автореферат диссертации по металлургии, 05.16.05, диссертация на тему:Технологическое обеспечение ресурсосберегающих процессов изготовления крепежных изделий в условиях сложившейся инфраструктуры производства

Государственный Комитет Российской Федерации по высшему образованию

Магнитогорский Государственный горне-металлургпчеекпй институт им. Г. И. Носова

На правах руког.и.п; УДК Ъ?Л.

КРИВОШАПОВ Владимир Васильевич

ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИХ ПРОЦЕССОВ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КРЕПЕЖНЫХ ИЗДЕЛИЙ Е УСЛОВИЯХ СЛОЖИВШЕЙСЯ ИНФРАСТРУКТУРЫ ПРОИЗВОДСТВА (на примере МКЗ)

Специальность 05.16.05 - Обработка металлов давлением

Диссе ртация в форме научного доклада на соискание ученой степени кандидата технических наук

Магнитогорск 1994

РГб

од

да

Работа выполнена в Магнитогорском Государственном горж металлургическом институте им. Г. И. Носова

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Паршин В. С. кандидат технических наук, доцент Васильев С. П.

Ведущее предприятие: АО "Магнитогорский метизно-металлургический завод"

Защита состоится _5_мая_ 1994 года в 15 часов I

заседании специализированного Совета К 063. 04. 01, в Магнитогорском Государственном горно - металлургическом институт им. Г. И. Носова.

Отзыв в деух экземплярах просим направлять по адресу: 455000, г.Магнитогорск, пр. Ленина, 38, ученому секретар!

Диссертация в форме научного доклада разосла! 5_апреля_ 1994 г.

Ученый секретарь

специализированного совета Селиванов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы

Разработка и внедрение ресурсо- и трудосберегающих технологических процессов всегда были и будут привлекательно* и актуальной задачей для каждого специалиста, для любого спосе.а общественного производства, так как обеспечивают е итоге п:гашение экономической эффективности, увеличение прибыли.

Переход к рыночным отношениям, приватизация предприятии, появление в сфере материального производства большого числа предпринимателей, частных собственников делают эту работу чх~ более значимой, так как обеспечение экономии металла, знер г и/., труда означает для молодого российского предпринимателя, как правило, не имеющего достаточного стартового капитала, уменьшение потребности в оборотных средствах, помогает ему быстр-.-, добиться делового успеха.

Крепежные изделия, используемые ь промышленности. -ском хозяйстве и в быту, имеют огромно-; число видов ти--меров и производятся в больших обгрмчх При "'том :• хн.л. изготовления, а нередко и «гшстпусш-г •• "...•.■;

; : i î'O i' î .--.-■:■■ ■ яг ними и -к.мк'мич^ски oin ималпщмг.. ■-:? . ".-г- .".■.....

их про!'',г"~т!итед<:й исог.равдано ьш. <.>.;>;<? расходы энергетических и трудовых ресурсов, снижение конкугентг-*::'/:"' " ности продукции, а для покупателей - высокие йены.

Цель работы:

разработка и внедрение ресурсосберегающих технологии производства железнодорожного и машиностроительного крепежа.

Для достижения этой цели поставлены и решены следуицие задачи:

■• разработка конструкций облегченных видов Ж'-л-снои.-рох ного iпротивоугоны, костыли) и машиностроительного • *<-.?n:-крепежа-,

- разработка технологии, инструмента для малоотходно;': штамповки болтов и гаек, штамповки облегченных противсугонсв костылей;

- исследование энергосиловых параметров ма.'остхслнг;"' штамповки изделий-,

- внедрение разработанных технологий в условиях МК;?-.

Научная ноЕигна

Еыполкекы инженерные расчеты внедряемых в производстве новых малоотходных технологических процессов холодной объемно! штамповки болтов и гаек.

Разработаны технология безоблойной штамповки болтов, обеспечивающая снижение трещинообразоЕания в процессе высадка головки, малоотходные технологии штамповки башмачных и стандартных гаек, облегченных железнодорожных противоугонов i костылей. Впервые в стране созданы автоматизированные линш для производства противоугонов и костылей, обеспечивают}« комплексное решение задач ресурсосбережения, а также снижение вредных выбросов.

Практическая ценность и реализация результатов работы i

промышленности

Разработанные технологические процессы изготовления железнодорожного и машиностроительного крепежа внедрены на MKR1 кузнечно-прессовом цехе освоено производство облегченных противоугонов новой, более рациональной, конструкции по Т! 14-4-1506-90. в том числе внедрение механизированного стеллажа, установки ТВЧ для нагрева металла (вместо газовой печи с ручной загрузкой и выдачей прутков), закалки противоугонов сс штамповочного нагрева (вместо электропечи для подогрева изделий перед закалкой). Получен экономический эффект за счет экономии металла, снижения удельного расхода энергии, снижена трудоемкости изготовления и повышения основных эксплуатационных характеристик противоугонов.

Внедрены малоотходные процессы штамповки болтов и башмачных гаек, что обеспечило экономию металла до 100 кг/т длг оолтое М16 по ГОСТ 7798-70 и 730 кг/т при производстве башмачных гаек.

Внедрены при непосредственном участии автора процессы: одинарного и двойного редуцирования на автоматах-комбайнах; упрочнения башмачных и путевых болтов; пятипозиционной • холодной высадки гаек; штамповки облегченных железнодорожных костылей: использования большегрузных бунтов со стана £50-1' Криворожского металлургического комбината, обеспечивающих повышение непрерывности процессов холодной высадки болтов и гаек и снижение концевых отходов металла; холодной и горячей высади

клеммных болтов;, холодной высадки болтов М8 и М10 длиной белее десяти диаметров; многопозиционной горячей штамповки гаек; упрочнения запасных частей и инструмента.

