|
авторский проект Напалкова Александра Валерьевича |
|
|
|
ОСОБЕННОСТИ
ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ НИЗКИХ ГАЕК НА МНОГОПОЗИЦИОННОМ ХОЛОДНОШТАМПОВОЧНОМ АВТОМАТЕ НАПАЛКОВ А.В., канд. техн. наук
Соединение
деталей с помощью болта и гайки является одним из старейших и наиболее
распространенных способов разъемного соединения. В зависимости от условий
эксплуатации, величины и характера нагрузок воспринимаемых соединением, в
автомобилестроении нашли широкое применение гайки шестигранные, квадратные,
круглые, нормальной высоты, низкие, высокие, особо высокие, прорезные,
корончатые, самоконтрящиеся и специальные. Известно, что из условия
равнопрочности резьбы гайки и стержня болта нормальная высота гайки имеет размер
H ≈ 0,8·d. Высота гайки, больше или
меньше указанного размера, отражают условия работы соединения и пространство
для монтажных работ. Гайки
шестигранные низкие применяются в соединениях, работающих на срез, для
крепления деталей с ограниченным монтажным пространством, при коротком
резьбовом стержне, и в качестве контргаек. В качестве примера применения
низких гаек, например, в автомобиле ВАЗ серии 2106 можно назвать деталь 1/07259/11
- гайка низкая М6, используемая в качестве контргайки для крепления крышки
генератора, деталь 1/61023/11
- гайка низкая М8 крепления вилки выключения сцепления, деталь 1/07914/11 -
гайка низкая М16х1,5 крепления рулевого колеса. Конструкция и размеры низких
гаек регламентированы ГОСТ 5916, ГОСТ 5929, ГОСТ 2526, ГОСТ 15522, ОСТ 37.001.124,
DIN 439, DIN 936, табл. Fiat-ВАЗ 10114 или
специальными требованиями конструкторской документации. В
зависимости от объема заказа, размера под ключ, высоты гайки, специальных
требований конструкторской документации низкие гайки могут изготавливаться
обработкой резанием, листовой штамповкой, горячей, полугорячей или холодной
объемной штамповкой. Для
массового производства низких гаек наиболее востребована технология холодной
объемной штамповки на многопозиционных холодноштамповочных автоматах.
Технологические переходы холодной штамповки низких шестигранных гаек
традиционно построены на базе руководящих технических материалов по этапам
технологических расчетов проектирования процесса объемной штамповки заготовок
шестигранных гаек [1]. Тем не менее, в
процессе проектирования технологии, при наладке оборудования и массовом
производстве низких гаек существуют технологические особенности как на
операции штамповка, так и на операции нарезка резьбы. Обычно
для изготовления низких гаек используется холодноштамповочный автомат той же
модели, что и для гаек нормальной высоты с тем же размером под ключ и
наружным диаметром резьбы. При этом минимально возможная высота низких гаек
ограничена лишь техническими характеристиками автомата. Подача
проволоки в узел отрезки заготовки на большинстве холодноштамповочных
автоматах осуществляется подающими роликами. Длина отрезаемой заготовки
ограничивается упором и регулируемой величиной угла поворота подающих
роликов. Подачу проволоки необходимо отрегулировать таким образом, чтобы
конец проволоки прикасался к упору. Для того чтобы обеспечить постоянный,
точный размер отрезаемой заготовки в автоматическом режиме работы автомата
требуется установить подачу на 0,4…0,5 мм больше необходимого расстояния до
упора [2]. Однако при превышении указанной
величины подачи возможно проскальзывание подающих роликов, повреждение
фосфатного покрытия проволоки, образование поверхностных дефектов на металле,
быстрый износ канавок подающих роликов. Если величина угла поворота подающих
роликов не отрегулирована и конец проволоки не доходит до упора, отрезанная
заготовка может оказаться или слишком короткой или с конца проволоки срежется
только стружка. Для
того чтобы получить качественную отрезанную заготовку без заминов, сколов, поверхностных дефектов необходимо,
чтобы режущие кромки подвижного ножа и неподвижной отрезной втулки были
достаточно острые и имели гладкий и немного скругленный край. Диаметр
неподвижной отрезной втулки должен быть на 1% больше диаметра проволоки, а
диаметр подвижного ножа – на 0,5% больше диаметра отрезной втулки [2]. Зазор между ножом и отрезной втулкой зависит
от диаметра и механических свойств используемого металла проволоки.
