СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ТИПА СТЕРЖНЯ С ГОЛОВКОЙ Российский патент 2009 года по МПК B21K1/46 

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано для изготовления изделий типа стержня с головкой, таких как заготовок болтов, шурупов, винтов, а также заклепок, осей и т.д., в том числе и со ступенчатым стержнем.

Известен способ изготовления изделий типа стержня с головкой, а именно заготовок болтов, заключающийся в волочении или калибровке заготовки под высадку из горячекатаного металла и последующем формировании из нее заготовок болтов /В.И.Мокринский, "Производство болтов методом холодной штамповки", Москва, "Металлургия", 1973, стр.15-21, 26-34/. Однако известный способ не содержит рекомендаций по выбору оптимальных размеров горячекатаного металла и степени его деформации при волочении или калибровке, а также степени деформации стержня для обеспечения проведения процесса с наименьшей энерго- и трудоемкостью. Способ предполагает использование калиброванной исходной заготовки под штамповку диаметром до 1,3 от диаметра стержня болта, предполагает общее обжатие при волочении и калибровке до 12-38%, а также предполагает осадку стержня, которая обязательно имеет место при штамповке заготовок, так как технологически необходимо создание зазора между заготовкой и матрицей при ее задаче в матрицу. Все это требует применение для изготовления заготовок болтов горячекатаного металла диаметром, существенно превосходящим диаметр стержня изделия. Использование увеличенного размера горячекатаного металла приводит к снижению энерго- и трудозатрат при его получении (горячая прокатка), однако последующие операции холодного волочения или калибровки и штамповки, ввиду их большей энерго- и трудоемкости, по сравнению с горячей прокаткой, по причине необходимых существенных деформаций, вызывают существенное увеличение энерго- и трудозатрат процесса, а также увеличение усилий при получении заготовки и дальнейшем формировании изделия. Все это не компенсируется выигрышем в использовании горячекатаного металла большего диаметра.

Задачей изобретения является снижение энергоемкости и трудоемкости процесса путем использования горячекатаного металла оптимального размера, максимально приближенного к размеру стержня готового изделия, а также уменьшение усилия при получении заготовки и формообразовании из нее изделия и расширение технологической возможности процесса, ввиду возможности использования горячекатаного металла уменьшенного размера.

Сущность изобретения состоит в том, что в известном способе изготовления изделий типа стержня с головкой, включающем волочение или калибровку заготовки из горячекатаного металла и последующее формообразование из нее изделия, общую степень деформации при волочении или калибровке и общую степень осадки в поперечном направлении ступени стержня наибольшего поперечного размера принимают суммарной величиной, не превышающей 40%, а поперечный размер горячекатаного металла выбирают из условия:

d_c.min-К<d_г.к.<d_c.max.+K

где:

d_г.к. - поперечный размер горячекатаного металла;

d_c.min - минимальный поперечный размер ступени стержня наибольшего поперечного размера;

d_c.max - максимальный поперечный размер ступени стержня наибольшего поперечного размера;

К=0,5 мм - для изделий с максимальным поперечным размером ступени стержня наибольшего поперечного размера до 12 мм;

К=0,7 мм - для изделий с максимальным поперечным размером ступени стержня наибольшего поперечного размера до 27 мм;

К=0,9 мм - для изделий с максимальным поперечным размером ступени стержня наибольшего поперечного размера свыше 30 мм.

Кроме того, общую степень деформации при волочении или калибровке принимают величиной, превышающей общую степень осадки в поперечном направлении ступени стержня наибольшего поперечного размера, и используют горячекатаный металл с номинальным поперечным размером, равным номинальному поперечному размеру ступени стержня наибольшего поперечного размера.

Поперечный размер горячекатаного металла определяется в плоскости, перпендикулярной продольной оси металла на участке замера.

