автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.09, диссертация на тему:Моделирование процессов штамповки крепежных изделий с головками прямоугольного сечения с целью совершенствования технологии изготовления и конструкции инструмента

00501 »о-з»

КОНТРОЛЬНЫЙ

ЭКЗЕМПЛЯР

На правах рукописи

Семашко Владимир Владимирович

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ШТАМПОВКИ КРЕПЕЖНЫХ ИЗДЕЛИЙ С ГОЛОВКАМИ ПРЯМОУГОЛЬНОГО СЕЧЕНИЯ С ЦЕЛЬЮ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ И КОНСТРУКЦИИ ИНСТРУМЕНТА

Специальность 05.02.09 - Технологии и машины обработки давлением.

Технические науки

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 2

¿о ¡2

Магнитогорск - 2012

005018635

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова».

Научный руководитель доктор технических наук, профессор

Железков Олег Сергеевич.

Официальные оппоненты: Мезин Игорь Юрьевич

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «МГТУ им. Г.И. Носова» зав. кафедрой «Технологии, сертификация и сервис автомобилей»;

Соколов Александр Алексеевич кандидат технических наук, ОАО «ММК-МЕТИЗ», начальник Центральной заводской лаборатории.

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Южно-Уральский

государственный университет» (г. Челябинск).

Защита состоится 26 апреля 2012 г. в 1400 на заседании диссертационного совета Д 212.111.03 при ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова» по адресу: 455000, г. Магнитогорск, пр. Ленина, 38, ФГБОУ ВПО «МГТУ», малый актовый зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова».

Автореферат разослан «22» марта 2012 года.

Ученый секретарь диссертационного совета

Жиркин Ю.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ*

Актуальность работы. Повышение эффективности производства стержневых крепежных изделий является актуальной проблемой метизной промышленности. В условиях современных рыночных отношений производство должно быть ориентировано на изготовление прогрессивных крепежных изделий в сочетании с низкой себестоимостью и высоким качеством продукции. В современных конструкциях железнодорожного пути с использованием железобетонных шпал широко используются стержневые крепежные изделия с головками прямоугольного сечения - болты клеммные (ГОСТ 16016-79, ОСТ 32.161-2000) и болты закладные (ГОСТ 16017-79).

Массовое производство клеммных болтов осуществляют холодной объемной штамповкой (ХОШ) с использованием высокопроизводительных пресс-автоматов. К недостаткам применяемых технологий следует отнести:

- низкое качество изделий вследствие образования сколов и заусенцев на гранях и опорной поверхности головок болтов;

- существенный расход металла (5-8% от массы крепежных изделий);

- низкая стойкость штампового инструмента.

Поэтому очевидна необходимость проведения соответствующих исследований и разработки математических моделей и методик, применение которых в расчетах процессов штамповки крепежных изделий позволит с высокой точностью определять напряженно-деформированное состояние (НДС) в штампуемой заготовке и инструменте, энергосиловые параметры процессов деформирования, что обеспечит высокую надежность поиска рациональных схем и режимов технологических процессов, а также оптимальных конструкций штампового инструмента.

Цель и задачи исследования. Целью исследований является повышение эффективности производства стержневых крепежных изделий с головками прямоугольного сечения за счет совершенствования технологии холодной штамповки и конструкции штампового инструмента на основе компьютерного и натурного моделирования.

Для реализации указанной цели в работе последовательно решаются следующие задачи:

1. Численное моделирование и исследование процессов обрезки граней головок и ХОШ болтов клеммных, разработка методики расчета НДС и энергосиловых параметров штамповки с целью определения рациональных режимов и конструкции штампового инструмента

2. Разработка математической модели оптимизации конструктивных параметров штампового инструмента применительно к технологии безоблой-ной штамповки головок болтов клеммных, в основу которой положен метод конечных элементов.

* Работа выполнялась при поддержке гранта губернатора Челябинской обл. за 2011 г.

3. Разработка новых технических решений, направленных на снижение расхода металла при штамповке и повышение стойкости штампового инструмента.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Закономерности влияния формы режущей кромки инструмента на распределение напряжений в зоне контакта заготовки с обрезной матрицей.

2. Методики компьютерного моделирования процессов односторонней и двухсторонней обрезки граней головок, облойной и безоблойной штамповки болтов.

3. Математическая модель оптимизации конструктивных параметров штампового инструмента применительно к технологии безоблойной штамповки головок болтов клеммных.

Научная новизна.

1. Установлены закономерности взаимодействия инструмента и заготовки в процессах односторонней и двухсторонней обрезки граней головок болтов, определены рациональные схемы и режимы обрезки, а также конструктивные параметры обрезного инструмента. Впервые установлено влияние формы режущей кромки обрезной матрицы на распределение контактных напряжений в зоне контакта заготовки с матрицей.

2. Разработаны методики определения напряженно-деформированного состояния и энергосиловых параметров процессов облойной и безоблойной штамповки головок клеммных болтов, отличающиеся тем, что позволяют учитывать особенности формы головки изделия и конструкции штампового инструмента.

3. Впервые разработана математическая модель оптимизации конструктивных параметров штампового инструмента применительно к технологии безоблойной штамповки головок болтов клеммных, в основу которой положен метод конечных элементов.

Практическая значимость. Разработанные методы позволяют рассчитывать энергосиловые параметры процессов обрезки граней и безоблойной штамповки головок прямоугольного сечения стержневых крепежных изделий, определять напряженно-деформированное состояние заготовки и оптимальную геометрию штампового инструмента на каждом технологическом переходе, что дает возможность технологам и конструкторам металлургических, метизных и машиностроительных предприятий разрабатывать технологические процессы, проектировать инструмент и оборудование, применение которых обеспечивает получение качественных изделий.

Использование разработанной конструкции обрезного инструмента (патент РФ № 88589 на полезную модель) обеспечивает увеличение срока его службы на 30+40%.

Использование усовершенствованной технологии безоблойной штамповки болтов клеммных по ГОСТ 16016-79 и спроектированного

инструмента для ее осуществления, позволяет экономить металл на 10,0-И 1,6% от массы изделия и повышает стойкость инструмента на 10-12%.

Диссертация соответствует паспорту специальности 05.02.09 -Технологии и машины обработки давлением. Технические науки.