Первоначально зазор устанавливается 0,02·d проволоки. Более пластичная сталь требует больше
зазор, менее пластичная сталь – меньше. Окончательная величина зазора для
точной и качественной отрезки заготовки определяется в процессе наладки при
работе автомата в автоматическом режиме. Выполнение указанных требований
особенно актуально при изготовлении низких гаек. Так как, для низких гаек
обычно используется тот же профиль металла, что и для нормальных, исходная
заготовка низкой гайки имеет длину меньше диаметра используемого металла, рис. 1 (28.5 kb).
Поэтому любое отклонение от указанных требований ведет к возникновению
дефектов на готовой детали. Заготовка
после отрезки подается подвижным ножом к первой штамповочной позиции и
проталкивается формующим пуансоном в полость матрицы. Основная функция первой
штамповочной позиции выровнить заготовку по высоте и по диаметру, а возможные
дефекты отрезки, как, например, заусенцы, сколы сдвинуть к центру и на
окончательной позиции удалить их с выдрой при пробивке. Традиционно диаметр
матрицы первой штамповочной позиции устанавливается на 1…2% больше диаметра
отрезанной заготовки. Наружный диаметр заготовки на первой штамповочной
позиции должен быть полностью выровнен в цилиндрической полости матрицы. В
тоже время по внешнему периметру заготовки не должно быть заусенцев. Данное
требование особенно сложно выполнить для низких гаек. Поэтому перед
изготовлением низких гаек автомат должен быть в хорошем техническом
состоянии, не иметь сверхдопустимые зазоры и люфты. Выровненная заготовка
выталкивается в лапки переноса транспортной системы автомата и перемещается
на следующую позицию. Лапки
переноса, в процессе выталкивания заготовки, расположены в плоскости зеркала
блока матриц, равноудалены в стороны от канала матрицы для приема заготовки.
При выталкивании заготовка, под давлением выталкивателя, разжимает лапки
переноса, и проталкивается между ними. Лапки переноса имеют конические
участки, позволяющие постепенно их разжимать. Недостаточный угол или
неравномерные конические участки могут быть причиной неровного вталкивания
низкой заготовки, ее перекос или выпадение из лапок переноса. В
зависимости от модели автомата, конструкции и возможности транспортной
системы, лапки переноса могут перемещать заготовку без поворота и/или с
поворотом на 1800. Лапки перемещают заготовку на очередную
штамповочную позицию и фиксируются над полостью матрицы. Необходимо, чтобы
ось заготовки в лапках переноса и ось матрицы совпадала. Вталкивающий пуансон
на следующей позиции имеет наружный диаметр больше диаметра заготовки зажатой
в лапках переноса. В процессе вталкивания пуансон немного разжимает лапки и
вталкивает заготовку в полость матрицы. При этом диаметр вталкивающего
пуансона не должен превышать 1% диаметра вталкиваемой заготовки. Если диаметр
вталкивающего пуансона требуется больше, то в этом случае необходимо
предусматривать дополнительный подпружиненный осевой поддерживающий стержень
для исключения выпадения заготовки из лапок переноса. Традиционно лапки
переноса для гаек нормальной высоты и низких гаек изготавливают одинаковой
ширины. Тем не менее, для низких гаек предпочтительно использовать лапки
переноса соответствующие высоте гайки. В зависимости
от модели автомата, количества технологических переходов вторая штамповочная
позиция служит для набора металла и формирования заготовки: цилиндрической с
наружными фасками с двух сторон; с предварительным шестигранником, небольшой
наметкой под отверстие и фаской с одной стороны; цилиндрической с небольшим
углублением. Возможным
решением для высадки гаек с высотой меньше 0,5·d (d –
наружный диаметр резьбы) является формирование на второй позиции конической
заготовки на пятипозиционном холодноштамповочном автомате. Для этого
предлагается на второй штамповочной позиции конструкцию полости матрицы
исполнять в форме усеченного конуса с меньшим основанием равным диаметру
отрезанной заготовки, а диаметр бóльшего основания приблизить к
размеру под ключ гайки, рис.