Поперечный размер ступени стержня определяется на стержне (вне участка радиусного или другого перехода от стержня к головке) в плоскости, перпендикулярной продольной оси стержня. Существенные признаки, отличающие заявленное изобретение от прототипа, обеспечивают общее снижение энергоемкости и трудоемкости процесса путем использования горячекатаного металла оптимального размера, максимально приближенного к размеру готового изделия, а также уменьшают усилия при получении заготовки и формообразовании из нее изделия. При этом дополнительные затраты на получение горячекатаного металла меньшего поперечного размера компенсируются выигрышем, за счет снижения затрат при его дальнейшей переработки. Использование горячекатаного металла оптимального размера, максимально приближенного к размеру стержня готового изделия, позволяет снизить усилие при волочении или калибровке вследствие уменьшения деформации при его обработке, а использование эффекта Баушингера, вызывающего разупрочнение металла, возникающего в случае использования степени деформации при волочении или калибровке, большей степени его осадки, позволяет снизить усилие высадки при формообразовании изделия. Кроме того, расширяются технологические возможности процесса, ввиду возможности использования горячекатаного металла уменьшенного размера.

Выбранный по вышеизложенной формуле поперечный размер горячекатаного металла будет включать какой-то размерный диапазон, в который входит и номинальный поперечный размер ступени стержня наибольшего поперечного размера. С учетом полученного диапазона размера горячекатаного металла может быть выбран горячекатаный металл с различными поперечными размерами (производимый или возможный к производству). В этом случае для получения максимального вышеуказанного технического результата используется горячекатаный металл с поперечным размером, равным номинальному поперечному размеру ступени стержня наибольшего поперечного размера.

Предложенный способ может быть использован для изготовления изделий и повышенной прочности, которая достигается в известном способе путем деформирования заготовки выдавливанием стержня или двойным редуцированием, для чего рекомендуется в предложенном способе использовать горячекатаный металл повышенной прочности, например, ускоренно охлажденный или другой более прочной марки стали, но уменьшенного диаметра.

Способ изготовления изделий типа стержня с головкой осуществляют следующим образом.

Производят волочение или калибровку заготовки из горячекатаного металла. При этом поперечный размер горячекатаного металла выбирают из условия:

d_c.min-К<d_г.к.<d_c.max+К

где: d_г.к. - поперечный размер горячекатаного металла;

d_c.min - минимальный поперечный размер ступени стержня наибольшего поперечного размера;

d_c.max - максимальный поперечный размер ступени стержня наибольшего поперечного размера;

К=0,5 мм - для изделий с максимальным поперечным размером ступени стержня наибольшего поперечного размера до 12 мм;

К=0,7 мм - для изделий с максимальным поперечным размером ступени стержня наибольшего поперечного размера до 27 мм;

К=0,9 мм - для изделий с максимальным поперечным размером ступени стержня наибольшего поперечного размера свыше 30 мм.

Затем осуществляют формообразование из заготовки с использованием осадки стержня изделия, при этом общую степень деформации при волочении или калибровке и общую степень осадки ступени стержня наибольшего поперечного размера принимают суммарной величиной, не превышающей 40%.

Кроме того, для получения максимального результата рекомендуется общую степень деформации при волочении или калибровке принимать величиной, большей общей степени осадки стержня, и использовать горячекатаный металл с номинальным поперечным размером, равным номинальному поперечному размеру ступени стержня наибольшего поперечного размера.

Диапазон размера горячекатаного металла и суммарная величина деформации выбраны, исходя из условия максимального приближения к поперечному размеру ступени стержня наибольшего поперечного размера с учетом использования допуска на изготовление горячекатаного металла, с учетом допуска на поперечный размер ступени стержня наибольшего поперечного размера при его изготовлении и необходимости обязательной калибровки или волочения металла для последующего деформирования. Величину степени деформации при волочении и калибровке и осадки при образовании стержня выбирают, исходя из возможностей оборудования, требуемых механических свойств изделий, их качества и т.д., а также соблюдения условия превышения общей степени деформации при волочении или калибровке общей степени осадки стержня при формообразовании изделия. Формообразование головки и стержня может осуществляться за одну или несколько операций. Для изготовления изделий могут применяться различные марки сталей от низкоуглеродистых до легированных.

