CC BY
10
ТЕХНОЛОГИИ И МАШИНЫ ОБРАБОТКИ ДАВЛЕНИЕМ
УДК 620.173.25
ВЛИЯНИЕ ФОРМЫ И РАЗМЕРОВ ТОРЦЕВОЙ ЛУНКИ НА СИЛЫ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ В СИСТЕМЕ «ЗАГОТОВКА - ИНСТРУМЕНТ» ПРИ БЕЗОБЛОЙНОЙ ШТАМПОВКЕ ШЕСТИГРАННОЙ ГОЛОВКИ БОЛТА
ИЗ НЕРЖАВЕЮЩЕЙ СТАЛИ (к 85-летию МГТУ им. Г.И. Носова)
О.С. Железков, С.А. Малаканов, Т.Ш. Галиахметов, С.Б. Лизов
Выполнено компьютерное моделирование процесса безоблойной штамповки шестигранной головки болта из нержавеющей стали 12Х18Н10Т при выдавливании торцевой лунки в виде усеченного конуса и цилиндра с конусом. Определены максимальные усилия штамповки и нормальные давления на поверхности контактные заготовки с инструментом. Отмечены преимущества штамповки с выдавливанием лунки в виде усеченного конуса.
Ключевые слова: болты, шестигранная головка, торцевая лунка, нержавеющая сталь, штамповка, усилия штамповки, нормальные давления.
Крепеж из коррозионностойких сталей используются в атомной энергетике, нефтяной и газовой промышленностях, авиа- и судостроении, медицинской технике, пищевой промышленности и других отраслях [1, 2]. Специфические свойства нержавеющих сталей (химический состав, структура, структурные превращения при нагреве и пластическом деформировании, интенсивное упрочнение при холодном деформировании, «налипание» на инструмент и др.) создают определенные трудности при штамповке крепежных изделий [3,4].
Среди известных способов безоблойной штамповки болтов с шестигранными головками наиболее широко используется технология формирования шестигранника головки за счет с выдавливания торцевой лунки [5]. Согласно нормативно-технической документации (ГОСТ 7798-70, ГОСТ 7805-70 и др.) лунка выполняется цилиндрической формы с диаметром (0,7.. .0,8) размера «под ключ» и глубиной (0,2...0,4) К, где К -высоты головки болта. Однако качество болтов, изготовленных по технологии, включающей выдавливание торцевой лунки цилиндрической формы с глубиной (0,2...0,4) К, низкое в связи с плохим оформлением ребер шестигранника (рис. 1). Кроме того, при штамповке болтов из нержавеющих сталей с шестигранной головкой и торцевой лункой возникают значительные усилия на инструмент, что существенно снижает его стойкость [6-9].
В ранее проведенных исследованиях доказано, что глубину лунки можно увеличить до 0,55...0,60 высоты головки [10]. При этом обеспечивается повышение качества изделий за счет лучшего заполнения ребер шестигранника и исключается разрушения болта по головке.
Рис. 1. Шестигранная головка болта из стали 12Х18Н10Т, сформированная безолойной штамповкой с выдавливанием цилиндрической лунки
Используя программный комплекс «СЕГОЯМ-ЗО», выполнено моделирование процессов штамповки шестигранной головки болта из нержавеющей стали 12Х18Н10Т с торцевой лунки в виде цилиндра с конусом и усеченного конуса (рис. 2). Основные размеры головки: размер «под ключ» £ = 17 мм, диаметр описанной окружности шестигранника Бо = 19,63 мм, высота головки К = 7 мм. Глубина лунки к (высота выступа пуансона) варьировалась от 0 до 4,2 мм с шагом 1,4 мм. Для лунки в форме цилиндра с конусов диаметр с1=14,5 мм, а= 6о. Для лунки в форме усеченного конуса с1=10,2 мм, ь= 35о
б
Рис. 2. Форма и основные размеры исследуемых головок
По результатам выполненных расчетов определены максимальные усилия штамповки при различной глубине и форме лунки. Графики изменения максимальных усилий штамповки в зависимости от относительной глубины лунки 2=Ь/К представлены на рис. 3.
