которые необходимо уда­лять перед процессом холодной деформации.

Исследование влияния глубины и конфигурации по­верхностных дефектов на деформируемость углероди­стой стали проводят путем осадки образцов с искусственно нанесенной трещиной различной глубины, раз­личным углом и радиусом при вершине. Установлено, что дефекты (волосовины, риски, плены и др.) глуби­ной 0,05 мм и более при высадке с большими степеня­ми деформации раскрываются, образуя трещины.

Для снижения брака при холодном прессовании не­обходимо удалять дефекты с поверхности обрабатывае­мого металла. Поэтому поверхность слитков перед прокаткой необходимо зачищать. На металлургических заводах зачистку проводят механическим или огневым способом.

При нагреве слитков перед прокаткой необходимо добиваться наименьшего обезуглероживания. На обезуглероженной поверхности вследствие ее пониженной твердости при прокатке образуются более глубокие риски и царапины.

Количество дефектов, образующихся при прокатке, зависит также от степени износа валков. По мере из­носа на поверхности ручьев прокатных валков появля­ются надрывы металла, выступы, углубления и т. д. Эти неровности отпечатываются на горячем металле и за­катываются на последующих переходах, что приводит к нарушению сплошности металла.

Поверхностные дефекты могут образоваться при калибровке металла перед штамповкой. К таким де­фектам относятся риски и царапины, имеющие иногда большую протяженность по длине. Устранению этих дефектов способствуют: качественное травление (при неудовлетворительном травлении на металле остаются частицы окалины, способствующие образованию рисок и царапин на волочильном инструменте и металле);

применение волок с правильной геометрией рабочего канала; применение качественной смазки при калиб­ровке.

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 ^0,25i% необ­ходимо отжигать для увеличения пластичности. Практически стали с содержанием углерода C 0,5% можно штамповать только после предварительного подогрева.

Повышенное содержание кремния в стали резко снижает ее пла­стичность; при деформировании в холодном состоянии вызывает зна­чительный разогрев заготовки, снижает стойкость инструмента, по­вышает усилия штамповки и приводит к образованию трещин.10702—63. «Сталь для холодной высадки», ГОСТ 1050—74. «Сталь углеродистая качественная конструкционная», ГОСТ 360—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 натартованном (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 и 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 Va первоначальной высоты, нет требования обязательной зачистки поверхности и др.

ПОДГОТОВКА МЕТАЛЛА К ШТАМПОВКЕ

Металл, предназначенный для штамповки, должен иметь чистую и блестящую поверхность, свободную от окалины, жировых и других загрязнений, я 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 кислоты, при температуре 50—80°С в течение 10—120 мин, или в концентрированной соляной кислоте при 20— 30° С в течение 5—30 мин. Продолжительность трав­ления зависит от марки стали, диаметра и состояния поставки (прутки, бунты) металла и концентрации раствора.

Травление меди, латуни Л63, Л62 производят в растворе, содержащем 3—10% H₂S0₄ при температуре 20—40° С.

Травление алюминиевых сплавов проводят в рас­творе с 5—10% едкого натра и c 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 атм. 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 подсмазочным 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 омеднение. На Дружковском метиз­ном заводе омеднение металла, идущего на холодную штамповку болтов (с редуцированием стержня); про­изводится по следующей технологии: а) травление;

б) промывка в горячей и холодной воде; в) омеднение;

г) промывка в холодной воде; д) нейтрализация (из­весткование) ; е) сушка.

После калибровки металл подвергается вторичному мед нению. Омеднение производится в растворе, содер­жащем 120—150 г/л медного купороса, 50—60 г/л сер­ной кислоты и 2—3 г/л столярного клея при темпера­туре раствора 18—22°С в течение 1—1,5 мин (двукратное погружение). Омеднение считается удовлет­ворительным, если поверхность металла покрыта сплошной медной пленкой без отслоения, рыхлости и просвечивания основного металла (через пленку).

Омеднение уступает фосфатированию по эффектив­ности снижения коэффициента трения, кроме того, при нанесении медного покрытия трудно контролировать его свойства.

Положительные результаты при штамповке трудно деформируемых сталей дают лаковые покрытия и об­работка в растворе щавелевой кислоты (оксалатирование). Указанные покрытия применяются и при штам­повке цветных сплавов.

