CC BY
47УДК 620.173.25
Железков О.С., Ширяев О.П., Малаканов С.А., Морозов Н.П., Колесников В.Д.
/\
ВЛИЯНИЕ ТОРЦЕВОЙ ЛУНКИ НА ПРОЧНОСТЬ СОЕДИНЕНИЯ ГОЛОВКИ СО СТЕРЖНЕМ БОЛТА
Аннотация. Проведена серия экспериментов по оценке влияния формы и размеров торцевой лунки на прочность болтов. По результатам экспериментов определялись нормальные напряжения в резьбовом участке стержня болта и касательные напряжения на поверхности сдвига в головке. Установлены условия разрушения болтов по резьбовому участку без разрушения головки.
Ключевые слова: торцевая лунка, напряжения, разрушение, головка болта, резьба
В нормативно технической документации на стержневые крепежные изделия с многогранными головками (ГОСТ 7798-70, ГОСТ 7805-70 и др.) заложены варианты исполнения, в которых предусмотрено выполнение на торце головки лунки цилиндрической формы с диаметром (0,7^0,8) размера «под ключ» и глубиной (0,2^0,4) высоты головки. В основном, такие болты изготавливаются с использованием безоблойной штамповки [1]. Однако качество болтов, изготовленных по такой технологии, низкое в связи с плохим оформлением ребер шестигранника [2]. С целью снижения расхода металла и металлоемкости изделий без ухудшения качества предложено вначале штамповать головку с углублением на торце, а затем обрезать её на многогранник [36]. Процессы штамповки головок с углублением на торце по сравнению с традиционными технологиями обеспечивают снижение металлоемкости изделий и экономию металла на 2^4 % (в зависимости от длины болта). Однако при этом возникает вероятность разрушения головки в связи с возникновением высоких напряжений сдвига.
В условиях калибровочно-прессового цеха ОАО «ММК-МЕТИЗ» проведена серия экспериментов по оценке влияния формы и размеров торцевой лунки на прочность болтов. Болты М16х60 изготавливались из стали марки 20 холодной объемной штамповкой на четы-рехпозиционном автомате-комбайне QPBA-161 (фирма «Malmedi», Германия) по технологии, включающей подачу калиброванного металла, отрезку заготовки, предварительную высадку конической головки, окончательную высадку бочкообразной головки, редуцирова-
ние участка стержня под накатку резьбы, обрезку головки на шестигранник и накатку резьбы. У болтов на торце головки сверлением формировалась лунка в виде цилиндрического и конического участков (рис.1). Диаметр высота головки Н = 10 мм , й = 19,2 мм, угол & = 6о, высота к цилиндрического участка лунки варьировалась в диапазоне 3,22^7,32 мм (табл. 1).
Рис. 1. Головка болта с торцевой лункой
Испытания болтов проводились в ЦЗЛ ОАО «ММК-МЕТИЗ» с использованием поверенной испытательной машины Еи-100 (Германия). На рис. 2 представлены фотографии разрушившихся болтов.
По результатам экспериментов определялись нормальные напряжения в резьбовом участке стержня болта и касательные напряжения на поверхности сдвига в головке.
Рис. 2. Фотографии разрушившихся болтов: а - разрушение по резьбе ^ = 5,42 ^ 6,48 мм); б - разрушение по головке ф = 7,24 ^ 7,32 мм)
Напряжения в резьбовом участке Р
т = ■
Р
А„
(2)
а =
А„
(1)
где Аср = лАс (Н — Ь) - площадь поверхности
где Ар = 157 мм2 - площадь поперечного сечения резьбы М16.
Касательные напряжения на поверхности сдвига в головке
среза.
Результаты испытаний и полученные данные представлены в табл.1.
