Обрезные матрицы для головок болтов

При холодной высадке болтов на автоматах шестигранные, квадратные и близкие им головки оформляют обычно путём обрезки бочкообразного набора металла (рис. 1). Технологическая операция получения головки осуществляется в обрезной матрице, расположенной обычно в блоке пуансонов, через которую набор металла для головки проталкивает обрезной пуансон с толкателем. Обрезные матрицы относятся к высоконагруженным деталям инструментальной оснастки, а их расход при массовом производстве болтов весьма высок. Усилие обрезки рассчитывают по формуле: P = ? F, где ? – касательное напряжение сдвига, Н/мм2; F – площадь среза (произведение периметра фигуры головки на её высоту), мм2. С точки зрения выбора способа изготовления обрезные матрицы представляют собою детали со сквозной рельефной осевой полостью, имеющей уклон (рис. 1 и 2). В корпус (стакан) их устанавливают без натяга, что позволяет производить быструю замену. Крепление матриц может осуществляться несколькими способами. Наиболее удобна посадка матрицы в корпус через разрезную цангу (кольцо), которую фиксируют с помощью прижима и винта. Такое крепление позволяет не делать на матрице буртик со стороны опорной части, как на рис. 1. Оптимальный угол уклона полости ? = 2о30/… 3о. Для изготовления обрезных матриц рекомендуется применять стали 6Х4М2ФС, Р6М5 (НRС 60-62), 11М5Ф (HRC 62-64). Эти стали, и особенно 11М5Ф, обладают повышенной ударной вязкостью.

Имеется несколько способов получения ручьёв матриц. Здесь рассмотрен наиболее эффективный и доступный – холодное выдавливание радиальным обжатием (ВРО) [1 - 3]. Несмотря на его относительную простоту и выгодность нередко встречаются производства, где этот способ не используют, предпочитая значительно более трудоёмкую и дорогую электрохимическую или электроэрозионную обработку, а также устаревший способ осевого выдавливания.
На рис. 3 показана принципиальная схема базового технологического процесса радиального обжатия исходной цилиндрической заготовки в коническом ручье. Металл заготовки перемещается в сторону оси, т.е. к мастер-пуансону 1, и в направлении перемещения заготовки. При ВРО оптимальный угол уклона конического отверстия матрицы 3 составляет ? = 5о. В заготовке 2 растачивают отверстие диаметром dоп равным диаметру окружности, описанной вокруг фигуры мастер-пуансона, который свободно (без усилия) устанавливают в это отверстие. Заданным ходом пресса Н заготовку вдавливают в коническое отверстие матрицы, прикладывая усилие к заготовке через толкатель 4. При ВРО деформируемый металл находиться в благоприятном напряженно-деформированном состоянии всестороннего неравномерного сжатия, что исключает возникновение разрушений заготовки.