Интересующиеся этими вопросами специалисты могут ознакомиться с названными выше работами на Магнитогорском калибровочном заводе.

Настоящая работа может быть также использована специалистами и предпринимателями, непосредственно занимающимися расчетами энергосиловых параметров, внедрением прогрессивной технологии производства массовых изделий типа болтов и гаек, изысканием путей экономии металла и других ресурсов,

Апробация работы

Представленные к защите материалы являются результатом работы, проведенной на МКЗ лично автором и под его научным руководством сотрудниками завода, НШМЕ'ТИЗа и МГМИ.

Автором осуществлена постановка задач исследований, разработка технологических решений, практические исследования реализация результатов.

Материалы работы в разное время излагались и обсуждались на конференциях и совещаниях специалистов метизной промышленности. По теме работы опубликованы 11 статей, имеется 11 авторских свидетельств, издано Р монографии.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. Совершенствование технологий производства крепежных изделий на Магнитогорском калибровочном заводе [1-4,8,9,17]

Развивающиеся в стране рыночные отношения требуют от предприятий метизной отрасли выпуска конкурентноспособной продукции. В связи с этим можно выделить основные направления при создании такой продукции; повышение качества изделий и соответствие их международным стандартам; снижение затрат на изготовление (материальных, трудовых); обновление и расширен!!'.' ассортимента изделий; внедрение высекопроизЕо/иг-" лике? су Л'эвашн и технологий, ч^гепечивага- ..........

гг- и;,.

Б данной работе проведен анализ состояния производства крепежных изделий и перспективные направления развития, реализуемые в стране и, в частности, в условиях МКЗ. Разнообразие технологических процессов штамповки гаек на отечественных метизных заводах обусловлено не столько разнообразием имеющегося технологического оборудования, сколько стремлением создать рациональные деформационные режимы. Поэтому, в настоящей работе поставлена цель выявления основных тенденций в развитии технологии производства гаек и разработки рационального режима деформации при штамповке башмачных гаек. Гайки М16х1,5 для крепления башмаков гусеницы тракторов до недавнего времени изготавливали на заводе методом точения на токарных многошпиндельных полуавтоматах из автоматной стали А12. Технология характеризовалась низкой производительностью и высоким расходным коэффициентом металла. Анализ методов изготовления гаек подобного типа показывает применимость холодной и горячей штамповки, а за рубежом известен комбинированный метод, включающий операции горячей и холодной штамповки. Производство таких деталей методом холодного деформирования ( высадка, штамповка ) является новым прогрессивным технологическим процессом. Преимущество изготовления деталей- обработкой металлов давлением заключается в экономии металла, повышении производительности труда, высвобождении рабочей силы.

Особенности конструкции башмачной гайки (.повышенная высота - 0,у 5 против 0,5 С у стандартных гаек, наличие- конической 'гутк. повышенная прочность, мелкая резьба) ивляотся оеноекимк 1 '"""•■"■"■'.>.".!, ?';?'"/'"''.".''Т""'' :::?а>.'.гк-. Длиг.-,' „-и

.....: ' ' '' ■ ММ '.'ТП'.'Т СХО-МЫ иисиуШ'-'ЬКн',

ксюраОи^„и сжимов штамповки; разработка конструкции технологического инструмента.

Наиболее распространенная схема облойной штамповки бол-тое,применяемая на отечественных . метизных заводах, обладает существенными недостатками: отходы металла составляют 6-15% от исходного объема штампуемой заготовки; неодинаковая (значительно ниже штампового) стойкость обоечного инструмента; неблагоприятные экологические условия (загрязнение атмосферы, высокий уровень шума и т. д.). С целью устранения отмеченных недостатков ь работе поставлена задача исследования существующих в мировой практике методов безоблойной штамповки болтов и

разработки новых технологических ресурсосберегающих пропеесо1 производства.

Не менее важным направлением, позволяющим повысить эффективность производства, является совершенствование конструкции и разработка перспективных видов металлоизделий, совершенствование технологических процессов производства крепежных изделий для железнодорожного транспорта. Так например, основным недостатком пружинных проткЕоугоноЕ, применяемых в верхнем строении железнодорожного пути, является их большая металлоемкость, значительно меньший срок службы .чем срок службы рельсов. В данной работе поставлена задача разработки облегченной конструкции противоугонов с повышенными пружинящими и удерживающими свойствами изделий и совершенствования техологии их изготовления.

Костыли, предназначенные для крепления рельсов к деревянным шпалам, изготавливают из горячекатаного проката квадратного сечения. Основные недостатки технологической линии заключаются в неравномерном нагреве металла, потерях металла вследствие немерной длины штанг и угара, значительной доле тяжелого ручного труда. В связи с этим в работе поставлены задачи снижения материалоемкости железнодорожных костылей, модернизации технологической линии с целью повышения качества изделий, производительности, улучшения условий труда.

В настоящее время болты путевые по ГГу?Т л??.'.1-:' *• ~ : л'лвсжт кг стал:; Т^-хн^литня лроишгиди-тиа оил'ыь ьключаег

операцию горячей штамповки, накатки резьбы и термической обработки (закалки и отпуска). С целью повышения качества продукции, создания единой технологической линии, снижения энергетических затрат в настоящей работе была поставлена задача ::•:• разработке и освоению производства путевых болтов с закалкой непосредственно с нагрева металла под штамповку.

