2.2 냉간 압조 기술의 공정 및 워크스테이션 변형 형상 분석
패스너 제품의 냉간압조(프레싱)는 프레스나 자동 냉간압조기로 완성됩니다. 순차 냉간 프레싱, 싱글 스테이션, 멀티 스테이션 냉간 단조에서는 상위 시퀀스 또는 상위 스테이션 단조(프레싱)의 반제품 형상이 다음 시퀀스 또는 다음 스테이션의 형성에 직접적인 영향을 미칩니다. 따라서 합리적인 변형률 배분을 바탕으로 올바른 변형형상을 어떻게 결정하는가는 향후 변형 및 제품의 품질과 직결된다.
2.2.1 막대형 패스너의 냉간압조(프레싱) 공정
막대 모양 패스너의 냉간 압조(프레싱) 가공은 각 공정(스테이션)의 관련 매개변수를 고려해야 합니다. 주요 매개변수에는 단조 비율이 포함됩니다. 여기서 Lo와 do는 각각 블랭크 단조 부분의 원래 길이와 직경입니다. D. H는 그림 36-7과 같이 단조 후 가공물의 직경과 높이를 나타냅니다.
Lo/do는 블랭크의 뒤집기 변형에 대한 세로 안정성, 즉 뒤집는 동안 세로 굽힘에 저항하는 블랭크의 뒤집기 부분의 능력을 측정한 것입니다. Lo/do의 값이 작을수록 헤드 단조에 유리합니다. Lo/do 값이 너무 크면 블랭크의 단조부분에 세로방향 굽힘이 발생한다. Lo/do 값 외에도 빌렛의 뒤집힌 변형의 종방향 안정성에 영향을 미치는 다른 요소가 있습니다. 자동 냉간압조기든 절단기든, 블레이드나 슬리브 커터로 절단하든 블랭크의 절단 단면은 축에 수직이 될 수 없으며 1도에서 5도의 경사를 가져야 합니다. 이와 같이 냉간압조(프레스)시 빌렛에 가해지는 초기 펀칭력이 중앙에 있지 않고 편심이 발생하여 빌렛에 힘이 고르지 않게 되어 헤드성형시 세로방향 굽힘으로 인해 변형 및 접힘이 고르지 않게 된다. 경사각이 작은 단면의 경우 변형 중에 발생하는 세로 굽힘이 명확하지 않아 헤드 품질에 영향을 미치지 않습니다. 냉간압조(프레싱) 공정에서 절단 후 성형을 위한 블랭크를 배열하는 주된 목적은 이를 달성하기 위한 것이다.
또한, 초기 펀칭 캐비티의 하단은 빌렛에 단조력을 가하는 전달면이다. 중심이 어긋나면 합력의 중심도 필연적으로 어긋나게 됩니다. 마찬가지로 세로방향 굽힘 발생에도 영향을 미치는 요소이다. 초기 펀칭 중에 스프링이 장착된 상단 로드를 사용하면(그림 36-13 참조) 이러한 영향을 완화할 수 있습니다. 공작 기계의 작동 정확도 및 작업자의 고정 장치 설치 조정 수준과 같은 다른 요소도 초기 펀칭 성형에 영향을 미칩니다.
초기 펀칭 변형 중 빌렛의 안정성을 향상시키기 위해, 특히 저탄소 강 및 절단 특성이 좋지 않은 기타 강종의 경우 변형 중 빌렛의 안정성을 높이기 위해 원추형 외에도 다음이 있어야합니다. 그림 36-12에 표시된 것처럼 초기 펀칭의 작은 끝 부분에서 작업 공동에 높이 1.5-2mm의 원통형 공동이 있어야 합니다.
그림 36-12 초기 업세팅 펀치의 내부 캐비티 형태
경험에 따르면 Lo/do가 2.3 이하인 경우 세로 굽힘 없이 헤드를 형성하려면 단 하나의 단조만 필요합니다. Lo/do가 4.5 이하인 경우 헤드 성형을 완료하려면 두 가지 단조 공정이 필요합니다. Lo/do가 8 이하인 경우 3회 단조를 거쳐 헤드 성형을 완료해야 합니다. 즉, Lo/do의 값이 클수록 단조횟수가 많아지게 됩니다. 중탄소강 및 합금강의 경우 단조로 인한 냉간 가공 경화로 인해 후속 변형 공정을 수행하기가 어렵습니다. 이 경우 연속냉간단조(프레싱)를 순차적 냉간프레싱으로 변경해야 한다. 공정 간 반제품을 연화 및 어닐링 처리하여 반제품의 경도를 낮추고 공정 변형 시 발생하는 내부 응력을 제거합니다.