При разработке технологического процесса выдавливания обрезных матриц надо руководствоваться следующими данными: 1. Один из основных показателей процесса, относительная деформация при ВРО, определяется по выражению: ?от = 1 – (F1/ F0), где F0 И F1 - площади сечения заготовки в нижней части заготовки (передней по ходу её перемещения) до и после выдавливания; F0 =(?/4) (dо2 –dоп2); F1 = (?/4) d12 – fп , где fп – площадь сечения полости, dо - диаметр исходной заготовки. Для шестигранной полости F1 = 0,785 d12 – 0,866 Sш2. Величина деформации зависит от формы полости, размеров исходной заготовки, её материала и твёрдости и должна составлять: для шестигранных полостей ?от = 0,13 – 0,20, для квадратных ?от = 0,20 – 0,30. Предельные значения размеров полостей для названных марок сталей будут: для полостей симметричных оси dоп ? 1,4 S (что соответствует квадратной полости); для несимметричных полостей ? ? 0,35 dоп (см. рис. 3). 2. Имеются разные мнения относительно величины заполнения рабочего профиля при выдавливании - размера Ls (см. рис 2). Иногда считают, что достаточно заполнения граней на 4 – 6 мм от режущей кромки. Однако надо иметь в виду, что достичь лучшей стойкости матриц можно лишь при Ls ? 0,5 Lм за счёт влияния повышенной степени деформации металла. Так как конструкции обрезных матриц не требуют заполнения рельефной полости на всю высоту матрицы, заготовка может иметь снаружи цилиндрическую форму, что экономичнее. Такой вариант принято называть выдавливанием «с цилиндра на конус» (исходная заготовка – цилиндрическая, конечная – конусная). 3. Исходный металл для изготовления заготовок должен подвергаться отжигу: для 6Х4М2ФС и 11М5Ф – 187-197 НВ, для Р6М5 – 207-217. 4. Определение размеров исходной заготовки начинают с проектирования чертежа заготовки после выдавливания: d1 ? dм ; L1 = Lм + 2? ; D1 ? d1 + 0,175 L1, Lo ? Vзаг / Fср , где ? – припуск на механическую обработку. Соответственно, диаметры исходных заготовок должны быть: при шестигранных полостях dош = (1,08 – 1,12) d1, при квадратных dок = (1,15 – 1,20) d1 . Соотношения при других формах полостей обычно располагаются между этими значениями. Величины dоп и ?заг (угол уклона рёбер) определяют исходя из формы полости. На нижней части исходной заготовки для лучшей установки в коническую матрицу полезно сделать наружную фаску с углом уклона 5о высотой 3 мм. 5. Ход пресса для ВРО: H ? (do – d1) :0,175 – (L1 – Lo) . Его следует уточнить после выдавливания первых заготовок, чтобы обеспечить соотношение Ls ? 0,5 Lм. 6. Важный элемент технологии выдавливания полостей – технологическое смазывание. Применяют комбинацию: из твёрдого смазочного покрытия - омеднение или оксалатирование заготовки, и консистентного смазочного материала, например, касторовое масло с добавлением мелкодисперсного порошка дисульфида молибдена МоS2. Омеднение следует наносить на заготовку и на рабочую часть мастер-пуансона. Смазочный материал наносят на рабочую часть мастер-пуансона и на конусное отверстие матрицы для обжатия. 7. После выдавливания желательно провести низкотемпературный отпуск заготовок (300-350оС, 1-2 часа). 8. Мастер-пуансон обеспечивает формообразование полости в заготовке. Его исполнительные размеры Sп , dп и другие имеют допускаемые отклонения по h6 или h8. Шероховатость формообразующих поверхностей рабочей части Ra = 0,05 -0,20 мкм. Радиусы на рёбрах надо отполировать. Материал мастер-пуансонов - быстрорежущая сталь, например, 11М5Ф, Р6М5, Р18. 9. Для ВРО можно применять как специализированные тихоходные гидропрессы для холодного выдавливания (например, серии П-76 Одесского завода «Прессмаш», (Украина) или серии ЕР фирмы «Sack und Кisselbach» (Германия), так и универсальные гидропрессы с жесткой станиной, имеющие скорость рабочего хода не более 2-3 мм/сек, усилием 1600-4000 кН. Применение прессов с С-образной станиной не рекомендуется. Прессы должны иметь ограждение рабочего пространства и указатель хода ползуна. 10. Оснастка для ВРО. Наиболее удобны и надёжны универсально-переналаживаемые групповые штампы (бандажированные матрицы), не требующие закрепления на прессе. На их конструкции имеются отраслевые стандарты автопрома. На рис. 4 показана однобандажная матрица, мастер-пуансон и заготовка с выдавленной полостью. Пример выдавливания типовой обрезной матрицы из стали марки Р6М5 (НВ 207 – 217) для болта М10 по ГОСТ 7805 с шестигранной головкой S = 17-0,27 (размеры в мм): Обрезная матрица: Sм = 16,78+0,05; Dм = 45; Lм = 22; ?м = 3о. Заготовка после выдавливания (конусная): d1 = 47; D1 = 51; L1 = 26. Заготовка исходная (цилиндрическая): dо = 51; Lо = 23; dоп = 19+0,1; ?заг = 3о37/. Мастер – пуансон: Sп = 15,4; dн = 24; L=80. Оснастка: D=55; Dт = 46. Ход пресса: Н = 22…24. Степень обжатия: ? =15%. Усилие выдавливания: Р = 1140 кН. Рассмотренная технология изготовления обрезных матриц для образования головок болтов с успехом применяется на ряде российских и зарубежных предприятий. Производительность операции выдавливания полостей матриц без автоматизации процесса составляет 200 – 350 штук в смену, стойкость мастер-пуансонов не менее 300 заготовок матриц. Твёрдость после закалки и отпуска обрезных матриц из сталей 6Х4М2ФС и Р6М5 HRC 60-62, из стали 11М5Ф HRC 62-64. Стойкость матриц составляет от 20 до 100 тысяч изделий и зависит от материала болта, формы полости и режущей кромки, размеров болта, числа ходов высадочного автомата, а также от материала обрезной матрицы, качества её термообработки, от наличия, вида и толщины износостойкого покрытия матрицы. В качестве таких покрытий применяют, например, двухслойное ионно-плазменное напыление PVD или CVD нитридами титана TiCN. Следует обратить внимание на важный элемент обрезной матрицы, хотя и не связанный с выдавливанием, но обеспечивающий качество получаемой головки -это конфигурация режущей кромки (см. рис. 2, место А). Конструкции обрезных матриц и технология их изготовления оказывают существенное влияние на стабильность производства и качество болтов. К сожалению, это не всегда учитывают как на ряде предприятий, так и при проведении исследований. Так в работе [4] при рассмотрении влияния технологических параметров штамповки и износа обрезных пуансонов (по терминологии, принятой в нашей статье – матриц) на качество шестигранных головок не учтено много важных конструктивных особенностей болтов и инструмента. В частности, рассмотрены болты класса точности С без опорного выступа под головкой («мёртвой шайбы»), не указана марка стали болтов , не показана конструкция применяемых обрезных пуансонов (матриц), не назван способ их изготовления, марка стали и твёрдость. Нет данных о допускаемых и фактических величинах смещения набора металла для головки от оси и др. Настоящий материал опубликован: Бунатян Г.В., Хохлов Е.Н. Обрезные матрицы для головок болтов. О технологии изготовления // Метизы, 2007, № 1 (14), с. 84-87.

Нужна консультация? Закажите звонок!

Отправить заявку на крепеж

Возврат к списку