2 (45 kb). Указанный прием позволит: во-первых,
увеличить длину отрезаемой заготовки из условия постоянства объемов;
во-вторых, повысить качество отрезки за счет возможности уменьшить зазор между
ножом и отрезной втулкой; в третьих, исключить смещение заготовки при
вталкивании ее из лапок переноса в формообразующую полость матрицы за счет
направляющего конуса; в четвертых, обеспечить устойчивость заготовки при
наборе металла за счет «закусывания» заготовки в опорной части матрицы; и, в
пятых, использовать для производства низких гаек подкат с диаметром
значительно меньшим наружных размеров гайки. Применение проволоки с диаметром
меньше рекомендуемого (0,92…0,94) S для
пятипереходного или (0,8…0,9) S для четырехпереходного процесса,
традиционной для штамповки шестигранных гаек [1],
позволит расширить возможности автомата при производстве сверхнизких гаек. Третья
штамповочная позиция служит: при четырехпереходном процессе для
окончательного формирования шестигранника,
с выдавливанием наметок под отверстие и окончательным оформлением
внутренних и наружных фасок; при пятипереходном процессе для предварительного
формирования шестигранника с выдавливанием наметки под отверстие и
оформлением наружной фаски с одной стороны. При изготовлении низкой гайки
необходимо использовать вталкивающий пуансон с другой формой и размерами, чем
при изготовлении гайки нормальной высоты. Указанное требование связано с
минимально возможной высотой перемычки перед пробивкой отверстия для
исключения сухого удара вталкивающего и выталкивающего пуансона. Для низких
гаек, при соотношении h/S ≤ 0,5, должно быть
выдержано условие b
≥ 0,25·h, где h – высота гайки, S – размер под ключ, b – высота перемычки [1].
Уменьшение высоты керна вталкивающего пуансона для формирования
наметки под отверстие влияет на снижение интенсивности радиального течения
металла и следовательно, заполнение углов шестигранного канала матрицы, рис. 3 (33 kb).
В этом случае на данной позиции требуется большее усилие деформации, чем при
формообразовании гайки нормальной высоты. Следует отрегулировать инструмент
таким образом, чтобы на заготовке не было образования кольцевого заусенца, а
заготовка имела четкий шестигранный профиль. Расстояние между матрицей и
пуансоном в процессе наладки можно отрегулировать установочным клином. Обычно
между установочным клином и пуансоном стоит вставка. Общая длина пуансона со
вставкой должна быть такой, чтобы установочный клин не находился в верхнем
или в нижнем положении. Если установочный клин не находится в нижнем
положении при аварийной остановке автомата в передней мертвой точке, имеется
возможность за счет опускания установочного клина возобновить работу
автомата. Четвертая
штамповочная позиция служит: при
четырехпереходном процессе для пробивки отверстия, при пятипереходном
процессе для окончательного формирования шестигранника, с выдавливанием наметок под отверстие и
окончательным оформлением внутренних и наружных фасок. При сверхнизкой гайке
наружные и внутренние фаски не исполняются. Для исключения заусенца в
отверстии после пробивки на заготовке перед пробивкой необходимо выдавливать
небольшие наметки в виде конуса высотой h1=0,08·h [1]. Пятая штамповочная
позиция при пятипереходном процессе служит для пробивки отверстия под резьбу.
