РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИЙ СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ

Любой автомобиль содержит большое количество крепежных соединений,например с помощью болтов. В автомобильной промышленности используются как обычные штампованные болты, применяемые в менее ответственных узлах, так и специальные автомобильные болты, характеризующиеся мелким шагом резьбы для уменьшения вибраций, структурой металла и степенью закалки. Сейчас очень часто поднимается вопрос о модернизации и оптимизации крепежных деталей и соединений в автомобильной технике, поскольку это важный аспект для повышения надежности и долговечности автомобиля в целом.

Производство отечественного автомобильного крепежа сформировалось ещё в период плановой экономики СССР, и основной его объём приходился вначале на завод «Красная Этна» (г. Нижний Новгород), а впоследствии (с появлением «АвтоВАЗа») – завод «Автонормаль» (г. Белебей). Эти же предприятия были основными поставщиками крепежа классом прочности 8.8 (σ_в=800 МПа и выше) [10, c. 6].

Характерно, что в зарубежной промышленности производство высокопрочных крепежных изделий (класс прочности 8.8 и выше) составляет 90–95%от общего объема изготавливаемого крепежа, тогда как в РФ этот показатель непревышает 18%. Низкая доля применения упрочнённого крепежа представляется негативным технико-экономическим показателем как промышленности, производящей эту продукцию, так и промышленности, производящей конструкции, использующие данный крепёж. Для первой – это неоправданное повышение материалоёмкости производства деталей. Для второй – нерациональное завышение массы конструкций и, соответственно, ухудшение их эксплуатационных качеств. В обоих случаях применение неупрочненного крепежа негативно отражается на конкурентоспособности выпускаемой продукции [4, с. 34].

Существующая проблема расширения производства упрочнённого крепежа представляет собой актуальную задачу, как для отечественного машиностроения в целом, так и автомобильной промышленности, в частности. Для ее решения в НГТУ им. Р.Е. Алексеева проводились исследования, приоритетным направлением которых явилось снижение стоимости производственного крепежа, при сохранении эксплуатационных свойств, за счет рационализации технологии упрочняющей обработки крепежа и минимизации стоимости стали.

Рационализацию упрочняющей обработки исследователи связали с максимальным использованием упрочнения, возникающим при холодном пластическом деформировании металла, применяемом в процессе изготовления готовых длинномерных деталей крепёжного назначения. Причём предполагается достижение такого же уровня упрочнения, который достигается закалкой и отпуском готовых деталей, что позволит исключить их из производственного цикла изготовления крепежа [7, c. 29].

В плане минимизации стоимости стали предпочтительной представляется сталь 40Х. На волочение проката в холодном состоянии сталей с содержанием углерода свыше 0,2% (стали 35, 40, 45), а также легированных конструкционных сталей (35Х, 38ХА,40Х.), большое влияние оказывает размер и ориентировка зерен и структура стали. При значительном размере зерен структуры калиброванного проката, используемого для холодной объемной штамповки (ХОШ), возможны скалывание и расслоение головки болтов. При очень мелком зерне возрастает усилие деформации. Для этих сталей при высадке болтовых изделий наиболее благоприятной является структура, определяемая числом зернистого перлита 70-80 [2, с. 90].

Данная марка стали стандартизована (ГОСТ 10702-78), она традиционно имеет наибольшее распространение для упрочняемых крепёжных изделий и зарекомендовала себя легко осваиваемой метизным производством любой степени массовости. И, наконец, соответствующее содержание углерода и легирование хромом (достаточно экономное) упрощают реализацию предлагаемого технического решения во всех его технологических компонентах [10, c. 9].

Эксплуатационные показатели проката, предназначенного для изготовления стержневых изделий, формируются на всех стадиях металлургического передела, начиная с выбора шихтовых материалов для выплавки металла и заканчивая обработкой готовой проволокои [1, c. 113].

Целью данного исследования явилось решение актуальной научно-технической задачи разработки ресурсосберегающей термомеханической подготовки стальных заготовок на основе изучения совместного влияния изотермической (патентирования) и пластической (волочения) обработки на структурное состояние и механические характеристики для дальнейшего получения длинномерных болтов.

В работе на основании результатов исследования влияния различных режимов термомеханической подготовки на структуру и механические характеристики горячекатаного (г/к) проката; степени обжатия на структуру и механические характеристики проката; температуры патентирования на структуру и механические характеристики проката; совместного влияния изотермической и пластической обработок на структуру, пластические и прочностные характеристики, твердость проката разработана ресурсосберегающая технологическая схема термомеханической подготовки проката стали 40Х для дальнейшего изготовления из него упрочненных длинномерных болтов с низкой обрезной головой, соответствующих классу прочности 9.8 [10, c. 10].