Реализация работы. Результаты работы использовались на ОАО «Магнитогорский метизно-калибровочный завод «ММК-МЕТИЗ» (далее ОАО «ММК-МЕТИЗ») при разработке технологий производства болтов клеммных и проектировании штампового инструмента.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы изложены и обсуждены на научно-технических конференциях различных уровней: ежегодных научно-технических конференциях ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова» (2007-2011 гг.); на Седьмом (г. Москва, 2007 г.) и Восьмом (г. Магнитогорск, 2010 г.) Конгрессах прокатчиков; на конкурсе УМНИК (г. Магнитогорск, 2009 г.); на Третьем (г. Челябинск, 2010 г.) и Четвертом (г. Челябинск, 2011 г.) Международных промышленных форумах «Реконструкция промышленных предприятий - прорывные технологии в металлургии и машиностроении».

Публикации. Основные положения и результаты работы изложены в 15 научных публикациях, из них 2 в рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК РФ, одном патенте на полезную модель РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников и 7 приложений. Текст диссертации изложен на 149 страницах машинописного текста, иллюстрирован 123 рисунками, содержит 14 таблиц. Библиографический список включает 152 наименования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении в краткой форме обоснована актуальность проводимых исследований, решаемых в диссертационной работе, отмечены цель и научная новизна работы.

В первой главе диссертации представлен обзор стержневых крепежных изделий с головками прямоугольного сечения и основных технологий их изготовления.

Проблемы совершенствования производства крепежных изделий нашли отражение в работах Г.А. Навроцкого, Ю.А. Миропольского, В.М. Мисож-никова, М.Я. Гринберга, В.Г. Петрикова, М.Г. Амирова, И.А. Биргера, Г.Б. Иосилевича, В.И. Мокринского, О.С. Железкова, В.Я. Герасимова, С.П. Васильева, Л.С. Кохана, Д.М. Закирова, Ю.А. Лавриненко, Г.В. Бунатяна, И.Ю. Мезина, И. Биллигмана и др.

Проведен подробный анализ основных способов формирования головок прямоугольного сечения стержневых крепежных изделий холодным пластическим деформированием, включающие процессы обрезки и безоблойной

штамповки. Выявлены основные недостатки известных технологических процессов.

Обзор отечественных и зарубежных литературных данных показал, что в последнее время для моделирования и анализа процессов обработки металлов давлением (ОМД) широко применяются специализированные инженерные программные комплексы. Представленный анализ основных методов решения задач в теории ОМД показал, что наиболее совершенным, достоверным и перспективным является метод конечных элементов, весьма успешно реализуемый на современных ЭВМ.

На основании проведенного анализа определена цель работы и сформулированы основные задачи исследования.

Вторая глава диссертации посвящена теоретическим и экспериментальным исследованиям процессов обрезки граней головок болтов клеммных по ОСТ 32.161-2000 (рис. 1).

Рис. 1. Болт клеммный по ОСТ 32.161-2000

Теоретические исследования процессов, рассматриваемых в данной работе, проводились с использованием трёхмерного численного моделирования методом конечных элементов (МКЭ) на базе программного комплекса «БЕРОЛМ-ЗВ™». При решении задач использовали следующие допущения: схема напряжённо-деформированного состояния - трёхмерная; процесс является изотермическим; эволюция микроструктуры и фазовые превращения в стали не учитываются; инструмент абсолютно жёсткий; деформируемый материал - однородный и изотропный во всём объёме; модель материала заготовки - упруго-пластичная. В процессе моделирования заготовка разбивалась на 50000 объемных элементов, тип элементов — тетраэдры. С целью апробации конечно-элементных моделей и сравнения результатов моделирования с практическими данными, проводились экспериментальные исследования процессов обрезки граней головок болтов клеммных в условиях ЦЗЛ ОАО «ММК-МЕТИЗ». Результаты экспериментальных исследований сравнивались теоретическими результатами компьютерного моделирования процессов. Разница между экспериментальными и расчетными дан-

ными не превышает 12%, что подтверждает достоверность разработанных математических моделей.

Представлены результаты теоретических (рис. 2) и практических исследований процесса односторонней обрезки граней, влияние обрезного инструмента на энергосиловые параметры процесса, напряженно-деформированное состояние (НДС) заготовки и качество болтов. На основании проведенных исследований процесса установлено, что образование сколов на гранях опорной поверхности головки обусловлено отсутствием контакта заготовки с матрицей (рис. 3).

Схема процесса односторонней обрезки граней головок болтов клеммных

Рис. 2. Поля изменения интенсивности напряжений при моделировании МКЭ: а - на первом этапе обрезки; б - на втором этапе обрезки

а) б)

Рис. 3. Образование сколов на гранях опорной поверхности головки: а - моделирование МКЭ; б - эксперимент

НолоаВлєние

дбижения_

быталкибателя

С целью повышения качества изделий проведены исследования нового способа обрезки граней головок болтов клеммных и инструмента для его осуществления. Суть нового технического решения заключается в том, что

обрезку осуществляют с двух сторон - со стороны матрицы и со стороны пуансона (рис.4). Для этого у матрицы на рабочем торце выполняют паз, ширина которого равна расстоянию между гранями головки болта и составляет 0,95+0,99 от аналогичного расстояния у пуансона. Результаты теоретических и практических исследований процесса двухсторонней обрезки показали, что качество изделий повышается, однако, стойкость матриц снижается на 20+30%. Установлено, что причиной преждевременного выхода из строя инструмента является возникновение значительных контактных напряжений на режущих кромках обрезной матрицы.

ІШ £

і -і ш

Схема процесса двухсторонней обрезки граней головок болтов клеммных

Рис.4. Поля изменения интенсивности напряжений при моделирование МКЭ процесса двухсторонней обрезки граней головок болтов клеммных

Результаты теоретических и экспериментальных исследований процессов обрезки граней головок болтов клеммных легли в основу нового технического решения. Предложено изменить форму режущих кромок матрицы и увеличить площадь контакта заготовки с инструментом в наиболее нагруженной зоне, что обеспечивает снижение контактных напряжений. На режущих кромках матрицы перпендикулярно углублению выполняются сквозные пазы в виде сегмента радиусом, равным 0,75+0,85 от радиуса сферы опорной поверхности головки, и высотой, равной 0,15-^-0,2 от высоты головки болта. Применение разработанной конструкции позволяет снизить контактные напряжения на режущих кромках матрицы и повысить ее стойкость. Полученный результат отражает эффективность применения матрицы новой конструкции при обрезке граней головки болта клеммного - стойкость предлагаемого инструмента увеличиться на 30+40%;

На основании проведенных исследований разработана новая конструкция обрезной матрицы для обрезки головок стержневых изделий с криволинейной опорной поверхностью, на которую получен патент РФ на

полезную модель [7]. Разработанная конструкция инструмента ММ.01.06.09 принята к внедрению на ОАО «ММК-МЕТИЗ».

