|
авторский проект Напалкова Александра Валерьевича |
|
|
|
СУЩЕСТВУЮЩИЕ
И НОВЫЕ ПОДХОДЫ К ПРОИЗВОДСТВУ САМОСТОПОРЯЩИХСЯ ГАЕК НАПАЛКОВ А.В., канд. техн. наук
Шестигранные
гайки с дополнительными элементами в виде зубчатого буртика, с завальцованной
полиамидной вставкой, с обжатием по торцу, с тонким цилиндрическим пояском,
обжатым на эллипс и с другими конструктивными элементами, рис. 1 (31 kb), обладают дополнительными
самостопорящими и самоконтрящими свойствами. Такие гайки используют в
основном для
ответственных соединений, например, крепления ступицы колеса, крепления
шестерни редуктора коробки передач, крепления рычага наконечника тяги рулевой
трапеции, крепления опоры двигателя. Несмотря на то, что они требуют
повышенных усилий при заворачивании и отворачивании, тем не менее, в отличие
от шайб «гровера» ослабевший крепеж дальше ускоренно самораскручиваться не
будет. Конструкция
и размеры, технические требования самостопорящихся и самоконтрящихся гаек
отражены в стандартах DIN 982, DIN 985, DIN 6923, DIN EN 1663-1998, ISO 7043:1997, таблицы Fiat-ВАЗ 10125, 10137,
10139,
ОСТ
37.001.197, ОСТ
37.001.109, ОСТ
37.001.110, ГОСТ Р 50272,
ГОСТ Р 50273
и в специальных чертежах. Технология
массового изготовления самостопорящихся и самоконтрящихся гаек для
автомобилестроения основана на методах холодной объемной штамповки с
использованием специальных многопозиционных холодноштамповочных автоматов с
производительностью от 45 до 400 заготовок в одну минуту. В
настоящей статье рассмотрены вопросы, как получить холодной объемной
штамповкой самостопорящие элементы гайки, какая для этого нужна конструкция
инструмента и какие существуют и возможны варианты изготовления элементов
самостопорящихся гаек. Особенность
изготовления шестигранных гаек с зубчатым буртиком заключается в
формообразовании на четвертой штамповочной позиции зубчатых элементов на
предварительно сформированном торце фланца. Одновременно с формированием
зубчатых элементов формируются фаска на торце заготовки со стороны матрицы и
окончательные размеры наметок под пробивку отверстия. Обычно, в процессе вталкивания
пуансон немного разжимает лапки переноса и вталкивает заготовку в полость
матрицы. При выталкивании, заготовка, под давлением выталкивателя, разжимает
лапки переноса, и проталкивается между ними. При изготовлении гаек с зубчатым
буртиком (фланцем) узел и лапки переноса имеют специальную конструкцию, рис. 2 (73 kb). Так
как вталкивающий пуансон, формообразующий фланец детали имеет размеры больше
предварительно высаженной заготовки, а заготовка с оформленным фланцем имеет
размеры значительно больше, что бы под ее давлением разжались лапки,
конструкция узла и лапок переноса предусматривает принудительное
предварительное раскрытие лапок встроенным в блок пуансонов угловым
рассекателем. Нарезка или раскатка резьбы в заготовках гайки с зубчатым
буртиком происходит на гайконарезных автоматах для нарезки фланцевых гаек.