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6
Относительная глубина лунки И/К
Рис. 3. Максимальные усилия штамповки в зависимости от относительной глубины лунки г=к/К: а — усеченный конус; б - цилиндр с конусом
243
Программный комплекс «ВЕБОЕМ-ЗО» позволяет определять нормальные давления ( на поверхности контакта заготовки с инструментом. Используя этот параметр, можно прогнозировать стойкости холодно-высадочного инструмента. На основе экспериментальных данных и практического опыта установлено, что при нормальных давлениях (Гм > 3000МПа стойкость инструмента неудовлетворительная.
На рис. 4 представлена картина распределения нормальных давлений 0N на
поверхности контакта металла с инструментом и точки, в которых определялись давления, а также графики изменения нормальных давлений в процессах штамповки шестигранника с выдавливание лунки в виде цилиндра конусом и усеченного конуса.
На рис. 5 представлены полученные графики изменения максимальных нормальных давлений ( на рабочей поверхности выступа пуансона в зависимости от относительной глубины лунки 1=Ъ/К.
State Variable Distribution
а) б)
Рис. 4. Картины распределения нормальных давлений на поверхности
контакта металла с инструментом и точки, в которых определялись давления : а - цилиндр с конусом; б - усеченный конус
О ОД 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6
Относительная глубина лунки И/К
Рис.5. Максимальные нормальные давления (N на рабочей поверхности
выступа пуансона в зависимости от относительной глубины лунки г=к/К: а — цилиндр с конусом; б — усеченный конус
Результаты выполненных исследований положены в основу создания нового технического решения в виде патента на изобретение [11], применение которого позволяет улучшить качество болтов за счет лучшего формирования ребер шестигранника и снизить усилия на инструмент.
Выводы:
1. Используя программный комплекс «DEFORM-3D», выполнено компьютерное моделирование процесса безоблойной штамповки шестигранной головки болта из нержавеющей стали 12Х18Н10Т при выдавливании торцевой лунки в виде усеченного конуса и цилиндра с конусом.
2. На основании анализа результатов моделирования установлено, что при формировании шестигранной головки за счет выдавливания лунки в виде усеченного конуса по сравнению с выдавливанием цилиндра с конусом: максимальные усилия штамповки снижаются на 13...15%, а нормальные давления sN на поверхности контактные заготовки с инструментом снижаются на 12. 16%.
3. Результаты исследований использовались в условиях АО «Белебеевский завод «Автонормаль» при разработке и освоении технологии изготовления винтов М6 с длиной стержня 12^20 мм (ГОСТ 1 31501-80) с шестигранной головкой из стали марки 12Х18Н10Т.
Список литературы
1. Крепежные изделия для современного машиностроения / И.А. Воробьев, С.В. Овчинников, Г.В. Бунатян, Т.Ш. Галиахметов и др. // Нижний Новгород: МПК-сервис. 2016. 520 с.
2. Лысенков А.И. Особенности нержавеющих сталей и их влияние на качество крепежа / Крепеж, клеи, инструмент, 2015. № 2, С. 33-38.
3. Губарев А.П., Бутаков С.В., Мальцев Л.В. Холодная объемная штамповка изделий из коррозионностойких сталей. Машиностроитель, 1987. № 9. С. 16-20.
4. Железков О.С., Галиахметов Т.Ш., Малаканов С.А. Проблемы изготовления стержневых крепежных изделий из нержавеющих сталей / Материалы 75-ой международ. науч.-техн. конф. «Актуальные проблемы современной науки, техники и образования». - Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск. гос. тех. ун-та им. Г.И. Носова, 2017. Т. 1. С. 120-123.
5. Мокринский В.И. Производство болтов холодной объемной штамповкой. М.: Металлургия, 1978. С. 78.
