CC BY
179А.К.Белан
ФГБОУ ВО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова» А.Д.Картунов, О.А.Белан ОАО «Магнитогорский метизно-калибровочный завод «ММК-МЕТИЗ»
ОБОРУДОВАНИЕ И ТЕХНОЛОГИЯ ПОДГОТОВКИ ГОРЯЧЕКАТАНОГО ПРОКАТА ПОД ХОЛОДНУЮ ШТАМПОВКУ КРЕПЕЖНЫХ ИЗДЕЛИЙ
Аннотация. В статье рассмотрены оборудование и технология подготовки горячекатаного проката для последующей холодной штамповки различных видов крепежных изделий.
Ключевые слова: проволока, калиброванный прокат, волочение, крепеж, холодная объемная штамповка, степень деформации, обжатие.
В качестве исходного сырья для штамповки крепежных изделий используется катанка или горячекатаный прокат. Поставляемый с металлургических комбинатов прокат, в исходном состоянии не предназначен для холодной объемной штамповки (ХОШ), так как имеет неоднородную структуру, нестабильные свойства и большой допуск на диаметр проката. Поэтому, прежде чем металл подается на холодновысадочный автомат, необходимо провести его подготовку, т.е. изготовить калиброванный прокат с требуемыми структурой, механическими свойствами и геометрическими параметрами.
При разработке технологии изготовления калиброванного проката и проволоки, предназначенных для дальнейшей штамповки крепежа методом холодной объемной штамповки, должны быть учтены все требования и особенности будущих крепежных изделий. Разработка технологии начинается с выбора марки стали. Марка стали определяется, исходя из механических свойств и дальнейшего назначения крепежного изделия. Для возможности проведения операций ХОШ важен также размер зерен микроструктуры, это следует учитывать при термообработке сталей [1]. Затем выбирается оборудование, разрабатывается маршрут волочения, режим термической обработки, определяется наличие подсмазочного слоя.
При рассмотрении особенностей технологии изготовления проволоки и калиброванного проката, целесообразно разделить крепежные изделия на группы и рассматривать технологию изготовления металла для каждой отдельной группы [2]:
- проволочные крепежные изделия;
- крепеж повышенной прочности из углеродистых и легированных марок сталей с последующей термообработкой;
- крепежные изделия из сталей марок 10, 10пс, 20, 20пс без термообработки.
Проволочные крепежные изделия (гвозди, шплинты)
В качестве сырья используется светлая проволока общего назначения в бухтах, мотках или катушках массой до 1000 кг. Проволока изготавливается из низкоуглеродистых марок сталей. Исходным сырьем является катанка по ГОСТ 30136-95. Готовая проволока должна соответствовать требованиям ГОСТ 3282-74. Особенностью технологии является получение требуемых механических свойств проволоки. Проволока изготавливается без термической обработки. В зависимости от диаметра проволоки, волочение происходит на многократных волочильных станах. Обязательным условием при волочении является не допускать перегрева проволоки, которое приводит к образованию цветов побежалости на поверхности [3]. Перегрев проволоки и цвета побежалости возникают в результате недостаточного охлаждения волок при волочении. Это приводит к плохому формированию острия при штамповке гвоздей: не отпадает обсечка и острие не формируется. Особенно это проявляется на быстроходных гвоздильных автоматах с производительностью более 1000 штук в минуту. Решением данной проблемы является переход на волочение с пониженной скоростью и достаточным охлаждением волок. Современные волочильные станы обеспечивают качественную поверх-
ность проволоки даже при высокой скорости волочения, так как обеспечивается достаточное охлаждение при волочении. Рекомендуемые механические свойства проволоки для гвоздей приведены в табл. 1.
