RU2161082C1

RU2161082C1 - Method for making articles such as bolt blanks

Info

Publication number: RU2161082C1
Application number: RU2000106605/02A
Authority: RU
Inventors: А.Л. Поспелов; В.И. Артюхин; Г.А. Чухарев; В.Н. Драпеко; А.В. Пикалов; Т.В. Христенко
Original assignee: Открытое акционерное общество "Магнитогорский метизно-металлургический завод"
Priority date: 2000-03-20
Filing date: 2000-03-20
Publication date: 2000-12-27

Abstract

FIELD: plastic metal working, possibly manufacture of articles such as bolt blanks including bolts with large-size heads. SUBSTANCE: method comprises steps of cutting initial blank, preliminary and final shaping of head at simultaneous upsetting of rod, reducing rod for making thread. Initial blank has diameter no more than 0.98 of nominal diameter of rod. Preliminary upsetting is realized by several stages. Rod reduction for thread making and final upsetting of bolt head are performed by one stage. Deformation degree of rod at preliminary and final shaping of head is no more than 18%. EFFECT: enlarged manufacturing possibilities of method, enhanced strength properties of bolts. 3 cl, 6 dwg, 1 ex

Description

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано для изготовления стержневых изделий типа заготовок болтов, в том числе с увеличенными размерами головок. The invention relates to the field of metal forming and can be used for the manufacture of core products such as blanks of bolts, including with increased head sizes.

Известен способ формирования заготовок болтов с редуцированным стержнем и многогранной головкой (Мокринский В.И. "Производство болтов холодной объемной штамповкой", М., "Металлургия", 1978, с-26-33, рис.5-9), включающий отрезку исходной заготовки диаметром d₀, высадку предварительной головки, редуцирование стержня за одну или две операции, высадку окончательной головки, обрезку шестигранника. Диаметр исходной заготовки d₀ в этих процессах составляет d₀ ≈(1-1.2)•d, где d - номинальный диаметр резьбы. При этом редуцирование стержня и формирование головки производят на разных технологических операциях, а формирование головки осадкой производят за одну или две прессовые операции.A known method of forming blanks of bolts with a reduced shaft and a multifaceted head (Mokrinsky VI "Production of bolts by cold forging", M., "Metallurgy", 1978, s-26-33, Fig. 5-9), including a segment of the original workpieces with a diameter of d ₀ , the landing of the preliminary head, the reduction of the rod in one or two operations, the landing of the final head, trimming the hexagon. The diameter of the initial workpiece d ₀ in these processes is d ₀ ≈ (1-1.2) • d, where d is the nominal diameter of the thread. At the same time, the reduction of the rod and the formation of the head is carried out in different technological operations, and the formation of the head by the draft is carried out in one or two press operations.

К недостаткам известного метода можно отнести следующее:
1. Ограничение по диаметру применяемого исходного металла. Так, например, известно, что наиболее эффективен процесс штамповки стержневых изделий из бунтового металла. Это компактность производства, меньше отходов и трудозатрат, стабильность точности и механических свойств получаемых изделий, особенно тех, которые в дальнейшем не подвергаются дополнительно термической обработке. Однако возможности отечественного металлургического производства не позволяют получать металл в бунтах диаметром свыше 25 мм из малоуглеродистых сталей (сталь 10кп) и свыше 24 мм из легированных среднеуглеродистых сталей (сталь 40Х). Поэтому, производство крупных стержневых изделий (М27 из малоуглеродистых сталей и М24 из среднеуглеродистых сталей, и более) переведено на менее эффективную работу из пруткового металла.The disadvantages of this method include the following:
1. Limitation on the diameter of the used source metal. So, for example, it is known that the most effective process of stamping rod products from riotous metal. This is a compact production, less waste and labor, stability of accuracy and mechanical properties of the products obtained, especially those that are not further subjected to additional heat treatment. However, the possibilities of domestic metallurgical production do not allow producing metal in riots with a diameter of more than 25 mm from low-carbon steels (10kp steel) and more than 24 mm from alloyed medium-carbon steels (40X steel). Therefore, the production of large bar products (M27 from low-carbon steels and M24 from medium-carbon steels, and more) has been transferred to less efficient work from bar metal.