Волочение проката производилось на однократном волочильном стане ВС/1-750, соответственно со степенями обжатия 5, 10, 20, 30, 40 и 60%. В качестве технологической смазки использовалась мыльная стружка [6, c. 34].

Сравнительные схемы производства проката 40Х приведены на рис. 1 [10, c. 129].

Рисунок 1. Сравнительные технологические схемы производства проката 40Х

Из полученного проката (по предложенной технологии) методом холодной высадки изготовлены длинномерные болты с небольшой шестигранной обрезной головой. При высадке длинномерных болтов наибольший прирост сопротивления пластической деформации наблюдался непосредственно в самой цилиндрической головке. Степень сжатия головки ε = ln [12,4/6] = 0,73. Все образцы калиброванного проката выдержали сжатие со степенью деформации ε > 0,73 [8, c. 189].

В работе требуемые механические характеристики, соответствующие классу прочности 9.8, на калиброванном прокате и готовых длинномерных болтах из стали 40Х получены без их закалки и отпуска. По данной технологии подготовки калиброванного проката под высадку болтов получен патент на изобретение № 2380432 [9, c. 136]. Результаты исследований опробованы на производстве и приняты кдальнейшему использованию при изготовлении болтов класса прочности 8.8, 9.8 и 10.9. Предполагается достижение такого же уровня упрочнения, как и при термическом упрочнении, что позволит исключить его из производственного цикла изготовления готовых деталей [3, c 190].

Однако предлагаемое техническое решение не исключает полностью термическое упрочнение, которое остается как предварительная термическая обработка – патентирование, упрочняющий эффект которого усиливается в результате последующего окончательного волочения [5, c. 29].

 

Список литературы:

1. Филиппов А.А., Пачурин Г.В., Кузьмин Н.А. Анализ качества проката для холодной высадки крепежных изделий // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2014. №8 (часть 2). С. 111-116.
2. Филиппов А.А., Пачурин Г.В., Кузьмин Н.А. Влияние химического состава и структуры стали на качество проката для изготовления болтов // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2014. №8 (часть 2). С. 87-93.
3. Филиппов А.А., Пачурин Г.В., Кузьмин Н.А. Упрочняющая обработка проката для крепежа с целью снижения его стоимости // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2014. №8 (часть 2). С. 107-111.
4. Филиппов А.А., Пачурин Г.В. Основные направления развития производства высокопрочного крепежа // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2014. №8 (часть 4). С. 30-36.
5. Филиппов А.А., Пачурин Г.В. Ресурсосберегающая подготовка стального проката к холодной высадке крепежных изделий // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2014. №8 (часть 4). С. 23-30.
6. Филиппов А.А., Пачурин Г.В., Кузьмин Н.А. Влияние степени деформации с последующим патентированием на механические характеристики горячекатаной стали 40Х // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2014. №10 (часть 3). С. 33-41.
7. Филиппов А.А., Пачурин Г.В., Кузьмин Н.А. Устойчивость аустенита при разных температурах и механические свойства горячекатаной стали 40Х // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2014. №10 (часть 3). С. 27-33.
8. Филиппов А.А., Пачурин Г.В. Влияние температуры патентирования после обжатия с разной степенью на механические свойства проката стали 40Х // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2014. №11 (часть 2). С. 182-191.
9. Филиппов А.А., Пачурин Г.В., Чиненков С.В. Формирование структурно-механических свойств стальных заготовок для упрочненных болтов: Монография. – НГТУ. – Н. Новгород, 2012. – 151 с.
10. Филиппов А.А., Пачурин Г.В., Чиненков С.В., Власов В.А., Меженин Н.А. Ресурсосберегающая подготовка заготовок для упрочненных болтов: учеб. Пособие / А.А. Филиппов [и др.]; под общей редакцией Г.В. Пачурина, Нижегород. Гос. Техн. ун-т им. Р.Е. Алексеева. – Н. Новгород, 2013. – 154 с.[schema type=»book» name=»РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИЙ СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ » author=»Каличенок Дмитрий Александрович, Пачурин Герман Васильевич, Филиппов Алексей Александрович » publisher=»БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА» pubdate=»2017-06-15″ edition=»ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_ 30.12.2014_12(09)» ebook=»yes» ]