Рекомендуемое временное сопротивление разрыву металла заготовки перед формообразованием изделия методом холодной штамповкой - 30-70 кгс/мм².

Пример. Производится изготовление болтов М20×60 по ГОСТ7805-70 из стали марки 15 по ГОСТ10702-78. Штамповку ведут из заготовки диаметром 19,3 мм, протянутой из горячекатаного металла диаметром 20,0 мм без отжига с общей степенью обжатия 6,9% на волочильном стане АЗТМ1/750. Болты изготавливаются на четырехпозиционном холодноштамповочном автомате-комбайне АВ1923. На I переходе производят предварительную высадку головки и осадку стержня до диаметра 19,6 мм. На II переходе осуществляют окончательную высадку головки и осадку стержня до диаметра 19,7 мм. Общая степень осадки стержня составляет 4,0%. На III переходе производят редуцирование стержня на размер под накатку резьбы. На IV переходе производят обрезку головки на шестигранник с размером "под ключ" - 30 мм. На V переходе осуществляют накатку резьбы М20. Механические свойства изготовленных болтов соответствуют требованиям ГОСТ1759.4-87. Класс прочности болтов - 4.8.

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при изготовлении изделий типа стержня с головкой, например заготовок болтов, шурупов, винтов. Из горячекатаного металла путем волочения или калибровки получают заготовку. Из заготовки формообразуют изделие. Общую степень деформации при волочении или калибровке и общую степень осадки в поперечном направлении ступени стержня наибольшего поперечного размера принимают суммарной величиной, не превышающей 40%. Поперечный размер горячекатаного металла выбирают из условия: d_c.min-К<d_г.к.<d_c.max+К, где: d_c.min - минимальный поперечный размер ступени стержня наибольшего поперечного размера, d_г.к. - поперечный размер горячекатаного металла, d_c.max - максимальный поперечный размер ступени стержня наибольшего поперечного размера, К=0,5 мм - для изделий с максимальным поперечным размером ступени стержня наибольшего поперечного размера до 12 мм, К=0,7 мм - для изделий с максимальным поперечным размером ступени стержня наибольшего поперечного размера до 27 мм, К=0,9 мм - для изделий с максимальным поперечным размером ступени стержня наибольшего поперечного размера свыше 30 мм. В результате обеспечивается снижение энергоемкости и трудоемкости процесса, расширение технологических возможностей способа. 2 з.п. ф-лы.

1. Способ изготовления изделий типа стержня с головкой, включающий волочение или калибровку заготовки из горячекатаного металла и последующее формообразование из нее изделия, отличающийся тем, что общую степень деформации при волочении или калибровке и общую степень осадки в поперечном направлении ступени стержня наибольшего поперечного размера принимают суммарной величиной, не превышающей 40%, а поперечный размер горячекатаного металла выбирают из условия:
d_c.min-К<d_г.к.<d_c.max.+К,
где d_c.min - минимальный поперечный размер ступени стержня наибольшего поперечного размера;
d_г.к. - поперечный размер горячекатаного металла;
d_c.max. - максимальный поперечный размер ступени стержня наибольшего поперечного размера;
К=0,5 мм - для изделий с максимальным поперечным размером ступени стержня наибольшего поперечного размера до 12 мм;
К=0,7 мм - для изделий с максимальным поперечным размером ступени стержня наибольшего поперечного размера до 27 мм;
К=0,9 мм - для изделий с максимальным поперечным размером ступени стержня наибольшего поперечного размера свыше 30 мм.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что общую степень деформации при волочении или калибровке принимают величиной, превышающей общую степень осадки в поперечном направлении ступени стержня наибольшего поперечного размера.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что используют горячекатаный металл с поперечным размером, равным номинальному поперечному размеру ступени стержня наибольшего поперечного размера.