В производстве метизов на МКЗ накоплен определенный опыт рационального использования отходов производства. Так. метал-лоотходы, образующиеся при производстве калиброванной стали и крепежных изделий, перерабатываются в цильпебсы. используемые в качестве помольных тел при производстве цемента. Другим важным направлением использования деловых отходов калибровочного и крепежного производства является использование стружки легированного сортового проката и "выдры" от производства гаек в

- 8 -

качестве шихты для электрошлакового переплава.

Внедрение технологий упрочнения запасных деталей и технологического инструмента позволило МКЗ значительно повысить их стойкость и в ряде случаев отказаться от закупки за СКВ запчастей к импортному оборудованию.

Автором было непосредственно организовано создание участка упрочнения на МКЗ, работа которого дает значительный экономический эффект. Например, высадочный инструмент, напыленный нитридом титана имеет стойкость в 5 раз Еыше обычного, а применение твердосплавных вставок повышенной плотности дает еще более высокие результаты.

2. Экспериментально-аналитическое исследование .энергосиловых параметров при штамповке крепежных изделий [5,6.14,231

2. ¿.Основные теоретические положения аналитического и экспериментального исследования [51

Рассматриваемые ниже технологические задачи штамповки крепежных изделий сведены к классу осесимметричных и решение выполнено в цилиндрической или сферической систем- координат. При определении технологических усилий использован метод баланса работ, основные положения которого заключаются в следующем:

работа внешних сил. приложенных- к деформируемому тилу, "олхн:; пыл. рцьлы раоите внутренних сил. то есть

, Аь = А».

:а--/\е> ' раозта г.н^ннх сил;

Аъ раоиЬа сг.л пластической деформации.

В общем случае работа внешних сил представляет собой работу активных сил и работу сил трения

Аь=АА+АГ,

где /\А - работа активных сил;

А - работа сил трения.

А-Р-и,

гае р - усилие, прикладываемое инструментом;

- перемещение инструмента;

В таком случае уравнение баланса работ будет выглядеть

Р-и+Лъ-и«, с/1г,

ст р у

где Сц - касательное напряжение на контактной поверхности;

- перемещение металла/^? на контактной поверхности;

- интенсивность напряженного состояния; ¿V - интенсивность деформации;

1/ - объем деформируемого металла. Таким образом, метод баланса работ позволяет в каждом конкретном случае установить величину технологического усилия .необходимого для совершения пластической деформации.

Г!. Анализ усилий при прошивке отверстий в оплошной заготовке [5,23]

Наиболее нагруженной позицией при производстве башмачных гаек является позиция выдавливания отверстия и оформления наружного шестигранника. Определение усилия при выдавливании отверстия осуществлено методом баланса работ с отнесением этой задачи к закрытой прошивке отверстия в сплошной цилиндрической заготовке.

В некоторый момент процесса прошивки цилиндрическая зона 1 диаметром <У = 22 и еысотой ¡1 осаживается пуансоном (рис. 2.Л).

Схема к расчету усилий при прошивке отверстия ь заготовке гайки

V / / / / / / / /

/ / / /

-7—7-7

ц,

л

ш

Рис.

Г~ГУ

2. 1

'■/ /V

/// У /

'5

/ /

/ /

/

г /

Частично металл из этой зоны выдавливается вверх в жесткую зону 3 деформированного металла. Оъем зоны 3 увеличивается. Высота жесткой (то есть недеформируемой) зоны (4) составляет - Ь) и в процессе прошивки непрерывно уменьшается.

Решение задачи в такой постановке является верхней оценкой энергетических затрат на процесс и позволяет получить следующие инженерные зависимости для определения удельного усилия прошивки. Л , .. „

и и^Т^г

где предел текучести деформируемого металла;

- диаметр заготовки; сС - диаметр отверстия; УЗ - коэффициент Лодэ.

Толщину перемычки в заготовке гайки на третьей позиции определяли из предположения., что глубина Ь очага деформации под пуансоном (рис. 2.1) является минимально возможной толщиной перемычки. /-у.-•

/> //-

где

, с/ ~ * '

П - глубина деформации под пуансоном.

2.3. Аналитическое и экспериментальное определение усилий при штамповке болтов с углублением в головке [5,141

В соответствии с разработанной схемой штамповки болтов (рис. 4. 2) на третьей позиции совмещены две операции: редуцирование стержня и формирование торцевой фаски на головке болта. Очевидно, эта позиция является наиболее нагруженной. Рассмотрим определение усилия редуцирования через коническую матрицу методом баланса работ (рис. 2. 2).

На цилиндрическом выходном участке активного формоизменения Не происходит и основное сопротивление движению металла создает контактное трение.

Уравнение баланса работ, необходимых для осуществления

- 11 -

пластической деформации на вторам участке, включает:

, Аг^Аъ + Ат+Аг ,

где /л2 - работа равнодействующей г2 усилия на верхнюю пс верхность очага деформации; Ат> - работа сил деформации (пластической); Ат " работа сил контактного трения на втором участки - работа сопротивления со стороны первогс у част к;

Схема редуцирования заготовки болта ч^р*--? кок^ческук матрицу на третьей позиции

I (V "I ТТ Ц ( •) ПА Г

Рис.