Как и при пробивке гаек нормальной высоты, в заготовке низкой гайки на пятой
штамповочной позиции отверстие формируется за счет пробивки центральной
перемычки с отделением от заготовки круглой части металла – выдры. При
обратном ходе ползуна, выдра после пробивки отсекается от пробивного пуансона
при помощи шарика или сжатым воздухом. В случае если выдра остается на
пробивном пуансоне, что возможно особенно при изготовлении низких гаек,
необходимо проверить имеется ли износ рабочего пояска пробивного пуансона,
есть ли налипы металла выдры на пуансоне, возможно, уменьшенная толщина выдры
не позволяет отсечь ее шариком выталкивателя. Для нарезки резьбы в низких гайках при массовом
производстве применяют специальные гайконарезные автоматы. При нарезке низких
гаек в отличие от гаек нормальной высоты необходимо использовать в автомате
направляющие элементы в соответствие с высотой гайки. Возможные люфты,
сверхдопустимые зазоры в направляющих линейках, направляющих плашках
гайконарезного автомата могут стать причиной перекоса детали при вталкивании
ее на вращающийся метчик, образования вьющейся стружки, нарезки косой резьбы,
образование сколов на резьбе, смятие резьбы или поломки метчика, рис. 4 (27 kb). При
нарезке низких шестигранных гаек на проход на гайконарезных автоматах типа
2061, 2062, 2063 широкое применение нашли метчики гаечные с изогнутым
хвостовиком по ГОСТ 6951, СТП предприятия, или специальным чертежам. Несмотря
на то, что в большинстве случаев для нарезки низких гаек используют те же
метчики, что и для нарезки гаек нормальной высоты, тем не менее, существуют
особенности в конструкции метчика, которые необходимо учитывать для
формирования качественной резьбы. Основными
конструктивными элементами метчика являются: режущая и калибрующая части,
число, профиль канавок, углы резания, элементы резьбы. Режущая часть
выполняет основную работу по вырезанию профиля. Для распределения работы
резания на большее количество отдельных резцов-зубьев режущая часть
оформляется в виде конуса с углом наклона к оси метчика 3030´
[3]. Традиционно, для гаечных метчиков устанавливается
одинаковая величина режущей части равная 12 шагам нарезаемой резьбы. Тем не
менее, рекомендуемое уменьшение режущей части до 8 витков наиболее
перспективно для нарезки гаек, что позволит уменьшить силу трения, снизить
вероятность защемления стружки, а также опасности заклинивания и поломки
метчика. Для качественного
формирования резьбы значение толщины среза металла должны быть в
пределах 0,02...0,15 мм. Для качественной работы метчика
необходимо, чтобы режущие кромки были расположены равномерно по окружности и
одинаково затылованы. Наличие большого биения на режущей части создает
неравномерную нагрузку на каждое перо и влечет за собой разбивание отверстия.
Биение режущих перьев не должно быть больше 0,06...0,08 мм [3]. Окончательное формирование резьбы
заканчивается после прохода первого калибрующего витка, имеющего полную
высоту профиля резьбы. Следующие витки уже не участвуют в калибровке резьбы и
служат для перемещения гайки. По мере притупления первого полного витка и
переточки метчика роль калибровки переносится на следующий виток. Поэтому калибрующую
часть можно рассматривать также и как резерв для переточки метчика. Тем не
менее, минимальная длина калибрующей части должна составлять не менее
0,6·h гайки. В практике наибольшее распространение для нарезки гаек
М3...М20 на гайконарезных автоматах получили метчики с тремя канавками
(трехперые). Конструкция канавки метчика должна обеспечить достаточное
пространство для выхода стружки, препятствовать налипанию металла,
застреванию и спрессованию стружки между витками и отверстием. Перо метчика
не должно быть широким, так как с увеличением ширины пера возрастает трение
и увеличивается вероятность забивания канавки стружкой. Передний угол
выбирается в зависимости от твердости обрабатываемого материала. Для мягких и
вязких материалов передний угол увеличивают до 12..150, для
твердых - уменьшают до 0...50. Задний угол на метчике получается
путем затылования по наружному диаметру режущей части и устанавливается в
пределах 8...100 [3]. Применяемый металл для изготовления низких гаек влияет как на
качество формирования геометрии шестигранника, внутренних и наружных фасок
при штамповке, так и на формирование резьбы при нарезке. Для производства
низких гаек необходимо применять стали с химическим составом и механическими
свойствами изготовленные специально для холодной объемной штамповки. Так,
например, в соответствие с требованиями ГОСТ 1759.5 для класса прочности 04
применяют стали марки 10, 10кп, 15, 15кп по ГОСТ 10702 с группой осадки 66,
для класса прочности 05 – сталь 20Г2Р по ТУ 14-1-4486-88, или ТУ 14-1-5490-2004. Таким
образом, несмотря на близкое сходство технологического процесса при
изготовлении гаек нормальной высоты и низких гаек существует целый ряд
отличий и требований к технологии и конструкции инструмента, правил наладки и
эксплуатации холодноштамповочного автомата для бесперебойной штамповки низких
гаек. ЛИТЕРАТУРА 2. Operator’s instruction
manual I-151A S2 Cold Nut Formers National Machinery Co. Tiffin, Ohio U.S.A.,
1985. 3. Семенченко И.И., Матюшин В.М., Сахаров Г.Н.
Проектирование металлорежущих инструментов. – М: Машгиз, 1963. - 952 с. с ил. Май
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 |