СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛОЙ ДЕТАЛИ Российский патент 1997 года по МПК B21K21/00 

Изобретение относится к обработке металлов давлением, а именно к способам получения полых изделий, в том числе, деталей типа стакан из прутковой заготовки выдавливанием.

В процессе отрубки заготовки от прутка происходит, как правило, искажение ее цилиндрической формы, особенно вблизи торцов, появляются смятия, заусенцы, нарушается круглая форма.

Известен способ изготовления полых изделий, который включает отрубку прутковой заготовки, калибровку ее торцов и последующее выдавливание в матрице [1]
С целью снижения трудоемкости за счет исключения последующей доделочной операции подрезки торца изделия, в процессе калибровки на торце заготовки высаживают технологический фланец, который надрезают с торца по окружности и отделяют от заготовки перед выдавливанием изделия. Изделие получают прямым выдавливанием с формированием полости пуансоном.

Технологический фланец толщиной 1,0-1,5 мм образуют исключительно для свободного вытеснения избытка металла при калибровке торцов заготовки.

Предложенная калибровка заготовки исключает операцию подрезки торца готового изделия.

Основным недостатком известного способа является перерасход металла из-за образования технологического фланца при калибровке заготовки и последующего его удаления.

Известен также способ изготовления полой детали с канавкой на наружной поверхности, принятый в качестве прототипа, включающий отрубку заготовки от прутка диаметром меньшим, чем наружный диаметр готовой детали, калибровку заготовки, отжиг с удалением окалины и получение заданной детали продольным выдавливанием [2]
Известное изобретение позволяет снизить перерасход металла на выравнивание торцов изделия.

В данном случае выравнивание торцов заготовки осуществляют в закрытой цилиндрической матрице в замкнутом, ограниченном объеме, в связи с этим на заключительном этапе деформирования металла пуансон испытывают интенсивный рост нагрузки.

Основным недостатком известного способа изготовления полой детали является возникновение высокого критического удельного усилия деформирования заготовки на конечном этапе ее калибровки, что значительно снижает стойкость инструмента.

Технический результат, достигаемый изобретением, состоит в снижении удельного усилия деформирования заготовки на конечном этапе ее калибровки при одновременном повышении безотходности.

Это достигается за счет того, что в способе изготовления полой детали, включающем отрубку заготовки от прутка диаметром меньшим, чем наружный диаметр готовой детали, калибровку заготовки, отжиг с удалением окалины и получение заданной детали продольным выдавливанием, калибровку заготовки проводят поперечным выдавливанием из приемной полости матрицы в закрытую ее часть, диаметр которой равен наружному диаметру готовой детали, а рабочий объем закрытой части матрицы равен 1,02-1,08 объема калибруемой заготовки.

Матрица, в которой проводят калибровку заготовки, может иметь цилиндрическую форму с элементами, близкими к форме внешних контуров готовой детали, но самое важное то, что объем закрытой части матрицы должен быть больше объема прутковой заготовки на 2-8% Эта разница в объемах закрытой части матрицы и калибруемой заготовки способствует свободному равномерному истечению металла заготовки при поперечном выдавливании ее из приемной полости матрицы в закрытую ее часть. За счет указанной разницы в объемах удельная нагрузка на рабочий инструмент на конечном этапе калибровки (30-40)% ниже, чем в известном способе по заявке Японии N 62-5697 (ближайшего аналога).

На фиг. 1 представлена заготовка после отрубки от прутка; на фиг. 2 - схема калибровки заготовки поперечным выдавливанием; на фиг. 3 схема продольного выдавливания полой детали.

Способ изготовления полой детали реализован на примере изготовления из прутка расходуемой детали плазмотрона, например, катода (сопла).

Исходным материалом выбран пруток из меди М1 ГОСТ 859-88 диаметром 14 мм в наклепанном состоянии (пруток на чертеже не приведен). Высота H₀ и наружный диаметр D₀ заготовки 1 определен из расчетного объема заготовки, равного объему готовой детали (фиг. 1). Разделение прутка на заготовки выполнено отрубкой в штампе со втулочными ножами (матрицами) на 40 т. прессе КД-2126. В процессе отрубки заготовки 1 от прутка происходит искажение круглой формы прутковой заготовки 1, появляются заусенцы 2 и смятия 3, особенно вблизи ее торцов 4 и 5 (фиг. 1).

Выравнивание искаженных в процессе отрубки торцов 4 и 5 осуществляют калибровкой путем поперечного выдавливания пуансоном 6 из приемной полости 7 матрицы 8 в закрытую ее часть 9, перекрытую с противоположного конца противопуансоном 10 (фиг. 2).

При этом диаметр D_м закрытой части 9 матрицы 8 равен наружному диаметру готовой детали, а рабочий объем закрытой части 9 матрицы 8 равен (1,02-1,08) объема калибруемой заготовки 1.

В результате калибровки заготовки 1, получают откалиброванную заготовку 11 высотой H_к и диаметром D_к, равным диаметру D_м закрытой части 9 матрицы 8 и диаметру D_д готовой детали 12 (фиг. 2 и 3).