Третья глава диссертации посвящена теоретическим и экспериментальным исследованиям процесса штамповки болтов клеммных по ГОСТ 16016-79.

Представлены результаты теоретических (рис.5) и экспериментальных исследований применяемого на ОАО «ММК-МЕТИЗ» процесса изготовления болтов клеммных по ГОСТ 16016-79. На основании проведенных исследований процесса выявлен ряд недостатков: существенный расход металла при обрезке облоя на тонну изделий (5-6% от массы крепежных изделий); низкая стойкость штампового инструмента третьего перехода, обусловленная значительными усилиями штамповки, возникающими вследствие перегруженности данного перехода технологическими операциями.

Рис.5. Поля изменения интенсивности напряжений при моделирование МКЭ процесса штамповки болтов клеммных

Существенно снизить расход металла возможно за счет изменения конструкции клеммных болтов, у которых на торцевой поверхности головки предлагается формировать углубление с применением безоблойной штамповки (рис.6). Наличие торцевой лунки не противоречит нормативной документации на данный вид крепежных изделий, согласно ГОСТ 16016-79 допускается изготовление болтов с углублением в торце головки, глубиной не более 0,3 высоты головки. Применение технологии безоблойной штамповки позволяет исключить из технологического процесса операцию по обсечке облоя, что, в свою очередь, дает возможность перенести процесс редуцирования с третьего перехода на четвертый.

Рис.6. Предлагаемая конструкция болта клеммного по ГОСТ 16016-79 с торцевой лункой сегментного сечения

На основе компьютерного моделирования с использованием МКЭ разработана методика расчета НДС и энергосиловых параметров процесса штамповки головок болтов клеммных.

С целью оценки возможности применения безоблойной штамповки при изготовлении болтов клеммных проведено компьютерное моделирование МКЭ на базе программного комплекса «ОЕРОКМ-ЗО™». Результаты расчета НДС и энергосиловых параметров процесса штамповки головок болтов клеммных использовались при разработке конструкции штампового инструмента (рис.7). Предложено на рабочем торце пуансона выполнить выступ в виде сегмента со следующими рациональными геометрическими параметрами: радиус кривизны (К) -1,0-^-1,30 радиуса сферы опорной поверхности головки изделия, высота (Я) - 0,25 0,30 высоты головки изделия, ширина (В) - 0,65 н- 0,85 ширины последней.

Рис.7. Пуансон новой конструкции

Четвертая глава посвящена совершенствованию технологии и конструкции инструмента для изготовления болтов клеммных на основе оптимизации геометрических параметров штампового инструмента применительно к технологии безоблойной штамповки.

Задача поиска оптимальной геометрии выступа пуансона для окончательной безоблойной штамповки головки болта клеммного сводится к нахождению минимального усилия при минимальном расходе металла. В

качестве переменных проектирования принимаются высота (Я), ширина (В) и радиус (К) выступа пуансона. Граничные условия сформулированы из условий соответствия размеров головки болта ГОСТу 16016-79.

Постановка задачи оптимизации сформулирована следующим образом — требуется найти в п-мерном пространстве области целевых функций представленных в системе:

где: Р - усилие штамповки; А - ход; Я - высота выступа пуансона; В — ширина выступа; Я - радиус выступа.

Не(3,0; 5,4);Ве(20; 25); Ле (30; 39) - интервалы варьирования факторов целевых функций.

Критерием оптимизации параметров данного штампового инструмента является соблюдение основных геометрических форм головки болта клем-много:

Вычислительные работы и визуализация результатов проводились в среде программного комплекса «Ма1:ЬаЬ». Массивы целевых функций графически изображены в виде поверхностей. Для визуализации и оценки значимости каждого из массивов разработан алгоритм и написана программа на языке «Ма£ЬаЬ». Таким образом, получена область значений, где факторы варьирования выражены в безразмерной величине по оси факторов (рис.8).

У(Д Я), Я б (30; 39); Р = \/(А,Н),Не(3,0; 5,4); /(А,В),Ве(20; 25).

(1)

16 < Н ^18 мм;

(2)

45 <¿^48 мм.

г-. -¡Лл")

Р. Нх Ю5

Рис.8. Область, описывающая изменение параметра Р, при различных значениях факторов Я, Я, В, сведенных к одному интервалу безразмерной

величины Т

Построена средняя поверхность, корреляционно связывающая целевые функции каждого из факторов варьирования. Посредством инструмента для аппроксимации и интерполяции «Curve Fitting Toolbox» выведена регрессионная зависимость, позволяющая описать поверхность по заданным точкам. Данная регрессионная зависимость имеет вид:

рт = f(A,Т) = -553,9 + 4,219-105-А-80,18• Т-1,599-105-А2 -1,253-104 -Л-Г +10,47 - Т2 - 5,318-104 - А3 +9891-Л2 - Т + + 429,4• А■ Т2 + 5,257 ■ 104 • А" -3413• А3 ■ Т-243,8-А2-Т2-- 7987 • А5 + 369,7 • А4 ■ Т + 46,37 • А5 ■ Т2

(3)

Для нахождения оптимального значения параметра Р разработан алгоритм минимизации (рис.9), в основу которого положен ротатабельный трехфакторный ортогональный комплексный план для получения базы данных и последующей её обработки. Обработка скомпонованной базы данных выполняется в программном комплексе «МаЛаЬ».

