карта сайта                                                                               авторский проект Напалкова Александра Валерьевича

новости  :: рейтинг производителей метизов  ::  проекты  ::  рукописи  ::  журналы :: наука :: технологии :: оборудование :: производство

УДК 621.777

О ПРИЧИНАХ  ОБРАЗОВАНИЯ  ДЕФЕКТОВ ПРИ  МАССОВОМ 

ПРОИЗВОДСТВЕ  КРЕПЕЖНЫХ  ИЗДЕЛИЙ

О.Г. ЛУКША, А.В. НАПАЛКОВ

Настоящие требования, предъявляемые к крепежным изделиям напрямую определяются возросшими требованиями к современной технике. Одновременно с интенсивной эксплуатацией машин и механизмов наблюдаются тенденции к уменьшению массы сборочных элементов, автоматизации сборки, повышению качества и эксплуатационной надежности рабочих узлов.

Наряду с применением высокопрочных металлоизделий традиционной формы, внедрением новых прогрессивных конструкций актуальной задачей остается производство крепежных изделий без внутренних дефектов и дефектов поверхности [1].

Широкое многообразие дефектов металла и металлоизделий, возникающих при производстве крепежных изделий, требует детального подхода к определению причин происхождения дефектов и методов их идентификации. Для достоверного установления причин образования дефекта часто необходимо использовать комплекс методов. Однако основной причиной образования дефекта на металлоизделии однозначно является технология производства металлопроката и его обработка. Большая часть массового производства крепежных изделий изготавливается методами горячей, полугорячей или холодной обработкой металлов давлением. Поэтому на эволюцию существования дефекта металлургического происхождения или дефекта, возникшего в процессе пластического формообразования, влияет история деформирования с многовариантностью механических схем деформаций. Известно, металл и металлопрокат, предназначенный для формообразования крепежных изделий, должен соответствовать заданным в нормативно-технических документах техническим условиям. Однако даже соблюдение всех технических условий и рекомендаций по механическим свойствам, проведению испытаний на осадку и по макро-, микроструктуре  еще не гарантирует отсутствие брака металлоизделий при обработке давлением [2].

Наиболее распространенным видом дефектов являются трещины на обработанных методами объемной штамповки деталях. Трещина это чистый (прозрачный) разрыв-несплошность, проходящая по или через границы зерен. Обычно причиной возникновения трещин является локальное перенапряжение металла во время штамповки или других формообразующих операций, либо следствием термической обработки. Трещины такой группы принято укрупнено подразделять на продольные, скалывающие, внутренние и поперечные [3].

Возникновение продольных трещин вызывается неудовлетворительным качеством обрабатываемой поверхности металла. Дефекты поверхности металла, возникшие при прокатке и последующем волочении, в процессе пластического формообразования приводят к разрывам, идущим параллельно направлению движения высадочного инструмента. Чем  больше степень пластической деформации, тем более явно будет заметен дефект. Наличие таких металлургических дефектов как закаты, волосовины и т.п. приводят к появлению продольных трещин на высаженном изделии, рис 1 (26.9 kb).

Присутствие зон ликвации в металле, предназначенном для холодной высадки и штамповки, рис. 2 (20.2 kb), может быть основной причиной возникновения деформационных трещин, особенно при холодной штамповке изделий типа «гайка», рис.3 (28.1 kb).

Образование трещин не во всех случаях обуславливается дефектами металла, возникшие на стадии предварительной подготовки проката под высадку. Так, например, при изготовлении деталей типа «гайка» трещина может возникнуть на позиции отрезки заготовки, вследствие затупления отрезного инструмента или неправильно установленного зазора между отрезными ножами. Возникший дефект остается и на поверхности готовой детали [3]. Продольные трещин на деталях изготовленные методами холодной штамповке возникают значительно реже, чем при горячей обработке давлением. В последнем случае наиболее частой причиной возникновения продольные трещины обуславливается несоблюдение режимов нагрева или неравномерном нагреве заготовки.

Скалывающие трещины (сколы) могут появится в процессе формообразования чаще всего на фаске головок болтов, на боковых гранях шестигранной головки, по опорной поверхности головки под углом близким к 45^о относительно оси болта. Такой дефект в большинстве случаев возникает при высадке высокоуглеродистых сталей и температурах холодной деформации. Подобный дефект наблюдается и в случае высадки низкоуглеродистых сталей с недостаточной пластичностью.

Низкая пластичность деформируемого металла является основной причиной возникновения разрывов на высаженных деталях. Разрывы могут появится в процессе высадки на гранях и углах головок  винтов и болтов, по периферии цилиндрических и фланцевых головок,  по фаске на головке, по опорной поверхности, под головкой, на пересечении двух боковых граней головки, рис. 4 (34.5 kb).