Наиболее перспективный их них гайконарезной автомат T-Star-10 фирмы
Streiher. После нарезки резьбы, по рядовому
технологическому процессу, гайки проходят операции промывка, продувка для
очистки резьбы от стружки, цементация, цинкование или хим. оксидация с
последующей консервацией и упаковкой. Самоконтрящиеся
гайки с полиамидной вставкой и самостопорящиеся гайки с цилиндрическим
пояском, обжатым на эллипс, традиционно изготавливаются за пять штамповочных
позиций. После штамповки заготовки, согласно действующему технологическому
процессу, заготовки гайки самоконтрящейся с полиамидной вставкой проходят
следующие операции: промывка, резьбонарезная, промывка, цинкование,
завальцовка вставки, консервация и упаковка. Заготовки гайки самостопорящиеся
с цилиндрическим пояском, обжатым на эллипс, проходят следующие операции:
промывка, резьбонарезная, обжатие на резьбонакатных автоматах типа UPW 12,5х70, UPW 25х100, промывка,
термообработка, цинкование, консервация и упаковка. Отличительной
особенностью холодной объемной штамповки самостопорящихся гаек является
формообразование тонкого цилиндрического пояска с торца детали и последующая
его завальцовка на полиамидную вставку или обжатие его на эллипс. Традиционно
технология получения тонкого цилиндрического пояска заключается в применении
специальной конструкции матрицы на 2 и 3 штамповочных позициях, рис. 3 (64 kb). Конструкция
матрицы второй штамповочной позиции имеет ряд отличительных элементов. Корпус
матрицы имеет возможность свободного осевого движения - «плавания». В
основание подвижного корпуса матрицы установлены пружины. Для исключения
выпадения корпуса из стакана матрицы установлен фиксатор, относительно
которого происходит движение. Конструкция выталкивателя заготовки из
«плавающей» матрицы может быть исполнена по одному из вариантов, показанных
на рис. 3б) и 3г). При изготовлении
гайки с очень тонким пояском, менее 1 мм, предпочтителен вариант 2, рис. 3г). Вариант 1, рис. 3б), рекомендуется
использовать при изготовлении больших гаек с резьбой М14, М16, М20. Механика
процесса пластической деформации на второй штамповочной позиции включает
следующие этапы. Заготовка, предварительно выровненная по диаметру и по
высоте, вталкивается пуансоном через лапки переноса 1-2 позиции в полость
матрицы второй позиции. В начальный момент происходит осаживание заготовки и
заполнение металлом полости матрицы. В момент, когда большая часть боковой
поверхности заготовки касается боковой полости матрицы, матрица начинает
движение совместно с движением вталкивающего пуансона, что связано с
возникновением сил трения между заготовкой и цилиндрической полостью матрицы.
При этом происходит сжатие установленных в основании матрицы пружин.
Одновременно центральный выталкивающий пуансон, оставаясь неподвижным, играет
роль разделяющего инструмента, вокруг которого происходит осевое течение
металла с образованием цилиндрического пояска. Крайнее нижнее положение
инструмента на второй и третьей штамповочных позициях показано на рис. 3 (64 kb). При обратном ходе ползуна,
вталкивающий пуансон выходит из полости матрицы, при этом сжатые пружины
возвращают матрицу в исходное положение. В установленный момент выталкивания
на торец выдавленного пояска заготовки, согласно варианту 1, рис. 3б) начинает
воздействовать трубчатый съемник, снимая заготовку с пояском с центрального
выталкивающего пуансона. Движение заготовки за счет трубчатого съемника
происходит на расстояние незначительно больше высоты сформированного пояска.
Далее, для исключения деформации трубчатого съемника в процесс выталкивания
подключается центральный выталкивающий пуансон, обеспечивая тем самым
равномерное и точное выталкивание заготовки в лапки переноса 2-3 позиции.
Согласно варианту 2, рис.