D/H 비율이 클수록 단조 난이도가 높아집니다. 실제로 D와 H를 나타내는 제품의 최종 변형 치수는 부피로 계산할 수 있으며, 그런 다음 블랭크의 필요한 길이 Lo와 직경 do를 계산할 수 있습니다. Lo/do 값을 사용하여 혼란스러운 횟수를 결정할 수 있습니다.
(1) 육각머리 볼트 머리의 초기 뒤집힘 형상 결정
초기 단조의 형상을 합리적으로 결정하면 금형 캐비티 내 금속의 흐름이 원활해지고 금속 섬유의 흐름이 안정적으로 유지되며 다음 작업대의 변형이 촉진됩니다.
초기 단조의 형상은 원추형이며 초기 단조 원추형 금형 캐비티에는 그림과 같이 스프링 상단 로드(바늘)가 없는 것과 스프링 상단 로드(바늘)가 있는 두 가지 형태가 있습니다. }}.
그림 36-13 초기 혼란스러운 프로토타입 캐비티
그림 36-14 초기 업세팅 펀치의 내부 캐비티 형태
스프링 상단 로드가 없는 원추형 펀치는 긴 로드 작업물을 뒤집는 데 사용됩니다. 스프링 상단 로드가 있는 펀칭 다이는 로드 단면이 더 짧은 작업물에 사용됩니다. 초기 펀칭용 스프링 탑 로드가 없는 원추형 캐비티의 원뿔 각도는 적절하게 커야 공작물이 초기 단조 금형에서 쉽게 분리될 수 있습니다. 일반적으로 8°~16°로 취하며, 초기 단조 펀치의 내부 캐비티 형상은 그림 36-14에 나타나 있다.
세 번의 타격으로 단조할 경우 두 개의 원뿔을 단조해야 합니다. 첫 번째 원뿔은 2도에서 3도 사이의 특히 작은 원뿔 각도를 가지며 성형에 기본적인 역할을 하며 두 번째 초기 단조 변형 중에 우수한 정렬과 안정성을 보장합니다. 원추형 펀치의 작업 공간 크기는 뒤집힐 헤드 모양의 부피, 와이어 직경 및 펀치와 다이 사이의 거리를 기준으로 계산할 수 있습니다. 그림 36-15에서 전체 원추형 머리의 부피는 부피 V1과 부피 V2, 즉 V-cone=V1+V2의 두 부분으로 구성되어 있음을 알 수 있습니다. , V-cone은 정밀 단조 후 제품 헤드의 부피, 즉 V와 같습니다. 제품 크기로부터 V를 계산할 수 있으면 V1=V-V2입니다.
그림 36-15 배아 머리 모양
그림 36-15에서 펀치와 다이 사이의 간격 거리, 다이의 작업 공동 깊이, 내부 금속의 충전 형태, V2를 형성하는 배럴 직경. 따라서 일반적으로 다음과 같은 경험식이 사용됩니다.
V1=KV(mm3)(공식 36-17)
공식에서 V - 제품의 머리를 형성하는 부피
K - 제품 형상 계수
육각 헤드 볼트 및 육각 헤드 가이드 넥 볼트의 경우 K=0.75-0.85;
반 둥근 머리 나사의 경우 K{{0}}.7 ~ 0.8;
접시머리 나사의 경우 K{{0}}.5 ~ 0.6.
원뿔의 작은 끝 직경 dM은 원재료의 최소 크기와 같거나 약간 작으며, 원뿔의 큰 끝 직경 DK는 1.2-1.3 dM로 간주됩니다.
DK=1.2dM일 때 원뿔의 볼륨 V1은 다음과 같습니다.
DK=1.3dM일 때,
(2) 기계나사의 초기 단조형상 결정
기계 나사에는 다양한 유형이 있으며 주로 머리의 기하학적 모양이 다릅니다. 전반적으로 기계나사 머리를 성형하기 위한 단조 비율(S=Lo/do 및 D/h)이 상대적으로 작아서 단조가 더 쉽습니다. 간단한 머리 모양의 기계나사의 경우 그림36-16과 같이 냉간단조로 제작된 가공물을 클릭하면 1회성 단조가 가능하다. 그러나 많은 종류의 기계 나사에는 복잡한 머리 홈이 있습니다. 크로스 그루브형의 경우 헤드 성형에 2회 이상의 업셋이 필요합니다. 초기 펀칭 형상은 표준에 따른 홈 요구 사항을 충족하는 단조 제품에 결정적인 역할을 합니다.