2. Ограничения по размерам формируемых головок. Формирование головки, в лучшем случае, производят за два удара. Объем металла под высадку головки (размеры головки) ограничены допускаемым соотношением L₀/d₀≤2.3 при высадке головки за один удар, или L₀/d₀≤4.5 - при высадке за два удара (L₀ - длина исходной заготовки под формирование головки). В противном случае процесс высадки головок по переходам будет не устойчив, что приведет к браку.2. Limitations on the size of the formed heads. The formation of the head, at best, is done in two strokes. The volume of metal under the heading (head dimensions) is limited by the permissible ratio L ₀ / d ₀ ≤2.3 when heading in one hit, or L ₀ / d ₀ ≤4.5 - when heading in two strokes (L ₀ - the length of the initial workpiece for forming the head ) Otherwise, the process of heading over the transitions will not be stable, which will lead to marriage.

3. Известные способы имеют ограничения по прочностным свойствам изделий, получаемых методом холодной штамповки. Как правило, прочностные свойства изделий зависят от свойств деформируемого материала, и обжатия при калибровке исходного металла и деформации при редуцировании, приходящейся на гладкую часть стержня. При этом при волочении и редуцировании упрочняются только поверхностные слои металла, середина практически не деформируется. Поскольку стержень заготовки в процессе штамповки подсаживается не значительно, неравномерность деформации по диаметральному сечению заготовки сохраняется. Прочностные свойства такой заготовки ниже, чем могли бы быть при равномерном упрочнении по всему объему. 3. Known methods have limitations on the strength properties of products obtained by cold stamping. As a rule, the strength properties of products depend on the properties of the material being deformed, and compression during calibration of the source metal and deformation during reduction, which falls on the smooth part of the rod. At the same time, only surface layers of the metal are hardened during drawing and reduction, and the middle is practically not deformed. Since the core of the workpiece is not significantly sagged during stamping, the uneven deformation along the diametrical cross section of the workpiece is maintained. The strength properties of such a workpiece are lower than they would be if uniform hardening throughout the volume.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ изготовления заготовок болтов с многогранной головкой (патент SU N 1811954 A1, В 21 К 1/44, от 30.04.93 г.), заключающийся в отрезке исходной заготовки, предварительном и окончательном формировании головки с одновременной осадкой стержня, редуцирование стержня под резьбу и обрезке головки по периметру многогранника. При этом диаметр исходной заготовки d₀ составляет (0.87-0.93)•d. Редуцирование стержня и формирование головки производят на разных технологических операциях, а формирование головки осадкой производят за две прессовые операции (предварительную и окончательную).Closest to the proposed invention is a method of manufacturing blanks of bolts with a multifaceted head (patent SU N 1811954 A1, 21 K 1/44, 04/30/93, g), which consists in cutting the initial workpiece, preliminary and final formation of the head with simultaneous settlement of the rod , reducing the rod for threading and trimming the head around the perimeter of the polyhedron. The diameter of the initial billet d ₀ is (0.87-0.93) • d. The reduction of the rod and the formation of the head is carried out in different technological operations, and the formation of the head by sludge is performed in two press operations (preliminary and final).

К недостаткам известного способа можно отнести:
1. Недостатки, описанные выше (см. п.2 известного аналога).The disadvantages of this method include:
1. The disadvantages described above (see paragraph 2 of the known analogue).

2. Известный способ имеет узкие технологические возможности, так как предполагает использование исходной заготовки диаметром 0.87-0.93 диаметра большей ступени стержня (диаметра гладкой части стержня болта). 2. The known method has narrow technological capabilities, as it involves the use of the original billet with a diameter of 0.87-0.93 of the diameter of the larger step of the rod (the diameter of the smooth part of the bolt rod).

3. Известный способ не позволяет получать изделия с повышенными прочностными характеристиками, ввиду имеющегося ограничения по деформации стержня (суммарная деформация стержня по переходам равна 13-25%). 3. The known method does not allow to obtain products with high strength characteristics, due to the existing restrictions on the deformation of the rod (the total deformation of the rod in transitions is 13-25%).

