СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ БОЛТОВ Российский патент 2003 года по МПК B21K1/46 B21J5/08 

Изобретение относится к холодной объемной штамповке, к изготовлению фланцевых болтов с многогранной головкой, например, в форме попеременно чередующихся дугообразных выступов и впадин, расположенных на боковой поверхности головки.

Известен способ изготовления болтов с 12-гранной фланцевой головкой, описанный в патенте Японии 58-48259, МПК В 21 К 1/46, 1983.

Способ заключается в первоначальной осадке конца заготовки с набором металла под высадку головки, последующей высадке цилиндрической головки полуфабриката, формообразовании на головке многогранного профиля путем обратного выдавливания с раздачей металла головки 6-гранным пуансоном, и, наконец, формовании на головке фланца с окончательной подчеканкой многогранного профиля.

Недостаток способа заключается в повышенной его трудоемкости и сложности изготовления изделий. Выдавливание многогранного профиля в закрытой фигурной полости требует больших усилий деформирования на преодоление усилий трения, головка получается недооформленной, снижается качество изделия и внешний вид.

Известен способ изготовления фланцевых болтов с многогранной фигурной головкой в форме попеременно чередующихся дугообразных выступов и впадин на боковой поверхности, типа Тоrх, например, описанный в патенте США 3584667, НКИ 81-460, 1971, фиг.4, 5, 6, 7 (принят за прототип).

Способ заключается в первоначальной высадке на одном из концов заготовки цилиндрической головки с конусной фаской на торце, в последующем выдавливании многогранной головки полуфабриката усилием противодавления пуансону в закрытом ручье с формообразованием на ее боковой поверхности шести попеременно чередующихся дугообразных выступов и впадин и фланца со стороны стержня.

Недостатком данного способа является невозможность его полного осуществления на имеющемся холодно-высадочном оборудовании. Головка полуфабриката утончается, металл течет в рельефную полость, одновременно с этим он растекается и по основанию, образуя фланец. Течение металла по рельефной полости замедляется из-за постоянно возрастающих сил сопротивления течению, связанных с силами трения, которые зависят от коэффициента трения или площади контактирующих поверхностей. На преодоление усилий трения влияют качество покрытия и смазка детали, чистота обработки инструмента и другие параметры. При формообразовании фигурной головки на преодоление высоких усилий трения требуются высокие усилия деформирования из-за разных скоростей перемещения точек металла в волнистом профиле. Течение металла по волнистому профилю максимально замедляется, происходит утяжка металла и получается неровный торец головки, а при наличии воздушной подушки в ручье - неполное заполнение фигуры криволинейного профиля головки. Неровность торца головки на практике приводит к введению доделочных операций механообработки - обточке торца головки, особенно на размерах головок менее Е 12 (М 10). При формировании головки выдавливанием высота чистого профиля "под ключ" получается минимальной или заниженной с неполным заполнением граней и выступов по высоте профиля. На практике при использовании известного способа невозможно достичь высоты профиля больше, чем позволяет конкретная схема деформирования. При данной схеме деформации процесс течения металла будет происходить до тех пор, пока сопротивление течению металла будет меньше усилия осадки. После выравнивания усилий формообразования граней и осадки металл начинает течь на формирование фланца. Например, при достижении коэффициента трения (μ) до 0.06 (применение фосфатного покрытия при чистоте поверхности инструмента 10 кл.) удается достичь высоты этого профиля до 0.2 от D, т.е. для детали с головкой Е 8 (М 6) практическая высота профиля головки под ключ будет не более 1.7 мм.

Технической задачей предлагаемого изобретения является получение качественной детали: полного профиля головки болта и ровного торца, получение высокопрочного резьбового соединения за счет увеличения высоты многогранника головки, увеличения площади контакта выступов и впадин на головке болта с соответствующими элементами на постановочном инструменте, что в свою очередь, увеличивает усилие затяжки резьбовой пары.

Другой задачей является снижение нагрузки на формообразующий инструмент, равное распределение ее на формообразование многогранного профиля и на выдавливание фланца.

