Производство болтов холодной объемной штамповкой.

Мокринский В. И.

Металлургия, 1978 г.

3. ПОДГОТОВКА МЕТАЛЛА К ШТАМПОВКЕ

Металл, предназначенный для штамповки, должен иметь чистую и блестящую поверхность, свободную от окалины, жировых и других загрязнений, и содержать прочно удерживаемую на поверхности технологическую смазку.

Подготовка поверхности заготовки включает операции: очисткуповерхности от окалины, жировых м других загрязнений; нанесение подсмазочного слоя (носителя смазки); нанесение технологической смазки.

Прокат или термически обработанный металл имеет на поверхности окисную пленку — окалину, которая должна быть удалена для предупреждения преждевременного износа технологического инструмента и получения чистой и точной заготовки. Основным способом удаления окалины с заготовок, предназначенных для холодной штамповки болтов, является травление.

Травление углеродистых сталей производят главным образом в растворе, содержащем 8—20% серной кислоты, при температуре 50—80°С в течение 10—120 мнн, или в концентрированной соляной кислоте при 20— 30° С в течение 5—30 мин. Продолжительность травления зависит от марки стали, диаметра и состояния поставки (прутки, бунты) МЕТАЛЛА и концентрации раствора.

Травление нержавеющих сталей производят в следующих растворах:

а)       поваренная соль+серная кислота;

б)      поваренная соль+натриевая селитра+серная кислота;

в)      соляная   кислота + азотная кислота;

Травление нержавеющей стали проводится в растворе, содержащем 16—18% серной кислоты и 3—5% поваренной соли, при температуре 72—80° С в течение 2-3 ч.

Травление меди, латуни Л 63, Л62 производят в растворе, содержащем 3—10% H2S04 при температуре 20—40° С.

Травление алюминиевых сплавов проводят в растворе с 5—10% едкого натра ic последующим погружением в раствор с 10—15% азотной кислоты (пассивированием).

После травления для удаления травильного шлама и кислоты металл промывают в горячей и холодной воде. Промывка стальных заготовок в горячей воде производится при температуре 50—70° С в течение 1—2 мин, холодная Промывка осуществляется водой под давлением 5—7 ат. в течение 1—2 мин.

Для нейтрализации остатков серной кислоты и уменьшения коэффициентатрения при калибровке и холодной штамповкеметалл подвергается известкованию в растворе, содержащем 3—5% извести. (СаО), при температуре 100° С (2—3 погружения). Допускается выработка раствора до концентрации СаО 0,5— 1%. На поверхностиМЕТАЛЛА должна быть сплошная пленка извести. Нейтрализацию кислоты можно производить в водном растворе мыла с концентрацией 0,5—0,8 г/л при температурераствора 70—80° С в течение 2—3 мин. После нейтрализации с целью предупреждения коррозииметалл подвергается сушке при температуре 100—120° С в течение 15—20 мин.

Для повышения надежности сцепления смазки с деформируемым металлом заготовку целесообразно покрывать подсмазочным слоем. Подсмазочное покрытие способствует снижению трения при штамповке и повышает стойкость штампового инструмента. Особенно эффективно применение подсмазочного слоя при штамповкеболтов с редуцированием стержня.

Нанесение подсмазочного слоя производится перед волочением или после волочения (перед штамповкой).

Наибольшее распространение получило нанесение подсмазочного слоя перед волочением, так как при этом слой носителя смазки получается более равномерным по толщине и надежно сцеплеииым с основным металлом.

Заготовки из углеродистых и низколегированных сталей чаще всего подвергают фосфатированию. Фос-фатирование заключается в обработкеМЕТАЛЛА в 2,5— 3%-ном растворе кислой фосфорнокислой соли цинка,

Температура раствора 60—80° С. Продолжительность фосфатирования равна 5—15 мин. Фосфатный слой может деформироваться без разрушения вместе с основным металлом. Фосфатноепокрытие действует как непрерывный разделяющий слой между контактными поверхностямиинструмента и заготовки, уменьшая трение, предотвращая налипание МЕТАЛЛА на инструмент и хорошо удерживая смазочное вещество. Фосфатирование в 1,2—1,3 раза снижает усилия деформирования.