4. Известный способ не содержит рекомендаций по выбору режимов деформации стержня по операциям, обеспечивающих получение качественного изделия. 4. The known method does not contain recommendations on the choice of modes of deformation of the rod for operations that provide high-quality products.

Техническая задача предлагаемого изобретения состоит в расширении технологических возможностей процесса штамповки заготовок болтов, за счет расширения сортамента используемого исходного материала, расширения сортамента выпускаемой продукции и повышении прочностных свойств изготавливаемых изделий. The technical task of the invention is to expand the technological capabilities of the process of stamping blanks of bolts, by expanding the assortment of the used starting material, expanding the assortment of products and increasing the strength properties of manufactured products.

Поставленная задача решается тем, что изготовление изделий типа заготовок болтов производят способом, включающим отрезку исходной заготовки, предварительное и окончательное формирование головки с одновременной осадкой стержня, редуцирование стержня под резьбу, при этом, в качестве исходной используют заготовку диаметром не более 0.98 от номинального диаметра стержня, предварительную осадку головки осуществляют за несколько операций, редуцирование стержня под резьбу и окончательную высадку головки производят на одной операции, а степень деформации стержня при каждом предварительном и окончательном формообразовании головки принимают величиной, не превышающей 18%. При последнем предварительном оформлении головки в виде усеченного конуса, обращенного большим основанием к стержню, большее основание формируют диаметром не менее 1.3 от номинального диаметра стержня изделия. Первая осадка стержня производится с максимальной деформацией, в пределе указанных выше 18%, с учетом стабильного получения требуемой формы и размеров стержня заготовки на последующих операциях. The problem is solved in that the manufacture of products such as bolt blanks is carried out by a method that includes a segment of the original workpiece, preliminary and final head formation with simultaneous shaft upset, thread reduction of the rod, while a workpiece with a diameter of not more than 0.98 of the nominal diameter of the rod is used as the initial , the preliminary draft of the head is carried out in several operations, the reduction of the rod under the thread and the final landing of the head is performed in one operation, and the step Hb deformation of the rod at each preliminary and final shaping die receiving quantity not exceeding 18%. At the last preliminary design of the head in the form of a truncated cone, facing a large base to the core, a larger base is formed with a diameter of at least 1.3 of the nominal diameter of the core of the product. The first draft of the rod is made with maximum deformation, in the limit of the above 18%, taking into account the stable receipt of the desired shape and size of the rod of the workpiece in subsequent operations.

Использование исходной заготовки диаметром не более 0.98 от номинального диаметра стержня готового изделия позволяет расширить сортамент используемого материала. При этом уменьшение диаметра исходного металла позволяет использовать осадку стержня при формировании предварительной головки, что способствует повышению прочностных свойств стержневой части изделия. Максимальный уровень деформации стержня по переходам 18% определен практическим путем. Установлено, что при наличии зазора между матрицей и исходной заготовкой, соответствующему деформации, превышающей 18%, предел продольной устойчивости деформируемой заготовки при высадке головки снижается значительно ниже, чем рекомендуемое соотношение L₀/d₀≤2.3. При этом происходит потеря продольной устойчивости заготовки при осадке головки, головка смещается в сторону, процесс подсадки стержня по длине становится не стабильным. Отклонения от соосности головки и стержня превышают допустимые значения.Using the original workpiece with a diameter of not more than 0.98 of the nominal diameter of the finished product rod allows you to expand the range of material used. Moreover, reducing the diameter of the starting metal allows the use of rod sludge during the formation of the preliminary head, which helps to increase the strength properties of the core part of the product. The maximum level of rod deformation by transitions of 18% is determined in a practical way. It is established that in the presence of a gap between the matrix and the initial workpiece corresponding to a deformation of more than 18%, the longitudinal stability limit of the deformable workpiece when heading is reduced significantly lower than the recommended ratio L ₀ / d ₀ ≤2.3. In this case, the longitudinal stability of the workpiece is lost during head upsetting, the head shifts to the side, the process of replanting the rod along the length becomes unstable. Deviations from the alignment of the head and the shaft exceed the permissible values.

