Ковка и объемная штамповка

9. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ОБЪЕМНОЙ ШТАМПОВКИ ЗАГОТОВОК СТЕРЖНЕВЫХ КРЕПЕЖНЫХ ИЗДЕЛИЙ.

 

      Однопозиционный  технологический  процесс объемной 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 процесс изготовления 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  процесс с 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  технологический процесс 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  DC3 – выбирается из таблицы в зависимости от размера SC.

 мм.

      Высота  цилиндрической части головки:

,

где   HC – высота головки болта, номинальная;

       HC2 – высота «мертвой шайбы», номинальная.

 мм.

      Высота  концевой фаски под накатку резьбы:

,

где   DC2 – диаметр под накатку метрической резьбы, наименьший, назначается по ГОСТ 19256-73;

        DC5 – диаметр концевой фаски, назначается в зависимости от номинального диаметра резьбы.

 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 LC3 – длина стержня под накатку резьбы.

      

 мм³.

      Объем концевой фаски стержня:

      

,