Таблица 1
Рекомендуемые механические свойства готовой проволоки_
Марка стали Временное сопротивление, Н/мм
Ст1пс, Ст1, Ст2пс, Ст2, СтЗпс 0(1,2-1,4) мм - не более 1350 0(1,6-3,1) мм - 590-1180 0(3,4-4,4) мм - 440-930 0(4,6-6,0) мм - 390-830
Крепежные изделия повышенной прочности из углеродистых
и легированных марок сталей с последующей термообработкой
К данной категории изделий можно отнести болты и винты класса прочности 8.8, 10.9, 12.9; гайки класса прочности 8, 10, 12; самонарезающие винты, дюбель, пружинные шайбы и др. Данная группа крепежных изделий изготавливается либо из легированных марок сталей 15Г(М), 20Г2Р, 30ХР, 40Х «Селект» либо из высокоуглеродистых типа 65Г, 70. Особенностью технологии изготовления проволоки для таких изделий является получение максимально пластичной проволоки перед штамповкой, т.е. снизить предел прочности и повысить удлинение и сужение. Это обеспечивает технологичность металла при штамповке. Особенностью данных марок сталей является сильное упрочнение даже при небольшой степени деформации. В среднем деформация на 10% дает упрочнение на 100-150 МПа. Поэтому для штамповки необходимо сделать металл как можно более пластичным, а все необходимые прочностные свойства крепежных изделий достигаются за счет последующей термообработки крепежных изделий [4, 5].
Технология изготовления проволоки и калиброванного металла:
- травление исходного горячекатаного проката и известкование;
- волочение проката на промежуточный размер;
- отжиг передельной заготовки;
- травление передельной заготовки и фосфатирование;
- волочение проволоки на готовый размер.
После отжига передельной проволоки-заготовки, степень деформации при последнем волочении должна быть (5-10)%. Данное обжатие обеспечивает получение максимально пластичной проволоки. Также после отжига должна быть операция фосфатирования. Фосфат является подсмазочным слоем и обеспечивает отсутствие залипания металла в инструменте при штамповке.
Также одним из условий иногда является получение требуемого обезуглероженного слоя на калиброванном прокате. Это достигается качеством исходного горячекатаного проката (при необходимости дополнительно обговаривается с поставщиком металла) и качественным отжигом передельной заготовки. Отжиг металла в современных колпаковых печах, например фирмы «EBNER», обеспечивает получение требуемой структуры металла и механических свойств без прироста по величине обезуглероженного слоя [1, 5].
Свойства горячекатаного проката и передельной заготовки после отжига приведены в табл. 2.
Таким образом, качественный отжиг, хорошая подготовка поверхности и степень деформации не более 10% при волочении на готовый размер, обеспечивают получение качественного калиброванного проката и проволоки из трудноштампуемых марок сталей.
Рекомендуемые механические свойства калиброванного готового проката приведены в табл.3.
Таблица 2
Свойства горячекатаного проката и передельной заготовки после отжига_
Марка стали Обозначение документа Временное сопротивление, Н/мм2 (кгс/мм2), не более Относительное сужение, %, не менее Относительное удлинение (5100), %, не менее
40Х ГОСТ 10702 650 (66,0) 55 -
40Х «Селект» ТС 00187895-028
ТУ 14-101-594
40С2А «Селект» ТУ 14-101-481 750 (76,5) 48 13
65Г ТС 14-101-773 750 (76,5) - 13
10, 20 ГОСТ 10702 460 (47,0) - -
15Г(М) ТС 14-101-679-2007 450 50 20
Таблица 3 Рекомендуемые механические свойства готового калиброванного проката
Марка стали Назначение калиброванного металла Временное сопротивление, Н/мм2 Относительное сужение, %, не менее Относительное удлинение (5100), %, не менее
20Г2Р, 30ХР,40Х, 40Х «Селект» Болты класса прочности 8.8; 10.9 не более 750 - -
40С2А «Селект» шайбы двухвитковые не более 750 48 13
65Г шайбы пружинные не более 804 - 13
15Г(М) самонарезающие винты не более 490 50 20
Крепежные изделия из сталей марок 10, 10пс, 20, 20пс без термообработки
Особенностью технологии подготовки калиброванного металла для данной группы является получение требуемых механических свойств проволоки, с одной стороны обеспечивающие требуемый класс прочности будущих крепежных изделий, с другой - пластичность металла при штамповке [6].
Существует несколько вариантов технологии изготовления проволоки и калиброванного металла в зависимости от условий штамповки и требований к будущему крепежному изделию.
1 вариант:
- травление и фосфатирование горячекатаного проката;
- волочение проволоки на готовый размер.
Данный вариант технологии без отжига наиболее подходит для болтов с шестигранной головкой, поскольку для их штамповки не требуется повышенная пластичность металла. Варьируя диаметром горячекатаного металла, можно подобрать требуемый процент обжатия при волочении, и получить необходимые механические свойства на металле и готовых болтах.