Внутренние трещины заслуживают особого внимания, поскольку дефект обнаруживается, в большинстве случаев, только при эксплуатации в момент разрушения крепежных деталей и разъединения частей механизмов или конструкции.

Поперечные внутренние трещины могут появится в теле головки детали и выйти на поверхность в зонах наибольших деформаций и растягивающих напряжений. Такой дефект не во всех случаях обнаруживается при контрольных механических испытаниях, особенно если трещина не вышла на поверхность. Если трещина образовалась в месте перехода от головки детали к стержню, то уже при предварительной затяжке болтов может произойти отрыв головки.

Швы или продольные складки металла на готовых изделиях представляют собой узкие, прямые или слабо искривленные линии, идущие продольно по резьбе, стержню или головке и возникают уже на металлургических переделах.

Складки металла появляются на поверхности изделия, во внутренних и наружных углах, на или под опорной поверхностью, в процессе высадки или штамповки вследствие смещения металла в результате несоответствия форм и объемов на отдельных этапах формообразования.

Поверхностные дефекты, в большинстве случаев сопутствующие на практике при накатке резьбы, связаны с механикой этого процесса [4]. Режимы накатывания резьбы и степень заполнения контура оказывают решающее значение на образование дефектов резьбы. Профиль резьбы образуется, как правило, путем многократного и последовательного копирования профиля двух инструментов (подвижного и неподвижного роликов, ролика и сегмента, плашек). Формирование профиля резьбы происходит за счет перераспределения элементарных объемов металла заготовки, вытесняемого рабочими витками резьбообразующего инструмента.

Основными причинами образования поверхностных дефектов резьбы, связанных с механикой процесса накатывания, являются несовпадение путей прохождения рабочих витков инструментов по поверхности заготовки, рис. 5 (23.2 kb), рис. 6 (26.6 kb), нарушающие симметрию формообразования металла. Другие известные поверхностные дефекты резьбы, не связанных с механикой процесса накатывания, образуются при выкрашивании вершин витков резьбообразующего инструмента. В случае попадания в зону контакта заготовки и резьбообразующего инструмента различных твердых частиц (мелкая стружка, абразивные частицы) возникают механические повреждения, которые могут быть в СОЖ или на поверхности заготовки или инструмента. Вмятины, царапины, забоины, задиры, зазубрены могут образоваться в процессе изготовления детали и вовремя различных манипуляций, например при загрузке. Наличие зон ликвации, выходящих на поверхность, волосовин, или других внутренних дефектов металлургического происхождения  приводит к разрушению обрабатываемой детали при накатывании резьбы, рис.7 (27.5 kb), или при эксплуатации.

Неизменный дефект поверхности металла и металлоизделий, сопутствующий термической обработки, является образование обезуглероженного слоя вследствие выгорания части углерода при нагреве металла под последующую закалку. Обезуглероживание поверхности металла может иметь место как на стадиях прокатки, подготовки металла под высадку, так и при термической обработки на соответствующий класс прочности готовых деталей. Обезуглероживание и окалинообразование существенно снижает механические свойства в поверхностных слоях металла, поверхность становится восприимчива к образованию рисок, задиров, царапин при прокатке, калибровке, высадки и возможен срыв резьбы при механических испытаниях, рис. 8 (24.7 kb). Применение защитных атмосфер при нагреве существенно снижает вероятность образование обезуглероженного слоя.

При термической обработки стержневых деталей, особенно с длиной стержня более десяти диаметров, возможно коробление изделия и искажение геометрических размеров резьбы. Исключить подобный дефект возможно лишь применением изотермической закалки в более вязких закалочных средах.

Закалочные трещины в деформируемом металле могут появляться в процессе закалки в результате возникновения высоких напряжений структурных превращения и температурных напряжений. Закалочные трещины обычно имеют неровную блуждающую траекторию на поверхности крепежной детали, рис. 9 (44.9 kb). Основными причинами появления температурных напряжений являются: быстрый нагрев под закалку, быстрое охлаждение в области мартенситного превращения, сложная конфигурация изделия с резкими переходами, значительный временной разрыв между операциями закалки и отпуска.

Наряду с дефектами связанными с некачественным металлопрокатом, технологическим  инструментом и режимами деформационной и термической обработки, возникают дефекты на металле и заготовках металлоизделий причиной которых являются ошибки, допущенные при проектировании инструментальной оснастки, установке, износе, неправильной наладке оборудования или его износе.  Отметим наиболее часто встречающиеся дефекты производственного характера:

·         Эксцентричность шестигранника. Причина – несовпадение осей обрезного пуансона и обрезной матрицы.