Закрытая часть 9 матрицы 8, в которой проводят калибровку заготовки 1, имеет цилиндрическую форму с элементами, близкими по форме внешних контуров, например конических, готовой детали. Объем закрытой части 9 матрицы 8 больше объема заготовки 1 на (2-8)%
Как подтвердил эксперимент, калибровка заготовки 1 поперечным выдавливанием обеспечивает требуемое качество, вследствие надежного центрирования заготовки 1 в закрытой части 9 матрицы 8 в начальный момент деформирования и сохранение ее положения в течение всего процесса калибровки.

В процессе поперечного выдавливания заготовки 1 происходит осесимметричное заполнение полости закрытой части 9 матрицы 8. При этом откалиброванная заготовка 11 (фиг. 2) повторяет профиль закрытой части 9 матрицы 8 за исключением неполного заполнения угловых участков 13 и 14 закрытой части 9 матрицы 8.

За счет того, что объем закрытой части 9 матрицы 8 выбран больше объема прутковой заготовки 1 на (2-8)% при поперечном выдавливании появляется возможность для равномерного и относительно свободного истечения металла заготовки 1 из приемной полости 7 матрицы 8 в закрытую ее часть 9 и равномерного перераспределения его в полости закрытой части 9.

Благодаря указанной разнице в объемах снижено удельное усилие деформирования заготовки, а значит снижена и удельная нагрузка на рабочий инструмент в конечный момент калибровки, что повышает стойкость инструмента.

Превышение объема закрытой части матрицы относительно объема калибруемой прутковой заготовки выбрано равным (2-8)% на основании исследований.

Экспериментально авторами доказано, что двух процентов превышения достаточно для исключения критически высокого удельного усилия деформирования заготовки на конечном этапе ее калибровки, а интервал от двух до восьми процентов превышения является оптимальным для исключения указанного критически высокого удельного усилия деформирования и для получения удовлетворительного качества калиброванной заготовки.

В то же время указанная разница в объемах закрытой части 9 матрицы 8 заготовки 1 более 8% нецелесообразна из-за возможного снижения структурного качества откалиброванной заготовки и отклонения ее формы от заданной.

Деформация заготовки 1 при калибровке в процессе поперечного выдавливания использует запас пластичности исходного материала (меди) настолько, что возникает необходимость рекристаллизационного отжига для восстановления его пластических свойств. Поэтому после калибровки поперечным выдавливанием заготовки проводят ее отжиг при температуре 640^o±20^oC с последующими вспомогательными операциями по удалению окалины и нанесению покрытий, обеспечивающих благоприятные контактные условия на последующей операции получения готовой детали продольным выдавливанием.

Процесс продольного выдавливания использован в качестве операции по превращению откалиброванной заготовки 11 в полое тело колпачок, в виде стакана с дном.

Операция продольного выдавливания иллюстрируется схемой, представленной на фиг. 3. Для получения полой детали используют матрицу 15, пуансон 16 и противопуансон 17.

Откалиброванную заготовку 11 устанавливают в матрицу 15 и, воздействуя пуансоном 16 в осевом направлении на заготовку 11 с подпором противопуансона 17, производят продольное выдавливание полой детали 12.

Способ изготовления полой детали позволяет получить технический результат, а именно: снизить удельное усилие деформирования прутковой заготовки на конечной стадии ее калибровки, уменьшить удельную нагрузку на рабочий инструмент, применяемый в процессе калибровки заготовки и тем самым повысить стойкость инструмента.

Кроме того, способ, предусматривающий отрубку заготовки от прутка, диаметр которого меньше диаметра готовой детали, позволяет сократить энергозатраты на отрубку заготовки. Калибровка заготовки поперечным выдавливанием в закрытой матрице, имеющей объем, равный (1,02-1,08) объема калибруемой заготовки, позволяет откалиброванной заготовке придать форму с наличием отдельных элементов готовой детали, например, ровных правильных торцов, основного диаметрального размера, конусных и цилиндрических поверхностей и др. т.е. сократить энергозатраты на операции по формированию готовой детали.

Следует также отметить в способе разбивку суммарной деформации на этапы, в пределах которых обеспечивается снижение удельных усилий деформирования обрабатываемой заготовки и повышение качества готовой детали.

Сущность изобретения: способ изготовления полой детали включает отрубку заготовки от прутка диаметром меньшим, чем наруждный диаметр готовой детали, калибюровку прутковой заготовки, отжиг с удалением окалины и получение заданной детали продольным выдавливанием. Калибровку прутковой загготовки проводят поперечным выдавливанием из приемной полости матрицы в закрытую ее часть, диаметр которой равен наружному диаметру готовой детали, а рабочий объем закрытой части матрицы равен 1,02-1,08 объема калибруемой заготовки. 3 ил.

Способ изготовления полой детали, включающий отрубку заготовки от прутка диаметром меньшим, чем наружный диаметр готовой детали, калибровку заготовки, отжиг с удалением окалины и получение заданной детали продольным выдавливанием, отличающийся тем, что калибровку заготовки проводят поперечным выдавливанием из приемной полости матрицы в закрытую ее часть, диаметр которой равен наружному диаметру готовой детали, а рабочий объем закрытой части матрицы равен 1,02 1,08 объема калибруемой заготовки.