Практика штамповки стержневых крепежных изделий, в частности болтов, показывает, что для редуцирования выбирают заготовку диаметром несколько меньшим внутреннего диаметра матрицы на третьем участке. Это делается с целью облегчения входа заготовки в матрицу и устранения трения по ее стенкам. Однако полностью устранить трение не удается, поэтому усилие на торец пуансона при редуцировании будет;

где /у - усилие, необходимое для преодоления трения на первом участке; - усилие, необходимое для осуществления пластической деформации на втором участке;

Ра - усилие, необходимое для преодоления трения на

тр^ть-гм участке ^ рис. 2. 2), Из решения уравнения баланса работ, составленного я ля второго участка, и с учетом трения на первом и третьем участках, получена зависимость для расчета удельного усилия редуцирования на третьей позиции

Г 5 с( п-соф/™-/

где (Эь - предел текучести деформируемого металла;

/ - площадь поперечного сечения заготовки до и после редуцирования; ^ - коэффициент трения. Величина предела текучести определена по следующей зависимости: <Эз=<с>зиа ,

где с - суммарная степень деформации (логарифмическая); т$ - модуль упрочнении', имеет размерность напряжении

и зависит от марки стали; t¡ - показатель степени; зависит от марки стали; (5з- значение предела текучести в исходном (отожженном; состоянии. Экспериментальная проверка усилий штампевки осуществлена ь специальных приспособлениях на разрывной машине ЦД - 10 с числом параллельных наблюдений в каждом опыте /7 - 5. Исходным металл?:/ служила калиброванная сталь 20КП. Эксперименты проводил'.; при штамповке болтов М12 по ГССТ 7798-70. Рассмотрены следующие варианты (табл. 2.1.).

Таблица 2.1

Усилие при штамповке головок болтов различными способами. Н х 10*

Способ штамповки

Усилия по переходам ! Суммарное ----------------------; усилие

1

1.С углублением в го- ! ловке болта 1 15-20

2. Фирма "Хатебур" 1 30-60

3. С редуцированием 1

шеетиграиника 4. Ко мб и н и ро в ак н ый

20- 25 28-30

!

1

20-251 40-50 ! 80-100

35-501 30-40 ! 120-140 1

<3-5 I 30-35 I 55-65

3-4 : 30-35 1 60-70

Данные экспериментальных и аналитических исследований показывают удовлетворительную сходимость результатов.

3. Оценка эффективности формоизменения металла при штамповке крепежных изделий [3,5.6,7,14.18.20.23,24]

3.1. Анализ формоизменения металла при штамповке башмачных гаек [6,23]

В качестве критерия оценки деформации принята интенсивность деформации______

Л =? ¿А А (Ь-ЬАРг-Ы,

где ¿с - интенсивность деформации; ¿А компоненты тензора деформаций.

В соответствии с разработанной методикой, проведен анализ ё С интенсивности деформаций в основных технологических процессах штамповки гаек на разных заводах метизной отрасли: Череповецком сталепрокатном заводе (ЧСГТЗ), Орловском сталепрокатном заводе. (0С.ГО), Саратовском метизном заводе (СМЗ), Магнитогорском метизно-металлургическом заЕОде (ММЗ) С рис. '3. 1 - 3.21.

Интенсивность деформации по переходам

Номер позиции Номер позиции

1 - схема штамповки ЧС1ТЗ; 1 - схема штамповки ОСПЗ:

2 - схема штамповки МММЗ 2 - схема штамповки СМЗ

Рис. 3.1 Рис. 3. 2

Установлено, что увеличение числа позиций (переход-н'1 пяти приводит к снижению интенсивности деформаций почти -

раз.а. Если при четырехпозиционной схеме штамповки интенсивность деформации возрастает к третьей позиции (рис.3.1.), то при пятипозиционной схеме появляется возможность равномерного распределения деформации по позициям (рис.3.2.1. Например, удачное распределение интенсивности деформации осуществлено на Орловском сталепрокатном заводе при штамповке гаек М12 (рис.3. 2). Очевидно, что добиться этого удалось за счет перераспределения высотной деформации и некоторого увеличения диаметра исходной заготовки по сравнению с подобной схемой штамповки на Саратовском метизном заводе.

Учитывая более широкие технологические возможности пятипозиционной схемы штамповки гаек, этот процесс был выбран в качестве опорного при разработке технологии изготовления башмачных гаек на Магнитогорском калибровочном заводе (рис. 4.1). В соответствии с этой схемой предложено постепенное оформление наружного контура башмачной гайки, предварительное формирование отверстия под резьбу.

Распределение интенсивности деформации по переходам штамповочных операций при изготовлении башмачной гайки на Магнитогорском калибровочной заводе

¿i 0.2 0,1

Номер позиции Рис. 3. 3

Из графика распределения интенсивности деформации (.рис.3. 3) следует, что от позиции к позиции приращения деформации распределяются равномерно.

- 15 -

3.2. Анализ формоизменения металла и параметров инструмента при бегоблойной штамповке болтов [3,5,143

С целью определения оптимальной формы технологического инструмента на третьей позиции (рис. 3,4; 4.2) проведены эксперименты, позволяющие установить благоприятное истечение металла при внедрении конусообразного пуансона.

Экспериментами установлено, что наибольшее влияние на благоприятное течение металла (без образования трещин) сказывают три фактора. Первый фактор - угол раскрытия пуансона</л. второй фактор - отношение диаметра пуансона с/п к диаметру терца «г заготовки на предыдущей позиции, третий фактор - отношение высоты конусной части пуансона Ип. к высоте Н готовой головки болта (рис.3. 4).

