СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОБКАТЫВАНИЕМ ОСЕСИММЕТРИЧНЫХ ИЗДЕЛИЙ Российский патент 1997 года по МПК B21K1/28 B21D37/12 

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано в различных отраслях машиностроения при изготовлении осесимметричных изделий, например шестерен, колес, дисков и тому подобных изделий.

Известны способы и устройства [1] для изготовления осесимметричных изделий типа колес, в которых заготовку в виде прутка последовательно осаживают, осуществляют формообразование рельефа, вытяжку фланца и калибровку элементов изделия. У такого способа высокая трудоемкость, обусловленная большим количеством штамповочных переходов, и невысокая точность поковок.

Наиболее близким к предлагаемому является способ изготовления обкатыванием осесимметричных изделий [2] включающий осадку, формообразование двухстороннего рельефа, вытяжку фланца и калибровку. В процессе осадки заготовки осуществляют формообразование рельефа на одной стороне и вытяжку фланца путем обкатывания со стороны заготовки, обращенной к торцу пуансона. Полученный полуфабрикат базируют в матрице отформованным рельефом, после чего осуществляют выдавливание рельефа на другой стороне фланца и формирование ступицы. В процессе выдавливания заготовка калибруется по наружному диаметру с истечением излишков металла в ступицу.

Реализация известного способа протекает в условиях повышенных удельных усилий деформирования, что снижает стойкость формообразующего инструмента. Технологические возможности способа ограничены предельной высотой используемых заготовок (h₀/d₀≅1,8-2,0) и глубиной получаемого со стороны матрицы рельефа h_p≅3-4 мм. Применение в известном способе заготовок большего диаметра связано с увеличением трудоемкости и дополнительными потерями металла на разрезку заготовки. Использование заготовок меньшего диаметра и большей высоты (h₀>2d₀) ведет к потери продольной устойчивости заготовки при осадке и последующей несоосности фланца.

Для решения поставленной задачи в известном способе изготовления обкатыванием несимметричных изделий, преимущественно, колес, включающем получение полуфабриката с рельефом на одной стороне путем выполнения в одном штампе совмещенных операций осадки и вытяжки фланца, последующее формоизменение полуфабриката с образованием рельефа на другой его стороне в штампе окончательного перехода и калибровку, на первом переходе получают полуфабрикат с размерами, определяемыми из следующих соотношений:

где Δh_c удлинение ступицы полуфабриката;
A₁, A₂ глубина полости полуфабриката и изделия;
H₁, H₂ высота ступицы полуфабриката и изделия;
h₁, h₂ высота заглубляемой в матрицу части ступицы полуфабриката и изделия;
t₁ толщина полотна полуфабриката;
V_f2 объем фланца изделия;
h_p1, h_p2 глубина рельефа полуфабриката и изделия;
D_f1, D_f2 диаметр фланца полуфабриката и изделия;
D₁, D₂ диаметр рельефа полуфабриката и изделия;
d_s1 и d_s2 диаметр ступицы полуфабриката и изделия;
Z односторонний зазор между матрицей и, соответственно, фланцем и ступицей полуфабриката, численно равный: при полугорячем деформировании (800^oC) Z=0,5 мм, при холодном деформировании Z=0,25 мм.

d₂, b₂ диаметр и глубина верхней прошиваемой полости;
d₁ диаметр нижней полости ступицы изделия;
Δ абсолютное увеличение глубины рельефа,
и рельефом, расположенным со стороны, обращенной к матрице штампа, который подвергают деформированию в штампе окончательного перехода с той же стороны, что и на первом переходе, а калибровку осуществляют на первом переходе.

Осадку заготовки на первом переходе производят с двухсторонним центрированием заготовки.

На фиг. 1 представлен один из вариантов реализации данного способа (получение осесимметричных изделий обкатыванием за два перехода: слева - исходное положение заготовки, справа после формоизменения заготовки в полуфабрикат); на фиг. 2 слева изображен полуфабрикат после первого перехода, справа окончательно изготовленное изделие; на фиг.3-5 соответственно исходная заготовка, полуфабрикат и изделие.

Способ осуществляют следующим образом.

Исходную заготовку 1 устанавливают одним из торцов в полость матрицы 2 с упором на выталкиватель 3, а другим ориентируют в направлении к пуансону 4 с заходной полостью. При осевом перемещении матрицы 2 вверх с усилием F верхний торец заготовки 1 центрируется в полости пуансона 4, совершающего движение обкатывания под углом g относительно торца заготовки. Благодаря тому, что оба торца заготовки строго смонтированы в формообразующих инструментах, дальнейшая осадка заготовки протекает без искривления ее продольной оси. Здесь высота (h₀) более (1,8 2,0)d₀, где d₀ -начальный диаметр заготовки. При дальнейшем перемещении матрицы 2 осуществляют формообразование рельефа со стороны матрицы 2, одновременное оформление фланца 5 и ступицы 6 и калибровку. В результате совместного воздействия пуансона, матрицы и выталкивателя получают полуфабрикат 7, показанный на фиг.4 с размерами, определяемыми из соотношений.

На втором переходе (фиг. 2) полуфабрикат 7 устанавливают в матрицу 8 второго перехода с заданным рельефом, центрируя выдавленной на первом переходе полостью в ступице 6 на выталкивателе 9. После этого пуансоном 10 с заданным рельефом осуществляют окончательное формообразование изделия.