(Начало)

/Л.. С. 4 L . « /

/ С.« 4». 4»,./

/ і М ii. і-, (і. 4. / гратше ус/юШ для щі. я 1 наЗвш 1

© <s>

I А„=пМц

Р, ¿^minims f!A. V при А=А„ PRttl=mmes flA.Rl при А=АЫ PBlu,=minmes fiA.Bl гри к=А„ PHltei=memoes НА,Н) при А=А„

1 /Ь гур , рх,"*1

Vе

-СКО НЄІГУ

Рис.9. Блок - схема алгоритма минимизации параметра Р и нахождения оптимальных значений факторов Н, К, В

Посредством программных комплексов «Ма1ЬаЬ» и «ВЕРСЖМ -ЗГ)» решалась задача минимизации, где за исходные данные приняты целевые функции, описывающие влияние факторов на параметры штамповки, в том числе и целевая функция средней поверхности.

Р ■ =

nun

f(A,R),R 6(30; 39); f(A,H),He(3,0; 5,4); -»min ДА, В), В e (20; 25).

(4)

(6)

РТтт=ДА,Т)^тт Т е [0;18]

Посредством минимизации получены значения параметров Pmin и Рт шп при A=Amin. Сравнивая результаты выполнения требований (2) выбран минимальный параметр и определены значения факторов (Н, R, В), соответствующие минимальному значению Р. Данные факторы следует считать оптимальными.

Интерполяционные функции, восстановленные методом сплайнов, где факторы варьирования сведены к одному интервалу безразмерной величины Т, представлены ниже:

- зависимость, связывающая параметр Р и значения фактора R\

PR = f{A, Т) = 3,234 • 105 + 2,065 ■ 105 ■ А -1,342 • 104 • Т + +1,928• 105 • А2 -1,225-104 -А-Т + 7820• Т2 + 8,394■ 104 • А3 + + 8999-А2-Т + 461-А-Т2 -5,194- 104-А4 +3207-А3 ■Т + +1646-Л2 -Т2 -2,074• А5 + 4424■ А4 + 2502• А5

SSE = 0,Обе"1.

- зависимость, связывающая параметр Р и значения фактора Я;

Рн = ДА, Т) = -4290+ 4,3 91-105 • А + 2014 • Т --2,24-105 - А1 -6486-Л-Г-819,7-Г2 -9136-+ + 4711-Л2 -Г + 600,8-А-Т2 +117,6-Г3 +4,246-Ю4 -А4 --1711-А3 -Т-155,8-А2 -Г2 -47.16 - Л-Г3 - 7,516-Г4 --7329- А5 + 212,6-А4 -Т + 19.16-А3 -Т2 +2,315-А2 -Т3 + + 1,539-Л-Г4 +0,1784-Г5

SSE = 0,08е"'.

- зависимость, связывающая параметр Р и значения фактора В\

Рв = f(A, Г) = -754,4 + 4,536 • 105 ■ А - 4490 • Т --2,381-Ю5 -х2 -6873-Л-Г+ 1795-Г2 -1536+ + 5204 ■ А2 ■ Т + 235,2 ■ А ■ Т2 -288.8 • Т1 + 4,032 -104 ■ Л4 --1796-Л3 -r-136,2-ví2 -Г2 -16,49-Л-Г3 + 18,99-Г4 --7090■ А5 + 200,1 • Л4 • Т + 27,25 -А3 -Т2 -0,408-А2-Т3 + + 0,9821-Л-Г4 -0,4302-Г5

SSE = 0,07е"\

Адекватность модели подтверждается критерием минимального значения параметра SSE, который в нашем случае не превышает значение равное 0,08еЛ SSE - сумма квадратов ошибок, параметр характеризующий точность уравнения регрессии. При стремлении параметра SSE к нолю точной регрессионной модели возрастает.

Согласно проведенным расчетам, оптимальная геометрия выступа пуансона для формирования головки болта клеммного по ГОСТ 16016-79, с учётом реологии свойств материала заготовки (сталь марки 10), составляют: R=37,0 мм; В=24,2 мм; #=4,2 мм.

Сущность разрабатываемой технологии штамповки крепежных изделий заключается в том, что на третьем переходе формируют головку болта с торцевой лункой без образования облоя (рис.10). Наличие торцевой лунки позволит снизить массу конечного изделия. С целью снижения усилий штамповки на третьем переходе операцию по редуцированию участка стержня под накатку резьбы переносят на четвертый переход.

V

а?

tt

ш

5

6

Рис.10. Технология изготовления болтов клеммных по ГОСТ 16016-79: 1-отрезка заготовки; 2-первая предварительная штамповка головки;

3-вторая предварительная штамповка головки и формирование фаски;

4-окончательная безоблойная штамповка головки с торцевой лункой;

5-редуцирование участка стержня под накатку резьбы;

6-накатка резьбы.

Согласно теоретическим и экспериментальным исследованиям, применение усовершенствованной технологии безоблойной штамповки и разработанной конструкции штампового инструмента позволит: экономить металл на 10-11,6% от массы клеммного болта; снизить усилия штамповки на третьем технологическом переходе, повышая стойкость штампового инструмента данного перехода на 10-12 %.

В условиях калибровочно-прессового цеха ОАО «ММК-МЕТИЗ» проведены промышленные исследования и изготовление опытной партии клемм-ных болтов М 22 х 75 по ГОСТ 16016-79 для рельсовых скреплений железнодорожного пути с использованием разработанной конструкции штампового инструмента (рис.11). Безоблойная штамповка осуществлялась на четырехпозиционном автомате-комбайне КА-74 (фирма «Ма1тесН», Германия). Проведенные испытания показали, что по механическим свойствам (разрушающая нагрузка Рр = 135 кН, предел прочности а'-= 421 МПа) отштампованные болты клеммные М22х75 полностью соответствуют требованиям нормативно-технической документации для болтов класса прочности 4.8 (ГОСТ Р 52627-2006).

а) б)

Рис. 11 .Инструмент для безоблойной штамповки (а) и заготовки по переходам разработанного технологического процесса изготовления болтов клеммных

поГОСТ 16016-79(6)

На основании проведенных исследований усовершенствована технология изготовления болтов клеммных безоблойно, разработана конструкция штампового инструмента, подана заявка на патент - «Способ штамповки клеммных болтов», заявка № 2011140549 от 05.10.2011.

Разработана технологическая карта ВТК ММК-МЕТИЗ 2011.05 «Болты клеммные М22^ х75 ГОСТ 16016-79 для рельсового скрепления железнодорожного пути» и комплект рабочих чертежей инструмента ММ.01.05.11, ММ.02.05.11, для изготовления болтов клеммных. Техническая документация принята к внедрению на ОАО «ММК-МЕТИЗ». Экономический эффект от внедрения технологии составляет 2070 рублей на тонну продукции.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные результаты исследований диссертации, определяющие научную новизну и практическую значимость работы, заключаются в следующем.