Схема формирования углубления в головке болта (разрез по плоскости, проходящей через противоположные ребра шестигранника)

В обшем случае математическая интерпретация эмпирической

модели имеет вид:

у /«/гж.&.хз

где / - форма шестигранника, заполняемого металлом; Х1 ~ угол раскрытия пуансона,^ ;

- отношение диаметра £¿1 пуансона к диаметру О торца заготовки на предыдущей позиции, Х3 - отношение высоты конусной части Ьп пуансона высотеН готовой головки, у^1. По результатам однофакторных многоуровневых эксперименте

определены оптимальные значения факторов Хг = «£= >

& 0,82' °'9;

= 0,32 ? 0,40.

На основании выбранных оптимальных условий штамповки раз работана технология изготовления стержневых крепежных изделий

3. 3. Выбор и обоснование рациональной конструкции противоугонов, режимоЕ деформации, инструмента и оборудования для их производства [7,18,20]

При постановке противоугона на рельс, на него действуе сила Руст. Противоугон имеет степень перемещения в вертикаль ном направлении^. При таких условиях работы в нем возникаю

максимальные напряжения. Удерживающая способность противоугон.

- /

где у- = 0,15 - коэффициент трения противоугона т рельсу;

- вертикальные реакции опор. Методом конечных элементов проведен тестовый расчет типового противоугона (рис, 3.5) и определены максимальные напряжения, возникающие в противоугоне. Из распределения налряженш I табл. 3.1) видно, что весь материал противоугона работает I упругой стадии, поскольку отношение максимальных напряжени( сжатия в опасном сечении к пределу текучести составляет (<ос^ /<о/тку) < 1, то есть имеется запас прочности сечения пс максимальным напряжениям.

Расчетная схема противоугона П65

1 л_Ы

7/омеро шло £ ^ Конегных мел/ел>т>£

Учитывая имеющийся запас прочности, разработана конструкция оолегченного протиЕоугона. По результатам расч-тсг -ч---';-лось возможным уменьшить сечение исходной заготовки о ;:5х;]5 мм до мм, увеличить радиус кривизны дуги скобы с 14 мм

20 мм и сместить центр кривизны на 15 уменьшить металлоемкость противоугона, ла и исключи™?- образопани'' "седловины" ДИуСиЬ дуги и скобы.

1>.личина максимальных напря«сиий

<м. Бее это пег

исключить утихку Ь М': 2 \ \ уг.;

Смешение $ , мм ' (эмах. . МПа I (эсж , МПа I С

>тах

2,49 2,99 1,39 ¿Зет = 1,24

Г:У83 2861 1904 117?

1146 1346 916 566

0. 48 0,48 0,48 0,48

НоБая конструкция противоугона позволяет устранить "пере бивку" его при установке на рельс и последующей эксплуатации Изменение радиуса кривизны позволило увеличить пружинят» свойства противоугона.

На основе проведенных расчетов новой конструкции протиео-угонов изменены конструкция и размеры технологического инструмента, технологические режимы и параметры процесса их штамповки.

4. Разработка и промышленное освоение ресурсосберегающих технологических процессов и промышленных комплексов для изготовления крепежных изделий [ 3,5,6,9,10,11., 12,13,14,15,16,19,21,22,23]

4.1. Разработка и внедрение технологии холодной штамповки башмачных гаек в калибровочно-прес-соеом цехе МКЗ [6,9,10,11.12,21,23]

При выборе рациональной технологической схемы штамповки гайки опробованы следующие варианты формирования наружного контура гайки.

1. Редуцирование промежуточного шестигранника.

2. Высадка промежуточного шестигранника и выдавливание конуса за один переход.

3. Высадка промежуточного шестигранника и выдавливание конуса с окончательным формированием наружного контура гайки за два перехода.

Как было показано ранее (рис. 3.3), эксперименты и анализ распределения интенсивности деформации по переходам позволяют получить равномерное распределение нагрузок и качественное оформление граней гайки при реализации третьего варианта.

На основании результатов, полученных в ходе экспериментов и изготовлении опытной партии гаек М16х1,5 для крепления башмаков гусеницы трактора, разработана технологическая карта холодной ште1МПоёки указанных гаек на автомате АБ1823 (рис.4.1). В соответствии с разработанной схемой штамповки на первом переходе (рис. 4.1,п. 1) осуществляется выравнивание торцов и выдавливание предварительной фаски. На втором переходе (П) осущестЕяется первая предварительная высадка шестигранного контура гайки и формирование наружной фаски с другой стороны гайки. Между первым и вторым переходом осуществлетея кантовка заготовки на 180". Перед третьим переходом вноеь осущестЕлется кантоЕка заготовки на 180 и выдавливается увеличенная фаска,

тем самым заполняя форму шестигранной матрицы третьего перехода (рис. 4.1,п Ш). На этом же переходе выдавливается углубление в заготовке гайки осадочным пуансоном. При передаче заготовки с третьей на четвертую и с четвертой на пятую позицию кантовка заготовки не производится. На четвертой позиции осуществл-ется "чистовое" оформление наружного контура гайки за счет выдавливания металла пуансоном матричного блока и высадки конуса.

Схема штамповки гайки башмачной

При внедрении процесса штамповки башмачной гайки в калис-ровочно-прессовом цехе МКЗ снижение расхода металла "оставил: 730 кг на одной топни готовой продукции.