그림 36-16 냉간압조로 생산된 공작물을 클릭합니다.
정밀 단조 헤드를 성형할 때 홈에도 전복 및 압출이 발생합니다. 이때, 제품 헤드의 변형은 Upsetting으로 인해 금속이 유동하여 헤드의 큰 끝 부분을 채우는 원인이 될 뿐만 아니라, 홈의 돌출로 인해 힘의 반대 방향으로 흐르는 경향을 가지게 되며, 따라서 큰 쪽 가장자리의 금속 충전에 영향을 미칩니다. 특히 홈방향에서는 "고기빠짐"현상이 뚜렷이 나타납니다. 국부적인 불완전성 문제를 해결하기 위해 초기 펀칭 상단을 원호 형태로 만든다. 접시 머리 십자 홈 나사의 초기 펀칭을 위해 상단은 그림 36-17과 같이 원뿔 각도가 120도 ~ 150도인 원추형으로 만들어집니다. 그 목적은 변형 중에 금속의 역류를 줄이는 것인데, 이는 헤드의 큰 끝 부분을 채우는 데 유리합니다.
내부 육각형 원통 머리 나사의 초기 단조 형상 결정. 냉간 압조 내부 육각 원통형 헤드 나사(헤드 단조 비율이 1.5 미만)는 등급 8.8, 10.9 및 12.9의 헤드에 있는 깊은 내부 육각형 구멍으로 인해 복잡한 기하학적 모양과 높은 제품 성능 요구 사항을 갖습니다. 사용되는 강철은 냉간 성형 성능이 좋지 않고 전복, 전방 압출 및 역압출을 포함하여 복잡한 헤드 변형이 있는 중탄소강, 합금강입니다. 따라서 이러한 제품의 초기 펀칭 성형은 일반적으로 초기 헤딩과 두 번째 프리 헤딩을 거쳐야 합니다. 그림 36-18에는 생산 시 일반적으로 사용되는 몇 가지 초기 단조 형상이 나열되어 있습니다. 2차 시퀀스 프리헤딩에서는 헤드부에 내부 육각형 예성형 오목홀을 형성하여 다음 작업대에서 내부 육각홀 조련시 변형을 감소시킨다. 역압출 변형 시 금속의 유동저항을 감소시켜 육각펀치가 부담하는 하중을 최대한 최소화하고, 헤드 상단과 하단 모서리에 금속 유동이 고르게 채워지게 됩니다.
그림 36-17 크로스 그루브 플랫 라운드 헤드 냉간압조 공정
그림 36-18 냉간압조 육각 원통머리 나사의 초기 및 두 번째 단조 블랭크의 개략도
(4) 막대형 패스너의 정밀 단조
막대 모양 패스너의 정밀 단조는 사전 성형된 블랭크 헤드를 상부 금형과 하부 금형 사이의 작업 공간으로 단조하여 제품 헤드의 최종 모양과 크기를 얻는 공정입니다.
헤드의 변형은 제품 헤드의 기하학적 치수에 따라 달라지며 일반적으로 다음과 같은 형태를 취할 수 있습니다.
ㅏ. 육각형 및 사각형 머리 볼트
그림 36-19에 표시된 성형 영역에는 머리 높이의 1/3이 상부 모델 캐비티에 형성되고, 1/3~2/5이 하부 모델 캐비티에 형성되고, 나머지는 플래시 가장자리를 형성하는 세 가지 영역이 있습니다. 상부 금형과 하부 금형 사이의 틈에. 마지막으로 트리밍 공정을 통해 육각형 및 사각형 헤드의 트리밍이 완료됩니다.
비. 반원형 및 납작한 원형 헤드가 있는 기계 나사로, 헤드가 상부 다이(가벼운 펀칭) 구멍에 완전히 형성되어 있습니다.
씨. 내부 육각형 원통형 헤드 나사 및 오목형 육각형 헤드 볼트와 같은 제품으로 헤드가 하부 금형 캐비티에 형성됩니다. 정밀 단조이기 때문에 상부 및 하부 금형의 작업 공간은 제품 헤드 크기 요구 사항을 충족해야 합니다.