Формирование головки осадкой за три операции (две предварительные и одна окончательная) позволяет набор металла на головку производить из условия устойчивости L₀/d₀≤8.0 (Мокринский В.И. "Производство болтов холодной объемной штамповкой", М., "Металлургия", 1978, с.23). Таким образом, возможно получить головку увеличенных размеров.The formation of the head by sediment in three operations (two preliminary and one final) allows the set of metal per head to be produced from the stability condition L ₀ / d ₀ ≤8.0 (Mokrinsky V.I. "Production of bolts by cold forging", M., "Metallurgy", 1978, p. 23). Thus, it is possible to obtain an oversized head.

Чтобы ввести в процесс штамповки на четырехпозиционном автомате формирование головки осадкой за три операции, операцию окончательного формирования головки совместили с редуцированием стержня. Как правило, усилие редуцирования существенно меньше усилия осадки. Поэтому на данной операции последовательно производят редуцирование стержня с последовательной осадкой головки. Для исключения возможности подсадки редуцированного стержня в процессе окончательной высадки головки, заготовку на предварительной операции формируют с предварительной головкой в форме усеченного конуса, обращенного большим основанием к стержню, большее основание выбирают диаметром D2 не менее 1.3 номинального диаметра стержня изделия d. Этот параметр (D2) обеспечивает надежную опору для головки, препятствуя активному выдавливанию части металла головки в стержень, и исключает подсадку редуцированной части стержня. Практическим путем установлено, что в случае формирования D2<1.3d в процессе окончательной высадки головки происходит выдавливание части металла в стержень, что приводит к искривлению и подсадке редуцированной части стержня, опертой на выталкиватель. In order to introduce head formation by upsetting in three operations into the stamping process on a four-position automatic machine, the operation of the final head formation was combined with the reduction of the rod. As a rule, the reduction force is significantly less than the upsetting force. Therefore, in this operation, the rod is sequentially reduced with a successive head upset. To exclude the possibility of replanting the reduced rod during the final head disembarkation, the preform is formed in the preliminary operation with a preliminary head in the form of a truncated cone facing the rod with a large base; a larger base is chosen with a diameter D2 of at least 1.3 of the nominal diameter of the product rod d. This parameter (D2) provides reliable support for the head, preventing the active extrusion of part of the metal of the head into the rod, and eliminates the infusion of the reduced part of the rod. Practically, it was found that in the case of the formation of D2 <1.3d during the final heading, a part of the metal is extruded into the rod, which leads to a curvature and replanting of the reduced part of the rod supported by the ejector.

С целью более равномерного оформления и деформации по длине стержня, а также исключения возможного подрезания волокон и образования складок в месте перехода от головки к стержню, деформацию при первой осадке стержня выбирают максимальной величиной в пределах 18%, с учетом сохранения необходимых технологических зазоров по последующим переходам, обеспечивающих стабильность процесса высадки и получение требуемых формы и размеров стержня конечной заготовки. In order to more uniform design and deformation along the length of the rod, as well as to exclude the possible cutting of fibers and the formation of folds at the transition from the head to the rod, the deformation during the first draft of the rod is selected with a maximum value of 18%, taking into account the preservation of the necessary technological gaps for subsequent transitions ensuring stability of the upsetting process and obtaining the required shape and size of the rod of the final workpiece.

Существенные признаки, отличающие заявленное изобретение от ближайшего аналога, обеспечивают решение поставленной задачи и достижение цели - расширение технологических возможностей процесса, ввиду возможности использования исходного металла расширенного размерного диапазона, и создания возможности получения заготовок с головками увеличенных размеров. За счет объемного упрочнения металла по длине стержня, наблюдается повышение прочностных свойств изделий. The essential features that distinguish the claimed invention from the closest analogue provide a solution to the problem and achieving the goal - expanding the technological capabilities of the process, due to the possibility of using the source metal of an extended size range, and creating the possibility of obtaining blanks with oversized heads. Due to volumetric hardening of the metal along the length of the rod, an increase in the strength properties of products is observed.

На фиг. 1 представлена исходная цилиндрическая заготовка. In FIG. 1 shows the original cylindrical billet.

На фиг. 2 - деталь после I перехода. In FIG. 2 - detail after the I transition.