3г), при воздействии толкателя блока матриц, усилие передается на
стержень сборного выталкивателя. Под воздействием стержня выталкивателя
заготовка с цилиндрическим пояском выталкивается из полости матрицы в лапки
переноса 2-3 позиции. В динамике процесса наибольшие знакопеременные
напряжения испытывает рабочая часть сборного выталкивающего пуансона. При
пластической деформации заготовки рабочая часть выталкивающего пуансона
испытывает сжимающие напряжения, а при выталкивании заготовки центральным
стержнем – растягивающие напряжения. В зависимости от размеров резьбы гайки и
толщины цилиндрического пояска рассчитываются наружный диаметр выталкивающего
пуансона и диаметр стержня выталкивателя. При выдавливании тонкого пояска
напряжения распределяются на бóльшей контактной площади сборного
выталкивателя, а их величина зависит от размеров и марки металла детали. Поэтому вариант 2 наиболее предпочтительно
применять для изготовления гаек небольших размеров с резьбой до М14 и с
тонким цилиндрическим пояском. Возможный
вариант формообразования гайки с цилиндрическим пояском показан на рис. 4 (72 kb). Особенность формообразования
детали заключается в следующем. Заготовка, предварительно выровненная на
первой штамповочной позиции, на второй штамповочной позиции заталкивается в
полость ступенчатой матрицы. В процессе пластической деформации часть металла
испытывает минимальные деформации с формообразованием цилиндрического участка
заготовки, другая часть деформируется с формированием шестигранника и
выдавленного центрального углубления. На последующих позициях дооформляются
фаски, размеры шестигранника и цилиндрического участка. На пятой штамповочной
позиции - пробивка отверстия, производится со стороны шестигранника. Таким
образом, торцевой цилиндрический поясок на гайке формируется не за счет
выдавливания, а за счет пробивки на последней штамповочной позиции.
Математическое моделирование формообразования гайки М20х1,5 по
представленному варианту показывает возможность реализации технологии на
холодноштамповочном автомате с меньшим номинальным усилием, относительно
традиционного варианта, рис.
5 (55 kb), рис. 6 (54 kb). Указанная
возможность связана с формообразованием шестигранника обратным выдавливанием
на второй позиции с потребным усилием деформации в пределах 60 тонн, в то
время как для выдавливания цилиндрического пояска по традиционной схеме
необходимо более 80 тонн. Суммарное усилие деформации по предложенному
варианту штамповки в среднем на 70 тонн меньше, чем по традиционной
технологии. Тем не менее, вторая штамповочная позиция имеет ряд недостатков.
Во-первых, при совмещении формирования шестигранника и выдавливания
углубления возникает неблагоприятная механическая схема деформаций со
значительными растягивающими напряжениями, поэтому для пластической
деформации требуется металл группы осадки 75 по ГОСТ 10702 с высокими
пластическими свойствами. Во-вторых, при совмещении формирования
шестигранника и выдавливания углубления необходимо иметь глубокую
шестигранную полость матрицы, что неблагоприятно влияет на соосность при заталкивании заготовки в начальный момент
формообразования. Исключить указанны недостатки позволяет схема штамповки,
подобная штамповке накидных гаек. То есть, разделить формирование
предварительного шестигранника на второй штамповочной позиции с небольшой наметкой
под отверстие, а на третьей выдавить углубление с обеспечением требуемой
высоты шестигранника. Возможен
другой вариант штамповки шестигранных гаек с цилиндрическим пояском: на
первой штамповочной позиции обратное выдавливание цилиндрического пояска, далее
по традиционному варианту; формирование шестигранника возможно с помощью
редуцировки или обрезки, что позволяет существенно уменьшить усилие
деформации, чем при формировании шестигранника осадкой; для высвобождения
позиции возможно совмещение обрезки шестигранника и пробивки отверстия.
Однако указанные варианты требуют дополнительного изучения и проведения
опытно-промышленных испытаний. Таким
образом, существующие и новые варианты штамповки самостопорящихся и
самоконтрящихся гаек определяют особые требования к конструкции основного и
вспомогательного инструмента. Выбор того или иного варианта зависит от
возможностей существующего оборудования, конфигурации стопорящих элементов и
затрат на освоение технологии массового производства. Июнь
2006 |
|
|||||||||
|
|
|
|
|||||||||
Опубликованные и неопубликованные рукописи автора: |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Маркировка крепежа |
Контроль качества |
Разделительные операции |
Обзор развития ХОШ |
Стопорящиеся гайки |
Низкие гайки |
Фаска на деталях |
Плоские шайбы |
|
При использовании
материалов сайта обязательна ссылка на сайт и автора следующим образом: © Напалков
Александр Валерьевич : Рукописи : на www.nav.t-k.ru |
Последнее обновление19-05-2009 |