6. Железков О.С., Галиахметов Т.Ш., Стеблянко В.Л. Определение энергосиловых параметров процесса штамповки головок болтов с лункой // Вестник МГТУ им. Г.И. Носова, 2017. №2. С. 35-39.
7. Железков О.С., Галиахметов Т.Ш., Малаканов С.А. Исследование процесса формирования шестигранной головки болта из нержавеющей стали 12Х18Н10Т / Сталь, 2017. С. 47-49.
8. Zhelezkov O.S. Shaping the Hexa-hedral Head of 12Kh18N10T Stainless Steel Bolt / O.S. Zhelezkov, T.Sh. Galiakhmetov, S.A. Malakanov // STEEL IN TRANLATION, 2017. Vol. 47. No. 12. P. 824-826.
9. Железков О.С., Галиахметов Т.Ш., Малаканов С.А. Экспериментальные исследования процесса формирования шестигранной головки болта из нержавеющей стали // Кузнечно-штамповочное производство. Обработка материалов давлением, 2017. № 11. - С. 12-18.
10. Железков О.С., Малаканов С.А., Галиахметов Т.Ш. Компьютерное и натурное моделирование процесса растяжения болта с торцевой лункой на головке // Вестник машиностроения, 2018. № 4. С. 55-57.
11. Патент РФ на изобретение № 2635495 МКИ7 B21K 1/46. Способ изготовления стержневых изделий с шестигранной головкой / Железков О.С., Малаканов С.А., Галиахметов Т. Ш. Опубл. 13.10.2017. Бюл. № 32.
Железков Олег Сергеевич, д-р техн. наук, профессор, fernmoffamail. ru, Россия, Магнитогорск, Магнитогорский государственный технический университет им. Г. И. Носова,
Малаканов Сергей Александрович, канд. техн. наук, нач. отдела, samalakanovamail. ru, Россия, Магнитогорск, Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова,
Галиахметов Тимур Шамилевич, директор по техническому развитию, t.galiachmetov@belzan.ru, Россия, Белебей, АО «Белебеевский завод «Автонормаль»,
Лизов Салимжан Бурамбаевич, студент, salimzhan. 1996ai mail.ru, Россия, Магнитогорск, Магнитогорский государственный технический университет им. Г. И. Носова
INFLUENCE OF THE FORM AND SIZE OF THE FRONT HOLE ON THE FORCES OF INTERACTION IN THE SYSTEM "WORKPIECE-TOOL" AT THE FLASHLESS FORMING OF THE SIX-GRADE HEAD BOLT FROM NON-STRESS
O.S. Zhelezkov, S.A. Malakanov, T.Sh. Galiahmetov, S.B. Lizov
Computer simulation of the process of die-casting of a hexagonal head of a bolt from stainless steel 12X18H10T during extrusion of the end hole in the form of a truncated cone and a cylinder with a cone was performed. The maximum stamping forces and normal pressures on the surfaces of the contact blanks with the tool were determined. The advantages of stamping with extruding the hole in the form of a truncated cone are noted.
Key words: bolts, hex head, end hole, stainless steel, punching, punching, normal pressure.
Zhelezkov Oleg Sergeevich, doctor of technical science, professor, feriimoffamail. ru, Russia, Magnitogorsk, Magnitogorsk state technical University named after G.I. Nosov,
Malakanov Sergei Aleksandrovich, candidate of technical sciences, head of department, samalakanova mail.ru, Russia, Magnitogorsk, Magnitogorsk state technical University named after G.I. Nosov,
Galiakhmetov Timur Shamilevich, technical development director, t. gal iachme to vat, be lzan. ru, Russia, Belebey, Belebeevsky zavod "Autonormal",
Lizov Salimzhan Burambaevich, student, salimzhan. 1996@mail. ru, Russia, Magnitogorsk, Magnitogorsk state technical University named after G.I. Nosov
