Обеспечение качества дюбелей совершенствованием технологических переделов производства проволоки тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.23, кандидат технических наук Соколов, Алексей Александрович

• Соколов, Алексей Александрович
• кандидат технических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат технических наук Соколов, Алексей Александрович

ВВЕДЕНИЕ.

1. АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ПРОИЗВОДСТВА ДЮБЕЛЕЙ.

1.1. Пути улучшения качества дюбелей.

1.2. Анализ методик оценки качества продукции.

1.3. Выбор и обоснование параметров состояния заготовки и технологии производства дюбелей.

1.3.1. Требования к исходному металлу для производства дюбелей.

1.3.2. Анализ технологических параметров производства проволочной заготовки для изготовления дюбелей.

1.3.3. Влияние однородности деформации при формировании свойств проволоки в процессе волочения.

1.3.4. Влияние суммарных и единичных обжатий на свойства проволоки

1.3.5. Формирование структуры при деформации волочением.

1.3.6. Формирование структуры стали после сфероидизирующего отжига.

1.3.7. Калибровка заготовки под холодную высадку.

1.3.8. Изготовление крепежных изделий холодной пластической деформацией.

1.3.9. Изотермическая закалка дюбелей.

1.4. Применение феноменологических подходов теории разрушения к процессу волочения.

1.5. Выводы и задачи исследования.

2. ОЦЕНКА ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАЧЕСТВА ДЮБЕЛЕЙ СТАТИСТИЧЕСКИМИ МЕТОДАМИ.

2.1. Анализ качества дюбелей методом экспертных оценок.

2.2. Исследование влияния структурного состояния стали на качество проволоки при волочении.

2.3. Построение диаграммы Парето по количеству несоответствующей продукции действующего производства.

2.4. Выводы по главе.

3. ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ВОЛОЧЕНИЯ УГЛЕРОДИСТОЙ ПРОВОЛОКИ.

3.1. Оценка способности материала к волочению с учетом поврежденности стали.

3.2. Совершенствование программы расчета поврежденности «Прогноз-С» на основе феноменологической теории разрушения.

3.3. Исследование маршрутов волочения в зависимости от структурного состояния стали и поврежденности проволоки.

3.4. Выводы по главе.

4. ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ ГЕОМЕТРИИ КАНАЛА ВОЛОЧИЛЬНОГО ИНСТРУМЕНТА НА СВОЙСТВА И СТРУКТУРУ ПРОВОЛОКИ.

4.1. Выбор варьируемых факторов и определение значений функций отклика.

4.2. Обработка экспериментальных данных механических испытаний проволоки.

4.3. Определение величины микротвердости по маршруту волочения.

4.4. Выводы по главе.

5. ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ И СТРУКТУРЫ ДЮБЕЛЯ ПОСЛЕ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ.

5.1. Изучение влияния режимов термической обработки на механические свойства дюбеля.

5.2. Исследование структуры дюбелей после изотермической закалки.

5.3. Выводы по главе.

6. ВНЕДРЕНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПРОВОЛОКИ ДЛЯ

ИЗГОТОВЛЕНИЯ ВЫСОКОКАЧЕСТВЕННЫХ ДЮБЕЛЕЙ.

6.1. Разработка рекомендаций к волочильному инструменту для производства проволоки.

6.2. Разработка рекомендаций к маршруту волочения для производства проволоки.

6.3. Производственное апробирование результатов исследования.

6.4. Построение диаграммы Парето после совершенствования технологии производства проволоки.

6.5. Выводы по главе.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Обеспечение качества дюбелей совершенствованием технологических переделов производства проволоки»

Крепежные изделия относятся к наиболее распространенным деталям машин и сооружений, потребность в которых составляет 1,2-1,5% от количества выплавляемой стали.

Машиностроение, транспорт, металлургия, строительство и другие отрасли народного хозяйства потребляют в очень большом количестве крепежные изделия. Учитывая, что выпуск крепежных изделий является массовым, крупнотоннажным, становится ясным, что его производство должно быть наиболее рациональным, обеспечивающим наименьшие затраты труда и материальных ценностей при высокой производительности и высоком качестве изделий.

Применение крепежа повышенной прочности позволяет уменьшить количество устанавливаемых изделий, снизить металлоемкость сооружений, уменьшить трудозатраты при сборке и эксплуатации. Среди используемых современной промышленностью и строительством быстроустанавливаемых крепежных изделий особое место занимает применение таких крепежных изделий, как дюбель-гвоздь.