4. 2. Разработка и внедрение технологии безоблойной штамповки болтов с шестигранной головкой [3,5,14,211

При разработке безоблойной штамповки стержневых крепежных изделий принцип последовательного формирования наружного контура шестигранной головки болтов был сохранен. Особенностью явилось то, что металл для заполнения шестигранника выдавливали только со стороны осадочного пуансона. Результаты экспериментальных и аналитических исследований по установлению общих

закономерностей течения металла и усилий при безоблойной штамповке 6олтое послужили основанием для выбора схемы штамповки (рис. 4.2).

Схема безоблойной штамповки болтов с шестигранной головкой ПО ГОСТ 7798-70

Ш

у

/

/

¡р /

✓

У

/

/

/чН

31

III

IV

1, II, Ш, IV - номер позиции

Рис. 4. 2

На первой позиции осуществляется редуцирование, обеспечивая тем самым "набор" металла на формирование головки болта (рис. 4. 2,п. I). На второй и третьей позициях последовательно формируется наружный контур головки болта, заполняя матрицу металлом, выдавливаемым Бысадочным пуансоном. На третьей позиции высаживается торцевая фаска и редуцируется стержень под накатку резьбы. На четвертой позиции формируется концевая фаска на торце стержня заготовки болта, (рис. 4. 2. п. Ш, IV),

Ноеый технологический процесс безоблойной штамповки болтов с шестигранной головкой с углублением.в головке болта, обеспечивает высокое качество изделий. Применительно к новой технологии разработана конструкция технологического инструмента для оолтое Ш2 и М16 для автоматов-комбайнов типа АВ1921 и АА1923. Способ штамповки реализован в условиях ЦКП МКЗ со

- El -

значительным экономическим эффектом за счет экономии металла: 100 кг на тонне болтов Mlб и 50 кг на тонне болтов Ml2.

4.3. Совершенствование технологии и оборудования п: изготовлению крепежных изделий для железнодорожного транспорта [7,13,15,16,13,20,22,24]

Производство протиБоугонов облегченной конструкции истребует значительных изменений технологического процесса, связано с изменениями технологической оснастки. Прежде всего это коснулось оправки, формирующей внутренние очертания прзтн-Еоугона: радиус "носа" оправки увеличили с 14 мм до м?г. расстояние от "зуба" до конца "носа" выбрано равным 16С мм с тем, чтобы при его установке на рельс, расстояние между краем подошвы рельса и внутренней поверхностью скобы протквоуглна составило 2.. . 3 мм. В качестве материала для изготовлен;:;-: оправки принята сталь 40ХВ2С. Конфигурация и размеры денег? пуансона, обеспечивающего формирование верхней части скобы, оставлены неизменными. Внутреннее очертание правого пуакмг-кй рассчитано, исходя из размеров наружного контура противоугонз. Другие изменения конструкции инструмента и технологически;-: режимов были учтены при разработке технологической карты н;-вых технических условий на противоугон облегченной конструкции,

С целью устранения недостатков технологической линии г.~ изготовлению железнодорожных костылей в кузнечно-прессовом цехе МКЗ разработаны следующие мероприятия: вместо mготег-к;-квадратного сечения в виде штанг предложено использовать заготовку круглого сечения, смотанную в бунты; установить г.',>г катную клеть с четырехвалковым калибром между индуктор_м петлеоораьоват*лем. Ирим»икт?.1!Ы1? к про;п?!ГГ» «".m* ••v.-:.*

к.лли'ч.л-ки ¡■алк-.'Ь, иаг:т«1диьатг :'Т;-:л;; .■ " -

дипи'.-нным квадратч-.'м •-'■' ченисм и --лл-. гч-.-;шиМ ^

•¡г-нигм. причем, масса одного погонного оиз-гчт-нн. :•- : •

чс-ния на 20-30 'I меньше массы заготовки квадрат не г г. „-¿чт.-..:.-:. Железнодорожные костыли, изготовленные из пруткое с сблегчен-ным сечением, обеспечивают более надежное скрепление. Реально, на каждые 1000 шт. облегченных костылей экономия металла составляет 120 кг.

- ''-

В развитие этих мероприятий применение прокатки в технологии изготовления железнодорожных костылей позволяет нагреЕ металла в индукторе заменить нагревом электроконтактным, чтс безусловно снимает проблемы неравномерного нагрева металла.

В калиброЕочно-прессовом цехе МКЗ разработана и осЕоенг технология холодной штамповки клеммных болтоЕ, применяемых пр>' монтаже железнодорожного полотна. Технологический процесс включает операции волочения и отжига бунтоЕого металла, оптимальные переходы при холодной штамповке. накатки резьбь (. рис.. 4. 3).

Схемы производства клеммных болтов

а) методом горячей штамповки; б) методом холодной штамповки

Рис. 4. 3

Технологические операции штамповки, включающие предварительную и чистовую высадку головки болта с облоем, редуцирование стержня, обсечку облоя и накатку резьбы, реализованы на автоматах-комбайнах фирмы "Мальмеди" типа КА-64, КА-74, 0РВА16

Результаты испытаний болтов показали, что болты, изготовленные методом холодной штамповки, имеют более высокий класс прочности (.4.8 против 3.6 на болтах горячей штамповки) класс точности (класс точности В против класса точности С).

Экономический эффект от внедрения производства клеммных болтов методом холодной штамповки достигнут за счет перевода производства из пруткового металла на бунтовой, исключения потерь металла с окалиной, ликвидации технологических перевозок.