В начальной стадии прошивень 11 пуансона 10, воздействую на центральную часть ступицы полуфабриката 7, производит частичное выдавливание полости и оформление нижней части ступицы со стороны матрицы (фиг.2). В момент, когда пуансон 10 вступает в контакт с поверхностью полуфабриката, осуществляется одновременная прошивка полости в ступице и формообразование рельефа на фланце со стороны пуансона и матрицы. Благодаря тому, что глубина рельефа полуфабриката (h_p1) больше глубины рельефа изделия (h_p2) на величину ((Δ)), формообразование фланца осуществляется р результате переформовки полотна 12, что позволяет снизить потребное усилие деформирования. Экспериментально установлено, что для h_p2 ≅ 6 мм, Δ (2,0 2,5) мм, а для h_p2 > 6 мм, D (1,5 2,0) мм. Такой характер воздействия предотвращает преждевременное заполнение рельефа со стороны пуансона 10 и способствует благоприятному перераспределению вытекаемого металла в угловые участки А со стороны матрицы (фиг.2). Это существенно облегчает условия работы инструмента и способствует повышению его стойкости. Процесс формоизменения полуфабриката продолжают до тех пор, пока прошивень 11 пуансона 10 при перемещении на величину Z₂ не осуществит полного выдавливания полости в ступице на заданную глубину (b₂), которой соответствует максимальное удлинение ступицы, равное: . Этому же моменту соответствует полное оформление рельефа на фланце со стороны матрицы 8 и пуансона 10 при суммарном перемещении матрицы 6 на величину Z₁, равную перемещению прошивня 11, т.е. Z₁ Z₂.

Такая схема деформирования и форма полуфабриката обеспечивают на всем протяжении процесса формообразование изделия при свободном истечении металла в ступицу. Это позволяет значительно уменьшить усилия деформирования, повысить стойкость инструмента и обеспечить высокое качество изделия за счет лучшего заполнения гравюры штампа.

Пример. Исходную заготовку из стали 12Х2НЧА-Ш размерами d₀=45 мм, h₀=137 мм устанавливают в матрицу, центрируя одним из торцов на выталкивателе, а другим в полости пуансона.

На первом переходе получают полуфабрикат с размерами: D_f1 132 мм, H₁ 40 мм, h_p1 8 мм, d_s1 46 мм, A₁ 12,5 мм, h₁ 22,5 мм, β 45^o, f₁ 9,5 мм, t₁ 7 мм.

Режимы формообразования: P 1700 кН, V₀12 мм/с, S₀ 1,8 мм/об, g 2^o, T 800^oC, t 10 с.

На втором переходе полученный полуфабрикат устанавливают в матрицу, центрируя полостью глубиной, равной A₁ 12,5 мм, на выталкивателе. Последующее деформирование осуществляют при следующих параметрах: P 1850 кН, V₀ 12 мм/с, S₀ 1,8 мм/об, g 2^o, Т 800^oC, t 5 c.

В результате формообразования получают изделие с размерами: D_f2 134 мм, D₁ 103 мм, d_s2 49 мм, d₁ 22 мм, d₂ 32 мм, h_p2 5,5 мм, А₂ 21,5 мм, H₂ 49 мм.

По сравнению с прототипом предлагаемый способ позволяет на 20% уменьшить усилие деформирования, повысить качество деталей за счет их лучшего заполнения и стойкости инструмента, существенно расширить номенклатуру штампуемых деталей, а также уменьшить расход материала в 2,1 раза.

Использование: в области обработки металлов давлением при изготовлении осесимметричных изделий, например, шестерен, колес, дисков и т.п. Сущность изобретения: заготовку помещают в штамп первого перехода, включающий матрицу и пуансон, совершающий движение обкатывания. на этом переходе производят получение полуфабриката с рельефом на одной из сторон, обращенной к матрице, путем выполнения совмещенных операций осадки, вытяжки фланца и калибровки. Размеры полуфабриката получают из приведенных соотношений. Затем в штампе окончательного перехода производят образование рельефа на другой стороне полуфабриката, подвергая деформированию первоначально образованный рельеф с той же стороны, что и на первом переходе. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ изготовления обкатыванием несимметричных изделий, преимущественно колес, включающий получение полуфабриката с рельефом на одной из сторон путем выполнения в одном штампе совмещенных операций осадки и вытяжки фланца, последующее формоизменение полуфабриката с образованием рельефа на другой его стороне в штампе окончательного перехода и калибровку, отличающийся тем, что на первом переходе получают полуфабрикат с размерами, определяемыми из следующих соотношений:
A₁= A₂-Δh_c;
H₁= H₂-Δh_c;
h₁= h₂-Δh_c;


D_f 1 D_f 2 2Z;
d_s 1 d_s 2 2Z;
D₁ D₂;
h_p1= h_p2+Δ
где Δh_c- удлинение ступицы полуфабриката;
A₁, A₂ глубина полости полуфабриката и изделия;
H₁, H₂ высота ступицы полуфабриката и изделия;
h₁, h₂ высота заглубляемой в матрицу части ступицы полуфабриката и изделия;
t₁ толщина полотна полуфабриката;
V_f 2 объем фланца изделия;
h_p 1, h_p 2 глубина рельефа полуфабриката и изделия;
D_f 1, D_f 2 диаметр фланца полуфабриката и изделия;
D₁, D₂ диаметр рельефа полуфабриката и изделия;
d_s 1, d_s 2 диаметр ступицы полуфабриката и изделия;
Z односторонний зазор между матрицей и соответственно фланцем и ступицей полуфабриката, численно равный при полугорячем деформировании (800^oС) 0,5 мм, при холодном деформировании 0,25 мм;
d₂, b₂ диаметр и глубина верхней прошиваемой полости;
d₁ диаметр нижней полости ступицы изделия;
Δ - абсолютное увеличение глубины рельефа,
и рельефом, расположенным со стороны, обращенной к матрице штампа, который подвергают деформированию в штампе окончательного перехода с той же стороны, что и на первом переходе, а калибровку осуществляют на первом переходе. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что осадку заготовки на первом переходе производят с двусторонним центрированием заготовки в штампе.