На калиброванный металл перед штамповкой или в процессе штамповки наносится технологическая смаз­ка. В качестве смазки часто используется мыльная эмульсия. Хорошие результаты дает применение раст­вора сульфида молибдена в машинном масле.

В последние годы находят применение в процессах штамповки специальные смазки—укринолы. На мос­ковском заводе «Станконормаль» используется смазочно-охлаждающая жидкость на основе парафина (СОЖ В23 К) и укринол 5/5, позволяющие штампо­вать металл без фосфатного покрытия.

Для получения заготовки с требуемыми для штам­повки болтов размерами <и необходимыми механиче­скими свойствами применяют волочение. При волочении с увеличением обжатия повышаются пределы прочно­сти и текучести и снижаются относительное удлинение и сужение.

При изготовлении болтов из низкоуглеродистых сталей 10, Юкп, 20, 20 кп волочение, как правило, про­водится с обжатием 12—20% без промежуточного от­жига. Подкат из среднеуглеродистых и легированных марок стали для облегчения процесса волочения от­жигается.

Оптимальная схема подготовки к штамповке среднеуглеродистых и легированных сталей включает:

1) отжиг горячекатаного металла; 2) подготовку по­верхности металла к волочению; 3) волочение с обжатием 25—30%; 4) промежуточный сфероидизиру-ющий отжиг; 5) подготовку поверхности (фосфатирование); 6) волочение с обжатием 5—8%.

В результате промежуточного отжига после воло­чения стабилизируются структура металла и механи­ческие свойства, способствуя (совместно с последую­щим фосфатированием) снижению усилий штамповки, улучшению качества изделий и повышению износостойкости инструмента.

По рекомендациям ВНИИметиза применение про­межуточного отжига целесообразно и при штамповке болтов (с редуцированием) из сталей 20, ЗО кп (клас­сы прочности 5.8, 6.8).

При отжиге низкоуглеродистых сталей, протянутых с обжатием 8—16%, следует учитывать возможность интенсивного роста зерна, вследствие чего снижается пластичность стали. Поэтому перед отжигом не следу­ет проводить волочение при указанных величинах де­формаций.

ИЗГОТОВЛЕНИЕ БОЛТОВ

ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРОЦЕССА ХОЛОДНОЙ ШТАМПОВКИ

Холодной пластической деформацией в практике штамповочного производства называют процесс, проте­кающий без принудительного нагрева металла.

В процессе деформации происходит механическое упрочнение (наклеп), повышаются твердость деформи­руемого металла, пределы прочности и текучести и снижаются относительное удлинение и сужение.

Процесс деформации сопровождается нагревом ме­талла и инструмента, температура которых может до­стигать 300° С..

При холодной объемной штамповке всей заготовке придается заданная форма и размеры путем заполнения материалом рабочей полости штампов. Высадка, в отличие от штамповки, заключается в осадке части заготовки между подвижным (пуансоном) и неподвиж­ным (матрицей) инструментом.

Основными достоинствами холодной штамповки яв­ляются высокая производительность, точность размеров и чистота поверхности изделий, повышенная прочность штампуемых деталей, низкий расход металла, широкий диапазон изготовляемых типоразмеров. Холодной штам­повкой изготовляются болты с диаметром стержня до 30 мм. Однако в последнее время таким способом из­готовляют болты с метрической резьбой, имеющие .стержень диаметром до 52 мм.

Основной недостаток холодной деформации — сни­жение пластичности металла вследствие наклепа и со­ответственно повышение опасности хрупкого разруше­ния болтов при эксплуатации. Особенно возрастает опасность хрупкого разрушения для болтов из среднеуглеродистых и легированных сталей, которые, как правило, .необходимо подвергать термообработке, спо­собствующей исключению неблагоприятных последст­вий холодной деформации.

Процесс штамповки болтов заключается в том, чтобы из заготовки диаметром меньше диаметра отвер­стия в матрице (на величину зазора) и значительно меньше диаметра наибольшего сечения головки болта можно получить изделие необходимых размеров.

При выборе технологического процесса холодной штамповки необходимо учитывать следующие пара­метры:

1. Отношение длины свободной осаживаемой части заготовки к ее диаметру lo/dy.

