Уральский федеральный университет им. первого Президента России Б. Н. Ельцина, Екатеринбург, Россия¹ ; Институт физики металлов имени М. Н. Михеева Уральского отделения РАН, Екатеринбург, Россия²:

Ю. Н. Логинов, профессор кафедры «Обработка металлов давлением»¹, ведущий научный сотрудник², докт. техн. наук, эл. почта: j.n.loginov@urfu.ru

Уральский федеральный университет им. первого Президента России Б. Н. Ельцина, Екатеринбург, Россия¹ ; ООО «НЛМК-Метиз», Березовский, Россия²:
С. К. Грехов, аспирант кафедры «Обработка металлов давлением»¹, ведущий инженер-технолог², эл. почта: g.svyat@yandex.ru

Целью работы является определение кинематики заполнения штампа при высадке головки стального самонарезающего винта. Отмечено, что значительную часть проволоки из черных металлов используют для изготовления метизной продукции в виде винтов. Для анализа формоизменения выбран винтсамонарезающий из стали 15Гпс. Моделирование процесса выполнено методом конечных элементов (МКЭ) с помощью программного комплекса DEFORM. Представлено распределение степени деформации для конечного положения инструмента при формировании заготовки. Приведены контур очага формоизменения и накопление пластических деформаций по ходу высадки заготовки. Максимальная степень деформации до величины 2,7 локализована в центральной части головки с распространением зоны повышенной деформации в поперечном направлении. Выделена зона повышенных деформаций в области свободной поверхности и примыкающей к ней контактной поверхности нижнего полуштампа. Показано распределение среднего нормального напряжения. Наибольшие значения (до +504 МПа) наблюдаются в зоне свободной поверхности, не стесненной действием инструмента. В условиях реального производства выполнены измерения профиля головки винта и зафиксированы в координатной форме. Для сравнения приведены расчетные данные, полученные при решении задачи. Различия при малых значениях текущей осевой координаты указывают на смещение области повышенного уширения металла в расчетном варианте ближе к верхнему полуштампу. Выполнена фиксация локализации износа инструмента в реальном процессе. Отмечено, что расположение этой зоны соответствует положению области, где установлен наибольший уровень пластической деформации, что совпадает с одним из вариантов теорий износа.

1. Филиппов А. А., Пачурин Г. В., Кузьмин Н. А., Нуждина Т. В., Гончарова Д. А. Опыт подготовки качественной структуры и свойств поверхности стального проката к холодной высадке // Металловедение и термическая обработка металлов. 2019. № 8. С. 58–61.
2. Tzou G.-Y., Chen D.-C., Lin S.-H. Multi-stage forging on torx-pin screw with high torque // MATEC Web of Conferences. 2017. Vol. 119. P. 01048.
3. Ишимов А. С., Барышникова А. М., Столяров Ф. А. Исследование напряженно-деформированного состояния при горячей штамповке головки путевого шурупа VOSSLOH SS35 // Моделирование и развитие процессов обработки металлов давлением. 2018. № 26. С. 25–31.
4. Буркин С. П., Логинов Ю. Н. Анализ формоизменения при высадке головки железнодорожного костыля // Кузнечно-штамповочное про- изводство. 1997. № 8. С. 15, 16.
5. Буркин С. П., Логинов Ю. Н., Миронов Г. В. Новая технология производства железнодорожных костылей на линии прокатки-штамповки // Кузнечно-штамповочное производство. 1998. № 8. С. 32–34.
6. Belan A. K., Nekit V. A., Belan O. A. The simulation of cold volumetric stamping by the method of transverse extrusion // MATEC Web of Conferences. 2018 International Conference on Modern Trends in Manufacturing Technologies and Equipment, ICMTMTE 2018. 2018. No. 224. P. 01105.
7. Hsia S.-Y. Cold forming simulation of tapping screws with hexagon flange head using numerical method // Key Engineering Materials. 2020. Vol. 830. P. 9–14.
8. Alcázar J., Abate G., Antunez N., Simoncelli A., Sánchez Egea A. J. et al. Reduction of die wear and structural defects of railway screw spike heads estimated by FEM // Metals. 2021. Vol. 11. P. 1834.
9. Галкин В. В., Братухин А. В., Гаврилов Г. Н., Иванов С. В. К вопросу низкой стойкости пуансонов при выдавливании крестообразного шлица в винтах с потайной головкой из стали 14Х17Н2 // Заготовительные производства в машиностроении. 2017. Т. 15, № 11. С. 497–502.
10. Belan A. K., Nekit V. A., Platov S. I., Ogarkov N. N., Belan O. A. Determination of forces at the transverse extrusion // Journal for Technology of Plasticity. 2017. Vol. 42, Iss. 1. P. 9–18.
11. Железков О. С., Галиахметов Т. Ш., Стеблянко В. Л. Определение энергосиловых параметров процесса штамповки головок болтов с торцевой лункой // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г. И. Носова. 2017. Т. 15, № 2. С. 35–39.
12. Weroński W., Gontarz A., Pater Z. Some aspects of new forming process of screw spike // Key Engineering Materials. 2003. Vol. 233–236. P. 407–412.
13. Nowotyńska I., Kut S., Osetek M. An impact of assembly interference on stresses in the Die tool system during bolt forging // Archives of Metallurgy and Materials. 2019. Vol. 64. P. 1471–1478.
14. Картунов А. Д., Белан О. А., Белан А. К. Конструкция гвоздей-шурупов и технология их производства в условиях ОАО «ММК-МЕТИЗ» // Кузнечно-штамповочное производство. Обработка материалов давлением. 2018. № 1. С. 20–23.
15. Gontarz A., Pater Z., Weroñski W. Head forging aspects of new forming process of screw spike // Journal of Materials Processing Technology. 2004. Vol. 153. P. 736–740.
16. Faria G. L. D., Godefroid L. B., Cândido L. C., Silotti T. O. Metallurgical characterization and computational simulation of a screw spike aiming to improve its performance in railways // Engineering Failure Analysis. 2016. Vol. 66. P. 1–7.
17. ТУ 1640-015-55798700–2006. Винты-саморезы.
18. ГОСТ 1050–2013. Металлопродукция из нелегированных конструкционных качественных и специальных сталей. Введ. 01.01.2015.
19. Frérot L., Anciaux G., Molinari J.-F. Crack nucleation in the adhesive wear of an elastic-plastic half-space // Journal of the Mechanics and Physics of Solids. 2020. Vol. 145. P. 104100.
20. Логинов Ю. Н., Шалаева М. С., Демаков С. Л., Илларионов А. Г. Специфика износа инструмента при оправочном волочении капиллярных труб // Трение и износ. 2014. Т. 35, № 4. С. 461–469.