(5) 막대형 체결구의 축소 공정
육각 머리 볼트는 3.6에서 12.9 레벨까지의 광범위한 강도 레벨을 갖는 널리 사용되는 패스너로 생산됩니다. 중간 및 낮은 강도 등급의 육각 머리 볼트의 경우 일반적으로 두 가지 공정이 생산에 사용됩니다. 하나는 미세 로드 공정이고 다른 하나는 거친 로드 감소 공정입니다. 소위 얇은 막대는 냉간 단조용 나사 빌렛의 직경과 동일한 와이어입니다. 와이어의 크기는 거의 변하지 않으며 막대는 실로 직접 꼬일 수 있습니다. 굵은 막대는 나사산의 외경보다 큰 와이어입니다. 냉간 단조 공정에서는 스레드의 길이가 스크류 블랭크의 크기에 도달하도록 1개, 2개 또는 그 이상의 축소가 배열됩니다.
내부 육각 원통 머리 나사는 국가 표준에 따라 등급 8.8 이상의 고강도 제품입니다. 헤드 변형 정도는 크지 않지만 사용된 와이어는 강도가 높고 가소성이 낮습니다. 따라서 거친 막대 감소 공정이 일반적으로 사용됩니다. 냉간압조 중에 나사봉의 직경이 나사 블랭크의 크기에 도달하도록 1회 이상의 축소 작업이 수행됩니다.
육각 머리 볼트는 미세 로드 공정을 채택하고, 거친 로드에 비해 냉간 압조 시 헤드 변형 정도가 증가합니다. 짧은 사양의 전나사 제품 생산에 적합합니다. 얇은 로드 기술을 사용하여 볼트를 생산할 때 종종 다음과 같은 문제에 직면합니다.
헤드의 변형 정도가 크고 균열이 발생하기 쉽습니다. 육각형 모서리 균열을 절단해도 완전히 제거되지 않는 경우가 있습니다.
업세팅 중에 머리는 종종 심각한 변형으로 인해 세로 방향으로 구부러져 그림 36-20에 표시된 것처럼 지지 표면에서 1/3 거리에서 접히고 볼트가 뒤집히게 됩니다.
헤드와 로드 사이의 결합 강도가 좋지 않으면 얇은 로드 볼트가 뒤집어지는 숨겨진 위험이 됩니다. 거친 로드 감소 기술을 사용하면 위의 문제를 피할 수 있습니다. 그러나 축소 필요성으로 인해 축소력이 증가할 뿐만 아니라 이에 따라 금형 구조도 복잡해집니다.
1. 초기 단조 금형 2-오목한 주형; 3- 구성요소; 4-상단 로드; 5-쿠션 블록
그림 36-19 냉간압조 육각머리와 사각머리의 개략도
그림 36-20 두꺼운 로드 볼트 머리와 얇은 로드 볼트 머리를 뒤집어서 형성된 접힘의 개략도
일반적으로 경질 합금으로 가공되는 환원 다이가 있어야 하며, 이는 금형 비용을 증가시킵니다.
또한 와이어의 표면 윤활 및 재료 경도에 대한 특별한 요구 사항이 있습니다. 생산에 사용되는 대부분의 와이어는 인산염 처리 및 비누화 처리를 거쳤습니다. 와이어는 구형화 어닐링 후 경도가 75-85 HRB여야 합니다.
전반적으로 거친 봉 축소 공정은 와이어 및 금형에 대한 요구 사항이 높아 생산 비용이 증가하지만 제품 품질 측면에서는 재료 소성 불량으로 인한 제품 균열을 줄일 수 있습니다. 재료 활용도 향상, 제품 강도 요구 사항 보장 및 전반적인 경제 효율성은 여전히 양호합니다.
(6) 볼트 머리의 절단면
육각 머리 볼트에는 오목한 머리가 있는 것과 평평한 머리가 있는 것의 두 가지 유형이 있습니다. 생산 및 사용 측면에서 볼 때 접시 머리가 있는 육각 머리 볼트가 전체 수량의 90% 이상을 차지합니다. 헤드에 오목한 구멍이 있는 볼트는 헤드의 직접적인 냉간 단조(프레싱)로 인해 와이어의 소성에 대한 요구 사항이 높습니다. 육각형 모서리는 품질이 좋지 않은 모서리로 채워져 종종 모서리가 드러나지 않으며 조이는 동안 미끄러지기 쉽습니다. 이는 장비의 자동 조립 라인에 더욱 민감하게 반영되어 이러한 유형의 헤드형 볼트 생산을 객관적으로 제한합니다.
납작한 머리와 육각형 모양의 볼트는 모서리를 절단하여 형성됩니다. 절단 모서리는 다중 스테이션 생산 공정에 따라 다중 스테이션 자동 냉간 압조 기계에 배열되거나 전용 절단 기계로 완료될 수 있습니다.
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