Существенным отличительным признаком предложенной технологии изготовления путевых болтов является сокращение коли-

чества технологических операций за счет исключения нагрева болтов под закалку (рис. 4.4) и применение оорсодерхащих -"1 лей. Замена стали 35 на борсодержащие (сталь ЗСЯР, ?0Г;??: упе-личила прокаливаемость сюлтое, что позволило получить на г: г: вой продукции класс прочности 10.9 (вместо 8.3 на болтах иг стали 35).

Технологическая схема изготовления путевых болтов

л)

ЮрЯЫЯ штмпоько. ^(¡■готоёо/с £мге£ Закалка. ¿агог<}<?о*: огпусл ¿агото /о< реыЪб/

О

а) существующая; б) предлагаемая.

Рис. 4. 4

Необходимо отметить, что по новой технологии несколько снизилась стойкость накатных плашек. Эта проблема решается за счет внедрения новых инструментальных сталей, применения шлифовки резьбового профиля плашек на предварительна закал-: н;;:/: заготовке. Экономический эффект от внедрения технологии производства путевых 6олтое с закалкой со штамповочного нагрера достигается в основном за счет экономии тдсктрлзп^рг'/.;:. г-нил технологических \'л;,"•;:!'"- --т- • -• .у •.;•;

- 24 ■ А К Л Ю Ч Е Н И Е

Настоящая работа выполнена в связи с необходимостью решения актуальных задач по разработке и освоению ресурсосберегающих технологических процессов изготовления крепежных изделий в условиях действующего производства на Магнитогорском калибровочном заводе. Для анализа и выбора вариантов технологических процессов, назначения технологических параметров и конструирования технологического инструмента разработаны современные методики опенки эффективности производства, основанные на инженерном подходе е обработке металлов давлением.

На основе метода баланса работ и полученных инженерных формул для определения усилий проведен анализ силовых характеристик процесса безоблойной штамповки болтов, выбран рациональный технологический режим. Результаты проведенных теоретических и экспериментальных исследований послужили основой для создания технологического обеспечения производства указанных изделий в условиях ЦКП МКЗ. На основе анализа интенсивности деформации проведена оценка эффективности формоизменения изделии типа гаек. Разработан и внедрен способ холодной объемной штамповки башмачных гаек, обладающий существенной новизной и обеспечивающий снижение расхода материала на единицу продукции (в 1,5 - 1,7 раза). Неравномерность деформации при переходе с одной позиции на другую была снижена и не превышала 30-35%.

В сфере производства крепежных изделий для железнодорожного транспорта сформированы и реализованы следующие направления развития. В производстве противоугонов усовершенствована его конструкция и предложена конструкция облегченного противо-угона. Испытания противоугонов новой конструкции показали повышение удерживающей способности на 40% по сравнению со стандартными. Материалоемкость противоугонов снизилась за счет уменьшения поперечного сечения с 25x25 мм до 22x22 мм. Создан комплекс автоматизированного оборудования., обеспечивающий реализацию задач ресурсосбережения, облегчение условий труда, уменьшение вредных выбросов.

Впервые в отечественной практике производства железнодорожных костылей в технологической линии КПЦ установлена прокатная клеть с четырехЕалковым калибром, позволяющая использовать е качестве исходной, заготовку круглого сечения. Это уст-

раняет многие недостатки технологической линии. сувкстЕугезк-до проводимых мероприятий. Предложен вариант калибровки fw «• прокатной клети, обеспечивающий прокатку заготорки с кргст:-:*• разным сечением, при этом масса одного погонного метра уменьшилась на 20-30%. Принципиально новым технологическим р-^ч;:-ем, позволяющим значительно повысить.производительность труд-*, является проект автоматической роторной линии для игготсвл-ккл железнодорожных костылей, Производительность линии состав 160LU"fMHH. Технический проект линии включил i' с-би now*:- р-ь работки и выполнен в соответствии с договором ме-ллу Уагн,::\ горским калибровочным заводом и Свердловским спеииализнрсг:;;:-ным конструкторским бюро "Машиностроитель".

Основное содержание ли^о^ртчнни '-пу'.^иК'.-^г .'. /у- .,■• работах:

1 угт,тм!чч^;,;м,._ г. --.......- .. . . ... ,, .

' V :: Г . '; И г ; I. : . ' ¡Vi!: ' •-■..■

; Иг, ■■ ,. .». i )',i к: ,м, --.;i■ 'ГИЧ' ''.:- :.l■ :;■ ;, ,t >.. ... i . :

м'г'ш.оок . ¡фньюнино!' В.!;.., Пуле:. Е. А. - Челл.-ин :;•.. ;.-.-,'.. .

о. Производство крепежных изделий для се.n,t хозяй; .--. ного машиностроения / Кривошапов ЕЕ" :■*:..'-.

-С. 66-67.

4. Магнитогорскому калибровочному заводу - 50 л* г !'.[ и вощапоЕ В. В.// Сталь. -1992. -N 12. -С. 3-4.

5. Энергосиловые параметры и формирован»? металла ■':■: зоблойной штамповке крепежных изделий ' Криюог..:^ ' летень НТИ. Черная металлургия, i'dt.3, n/iZ

6. Разработка и освоение технологии изготовления га«-к >:: лодной штамповки для крепления башмаков гусеницы тракторе;.' 47// Кривощапов ЕЕ// Бюллетень НТИ. Черная металлургия. !i< /v'i.

