Совершенствование крепежных систем автомобильных транспортных средств и развитие технологии их производства

Язык труда и переводы:
УДК:
629.33
Дата публикации:
26 мая 2022, 10:12
Категория:
Кузнечно-штамповочное
Аннотация:
Рассмотрено одно из направлений повышения технического уровня и качества автомобильных транспортных средств — применение прогрессивных конструкций крепежных систем, а также обеспечение широкого применения высокопрочных крепежных изделий классов прочности 8.8, 10.9, 12.9, 14.9 из экономнолегированных борсодержащих сталей. Развитие нормативной базы на крепежные изделия позволит конструкторам автомобильной техники обоснованно и в широких масштабах закладывать в проекты новых автомобильных транспортных средств прогрессивные крепежные изделия, тем самым способствуя повышению технического уровня и конкурентоспособности отечественных транспортных средств с одновременным снижением затрат на их производство.
Ключевые слова:
автомобильные транспортные средства, крепежные системы, высокопрочные крепежные изделия, борсодержащие стали
Основной текст труда

Крепежные изделия являются одними из самых многочисленных компонентов автомобилей, значительно влияющих на надежность и качество полнокомплектных транспортных средств (ТС). Совершенствование форм и размеров крепежных деталей, а также требований к их прочности, твердости, пределу текучести, удлинению при разрыве, ударной вязкости лежит в основе повышения качества, надежности и конкурентоспособности современных крепежных систем, применяемых в автомобильных транспортных средствах [1]. К сожалению, темпы роста уровня применения современных крепежных соединений в отечественном автомобилестроении являются недопустимо низкими. Это ведет к увеличенному весу не только самих комплектов крепежа, но и собираемых узлов, высокой трудоемкости сборочных работ, недостаточному качеству и надежности резьбовых соединений при эксплуатации ТС. Такое неприемлемое положение, сложившееся в настоящее время, требует принятия срочных мер для его исправления и, в первую очередь, разработки новых стандартов при соответствующем финансировании.

Анализ структуры применяемых стержневых крепежных изделий на разных моделях отечественных ТС показывает, что доля применяемых фланцевых болтов крайне низкая и составляет в среднем от 1,6 до 5,9 %. В свою очередь, число плоских, пружинных, зубчатых и других видов шайб в отечественных автомобилях неоправданно велико и достигает 30–38 % от общего количества крепежных деталей в машинокомплекте. Наблюдается необоснованный рост номенклатуры крепежных элементов по специальным чертежам. 

Одним из принципов создания современной автомобильной техники является снижение веса автомобильных компонентов с одновременным повышением прочности. Например, замена шестигранного болта на болт со звездообразной головкой позволяет получить экономию веса на 19 %, а экономию материала на 35 %. Замена шестигранного фланцевого болта на болт со звездообразной головкой позволяет уменьшить вес головки и расход материала на 23 %.

Необходимо отметить эффективность применения высокопрочных болтов, что позволяет создавать облегченные конструкции как за счет уменьшения массы самих болтов, так и за счет уменьшения размеров проектируемого соединения в целом. В отечественном автомобилестроении необходимо расширение применения экономнолегированных борсодержащих сталей 12Г1Р, 20Г2Р, 30Г1Р, 35Г1Р, в том числе легированных хромом до 1%, для изготовления высокопрочного крепежа классов 8.8, 9.8, 10.9, 12.9. Высоконагруженные узлы автомобиля, например, двигатель и подвеска, являются основной областью применения высокопрочного крепежа. При использовании высокоуглеродистых сталей штампуемость исходного материала является определяющим фактором для выбора формы головки крепежной детали [2, 3]. При использовании материала прочностью 1600 МПа размер крепежной детали М20 класса прочности 10.9 может быть уменьшен до М16. При использовании материала прочностью 1300...1600 МПа возможно уменьшение размера до М18.

Стандартные стали для термоулучшенных болтов классов прочности 8.8, 10.9 и 12.9 можно применять при температурах не более 300 °С. При больших температурах в автомобилях, используют теплостойкие стали марок 1.7709, 1.4923, 1.4980, 2.4952.