Под свободно осаживаемой частью заготовки пони­мается отрезок, заключенный между матрицей и пуан­соном, т. е. отрезок, не контактирующий с инструмен­том. Величина этого отношения характеризует труд­ность процесса формообразования головки болта и устойчивость свободного отрезка металла к продольно­му изгибу. Чем меньше величина lo/dy, тем легче про­текает процесс деформации и лучше оформление конечной заготовки. При большой величине отношения возможен изгиб стержня и нарушение правильной кон­фигурации заготовки (возникновение прогибов, скла­док), что ведет к браку продукции.

Для предотвращения указанных нарушений процес­са высадки отношение длины свободной осаживаемой части к диаметру не должно превосходить определенной величины. При превышении этой величины про­цесс формообразования головки разделяется на не­сколько переходов.

Следует отметить, что при высадке болтов с пре­дельным отношением lo/do необходимо обеспечить чи­стый срез заготовки и перпендикулярность плоскости отреза к продольной оси. При осадке заготовки с ко­сым срезом торцовой площадки возможен ее изгиб и, как следствие, брак продукции.

Возможность изгиба заготовки при осадке увеличи­вается со снижением сил трения по контактируемым поверхностям заготовки и пуансона. Поэтому при не­благоприятных условиях для исключения продольного изгиба заготовки ее концевую часть защемляют в пуансоне.

Неблагоприятные условия снижают допустимую длину свободной осаживаемой части заготовки. Например, при косой отрезке заготовки и неудовлетворительном состоянии рабочей поверхности пуансона предельная величина отношения lo/do при высадке за один, удар может снизиться до 1,5 do и ниже.

При высадке головки болта за несколько переходов первые переходы носят подготовительный характер. На подготовительных переходах заготовка принимает про­межуточную форму, при этом вследствие осадки про­исходит уменьшение отношения lo/do (для последующе­го перехода). Окончательное оформление головки осуществляется на последнем переходе высадки.

2. Отношение диаметра высаживаемой головки к ее высоте.

Чем больше отношение D/H, т. е. чем меньше вы­сота головки болта и больше диаметр, тем труднее протекает процесс высадки, тем больше усилие для формообразования головки.

Практически влияние величины D и Н оценивают через отношение D/do и H/do. Отношение H/do, особен­но для нержавеющей стали, не должно быть меньше 0,5. Отношение D/do при высадке за один удар должно составлять не более 2,2, за два удара 2,2—2,6, за три удара 2,6—4,0.

3. Относительная и истинная деформация.

Отношение lo/do не характеризует интенсивности процесса деформирования 'и является в основном тех­нологическим фактором. Деформация при формообра­зовании головки оценивается величинами относитель­ной деформации или истинной (логариф­мической) деформации.

Кроме того, при оценке процесса осадки необходимо учитывать и величину деформации в поперечном на­правлении (уширение q= {Fi—Fo)jFi, где Fo и Fi — соответственно начальная и конечная площадь попе­речного сечения заготовки.

При высадке полукруглых, потайных, полупотайных и шестигранных головок болтов величины поперечной деформации различны в различных сечениях головки. В сечении с наименьшим поперечным размером проис­ходит минимальная деформация, в сечении с наиболь­шим размером — максимальная. В этих случаях необ­ходимо учитывать среднюю и максимальную величину поперечной деформации.

Очевидно, что для цилиндрических головок болтов поперечная деформация во всех сечениях головки имеет одинаковую величину. Чем больше величина средней деформации, тем выше усилие формообразования го­ловки, тем больше вероятность появления трещин при осадке, тем важнее пластические свойства металла.

Максимальная поперечная деформация для нецилиндрических головок имеет место на ограниченных участках высаживаемой головки и вероятность появ­ления трещин на этих участках зависит главным об­разом от количества и величины дефектов поверхности исходного материала.

Таким образом, по величинам деформации определя­ют 'возможность высадки головки болтов без нарушений сплошности материала и оценивают силовые параметры высадки. При выборе технологического процесса необхо­димо стремиться к получению минимальной степени де­формации.

Степень деформации при высадке головок может быть снижена путем увеличения диаметра исходного металла. Увеличение диаметра исходного металла воз­можно при процессе штамповки, включающем редуци­рование или прямое выдавливание стержня.

Редуцирование представляет операцию заталкивания заготовки в редуцирующую матрицу (рис. 4, а),сопровождающуюся уменьшением диаметра стержня соответственно диаметру редуцирующего пояска (без осадки заготовки). Качество процесса редуцирования

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 г