На фиг. 3 - деталь после II перехода. In FIG. 3 - detail after the II transition.

На фиг. 4 - деталь после III перехода. In FIG. 4 - detail after the III transition.

На фиг. 5 - деталь после IV перехода. In FIG. 5 - detail after the IV transition.

На фиг. 6 - деталь после V перехода. In FIG. 6 - detail after the V transition.

Способ изготовления изделий типа заготовок болтов с многогранной увеличенной головкой осуществляется следующим образом. На I переходе из исходной заготовки диаметром d₀ ≤ 0,98d производят предварительную высадку головки и осадку стержня. На II переходе - вторую предварительную высадку головки и осадку стержня. При этом предварительную головку формируют в форме усеченного конуса, обращенного большим основанием к стержню. Диаметр основания не менее 1.3d. На III переходе редуцирование стержня под резьбу последовательно совмещают с окончательной высадкой головки и подсадкой стержня. Формообразование заготовки на III переходе происходит следующим образом. Так как усилие высадки головки больше усилия редуцирования стержня, то первоначально происходит редуцирование стержня до упора заготовки на выталкиватель, положение которого выбирают исходя из необходимой длины стержня. Затем заготовка своим большим основанием предварительной головки опирается на торцовую поверхность матрицы, что достигается выбором необходимой длины стержня на предыдущей операции. В дальнейшем происходит процесс подсадки нередуцированной части стержня и головки, при этом заготовка опирается на выталкиватель, торец матрицы и редуцирующий конус, что обеспечивает отсутствие осадки редуцированного стержня. Представленная схема деформирования обеспечивает достаточную устойчивость заготовки при окончательной штамповке головки, за счет формирования необходимой опорной поверхности предварительной головки. На IV переходе производят обрезку головки с образованием многогранника. На V переходе накаткой формируют резьбу на редуцированной части стержня. Степень деформации стержня на I-III переходах принимают величиной, не превышающей 18%.A method of manufacturing products such as blanks of bolts with a multi-faceted enlarged head is as follows. At the first transition from the initial billet with a diameter of d ₀ ≤ 0.98d, a preliminary head landing and rod settlement are performed. At the II transition - the second preliminary head landing and rod draft. In this case, the preliminary head is formed in the form of a truncated cone, facing a large base to the rod. Base diameter not less than 1.3d. At the III transition, the reduction of the rod under the thread is successively combined with the final heading and replanting of the rod. The shaping of the workpiece at the III transition is as follows. Since the head displacement force is greater than the rod reduction force, the rod is initially reduced until the workpiece rests on the ejector, the position of which is selected based on the required rod length. Then, the workpiece with its large base of the preliminary head rests on the end surface of the matrix, which is achieved by choosing the required length of the rod in the previous operation. In the future, the process of replanting the unreduced part of the rod and the head occurs, while the workpiece rests on the ejector, the end face of the matrix and the reducing cone, which ensures the absence of precipitation of the reduced rod. The presented deformation scheme provides sufficient stability of the workpiece during the final stamping of the head, due to the formation of the necessary supporting surface of the preliminary head. At the IV transition, the head is trimmed to form a polyhedron. At the Vth knurled junction, a thread is formed on the reduced part of the rod. The degree of deformation of the rod at I-III junctions is assumed to be a value not exceeding 18%.

С целью исключения подрезания волокон металла и образования складок в месте перехода "голова-стержень" длину стержня на I переходе по сравнению со II, и на II по сравнению с III рекомендуется принимать увеличенной, исключающей образование стержня при последующей осадке головки из усеченного конуса предварительной головки. Наибольшее значение диаметра исходной заготовки выбрано с учетом обеспечения минимальных зазоров между заготовкой (стержнем) и каналом матрицы на операциях предварительной и окончательной высадки головки. Наименьшее значение диаметра не ограничено, так как зависит от целого ряда параметров, в том числе: размера и формы окончательной головки, количества операций штамповки предварительных головок, формы предварительных головок, марки стали и так далее. Максимальная степень деформации стержня выбрана исходя из практических данных. In order to prevent trimming of metal fibers and the formation of folds at the “head-to-rod” junction, the length of the rod at I transition as compared to II and II compared to III is recommended to be increased to prevent the formation of a rod during subsequent head settlement from a truncated cone of the preliminary head . The largest value of the diameter of the initial billet is selected taking into account the provision of minimum gaps between the billet (rod) and the channel of the matrix during preliminary and final heading operations. The smallest diameter value is not limited, since it depends on a number of parameters, including: the size and shape of the final head, the number of stamping operations of the preliminary heads, the shape of the preliminary heads, steel grade and so on. The maximum degree of deformation of the rod is selected based on practical data.