Таблица 1
Результаты испытаний на прочность болтов с торцевой лункой на головке
Высота цилиндрического участка лунки, мм
№ образца
Усилие разрушения, кН
Место разрушения
Напряжения, МПа
а
т
3,22
1
10,2
64,97
29,93
3,30
10,0
Резьба
63,69
29,69
3,25
10,1
64,33
29,77
4,50
10,1
64,33
36,53
4,33
10,0
Резьба
63,69
35,09
4,41
9,9
63,09
35,23
5,32
10,0
63,69
42,51
5,42
10,2
Резьба
64,97
44,31
5,36
10,0
63,69
42,87
6,48
9,8
Резьба
62,42
55,38
6,53
8,0
Головка
50,96
45,86
6,45
10,1
Резьба
64,33
56,60
7,24
5,9
37,58
42,59
7,32
6,0
Головка
38,21
44,53
7,27
5,9
37,58
42,99
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
Выводы относительной высоте цилиндрического уча-
1. Болты с торцевой лункой в виде ци- стка к высоте головки (к / Н) менее 0,55 ^ 0,60 линдрического и конического участков при
разрушаются по резьбовому участку без разрушения головки.
2. В случае применения безоблойной штамповки за счет формирования в головке болта лунки рекомендованной формы и размеров можно улучшить качество формирования ребер шестигранника и снизить расход металла на 2^4 %.
Список литературы
1. Мокринский В.И. Производство болтов холодной объемной штамповкой. - М.: Металлургия, 1978. С. 78.
2. Мокринский В.И., Железков О.С. Новые прогрессивные виды и технологические процессы изготовления крепежных изделий / Сер. Метизное производство. Вып. 2. - М.: Ин-т Черметинформа-ция, 1990. С. 22.
3. Железков О.С., Морозов Н.П., Семашко В.В. Малоотходные технологии изготовления крепежных изделий с головками / Моделирование и развитие процессов обработки металлов давлением.
Сб. науч. тр. под ред. В.М.Салганика.- Магнитогорск, Изд-во Магнитогорск. гос. техн. ун-та. им. Г.И.Носова.2011. С.135-139.
4. Железков О.С., Семашко В.В., Морозов Н.П. Перспективные способы снижения расхода металла при изготовлении стержневых крепежных изделий / Актуальные проблемы современной науки, техники и образования. Материалы 69 -ой на-уч.-техн. конф. - Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск. гос. техн. ун-та. им. Г.И.Носова, 2011. -С.173-177.
5. Железков О.С., Семашко В.В. Совершенствование конструкции инструмента для обрезки граней головок клеммных болтов / Вестник МГТУ им. Г.И.Носова. 2010. № 4. С. 41-43.
6. Железков О.С., Семашко В.В., Морозов Н.П. Разработка малоотходных способов изготовления стержневых крепежных изделий / Тезисы доклада Международного форума «Реконструкция промышленных предприятий - прорывные технологии в металлургии и машиностроении» - Челябинск: Изд-во Магнитогорск, гос. техн. ун-та. им. Г.И.Носова, 2011. С.54-56.
с N
УДК 621.771.25:669.017:669.15
Сычков А.Б., Малашкин С.О.
V У
ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ ОДНОРОДНОЙ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ КАТАНКИ ДВУСТАДИЙНОГО
ОХЛАЖДЕНИЯ
Аннотация. Проведено математическое моделирование режимов охлаждения катанки из стали марок 80Р и Св-08ГНМ, производимые на линии Stelmor. Получены структуры однородного сорбитообразного перлита для стали 80Р и крупного ферритного зерна без закалочных структур для стали Св-08ГНМ, выданы рекомендации по коррекции технологии двустадийного охлаждения катанки.
Ключевые слова: сталь, модифицирование, микролегирование, катанка, проволока, структура, свойства, математическое моделирование, Deform 3D, кинетика охлаждения, Stelmor.
В данной статье рассматривается выбор эффективной технологии термической обработки катанки диаметром 16 мм из стали 80Р и 5,5 мм из стали Св-08ГНМ на линии Stelmor, основываясь на математическом моделировании процессов охлаждения металла в программной среде Deform 3D - Heat Treatment [1]. Математическое моделирование фазовых превращений, формирования микроструктуры, распределения температур по сечению в течение всего периода охлаждения позволяет подобрать научно-обоснованную технологию
термической обработки, исключая эмпирические ошибки.
Применяемая в настоящее время технология термической обработки (ТО) катанки из стали 80Р диаметром 16 мм на линии Stelmor представляет собой использование тепла прокатного нагрева металла с окончанием деформации после водяного охлаждения в аустенит-ном состоянии при температуре 840-880оС с дальнейшим охлаждением 15-тью вентиляторами мощностью по 110 кВт со скоростью роликового транспортера 0,15 м/с. Данный вари-