Указанные задачи достигаются за счет того, что в предлагаемом способе изготовления болтов фланцевых с многогранной головкой формообразование полуфабриката с цилиндрической головкой осуществляют путем высадки заготовки с направлением части металла на формирование на ее торце сферического выступа, придание боковой поверхности цилиндрической головки многогранной формы производят путем редуцирования с направлением металла головки через открытый ручей формообразующего инструмента и последующей осадки полученной головки с многогранным профилем в закрытом ручье инструмента, которую осуществляют одновременно с выдавливанием фланца.

В процессе высадки заготовки получают полуфабрикат с цилиндрической головкой диаметром в пределах допуска на минимальный размер "под ключ" головки готового изделия.

Сферический выступ на торце цилиндрической головки выполняют радиусом, определяемым из следующего математического выражения

где R - радиус сферического выступа цилиндрической головки полуфабриката,
D - диаметр описанной окружности многогранного профиля головки болта,
d - диаметр вписанной окружности многогранного профиля головки болта,
α - угол фаски на торце головки болта.

Редуцирование цилиндрической головки полуфабриката осуществляют на части ее высоты, соответствующей высоте "под ключ" головки готового изделия, с сохранением на цилиндрической головке со стороны стержня болта цилиндрического пояска, достаточного для последующего выдавливания фланца.

Способ предназначен для изготовления болтов фланцевых с многогранной головкой в форме чередующихся выступов и впадин.

Предлагаемый способ изготовления фланцевых болтов существенно отличается от прототипа. Выполнение выступа головки полуфабриката сферическим и редуцирование головки на многогранник через открытый ручей формообразующего инструмента свободным течением металла позволяет сбалансировать скорость течения металла, уменьшить в центре и увеличить по окружности головки, а следовательно, улучшить качество торцевой поверхности головки болта, выравнить ее, ликвидировать утяжки, достичь максимально возможной высоты выступов и впадин по боковой образующей головки для большего сопряжения с головкой постановочного ключа.

Разделение операций формообразования многогранника головки и выдавливания фланца снизило нагрузки на формообразующий инструмент, повысило его долговечность, а в итоге и качество самого изделия.

Заявителю и авторам не известны аналогичные способы изготовления фланцевых болтов с головками подобной конструкции, включающие отличительные признаки заявляемого способа изготовления болтов, что позволяет считать предложенный способ изготовления фланцевых болтов с головкой в форме криволинейного многогранника с попеременно чередующимися выступами и впадинами соответствующим критериям "новизны" и "существенные отличия", т.е. заявляемое техническое решение соответствует изобретательскому уровню.

Сущность предлагаемого изобретения и его отличия от прототипа поясняются на чертеже по ходу технологического процесса.

Обозначения на чертеже снизу - вверх.

Исходная заготовка 1, позиция I - полуфабрикат, содержащий цилиндрическую головку 2 со сферическим выступом 3 со стороны торца головки и стержень 4 под головкой, позиция II - полуфабрикат - многогранная головка 5 с цилиндрическим пояском 6 со стороны стержня 4, позиция III - полуфабрикат - многогранная головка 7 с фланцем 8, cтepжeнь 4 с фаской 9, позиция IY - полуфабрикат - высаженная многогранная фланцевая головка 7, стержень с редуцированным участком 10 под накатку резьбы, D - диаметр описанной окружности (выступов) многогранного профиля головки 7 болта, d - диаметр вписанной окружности (впадин) многогранного профиля головки 7 болта, R - радиус сферы выступа 3, α - угол фаски на торце головки 7 болта.