1. Разработана методика компьютерного моделирования процесса обрезки граней головок болтов клеммных, в основу которой положен метод конечных элементов на базе программного комплекса «ОЕЕСЖМ-ЗБ». Используя разработанную методику, выполнены расчеты напряженно-деформированного состояния и энергосиловых параметров процессов односторонней и двухсторонней обрезки граней головок болтов клеммных. Проведенные экспериментальные исследования показали, что расхождение теоретических и экспериментальных результатов не превышает 8 + 18%, что свидетельствует об адекватности компьютерных моделей.

2. На основе проведенных теоретических и экспериментальных исследований процессов обрезки граней установлено, что образование сколов на опорной поверхности головки при односторонней обрезке обусловлено отсутствием контакта заготовки с матрицей, а причиной преждевременного выхода из строя матриц при двухсторонней обрезке является возникновение больших контактных напряжений на режущих кромках.

3. На основе метода конечных элементов разработана методика компьютерного моделирования процессов облойной и безоблойной штамповки головок болтов клеммных; выполнены расчеты напряженно-деформированного состояния и энергосиловых параметров процессов. Экспериментальные исследования процессов штамповки болтов клеммных по ГОСТ 16016-79 показали сравнительно хорошее совпадение теоретических и экспериментальных результатов (расхождение не более 8 + 15%).

4. На основе проведенных исследований процесса установлено:

- при облойной штамповке головок болтов клеммных масса облоя составляет 4,6 + 5,3% от массы изделия;

- на третьем переходе при окончательной штамповке головки и редуцировании участка стержня под накатку резьбы возникают максимальные усилия, что является причиной низкой стойкости штампового инструмента данного перехода.

5. На основе компьютерного и натурного моделирования процесса безоблойной штамповки головок болтов клеммных определены рациональные геометрические параметры выступа на рабочем торце пуансона третьего перехода. В продольном сечении выступ в виде сегмента со следующими геометрическими параметрами: высота - 0,25 + 0,30 высоты головки изделия, ширина - 0,65 + 0,85 ширины головки, радиус выступа 1,0 + 1,30 радиуса сферы опорной поверхности головки изделия.

6. Разработана математическая модель поиска оптимальных конструктивных параметров штампового инструмента применительно к технологии безоблойной штамповки головок болтов клеммных. На основании выполненных исследований определены оптимальные геометрические параметры вы-

ступа на рабочем торце пуансона в продольном сечении в виде радиус сегмента, для формирования головки болта клеммного по ГОСТ 16016-79 (радиус выступа R=37,0 мм; ширина выступа В-24,2 мм; высота выступа #=4,2 мм), которые обеспечивают получение головок требуемого качества при минимальном расходе металла. Адекватность разработанной математической модели подтверждается низким критерием параметра SSE (сумма квадратов ошибок), который не превышает 0,08е"'.

7. Разработано новое техническое решение - «Инструмент для обрезки головок стрежневых изделий с криволинейной опорной поверхностью», патент РФ № 88589 на полезную модель. Применение разработанной конструкции обрезного инструмента обеспечивает увеличение срока его службы на 30 -г- 40% за счет снижения контактных напряжений на режущих кромках.

Разработана технологическая карта ВТК ММК-МЕТИЗ 2011.05 «Болты клеммные M22-8gx75 ГОСТ 16016-79 для рельсового скрепления железнодорожного пути» и комплект рабочих чертежей инструмента ММ.01.05.11, ММ.02.05.11, для изготовления болтов клеммных. Экономический эффект от внедрения технологии составляет 2070 рублей на тонну продукции.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНО В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:

1. Железков, О.С. Прогрессивные конструкции высокопрочных болтов для монтажа металлоконструкций [Текст] / О.С. Железков, В.В. Семашко, Н.П. Морозов // Производство конкурентоспособных метизов: Сб. науч. тр. под редакцией А.Д. Носова. -Магнитогорск. - 2007. - С. 50-51.

2. Семашко, В.В. Влияние геометрических факторов рабочей зоны матрицы на энергосиловые параметры при изготовлении деталей [Текст] / В.В. Семашко, К.В. Федотов, М.Н. Максимов // Инновации молодых ученых: Сб. докл. 65-й науч.-техн. конференции. -Магнитогорск. - 2007. - С. 72-73.

3. Железков, О.С. Малоотходные технологии изготовления стержневых крепёжных изделий [Текст] / О.С. Железков, В.В. Семашко, С.А. Семихатский и др. // Труды VII конгресса прокатчиков (Москва, 15-18 октября 2007 г.). М.: Объединение прокатчиков. - 2007. - С. 361-363.

4. Семашко, В.В. Совершенствование технологии подготовки металла для холодной штамповки клеммных болтов [Текст] / В.В. Семашко, С.А. Семихатский, А.И. Кузнецова // Моделирование и развитие процессов обработки металлов давлением: межрег. сб. науч. тр. -Магнитогорск. - 2009. - С. 207-210.

5. Железков, О.С. Исследование процесса обрезки граней головок болтов [Текст] / О.С. Железков, В.В. Семашко, С.А. Семихатский // Процессы и оборудование металлургического производства: Межрег. сб. науч. тр. -Магнитогорск. -2009.-С. 139-142.

6. Железков, О.С. Исследование процесса обрезки граней головок клеммных болтов с применением метода конечных элементов [Текст] / О.С. Железков, В.В. Семашко, С.А. Семихатский // Материалы 67-й научно-технической конференции: Сб. докл. -Магнитогорск. - 2009. - С. 180-183.

7. Патент на полезную модель 88589 Российская Федерация, МПК В 21 К 1/50, В 21 К 1/44. Инструмент для обрезки головок стержневых изделий с криволинейной опорной поверхностью / Железков О.С., Семашко В.В., Павлов A.M. и др. Опубл. 20.11.2009. Бюл. № 32.

8. Железков, О.С. Совершенствование конструкции инструмента для обрезки граней головок клеммных болтов по ОСТ 32.161-2000 [Текст] / О.С. Железков,

B.В. Семашко // Третий международный промышленный Форум «Реконструкция промышленных предприятий - прорывные технологии в металлургии и машиностроении»: Сб. докл. -Магнитогорск. - 2010. - С. 155-158.