Процесс подготовки МЕТАЛЛА с нанесением фосфатного слоя состоит из следующих операций: 1) травление (при фосфатировании волоченого МЕТАЛЛА — обезжиривание); 2) Промывка водой; 3) фосфатированиие; 4) Промывка водой; 5) известкование или омыление; 6)   сушка.

Фосфатное покрытие считается качественным, если после волочения сохраняется зеркальный цвет (от черного до серого), при этом чем темнее цвет волочения, тем лучше покрытие.

При подготовке поверхности заготовок из нержавеющих сталей (12Х18Н9Т, 12Х18Н10Т и др.) вместо фосфатирования используют известково-солевое покрытие. Оно не требует дополнительных операций для химического разрушения пленки, образующейся на поверхности нержавеющей стали в процессетравления (пассивирования), и позволяет работать и а высоких скоростях при волочении.

Нержавеющие и жаростойкие стали подготавливаются к штамповке по следующей технологии: 1) травление, 2) Промывка в горячей воде, 3) пассивирование, 4) Промывка в горячей воде, 5) нанесение известково-солевого покрытия, 6) сушка, 7) калибровка. •

Известково-солевое покрытие имеет существенные недостатки. Поваренная соль ускоряет процесскоррозии металла, в сырую погоду впитывает влагу и затрудняет процесс волочения. Кроме того, известь очень пылит, засоряет воздух и помещение цеха и тем самым ухудшает условия труда.

При подготовке к штамповке нержавеющих сталей может применяться меднение. На Дружковском метизном заводе меднение металла, идущего на холодную штамповкуболтов (с редуцированием стержня); производится   по   следующей технологии: а) травление;

б) Промывка в горячей и холодной воде; в) меднение; г) Промывка в холодной воде; д) нейтрализация (известкование); е)   сушка.

После калибровкиметалл подвергается вторичному меднению. меднение производится в растворе, содержащем 120—150 г/л медного купороса, 50—60 г/л серной кислоты и 2—3 г/л столярного клея при температурераствора 18—22°С в течение 1—1,5 мин (двукратное погружение). меднение считается удовлетворительным, если поверхностьМЕТАЛЛА покрыта сплошной медной пленкой без отслоения, рыхлости и просвечивания основного МЕТАЛЛА (через пленку).

Меднение уступает фосфатированию по эффективности снижения коэффициента трения, кроме того, при нанесении медного покрытия трудно контролировать его свойства.

Положительные результаты при штамповке трудно-деформируемых сталей дают лаковые покрытия и обработка в растворе щавелевой кислоты (оксалатирование). Указанные покрытия применяются и при штамповкецветных сплавов.

На калиброванный металл перед штамповкой или в процессештамповки наносится технологическая смазка. В качестве смазки часто используется мыльная эмульсия. Хорошие результаты дает применение растворасульфидамолибдена в машинном масле.

Глава III   ИЗГОТОВЛЕНИЕ  БОЛТОВ

1. ХАРАКТЕРИСТИКИПРОЦЕССА ХОЛОДНОЙ штамповки

Холодной пластической деформацией в практике штамповочного производства называют процесс, протекающий без принудительного иагрева металла.

в процесседеформации происходит механическое упрочнение (наклеп), повышаются твердость деформируемого металла, пределыпрочности и текучести и снижаются относительное удлинение и сужение.

Процесс деформации сопровождается нагревом металла и инструмента, температура которых может достигать 300° С.

При холодной объемнойштамповке всей заготовке придается заданная форма н размеры путем заполнения материалом рабочей полости штампов. Высадка, в отличие от штамповки, заключается в осадке части заготовки между подвижным (пуансоном) н неподвижным   (матрицей)   инструментом.