2 вариант:
- отжиг горячекатаного проката;
- травление и фосфатирование;
- волочение проволоки на готовый размер.
Данная технология применяется для болтов с шестигранной головкой до М12, болтов с фасонной головкой, шестигранных гаек, может также применяться для заклепок, винтов и шурупов.
Недостатками первых двух вариантов является.
- Качество поверхности готового металла зависит от качества поверхности горячекатаного проката. При маленьком обжатии есть вероятность наличия дефектов на поверхности.
- Отсутствие требуемого диаметра горячекатаного проката.
3 вариант:
- травление исходного горячекатаного проката и известкование;
- волочение проката на промежуточный размер;
- отжиг передельной заготовки;
- травление передельной заготовки и фосфатирование;
- волочение проволоки на готовый размер.
Этот вариант применяется в основном для изготовления проволоки для винтов, шурупов, заклепок. Для данных изделий требуется маленькие размеры проволоки от 2 мм, а минимальный размер катанки 5,5 мм и при этом необходимо получить достаточно пластичную проволоку, обеспечивающую механические свойства будущих заклепок и позволяющую производить штамповку шлица на винтах и шурупах. Следовательно, без промежуточного отжига не обойтись.
Механические свойства готового калиброванного проката и проволоки приведены в табл. 4.
Таблица 4
Рекомендуемые механические свойства готового калиброванного проката и проволоки
Назначение Временное Относительное
Марка стали калиброванного сопротивление, Н/мм2 сужение, %,
металла не менее
10, 20 болты классов прочности 4.8; 5.8; 6.8 не более 650 -
10, 10пс, 20, 20пс гайки класса прочности 6 461 - 588 -
10, 10пс винты класса прочности 4.8; 5.8 450 - 560 55
10, 10пс шурупы, заклепки 343 - 510 55
Таким образом, стабильность технологических процессов изготовления крепежных изделий и их качество, во многом определяется качеством проволоки и калиброванного металла. Следовательно, при разработке технологии подготовки металла нужно стремиться максимально приблизить получаемые свойства и качество поверхности к требуемым, тем самым, сократить различные проблемы при дальнейшем изготовлении крепежных изделий и предотвратить выпуск несоответствующей продукции.
Библиографический список
1. Лавриненко Ю.А, Евсюков С.А., Лавриненко В.Ю. Объемная штамповка на автоматах: учеб. Пособие. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2014.
2. Белан А.К., Белан О.А. Особенности технологии изготовления проволоки и калиброванного проката для холодной штамповки // КШП. ОМД. 2014. №12. С.28-31.
3. Харитонов В.И., Зюзин В.И., Белан А.К. Ресурсосбережение при производстве проволоки: Учеб. пособие. Магнитогорск: МГТУ, 2003.
4. Тефтелев Е.Н., Артюхин В.И., Паршин В.Г., Белан О.А. Проектирование многопереходных процессов холодной объемной штамповки крепежных изделий на основе средств САПР. Эффективные технологии производства метизов: Сб. науч. тр. / Под ред. Тефтелева Е.Н. - Магнитогорск: МГТУ, 2001.
5. Картунов А.Д., Белан А.К., Белан О.А, Разработка конструкции и технологии производства самонарезающих винтов повышенной прочности в условиях ОАО «ММК-МЕТИЗ»: междунар. сб. науч. тр. / под ред. В.М. Салганика. Магнитогорск: МГТУ, 2016, Вып. 22.
6. Белан А.К., Малышева М.С., Белан О.А. Холодная штамповка головок стержневых изделий методом поперечного выдавливания. Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2008.
INFORMATION ABOUT THE PAPER IN ENGLISH
A.K.Belan
Nosov Magnitogorsk State Technical University A.D.Kartunov, O.A.Belan
JSC «MMK-METIZ»
EQUIPMENT AND PREPARATION TECHNOLOGY OF HOT-ROLLED UNDER COLD DIE FORGING OF FASTENERS
Abstract. The article describes the equipment and technology ofproducing hot-rolled steel for subsequent cold forming of various types of fasteners.
Keywords: hot-rolled steel, wire, calibrated roll, drawing, fastener, cold forming, the degree of deformation, compression.