9. Железков, О.С. Моделирование процесса обрезки граней головок клеммных болтов с использованием метода конечных элементов [Текст] / О.С. Железков, В.В. Семашко // Обработка сплошных и слоистых материалов: Межвуз. сб. науч. тр. Вып. 36.-Магнитогорск. - 2010. - С. 65-67.

10. Железков, О.С. Совершенствование процесса безоблойной штамповки головок клеммных болтов по ГОСТ 16016-79 [Текст] / О.С. Железков, В.В. Семашко // Актуальные проблемы современной науки, техники и образования: Сб. докл. 68-й науч.-техн. конференции. -Магнитогорск. - 2010. - С. 300-302.

11. Железков, О.С. Совершенствование конструкции инструмента для обрезки граней головок клеммных болтов [Текст] / О.С. Железков, В.В. Семашко // Вестник МГТУ им. Г.И.Носова. - 2010. - №4. - С.41-43 (рецензируемое издание из перечня ВАК).

12. Железков, О.С. Малоотходные технологии изготовления стержневых крепежных изделий с головками [Текст] / О.С. Железков, В.В. Семашко, Н.П. Морозов // Моделирование и развитие процессов обработки металлов давлением: межрег. сб. науч. тр. -Магнитогорск. - 2011. - С. 135-139.

13. Семашко, В.В. Совершенствование процесса обрезки граней головок клеммных болтов и инструмента для его осуществления [Текст] /В.В. Семашко, О.С. Железков, // КШП. ОМД. - 2011. - №2. - С. 29-33 (рецензируемое издание из перечня ВАК).

14. Железков, О.С. Разработка малоотходных способов изготовления стержневых крепежных изделий [Текст] / О.С. Железков, В.В. Семашко, Н.П. Морозов // Четвертый международный промышленный Форум «Реконструкция промышленных предприятий - прорывные технологии в металлургии и машиностроении»: Сб. докл. -Магнитогорск. - 2011. - С. 54-56.

15. Железков, О.С. Перспективные способы снижения металла при изготовлении стержневых крепежных изделий [Текст] / О.С. Железков, В.В. Семашко, Н.П. Морозов // Актуальные проблемы современной науки, техники и образования: Сб. докл. 69-й науч.-техн. конференции. -Магнитогорск. - 2011. -

C. 173-177.

Подписано в печать 20.03.2012 Формат 60x84 1/16. Бумага тип. №1. Плоская печать. Усл.печ.л.1,0. Тираж 100 экз. Заказ 176.

455000, Магнитогорск, пр. Ленина, 38 Полиграфический участок ФГБОУ ВПО «МГТУ»

61 12-5/3559

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова»

На правах рукописи

Семашко Владимир Владимирович

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ШТАМПОВКИ КРЕПЕЖНЫХ ИЗДЕЛИЙ С ГОЛОВКАМИ ПРЯМОУГОЛЬНОГО СЕЧЕНИЯ С ЦЕЛЬЮ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ И КОНСТРУКЦИИ ИНСТРУМЕНТА

Специальность 05.02.09 Технологии и машины обработки давлением. Технические науки.

Научный руководитель

д.т.н., профессор О.С. Железков

Магнитогорск - 2012

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ......................................................................................4

1. ПРОБЛЕМЫ ФОРМИРОВАНИЯ ГОЛОВОК СТЕРЖНЕВЫХ КРЕПЕЖНЫХ ИЗДЕЛИЙ ХОЛОДНЫМ ПЛАСТИЧЕСКИМ ДЕФОРМИРОВАНИЕМ. ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ...........................7

1.1 Формирование головок стержневых крепежных изделий

с применением операции обрезки...........................................................7

1.2 Формирование головок стержневых крепежных изделий

с применением операции безоблойной штамповки....................................16

1.1. Задачи исследования..................................................................25

2. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ОБРЕЗКИ ГРАНЕЙ ГОЛОВОК ПРЯМОУГОЛЬНОГО СЕЧЕНИЯ СТЕРЖНЕВЫХ КРЕПЕЖНЫХ ИЗДЕЛИЙ.................................................................................................27

2.1 Основные положения метода конечных элементов,

используемые в программном комплексе «DEFORM»...............................29

2.2 Исследование процесса односторонней обрезки граней

головок клеммных болтов по ОСТ 32.161-2000.......................................35

2.3 Исследование процесса двухсторонней обрезки граней

головок клеммных болтов по ОСТ 32.161-2000........................................54

2.4 Совершенствование конструкции обрезного инструмента..................71

Выводы..........................................................................................83

3. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ШТАМПОВКИ СТЕРЖНЕВЫХ КРЕПЕЖНЫХ ИЗДЕЛИЙ С ГОЛОВКАМИ ПРЯМОУГОЛЬНОГО

СЕЧЕНИЯ....................................................................................85

3.1 Исследование процесса штамповки головок клеммных

болтов по ГОСТ 16016-79...................................................................88

3.2 Моделирование процесса безоблойной штамповки стержневых крепежных изделий с головками преимущественно прямоугольного

поперечного сечения.......................................................................113

Выводы.......................................................................................117

4. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ И КОНСТРУКЦИИ ШТАМПОВОГО ИНСТРУМЕНТА ДЛЯ БЕЗОБЛОЙНОЙ ШТАМПОВКИ НА ОСНОВЕ ОПТИМИЗАЦИИ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХПАРАМЕТРОВ ИНСТРУМЕНТА..........................................................................119

4.1 Математические основы оптимизации геометрических параметров штампового инструмента для

безоблойной штамповки..................................................................119

4.2 Совершенствование технологии и конструкции штампового инструмента применительно к технологии

безоблойной штамповки..................................................................136

4.3 Отработка технологии безоблойной штамповки в

промышленных условиях...................................................................143

Выводы........................................................................................146

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ......................147

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ..................................150

ПРИЛОЖЕНИЯ............................................................................163

ВВЕДЕНИЕ

Постоянная реконструкция верхнего строения пути и строительство новых железнодорожных магистралей, в том числе для прохождения составов большой массы с высокими скоростями, требуют расширения производства крепежных изделий прогрессивной конструкции с жесткими требованиями к качеству и надежности. В современных конструкциях железнодорожного пути, с использованием железобетонных, шпал широко используются стержневые крепежные изделия с головками преимущественно прямоугольного поперечного сечения - болты клеммные (ГОСТ 16016-79, ОСТ 32.161-2000) и болты закладные (ГОСТ 16017-79).