Пример. Производится изготовление высокопрочных болтов М24 по ГОСТ 22353-77 из стали марки 40Х "Селект". Болты изготавливаются на четырехпозиционном автомате-комбайне КА-74. Диаметр исходной заготовки d₀=22.3_+0,20 мм. На I переходе производят первую предварительную высадку головки с размерами: d2=22.6 мм, D1=36.0 мм, L1=51 мм и осадку стержня до размера d1 =23.2 мм. Степень деформации стержня - 7,6%. На II переходе осуществляют вторую предварительную высадку головки с размерами: d4=22.7 мм, D2=47.5 мм, L2=34 мм и вторую осадку стержня до размера d3=23.75 мм. Степень деформации стержня равна 4.6%. Отношение D2/d=1.975. На III переходе производят редуцирование стержня на размер d5=21.95_-0,18 мм, и окончательную высадку головки с размерами: 0=51.0 мм, k=17±0.35 мм, при этом подсадка производится до размера d=23.9 мм. Деформация стержня составляет 1.2%. На IV переходе производят обрезку головки на шестигранник с размером "под ключ" S=41 мм. На V переходе осуществляют накатку резьбы М24 с шагом 3.0 мм. Затем болты подвергаются термообработке (закалка + отпуск) на агрегате СКЗА 10.40.1/7 для получения механических свойств в соответствии с ГОСТ 22356-77.Example. High-strength M24 bolts are manufactured in accordance with GOST 22353-77 from steel grade 40X "Select". Bolts are manufactured on a four-position automatic machine-harvester KA-74. The diameter of the initial blank d ₀ = 22.3 _+0.20 mm At the first transition, the first preliminary head landing is performed with dimensions: d2 = 22.6 mm, D1 = 36.0 mm, L1 = 51 mm and the rod is upset to the size d1 = 23.2 mm. The degree of deformation of the rod is 7.6%. At the second transition, a second preliminary heading is carried out with dimensions: d4 = 22.7 mm, D2 = 47.5 mm, L2 = 34 mm, and a second shaft upset to size d3 = 23.75 mm. The degree of deformation of the rod is 4.6%. The ratio D2 / d = 1.975. At the third transition, the rod is reduced by a size d5 = 21.95 _-0.18 mm, and the final head is planted with dimensions: 0 = 51.0 mm, k = 17 ± 0.35 mm, while replanting is performed to the size d = 23.9 mm. The deformation of the rod is 1.2%. At the IV transition, the head is trimmed to a hexagon with a turnkey size S = 41 mm. At the V transition, the M24 thread is rolled with a pitch of 3.0 mm. Then the bolts are subjected to heat treatment (hardening + tempering) on the SKZA 10.40.1 / 7 unit to obtain mechanical properties in accordance with GOST 22356-77.

Claims

1. A method of manufacturing products such as preforms of bolts, including a segment of the initial preform, preliminary and final formation of the head with simultaneous settlement of the rod, reduction of the rod under the thread, characterized in that the initial preform is used with a diameter of not more than 0.98 of the nominal diameter of the rod, preliminary formation the heads are carried out in several operations, and the reduction of the rod under the thread and the final landing of the head is performed in one operation, while the degree of deformation of the rod at each preliminary and final shaping of the head take a value not exceeding 18%.

2. The method according to claim 1, characterized in that at the last preliminary design of the head in the form of a truncated cone, facing a large base to the rod, a larger base is formed with a diameter of at least 1.3 of the nominal diameter of the rod of the product.

3. The method according to PP.1 and 2, characterized in that the first draft of the rod is made with a maximum deformation of 18%, taking into account the stable receipt of the desired shape and size of the rod of the workpiece in subsequent operations.