·         Заниженный диаметр головки. Причина – недостаточная длина отрезаемой заготовки.

·         Кривизна заготовки и появление наплыва на операции редуцирования. Причина – несимметричность редуцирующего пояска матрицы относительно оси.

·         Возникновение задиров и складок на стержневой части детали. Причина – несоосность передающих захватов механизма переноса оборудования и канала редуцирующей матрицы.

·         Неправильно сформирована головка детали. Причина – застревание части заготовки детали в пуансоне.

·         Овальность стержня детали. Причина – завышенная овальность исходного металла; сильно поджаты подающие ролики.

·         Скол кромок граней в сторону опорной поверхности. Причина – износ обрезного инструмента; завышенный зазор между пуансоном и матрицей.

·         Утолщение конца стержня детали. Причина – выталкиватель настроен на более короткие стрежневые детали.

·         Косая резьба. Причина – перекос резьбообразующего инструмента, несовпадение выступов подвижной части резьбообразующего инструмента со впадинами неподвижного инструмента.

·         Неполный профиль резьбы. Причина – малый диаметр под накатку; завышенное расстояние между резьбообразующим инструментом.

·         Профильная риска вдоль резьбы стержневой детали. Причина – запаздывание подачи заготовки детали в резьбообразующий инструмент; некачественное исполнение заходной части резьбообразующего инструмента.

Таким образом, образование дефектов при массовом производстве крепежных изделий зависит от нескольких факторов: от применяемого материала, величины и характера нагрузки и степени деформирования, а также от принципа действия и состояния применяемого инструмента и оборудования.

Знание о причинах возникновения дефектов, структурного строения, взаимного влияния, деформации и залечивания позволят получить высококачественный крепеж, а следовательно повысить эксплуатационную надежность всего резьбового соединения узла , механизма или конструкции.

ЛИТЕРАТУРА

1. Петриков В.Г., Власов А.П. Прогрессивные крепежные изделия. – М.: Машиностроение, 1991. – 256 с.: ил.

2. Производство метизов. Шахпахов Х.С., Недовизий И.Н., Ориничев В.И., Тарнавский А.Л., Залялютдинов К.Г., Ведерникова В.И., Ригмант Б.М., Паршина Л.А., Пацекин В.П., Романова Е.М. – М.: Металлургия, 1977. – 392 с.

3. Биллигман И. Высадка и другие методы объемной штамповки. Справочное руководство по штамповке сталей и цветных металлов в холодном и горячем состоянии при серийном и массовом производствах. – М.: Государственное научно-техническое издательство машиностроительной литературы, 1960. – 468 с.

4. Якушев А.И., Мустаев Р.Х, Мавлютов Р.Р. Повышение прочности и надежности резьбовых соединений. – М.: Машиностроение, 1979. – 215 с., ил.

Июль  2001

Опубл. Журнал «Шурупы и гвозди». 2001, №5 С12-14

Другие рукописи:

Разделительные операции в технологии холодной объемной штамповки деталей.

Ноябрь  2006 (118.4 kb)

Краткий обзор развития автоматизированного холодновысадочного производства.

Август 2006 (193.0 kb)

Существующие и новые подходы к производству самостопорящихся гаек.

Июнь 2006 (85.0kb)

Особенности технологии изготовления низких гаек на многопозиционном холодноштамповочном автомате. Май 2006 (89.0kb) Опубл. Журнал «Метизы». 2006. №03(13) С. 47-51.

Факторы, влияющие на производительность многопозиционного холодновысадочного автомата. Апрель 2006 (94.0kb)

К вопросу изготовления фаски на крепежных деталях методами холодной объемной штамповки. Март 2006 (40.0kb.) Опубл. Журнал «Метизы». 2006. №02(12) С. 56-58.

Технология формообразования стержневых деталей со значительными перепадами сечения и фигурным подголовком.  Март 2006 (33.50kb)

Технология производства плоских шайб с увеличенной высотой методом холодной объемной штамповки. Декабрь 2005 (13.49 kb)

Необходимые условия для организации производства автонормалей на машиностроительном предприятии. Ноябрь 2004 (26.20 kb)

Подходы к комплексной автоматизации проектирования многопереходных технологических процессов холодной объемной штамповки. Опубл. Журнал «Метизы». 2005. №03(10) С. 46-48 (27.08 kb)

новости  :: рейтинг производителей метизов  ::  проекты  ::  рукописи  ::  журналы :: наука :: технологии :: оборудование :: производство

При использовании материалов сайта обязательна ссылка на сайт и автора следующим образом:

© Напалков Александр Валерьевич : Рукописи : на www.nav.t-k.ru

Последнее обновление

13-01-2007