Дюбели предназначены для крепления деталей, оборудования, изделий и материалов электротехнического, общестроительного, тепло- и гидроизоляционного назначения к кирпичным, бетонным, железобетонным и металлическим основаниям, конструкциям и элементам зданий и промышленных сооружений. В настоящее время дюбели получают широкое применение: в металлострои-тельстве - для скрепления металлических конструкций различного назначения взамен соединения их резьбовыми крепежными элементами, заклепками и электросваркой; в судостроении - для крепления плит покрытий в помещениях и отсеках судов к элементам корпуса; в металлургии - для пристрелки металлических заплат на ковшах, бирок к поверхности блюма и сляба, а также для крепления колосниковых решеток и сменной футеровки в изложницах и других металлургических устройствах и конструкциях [1-3], поэтому задача достижения гарантированных свойств изделия с повышенными механическими характеристиками актуальна и заслуживает серьезного внимания.

Увеличивающийся с каждым годом объем применения дюбельного соединения в строительных и монтажных работах объясняется высокой производи- • тельностью процесса и надежностью крепления деталей к строительным основаниям [4,5].

Одним из наиболее крупных производителей дюбелей-гвоздей является ОАО "Магнитогорский метизно-металлургический завод". В настоящее время завод производит дюбели-гвозди как для ручной забивки (по ТУ 14-4-1844-99), так и для забивки из поршневых монтажных пистолетов (по ТУ 14-4-1731-92) в строительные основания, такие как бетон, кирпич и т.д.

Из анализа результатов испытаний отечественного дюбеля установлено, что его качество несколько уступает зарубежным аналогам. Необходимо отме- • тить, что для производства 100 креплений необходимо более 120 дюбелей, при условии, что все дюбели соответствуют нормативам ТУ. В реальных условиях из-за недостаточной пластичности и повышенной хрупкости дюбеля показатель незакрепившихся изделий превышает 30% и более. В связи с этим не вызывает сомнений необходимость разработки новой технологии для усовершенствования производства дюбеля. Разработка и внедрение в производство новой усовершенствованной технологии позволит получать высококачественный дюбель для всех отраслей промышленности.

Высокое качество крепления деталей к строительным основаниям дюбелем • достигается тем, что он под действием энергии порохового заряда, действующего на поршень, внедряется в строительное основание, частично вытесняет его материал и уплотняет его вокруг себя, создавая при этом поля напряжений, определяющие несущую способность соединения. Кроме того, при забивании дюбеля в металлические конструкции возникают дополнительные силы сцепления, благодаря диффузионному схватыванию и привариванию его к металлу основания. Оптимальная глубина проникания дюбеля, обеспечивающая высокое качество соединения, для строительных оснований из бетона составляет 25

40 мм, а для металлических конструкций с временным сопротивлением ст^ около 500 Н/мм - 15-20 мм. Чтобы соответствовать этим требованиям, дюбели должны обладать высокой динамической прочностью, продольной устойчивостью, твердостью HR-Сэ 53-56 и высокой пластичностью и вязкостью, определяемыми углом их изгиба [1, 6, 7]. Из опыта производства монтажных работ дюбель должен без разрушения выдерживать изгиб на угол до 90°.

За рубежом ведущими производителями монтажных пистолетов и дюбелей ' являются фирмы: «Hilti» («Хилти»); «Ramset» («Рамзет»), США; «Speed-Matic» («Спид-Матик»), Франция; «Gunnebo Brucks» («Гуннебо Брукс»), Швеция; «Iwka» («Ивка»), ФРГ; «La chausse» («Ля шоссе»), Бельгия; «Electrochimica Bos-song» («Электрохимика Боссонг»), Италия; «Carl Bauer» («Карл Бауэр»), ФРГ и др. Эти фирмы выпускают дюбели - гвозди со стержнем диам. 3,4-4,5 мм и длиной 15-100 мм; дюбели-винты с резьбой М4 - М10 с длиной заостренного стержня, который внедряется в строительные основания на глубину от 15 до 50 мм [8].

К дюбелям, кроме соответствия определенных геометрических параметров, указанных в ТУ, предъявляются жесткие требования по твердости (не менее 51,5 HRC3) и сохранение целостного состояния (без разрушения) при ударе свободно падающей массы. Эти требования относятся к классу обычных дюбелей. Для получения дюбелей высококачественных необходимым критерием является испытание на угол загиба с нормативными характеристиками, заложенными в соответствующей документации. Угол загиба является переменным в зависимости от диаметра и длины готового изделия.

Крепежные изделия повышенной прочности (дюбели-гвозди, дюбели-винты) применяются для крепления деталей к бетонным основаниям и металлическим конструкциям при помощи монтажных пистолетов. Использование в промышленности и строительстве низколегированных и легированных сталей

•у больших толщин прочностью 450.510 Н/мм требует организации производства дюбелей с улучшенными эксплуатационными характеристиками [9], к которым относят продольную устойчивость, ударную прочность и проникающую способность при забивании.