7. Совершенствование конструкции и технологии игготс-рл-. -ния пружинных противоугонов / Кривощапов В. В. , Антонов Н. V.. , Сахабутдинов Р. Р. , Мокринский В. М. , Обломеи В. П. У?%г.ь -1991. -N 3. -С. 62-64.

8. Опыт использования вторичных ресурсов на Магните -горском калибровочном заводе / Кривощапов В. В. , !ly::.:L в. л. Сталь. -1992. -N 1. -С. 86-88.

■y~v.i и .":: H'-.-ii-.iJiLtüL.-iiiiin роторного оборудования ,.'ТП'-'ЖН Ыл ИГ Д''-."ИЙ МоКрИПСКИИ Ь. i*L , Лл-'Л^гс.'. Ki-.. :;t'Hi:Oiuaii Jr. •'. С. , Артюхин В. М. // Сталь. ■ l'JL-9. -N 5. -О

1С-. Интенсификация отжига бунтов калиброванной стали индукционных шахтных печах / Баранникова М. М. , Пудов Е. А. Торчинсккй В. Е. , Иванов А. Н. , Кривощапов В. В.// Сталь. -1989 -М -С. ",'4-75.

'И. Технология изготовления башмачных гаек холодной обь емной штамповкой / Кривощапов В. В. , Мокринский В. М. , Тафлеви Б. А. , Каплии А. М.// Бюллетень НТИ. Черная металлургия. -1990

12. Испытания роторной линии ЛШГ-8 для изготовления зато т^-вок шестигранных гаек М8 / Железков 0. С. , Артюхин В. М. Кривощапов В. В. , Шичков Г. С. // Бюллетень НТИ. Черная металлур гия. -1992. -М 7.-С. 35.

13. А. с. 281127 СССР, МКИ В 21 X 13/05. Горячештамповочны пресс / М. С. Острецов, И. Н. НедоЕизий, Г. М, Фомин, В. Н. ШаЕИлов С. М. Миронов, В. В. Кривощапов, Д. М. Шапиро (СССР) // Открытия Изобретения. -1970. -N 28. -С. 177.

14. A.c. 1766573 СССР, МКИ В 21 К 1/44; 1/46. Способ из готовления стержневых резьбовых изделий/ В. В. Волчков. В. И. Мок ринский, Б. М. Ригмант, В. В. КриЕощапоЕ (СССР) // Изобретения -1992. -N 37. -С. 42.

15. A.c. 1733170 СССР, МКИ В 21 G 3/12. Способ изготоЕле ния гвоздей - костылей / С. В. Конев, Е. А. Пудов, В. С. Блинов

B. В. Кривощапов, В. С. Лесковец, С. С. Милюков (СССР) // Изобретения. -1992. -N 18. -С. 52.

16. А.с. 1773546 СССР, МКИ В 21 К 1/72. Линия изготовло ния крепежных изделий / Б.А.Никифоров, В. В. Кривошапов, А. К. Ведан,. В. А. Харитонов, С. Ф. Кувшинов, В. С. Лесковец, А. С. Слобожан кин (СССР) // Изобретения. -1992. -N 41. -С. 36.

17. A.c. 1717301 СССР, МКИ В 23 Н 5/06. Способ алмаз но-электролитической обработки твердосплавных деталей

C. В. Конев, Е. А. Пудов, В. В. Кривощапов, 0. В. Семенова, 0. И. Бобко-Еа, Р. Ф. ТазееЕа, В. Н. Липовских (СССР) // Изобретения. -1992, -N У. -С. 47.

18. Патент РФ от 28.10.93 по заявке N 5048553/11 МПК Е О: В 13 / 00. Железнодорожный противоугон. /В. В. Кривощапов и др.

~ & ( ~

19. A. c. 1633017 СССР, МКИ С 23 F l/ZB. Раствор для химического травления стали / В. О.Бородин. С. Н. Сироткин, К. M. îii«2-кова, Т.А.Воронина, Е. А. Пудов, В. С. Адамчук, В. Е Кривогапсг.

B. И. Яковлева, А. И. Меняйло, С. Н. Семенцов (СССР) // Открытия Изобретения. -1991. N 9. -С. 100.

20. А. с. 1772286 СССР МКИ В 01 Р 13/ 02. ЛрсткЕОугзн

C. В. Конев, Е. А. Пудов, В. В. Кривощапов, С.С.Милюков ; CCCF Изобретения. -1992. -N 40. С. 103.

21. А. с. 1494323 СССР, МКИ В 21 .: : Слое..:: НОВерХНОСТИ ».^аЛЛ:! u- ; ■.•.■:■.;.•;• t -i. л.

тия. Изобретения. -1987. i н>- "У лику; м.'. .

22. Сьидетельстви РФ на полезную модель Г4. 0;.. ¿4 :»•; заявке N 5GG1717/11 MJTK 5 Е 01 Б У-'О1".. Жс-леснодоро/.ньй костыль. / С.В.Конев, В. В. КривощапоЕ, Е. А. Пудов. С. С. Милюкс!.

A. П. Бардин.

23. А. с. 1584233 СССР. Способ изготовленил гаек

B. В. КриЕОщапов и др. (СССР) // Открытия Изобретения. -199л. (не публикуемое).

24. Оценка прочности стыковых болтов из бгрс-деггадей стали / Пудов Е. А. , Конов C.B. , Привстало? В. Ъ. Луп '■'■ ::.