Основными достоинствами холодной штамповки являются высокая производительность, точность размеров и чистота поверхности изделий, повышенная прочность штампуемых деталей, низкий расход металла, широкий диапазон изготовляемых типоразмеров. Холодной штамповкой изготовляются болты с диаметром стержня до 30 мм. Однако в последнее время таким способом изготовляют болты с метрической резьбой, имеющие стерженьдиаметром до 52 мм.

Основной недостаток холодной деформации — снижение пластичностиМЕТАЛЛА вследствие иаклепа и соответственно повышение опасности хрупкого разрушенияболтов при эксплуатации. Особенно возрастает опасность хрупкого разрушения для болтов из средне-углеродистых н легированных сталей, которые, как правило, необходимо подвергать термообработке, способствующей исключению неблагоприятных последствий холодной деформации.

Процесс штамповкиболтов заключается в том, чтобы из заготовки диаметром меньше диаметраотверстия в матрице (на величину зазора) и значительно меньше диаметра наибольшего сеченияголовкиболта можно получить изделие необходимых размеров.

При выборе технологического ПРОЦЕССА холодной штамповки необходимо учитывать следующие параметры:

1. Отношение длины свободной осаживаемой части заготовки к ее диаметру .

Под свободно осаживаемой частью заготовки понимается отрезок, заключенный между матрицей и пуансоном, т. е. отрезок, не контактирующий с инструментом. Величина этого отношения характеризует трудность ПРОЦЕССА формообразования головкиболта и устойчивость свободного отрезкаМЕТАЛЛА к продольному изгибу. При большой величине отношения возможен изгиб стержня и нарушение правильной конфигурации заготовки (возникновение прогибов, складок), что ведет к браку продукции.

Для предотвращения указанных нарушений процессавысадки отношение длины свободной осаживаемой части к диаметру не должно превосходить определенной величины. При превышении этой величины процесс формообразования головки разделяется на несколько переходов.

При осадке заготовки с косым срезом торцовой площадки возможен ее изгиб и, как следствие, брак продукции. Возможность изгиба заготовки при осадке увеличивается со снижением сил трения по контактнруемым поверхностям заготовки и пуансона. Поэтому при неблагоприятных условиях для исключения продольного изгиба заготовки ее концевую часть защемляют в пуансоне.

Неблагоприятные условия снижают допустимую длину свободной осаживаемой части заготовки. При высадкеголовкиболта за несколько переходов первые переходы носят подготовительный характер. На подготовительных переходах заготовка принимает промежуточную форму. Окончательное оформление головки осуществляется на последнем переходе высадки.

2. Отношение диаметра высаживаемой головкн к ее высоте D/H.

Чем больше отношение D/H, т. е. чем меньше высота головкиболта и больше диаметр, тем труднее протекает процесс высадки, тем больше усилие для формообразования головки.

Практически влияние величины D и Н оценивают через отношение D/dQ и H/d0. Отношение H/do, особенно для нержавеющей стали, не должно быть меньше 0,5. Отношение D/d0 при высадке за один удар должно составлять не более 2,2, за два удара 2,2—2,6, за три удара 2,6—4,0.

3. Относительная и истинная деформация.

При высадке полукруглых, потайных, полупотайных и шестигранных головок болтов величины поперечной деформации различны в различных сечениях головки. В сеченни с наименьшим поперечным размером происходит минимальная деформация, в сечении с наибольшим размером — максимальная. В этих случаях необходимо учитывать среднюю и максимальную величину поперечной деформации.

Очевидно, что для цилиндрических головок болтов поперечная деформация во всех сеченияхголовки имеет одинаковую величину. Чем больше величина средней деформации, тем выше усилие формообразования головки, тем больше вероятность появления трещин при осадке, тем важнее пластические свойства металла.

Максимальная поперечная деформация для нецилиндрических головок имеет место на ограниченных участках высаживаемой головки и вероятность появления трещин на этих участках зависит главным образом от количества и величины дефектовповерхности исходного материала.

Таким образом, по величинам деформации определяют возможность высадкиголовкиболтов без нарушений сплошности материала и оценивают силовые параметры высадки. При выборе технологического ПРОЦЕССА необходимо стремиться к получению минимальной степени деформации.