Целью данной работы является получение высококачественных дюбелей путем совершенствования технологических параметров процесса волочения и геометрических параметров волочильного инструмента с учетом структурного фактора.

Для достижения этой цели поставлены и решены следующие задачи:

- анализ и выбор факторов, оказывающих наибольшее влияние на качество готовой продукции;

- выбор качественных и количественных характеристик исходного сырья для обеспечения технологичности по всем переделам при производстве изделия;

- анализ технологических параметров производства и разработка усовершенствованной технологии получения высококачественных дюбелей;

- создание нормативно-технической документации для обеспечения заданного качества дюбелей-гвоздей.

Заключение диссертации по теме «Стандартизация и управление качеством продукции», Соколов, Алексей Александрович

6.5. Выводы по главе

1. Разработана конструкция волоки с рациональным соотношением геометрических параметров волочильного инструмента. Выведена эмпирическая зависимость, позволяющая оптимизировать геометрию канала волочильного инструмента alh = -11,0391п(й?) + 29,553 в зависимости от диаметра проволоки.

Построена графическая зависимость отношения угла рабочего конуса волоки к высоте калибрующего пояска от диаметра проволоки.

2. Предложен новый способ многократного волочения углеродистой проволоки, суть которого заключается в выборе рациональных обжатий по проходам, причем коэффициенты вытяжки {л, связаны с проходами п при волочении 2 определенным соотношением: ju = 0,0237л - 0,1852л +1,5112.

3. Технология производства высококачественных дюбелей была успешно апробирована на ОАО «МММЗ» в холодно-прессовом цехе №2. В результате чего были выданы следующие рекомендации:

3.1. Для изготовления дюбелей повышенного качества в качестве исходного сырья использовать сорбитизированную катанку диам. 6,5 мм класса «ВК» из стали марки 70.

3.2. Для волочения углеродистой проволоки диаметром до 15 мм использовать волоки с заданным в работе соотношением геометрических параметров канала волочильного инструмента и в соответствии с разработанным маршрутом волочения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. На основе известных методов оценки влияния различных факторов процесса на качество дюбеля установлены приоритетные показатели, которые отвечают соответствующим технологическим операциям, при помощи которых можно влиять на формирование свойств готового изделия.

2. На основе экспериментальных исследований получены эмпирические зависимости между геометрическими параметрами волочильного инструмента, структурным фактором и механическими свойствами проволочной заготовки для изготовления дюбелей повышенного качества.

3. На базе экспериментальных исследований получена эмпирическая зависимость между механическими свойствами дюбеля (твердость, угол изгиба) и режимами изотермической закалки изделия в виде регрессионных уравнений.

4. Найдены пороговые значения поврежденности углеродистой проволоки с учетом использования в качестве исходной заготовки сорбитизированной катанки равные 0,35-0,38 для случая термообработки, в результате которой ресурс пластичности восстанавливается частично, и 0,62-0,65, соответствующий образованию крупных полостных дефектов не способных к «залечиванию» при последующей термообработке.

5. Усовершенствована программа расчета поврежденности углеродистой проволоки «Прогноз-С» за счет введения дополнительных элементов: структурного фактора стали, коэффициента текущей пластичности металла и отношения угла обжимной зоны к высоте калибрующего пояска.

6. Предложен способ многопроходного волочения углеродистой проволоки с использованием разработанной конструкции волок со следующим соотношением геометрических параметров волочильного инструмента alh = -11,0391п(й?) +29,553 в зависимости от диаметра проволоки, а также в соответствии с разработанным маршрутом волочения, в котором коэффициенты вытяжки связаны с количеством походов при волочении отношением л = 0,0237я — 0,1852« +1,5112. Данный способ волочения позволит повысить пластические свойства углеродистой проволоки за счет минимизации накопления деформационных дефектов и обеспечения более равномерной структуры по сечению проволоки.

7. Разработанная промышленная технология производства углеродистой проволоки из сорбитизированной катанки для изготовления высококачественных дюбелей с использованием волок с заданной геометрией канала и маршрута волочения успешно опробована в условиях ОАО «МММЗ» в холодно-прессовом цехе №2, что подтверждено нормативными и техническими документами в виде изменений и рекомендаций к технологической инструкции по производству дюбелей повышенного качества.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Соколов, Алексей Александрович, 2005 год

1. Bauer К.О. Bolzensetzverfahren sicher und schnell "Erweiterter Sonderdruck aus" Industirie Anzeiger" Ausgaben № 9, 10 und 11 - Wuppertal - 1978. - 14c.