Массовое производство клеммных и закладных болтов осуществляют холодной объемной штамповкой (ХОШ) с использованием высокопроизводительных пресс-автоматов. К недостаткам применяемых технологий следует отнести:

- низкое качество изделий, вследствие образования сколов и заусенцев на гранях и опорной поверхности головок болтов;

- существенный расход металла (5-8% от массы крепежных изделий);

- низкая стойкость штампового инструмента.

Поэтому исследования, направленные на совершенствование процессов ХОШ крепежных изделий с головками преимущественно прямоугольного сечения, с целью снижения расхода металла, повышения качества болтов и стойкости штампового инструмента, следует считать важными и актуальными.

Технология изготовления стержневых крепежных изделий ХОШ строится на основе определения необходимого и достаточного количества формообразующих позиций. Опираясь на геометрию конечного изделия, размеры заготовки по позициям, расчетные данные по количеству позиций, диаметр исходного металла, расчетные данные об усилиях на каждой позиции и общего усилия штамповки, определяется требуемое по техническим характеристикам холодновысадочное оборудование.

Проектирование технологического процесса ХОШ стержневых крепежных изделий традиционно начинается с расчета объема последней формообразующей позиции и далее, учитывая формоизменение каждого элемента детали, рассчитывается предварительная форма заготовки, вплоть до исходной цилиндрической заготовки, отрезанной от бунтового металла. В зависимости от расчетной степени деформации металла, изменения механической схемы деформации и суммарной степени деформации по переходам штамповки, а так же заданных технических требований на деталь по структуре, твердости, разрушающей нагрузке, определяется какими механическими, физическими, технологическими или специальными свойствами должен обладать деформируемый металл и какой материал холодновысадочного инструмента необходим для производства крепежа. Поиск эффективных технологий и режимов штамповки клеммных болтов с использованием современных методов исследования процессов ОМД позволяет решить актуальную проблему повышения качества крепежа и стойкости штампового инструмента.

Поэтому очевидна необходимость разработки математических моделей и методик, применение которых в расчетах процессов штамповки крепежных изделий позволит с высокой точностью определять напряженно-деформированное состояние (НДС) в штампуемой заготовке и инструменте, энергосиловые параметры процессов деформирования, что обеспечит высокую надежность поиска рациональных схем и режимов технологических процессов, а также конструкций штампового инструмента.

Цель и задачи исследования. Целью диссертационных исследований является повышение эффективности производства стержневых крепежных изделий с головками прямоугольного сечения за счет совершенствования технологии холодной штамповки и конструкции штампового инструмента на основе компьютерного и натурного моделирования.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Закономерности влияния формы режущей кромки инструмента на распределение напряжений в зоне контакта заготовки с обрезной матрицей.

2. Методики компьютерного моделирования процессов односторонней и двухсторонней обрезки граней головок, облойной и безоблойной штамповки болтов.

3. Математическая модель оптимизации конструктивных параметров штампового инструмента применительно к технологии безоблойной штамповки головок болтов клеммных.

Научная новизна выполненных исследований заключается в следующем:

1. Установлены закономерности взаимодействия инструмента и заготовки в процессах односторонней и двухсторонней обрезки граней головок болтов, определены рациональные схемы и режимы обрезки, а также конструктивные параметры обрезного инструмента. Впервые установлено влияние формы режущей кромки обрезной матрицы на распределение контактных напряжений в зоне контакта заготовки с матрицей.

2. Разработаны методики определения напряженно-деформированного состояния и энергосиловых параметров процессов облойной и безоблойной штамповки головок клеммных болтов, отличающиеся тем, что позволяют учитывать особенности формы головки изделия и конструкции штампового инструмента.

3. Впервые разработана математическая модель оптимизации конструктивных параметров штампового инструмента применительно к технологии безоблойной штамповки головок болтов клеммных, в основу которой положен метод конечных элементов.

Исследовательские работы проводили на кафедре теоретической механики и сопротивления материалов ФГБОУ ВПО «МГТУ им. Г. И. Носова» и в условиях центральной заводской лаборатории, калибровочно-прессового и кузнечно-прессового цехов ОАО «Магнитогорский метизно-калибровочный завод «ММК-МЕТИЗ».

1. ПРОБЛЕМЫ ФОРМИРОВАНИЯ ГОЛОВОК СТЕРЖНЕВЫХ КРЕПЕЖНЫХ ИЗДЕЛИЙ ХОЛОДНЫМ ПЛАСТИЧЕСКИМ ДЕФОРМИРОВАНИЕМ. ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

Проблемы совершенствования производства крепежных изделий нашли отражение в работах Г.А. Навроцкого, Ю.А. Миропольского, В.М. Мисожникова, М.Я. Гринберга, В.Г. Петрикова, М.Г. Амирова, И.А. Биргера, Г.Б. Иосилевича, В.И. Мокринского, О.С. Железкова, В.Я. Герасимова, С.П. Васильева, Л.С. Кохана, Д.М. Закирова, Ю.А. Лавриненко, Г.В. Бунатяна, И. Биллигмана и др. [Н20].

1.1 Формирование головок стержневых крепежных изделий с применением операции обрезки

В традиционных способах холодной штамповки стержневых крепежных изделий на многопозиционных пресс-автоматах наибольшее распространение получили технологические процессы, включающие высадку бочкообразной головки за один - три перехода и обрезку граней головок. В зависимости от геометрических размеров головки крепежного изделия и технических требований к опорной поверхности способ формообразования обрезкой, а соответственно, и конструкция обрезного инструмента, имеют определенные особенности [21-^24].

При обрезке граней головок болтов образуется ряд следующих дефектов: заусенец, выровы металла, сколы и задиры на гранях опорной поверхности. Причины образования заусенца могут быть связаны с качеством настройки инструмента на позиции обрезки заготовки, физико-механическими свойствами используемого металла заготовки, геометрией инструмента, геометрией и размерами головки заготовки перед обрезкой. Выровы металла на гранях головки могут возникнуть из-за слишком большого расстояния между обрезной матрицей и пуансоном. Износ инструмента увеличивает образование задиров и заусенцев на опорной поверхности головки [25].