Пример выполнения способа
Болт фланцевый крепления гасителя, деталь 560.1005066-01, М 12•60 (стандарт Германии DIN 34800, декабрь 1999) сталь 38 ХГНМ, холодно-высадочный автомат, мод. 14ВОА - 12Ф, пруток-круг 11.7 мм. Отрезают от бунта заготовку 1 диаметром 11.7 мм и длиной 73.2 мм, путем высадки формируют на ней цилиндрическую головку 2 диаметром 12.57 мм и высотой 14 мм со сферическим выступом 3, радиусом R=12.99 мм на торце этой головки и стержня 4 под головкой. Радиус выступа 3 зависит от выбираемого угла (α) фаски многогранной головки 7 болта. Оптимальный угол фаски выбирают в пределах α=20-30^o. На следующем переходе производят редуцирование цилиндрической головки 2 на многогранный профиль на части ее высоты со стороны сферического выступа 3 головки, направляя металл головки через открытый ручей формообразующего инструмента, формируя выступы и впадины многогранника свободным течением металла. Общая высота получаемой головки 5-18 мм, диаметр 12.59 мм. Высота (h₁) многогранника головки 5 соответствует высоте (h) многогранника "под ключ" головки 7 готового болта. На головке 5 со стороны стержня 4 остается цилиндрический поясок 6, достаточный для последующего выдавливания фланца. На третьей позиции осадкой полученной головки 5 с многогранным профилем в закрытом ручье инструмента производят окончательное оформление многогранной головки 7 с диаметром описанной окружности выступов D=12.65 мм и диаметром вписанной окружности впадин d=9.1 мм. Одновременно выдавливают фланец 8 диаметром 18.5 мм. Общая высота головки 7-12 мм, высота многогранника "под ключ" h=4.2 мм. Одновременно формируют фаску 9 на конце стержня 4. На последней позиции производят редуцирование стержня 10 под накатку резьбы на размер M12.

В настоящее время заводом ОАО "Этна" изготовлено несколько опытно-промышленных партий фланцевых болтов с головкой в форме криволинейного многогранника с дугообразными выступами и впадинами по предлагаемому способу, проведены испытания, в том числе в условиях конвейерной сборки автомобилей. Испытания показали высокие прочностные свойства изделий, высокую сочетаемость с постановочным инструментом, претензий по качеству и внешнему виду нет. Необходимо отметить, что по сравнению с прототипом и со стандартом Германии DIN 34800, декабрь 1999, высота полученного многогранника головки болта "под ключ", например, на размере M12 увеличилась на 1.12 мм (с 3.23 до 4.35 мм) минимум или же в диапазоне от М3 до М12 высота головки увеличилась в 1.3-1.7 раза, а следовательно, и площадь контакта между ключом и головкой болта.

Полученный при испытаниях положительный результат позволяет сделать вывод о "промышленной применимости" предлагаемого способа изготовления фланцевых болтов с головками многогранного профиля.

Изобретение относится к холодной объемной штамповке и может быть использовано при изготовлении фланцевых болтов с многогранной головкой. Производят высадки заготовки с направлением части металла на формирование на ее торце сферического выступа. При этом получают полуфабрикат с цилиндрической головкой. Боковой поверхности указанной головки придают многогранную форму путем редуцирования с направлением металла головки через открытый ручей формообразующего инструмента и последующей осадки головки с многогранным профилем в закрытом ручье инструмента. Осадку производят одновременно с выдавливанием фланца. В результате обеспечивается повышение качества полученной детали и снижение нагрузки на формообразующий инструмент. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ изготовления болтов фланцевых с многогранной головкой, включающий формообразование полуфабриката с цилиндрической головкой, последующее придание боковой поверхности цилиндрической головки многогранной формы и выдавливание фланца, отличающийся тем, что формообразование полуфабриката с цилиндрической головкой осуществляют путем высадки заготовки с направлением части металла на формирование на ее торце сферического выступа, придание боковой поверхности цилиндрической головки многогранной формы производят путем редуцирования с направлением металла головки через открытый ручей формообразующего инструмента и последующей осадки головки с многогранным профилем в закрытом ручье инструмента, которую осуществляют одновременно с выдавливанием фланца. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в процессе высадки заготовки получают полуфабрикат с цилиндрической головкой диаметром в пределах допуска на минимальный размер "под ключ" готового изделия. 3. Способ по любому из пп. 1 и 2, отличающийся тем, что сферический выступ на торце цилиндрической головки выполняют радиусом, определяемым из следующего математического выражения:

где R - радиус сферического выступа цилиндрической головки;
D - диаметр описанной окружности многогранного профиля головки;
d - диаметр вписанной окружности многогранного профиля головки;
α - угол фаски на торце головки болта. 4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что редуцирование цилиндрической головки полуфабриката осуществляют на части ее высоты, соответствующей высоте "под ключ" головки готового изделия, с сохранением на цилиндрической головке со стороны стержня болта цилиндрического пояска, достаточного для последующего выдавливания фланца. 5. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что он предназначен для изготовления фланцевых болтов с многогранной головкой в форме чередующихся выступов и впадин.