2. Отечественный и зарубежный опыт применения нагельного соединения в строительстве./ Е.С. Марков, Ю.А. Жариков, В.В. Малов и др. / ЦБНТИ Минмонтажспецстрой: Обзорная информация. Сер. Монтажные работы. -М. 1980-вып. 7-60с.

3. Hilti Technick. Welterfolg bahn brechen Problem Losung /Каталог "Хилти АГ": шифр Ф № 9735-70-2; Фк № 1127-72 // М.: ГПНТБ. Фонд промышленных каталогов. 1972.

4. Illgner К.Н. Qualitats und Kostenvorteile mit Zwischen - stufenvergutungsanla-gen im Vergleich zu normalen Vergutungsanlagen Sonderdruck aus Fachberichte Huttenpraxis: Metall weiter verarbeitung Heft-Aichelin, 1979 -№: 4 (79) - 15S.

5. Дюбели фирмы "Електрохимика Боссонг". Каталог фирмы, 1980.

6. Технология и оборудование для производства дюбелей / Ю.А. Афанасьев, Р.К. Ведерников, Б.М. Ригмант, Н.Н. Евдокимова. М.: 1987 (Обзорная информация / ин-т "Черметинформация ", сер. Метизное производство, вып.2,28 е.).

7. Лякишев И.П., Тулин И.А., Плинер H.JI. Легирующие сплавы и стали с ниобием. М.: Металлургия, 1981.

8. Рашников В.Ф., Салганик В.М., Шемшурова Н.Г. Квалиметрия и управление качеством продукции: Учеб. пособие. Магнитогорск: МГТУ им. Г.И. Носова, 2000.-184 с.

9. Повышение качества высокопрочных дюбелей для крепления металлических конструкций / Ю.А. Афанасьев, Б.М. Ригмант и др. Сталь, 1986, № 5, с. 6768.

10. Сравнительное исследование уровня и стабильности механических свойств и технологичности ускоренно и обычно охлажденной низкоуглеродистой и канатной катанки производства ММК. Часть 2. Отчет НИИметиз. Магнитогорск. 1974.

11. Новые технологические процессы и оборудование в метизном производстве. Павлов A.M., Анашкин А.В., Аркулис Г.Э. и др. Тематический сборник научных трудов, г. Москва, 1986. 86с.

12. Производство метизов. Шахпазов Х.С., Недовизий И.Н., Ориничев В.И., М., «Металлургия», 1977. 392с.

13. Изготовление высококачественных метизов. Кулеша В.А., Клековкина Н.А., Белалов Х.Н. и др. Коллективная монография, г. Белорецк, 1999. 328с.

14. Технический прогресс в метизном производстве. Недовизий И.Н., Аркулис Г.Э., Бараз Р.Б. и др. Тематический отраслевой сборник № 1, г. Москва, • 1978.95с.

15. Herstellung von Stahldraht, Teil 1, Dusseldorf, 1969. S. 175-225.

16. Stahldraht, Herstellung und Anwendung, Leipzig, 1973, S. 83-98.

17. Steininger Z. Ciagnienie drutow stalowych Katowice Slansk, 1975, S. 71-100.

18. Булат С.И., Тихонов A.C., Дубровин A.K. Деформируемость структурно неоднородных сталей и сплавов. М.: Металлургия, 1975. -352с.

19. Белалов Х.Н., Савельев Е.В. Упрочнение стальной проволоки при волочении // Моделирование и развитие процессов В ОМД. Сб. науч. тр. Магнитогорск: МГМА, 1998.

20. Бэкофен В. Процессы деформации: Пер. с англ. М.: Металлургия, 1977. -288с.

21. Параметр формы зоны деформации при волочении проволоки / В.А. Харитонов, JI.B. Радионова, Т.Р. Исмагилов, В.И. Зюзин // Вопросы прикладной « химии: Сб. науч. тр. Магнитогорск: МГТУ, 1999. - 158-164.

22. Туленков К.И., Гайдученко Б.И. Влияние остаточных напряжений на работоспособность канатов. Сталь, 1964, №3.

23. Брабец В.И. Проволока из тяжелых цветных металлов и сплавов: Справ, изд. М.: Металлургия, 1984. - 296с.

24. Красильников Л.А., Красильников С.А. Волочильщик проволоки М., Металлургия, 1977,240с.

25. Волочильщик метизных цехов. Красильников Л.А., Изд-во «Металлургия», 1968. 284с.

26. Технология производства хлопкоувязочной проволоки с регламентированным уровнем механических свойств / JI.M. Капустина, В.А. Трусов, О.В. Урусова и др. // Сталь. 1996. - №3. - с. 46-49.32.