При штамповке болтов с обрезкой граней окончательно высаженная головка имеет ярко выраженную бочкообразную форму, так как при окончательной штамповке боковая поверхность формируется свободным течением, а на поверхностях контакта металла с пуансоном и матрицей действуют значительные силы трения. Кроме того, в результате погрешностей при настройке инструмента, либо неравномерности течения металла в радиальном направлении, имеет место смещение бочкообразной головки относительно оси стержня, что приводит к повышенному расходу металла при обрезке. Отходы в зависимости от применяемой технологии, конструкции и типоразмеров изделий, составляют 5-Н0% [25].

При изготовлении болтов с использованием однопозиционных двухударных автоматов вначале штампуют головку в виде конуса, а затем -бочкообразную головку окончательной высоты. Обрезку головки осуществляют на отдельном обрезном автомате.

Холодная высадка на многопозиционных пресс-автоматах, по сравнению с высадкой на однопозиционных, более производительна, так как при одинаковом числе хода ползуна за один ход выполняется большее количество элементарных операций. Многопозиционные автоматы обладают более широкими технологическими возможностями, потому что штамповка осуществляется за большее количество переходов, причем деформирование заготовок можно осуществлять как в матрицах, так и в пуансонах.

При изготовлении болтов холодной штамповкой и обрезкой с использованием многопозиционных пресс-автоматов наибольшее распространение получили следующие технологические процессы: с однократным редуцированием; с двукратным редуцированием; с выдавливанием и редуцированием [22].

При штамповке болтов с однократным редуцированием (рис. 1.1) на первом переходе осуществляют предварительную высадку конической головки (при этом могут высаживаться головки с большим основание конуса, примыкающим к стержня, либо к торцу, а также головки в виде двойного

конуса). На втором переходе штампуют бочкообразную головку, на третьем переходе редуцируют участок стержня под накатку резьбы, а на четвертом выполняют обрезку головки. Диаметр исходного калиброванного металла примерно равен наружному диаметру резьбы. В процессе штамповки гладкая часть стержня практически не деформируется, резьбовая часть получает деформацию до 20%, а суммарная степень деформации головки составляет 7580%. Поэтому исходный металл должен обладать хорошей пластичностью и не иметь поверхностных дефектов [26].

Рис. 1.1. Схема технологического процесса изготовления болтов с использованием однократного редуцирования

При штамповке с двукратным редуцированием (рис. 1.2) используется металл с диаметром, примерно равным 1,10+1,15 от номинального диаметра резьбы. В этом случае суммарная степень деформации головки составляет 63+68%, гладкого участка стержня болта - 18+22 %, а резьбового участка -33+38%. Таким образом, неравномерность деформации по длине болтов значительно ниже, чем у изделий, полученных при штамповке без редуцирования, либо с однократным редуцированием.

При изготовлении болтов с использованием технологий, включающих штамповку бочкообразной головки с последующей обрезкой, отходы металла

составляют 5-^8% от массы изделий при низкой стойкости обрезного инструмента.

Рис. 1.2. Схема технологического процесса изготовления болтов с использованием двукратного редуцирования

Клеммные болты широко применяются в современных конструкциях верхнего строения железнодорожного пути для крепления рельс к железобетонным шпалам. В условиях ОАО «Магнитогорский метизно-калибровочный завод «ММК-МЕТИЗ» клеммные болты по ОСТ 32.161-2000 (рис 1.3) и ГОСТ 16016-79 (рис. 1.4) изготавливаются холодной штамповкой на многопозиционных автоматах-комбайнах С)РВА-161, КА-64, КА-74 [27].

Рис. 1.3. Болт клеммный по ОСТ 32.161-2000

Рис. 1.4. Болт клеммный по ГОСТ 16016-79

Предприятие «Рубикон» (Московская обл., г.Щелково) запатентовало способ штамповки болтов, преимущественно клеммных болтов для рельсовых скреплений железнодорожного пути (рис. 1.5), включающий предварительную штамповку головки из исходной цилиндрической заготовки, окончательную штамповку головки с цилиндрической или сферической опорной поверхностью и обрезку граней на размер «под ключ». При этом предварительную штамповку головки осуществляют в две стадии, придавая головке на первой из них форму усеченного конуса, сопряженного меньшим основанием со стержневой частью и выдерживая угол наклона образующей указанного конуса в пределах 6 9° , а на второй стадии формируют головку с углом наклона образующей конуса в пределах 1 ^ 40° [28].

Недостатки данного технического решения:

1. Высокий расход металла в связи с необходимостью обрезки двух граней головки на размер «под ключ». Кроме того, головка изготовленного болта имеет высокую металлоемкость.

2. Низкая стойкость инструмента для обрезки граней из-за большой высоты срезаемого слоя и возникновения значительных сил резания.

Специалистами ОАО «Этна» (г. Нижний Новгород) разработан способ изготовления закладных болтов [29], включающий предварительную

штамповку головки с двойной конусностью по высоте, окончательную штамповку головки с образованием радиального облоя, редуцирование стержня и обрезку облоя (рис.1.6). Недостатком технического решения являются сложные конструкция инструмента и его наладка, а также повышенный расход металла в связи с образованием облоя и его удалением.

Фиг., 2

Фиг б

»(■¿»'V

1 а

К

Фиг. в

.Фиг, $

Рис. 1.5. Схема технологического процесса изготовления клеммного болта по

патенту РФ № 2011462

Рис.1.6. Схема технологического процесса изготовления закладных

по патенту РФ № 2168386 Болт ступицы переднего колеса в условиях ОАО «Автонормаль» (г. Белебей) изготавливается холодной высадкой за четыре позиции на одноударном четырехпозиционном холодновысадочном автомате, например, на М-20 S3 4-Die Boltmaker National Machinery Co., NEDFORM Boltmaker NB420S Nedschroef Herentals N.V. (рис. 1.7). Конструкция детали 20-3103008-Б имеет головку в виде сферы с двумя лысками и подголовок с кольцевым рифлением. Требования к конструкции детали 20-3103008-Б определены в зависимости от монтажного пространства и способа фиксации детали в ступице колеса.

Рис. 1.7. Технологические переходы холодной высадки болта ступицы переднего колеса

Размеры заготовки под высадку рассчитаны в зависимости от размеров подголовка и объема готовой дета