Одним из направлений снижения расхода топлива и уровня вредных выбросов автомобилей является уменьшение размеров двигателя при сохранении той же мощности и крутящего момента. Принцип уменьшения размеров базируется на применении условий нагружения более высокого уровня, так или иначе влияющих на все узлы двигателя. Производители крепежа ставят задачу способствовать этим разработкам путем уменьшения размеров крепежа. Для этого применяют крепеж из высокопрочных сталей, при этом возможно использование крепежа меньших размеров для работы в более нагруженных условиях. Крепеж с прочностью 1 300...1 800 МПа является новым поколением компонентов двигателя, использование которых ведет к дальнейшему уменьшению размеров. Стоит задача разработки новых сталей для изготовления ультрапрочного крепежа классов 14.9, 18.9. Примером ультравысокопрочной стали для крепежа класса прочности 14.9 является сталь KNDS4 [4]. Применение высокопрочных сталей для высадки крепежных деталей требует применения новых способов штамповки с применением рациональных технологических схем [3, 5]. Снижение веса конструкции узла автомобиля можно достичь также за счет применения болтов из алюминиевых сплавов. 

Изучение передового зарубежного опыта, а также работы последних лет ведущих специалистов по созданию и применению прогрессивных крепежных деталей в отечественных автомобилях и двигателях позволяют сформулировать основные направления развития крепежных систем и их составных частей в отечественных ТС:

  • сокращение применения большинства пружинных и плоских шайб; увеличение использования фланцевых крепежных изделий;
  • унификация большого количества разнообразных форм головок винтов и болтов в пользу фланцевых болтов со звездообразным наружным профилем, а также звездообразным углублением под ключ;
  • увеличение использования высокопрочных крепежных изделий классов прочности 8.8, 10.9, 12.9, 14.9;
  • увеличение использования экономнолегированных борсодержащих сталей для изготовления крепежных изделий;
  • переход от требований повышенной точности и специальных резьб к точности 6g, 6Н;
  • увеличение использования фланцевых самостопорящихся гаек с механической системой стопорения;
  • увеличение использования резьбовыдавливающих винтов, образующих резьбу в гладком отверстии в процессе сборки, обладающих свойством самостопорения;
  • увеличение использования болтов с невыпадающей шайбой; освоение и применение адгезивных смазок и герметиков для разъемных и неразъемных резьбовых соединений.
  • Это позволит существенно повлиять на повышение технического уровня крепежных систем, сократить время на разработку собственных конструкций крепежа и уменьшить сроки подготовки производства при их внедрении на российских автомобильных заводах. Совершенствование технологии холодной объемной штамповки (ХОШ) крепежных изделий на автоматах является существенным резервом повышения эффективности их производства.
Литература
  1. Лавриненко Ю.А., Бунатян Г.В., Карташов А.Л., Андреянов В.М. Направления совершенствования крепежных соединений в автомобильной технике. Метизы, 2005, № 1.
  2. Лавриненко В.Ю., Лавриненко Ю.А., Говоров В.А. Критерии выбора и рационального применения материалов для высокопрочных крепежных деталей в автомобильной промышленности. Заготовительные производства в машиностроении, 2019, т. 17, № 1, с. 17–25.
  3. Лавриненко Ю.А, Лавриненко В.Ю. и др. Объемная штамповка на автоматах. Москва, Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2014, 264 с.
  4. Олунд Э., Лукович М., Вейдоу Д., Тувандер М., Офферман С. Cравнение ультравысокопрочной и обычной высокопрочной сталей для изготовления крепежа: механические свойства при повышенной температуре и микроструктурные механизмы. Заготовительные производства в машиностроении, 2018, т. 16, № 10, с. 462–473.
  5. Лавриненко В.Ю. Расчет сил деформирования при холодной объемной штамповке. Заготовительные производства в машиностроении, 2017, т. 15, № 2, с. 67–73.
Ваш браузер устарел и не обеспечивает полноценную и безопасную работу с сайтом.
Установите актуальную версию вашего браузера или одну из современных альтернатив.