СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ ТИПА ДИСКОВ АВТОМОБИЛЬНЫХ КОЛЕС Российский патент 1997 года по МПК B21H1/00 B21D53/26 

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, в частности к изготовлению деталей типа дисков для автомобилей, летательных аппаратов и т.п. машин, преимущественно из легких сплавов.

Известен способ изготовления детали типа автомобильного колеса, включающий штамповку заготовок и раскатку на двух и более оправках за несколько переходов.

Наиболее близким техническим решением является способ, включающий горячую штамповку заготовки до полного оформления ступицы, полотна с прилегающей ребордой и цилиндрической части с последующим формообразованием из нее обода с ребордой изотермической раскаткой роликом с профилем рабочей поверхности, аналогичным профилю внутренней поверхности обода колеса.

Задачей изобретения является повышение качества изделий и экономичности процесса за счет упрощения оснастки для формообразования точных заготовок дисков.

Указанная задача решается способом изготовления заготовки детали типа автомобильного колеса, включающим штамповку заготовки до оформления ступицы, полотна и прилегающей к нему реборды, а также цилиндрической части с последующим окончательным формообразованием из нее обода и реборды, отличающийся тем, что формообразование обода и реборды осуществляют роликом с обжатием до размера, превышающего толщину обода на величину калибровки, при этом длину цилиндрической части штамповки выбирают из условия

где V объем материала обода диска;
ΔV - объем кольцевой канавки, образуемой роликом при его полном внедрении в цилиндрическую часть штамповки;
R_н.ш. и R_вн.ш. соответственно радиусы наружной и внутренней цилиндрических частей штамповки.

Кроме того, для упрощения процесса формообразования размеры цилиндрической части штамповки выбирают из условия:
R_н.ш.= R_н.о. R_вн.ш.= R_вн.о.
где R_н.о. и R_вн.о. минимальный внутренний и максимальный наружный радиусы обода диска.

Рекомендуется после формообразования осуществлять калибровку обода и реборды роликом, профиль поверхности которого соответствует профилю обода и реборды.

Задача повышения качества изделий в способе-прототипе не обеспечивается в той мере, которая необходима для дисков автомобильных колес. Это обусловлено тем, что в соответствии с прототипом формообразование производится раскаткой по внутренней поверхности цилиндрической части штамповки, при этом наружная поверхность жестко фиксируется 3-лепестковой оправкой, т.е. оправкой с раздвижными секторами. Поскольку деформация заготовки производится в состоянии высокой пластичности (сверхпластичности) ее материала, и усилие деформации действует в направлении раскрытия стыков раздвижной оправки, то на наружной поверхности заготовки в местах стыка лепестков оправки образуются заусенцы на поверхности обода. Наличие заусенцев на дисках недопустимо, особенно предназначенных для установки бескамерных шин. Заусенцы приходится удалять ручной зачисткой поверхности обода дисков. Кроме того, поскольку при съеме раскатного диска по способу-прототипу приходится раздвигать лепестки (сектора) оправки, то сопрягающиеся поверхности загрязняются остатками смазки и материала диска, затрудняя при повторном смыкании плотное прилегание частей и, тем самым, искажая форму и размеры раскатываемых изделий. В результате приходится предусматривать припуск на наружной поверхности раскатного диска, что снижается эффективность и экономичность известного способа. Существенно усложняет способ-прототип оснастка для его осуществления. Сложная конструкция оснастки и ее кинематики при эксплуатации приводят к увеличению штучного времени процесса раскатки и удорожанию изделий.

Поставленная задача решается предложенным способом, в соответствии с которым изотермическая раскатка производится на одной оправке и за одну установку заготовки. При этом сначала открытым роликом заготовку обжимают до размера, превышающего толщину обода на величину припуска на калибровку, обычно 0,5. 5,0 мм. В результате вчерне формируется полностью весь профиль обода, включая прилегающую реборду. Затем радиальным обжатием по всей наружной поверхности обода калибровочным роликом, профиль которого аналогичен профилю наружной поверхности обода, заготовке придаются окончательные размеры и форма.

Для того, чтобы раскатка открытым роликом осуществлялась только за счет радиального и осевого перемещений инструмента без поворота оси вращения ролика, необходимо выдержать заданные размеры цилиндрической части штамповки. Их выбирают из условия
R_н.ш.= R_н.о. и R_вн.ш.= R_вн.о.

где R_н.ш. и R_вн.ш. наружный и внутренний радиусы цилиндрической части поверхности заготовки;
R_н.о. и R_вн.о. максимальный наружный и минимальный внутренний радиусы обода диска;
L_ш длина цилиндрической части штамповки, π3,14;
V объем материала в ободе диска;
DV - объем канавки, образованной открытым роликом при его полном внедрении в цилиндрическую часть штамповки.

На фиг. 1 изображена схема устройства для раскатки дисков. На фиг. 2 приведены чертежи штамповки (а), заготовки для раскатки диска и раскатанного диска (б) с указанием основных размеров.

Устройство для раскатки дисков состоит из левой оправки 1 и правой оправки 2, открытого ролика 3 и калибровочного ролика 4. На оправках устанавливается раскатываемая заготовка-штамповка 5 с цилиндрической частью 6. Оправки крепятся к шпинделю к задней бабке токарно-давильного станка, а ролики к гидросуппорту станка (на фиг. станок и его приводы не показаны). Во внутренней полости левой оправки размещен нагреватель 7.

Работа устройства происходит следующим образом: предварительно нагретая в печи штамповка 5 устанавливается на левую оправку 1 и поджимается по полотну правой оправкой 2. Далее заготовка приводится во вращение, к ней подводится открытый ролик 4 и включаются его продольная и поперечная подачи по заданной программе. Инструмент внедряется в цилиндрическую часть заготовки 6 на глубину, превышающую толщину обода, и перемещается в продольном направлении (по чертежу справа налево). В результате раскатки открытым роликом 4 по наружной поверхности формируется обод, толщина которого, как уже указывалось, на 0,5.5,0 мм превышает толщину обода диска. Необходимая траектория перемещения рабочей поверхности ролика обеспечивается копиром, форма и размеры которого соответствуют профилю обода (на фиг. 1 копир не показан).

Далее, после чернового прохода открытым роликом, окончательное оформление профиля обода осуществляется поперечным (радиальным) движением калибровочного ролика 4 с обжатием до толщины, равной толщине обода. Поскольку профиль калибровочного ролика соответствует профилю обода, то при обжатии им детали происходит локальное перераспределение припуска обода в соответствии с геометрической формой и размерами калибра, образованного инструментами - оправкой и роликом. В результате имеет место деформация заготовки, подобная той, что происходит при прокатке с небольшим уширением, приводящая к изменению высотных и диаметральных размеров диска в пределах заданного допуска.

Важно указать, что обжатие заготовки открытым роликом до размера, превышающего толщину обода на величину припуска на калибровку, обычно 0,5.5,0 мм, больше толщины обода, является существенным признаком предлагаемого способа. Точное оформление профиля обода раскаткой открытым роликом практически трудно осуществимо, т. к. в этом случае по меньшей мере необходимо рабочей поверхности ролика придать траекторию движения, соответствующей сложной поверхности обода: движение в радиальном направлении, осевом и периодические повороты с мгновенными центрами вращения, расположенными на внешней поверхности обода. Даже при таком движении ролика, из-за известных реологических свойств деформируемого металла трудно строго локализовать очаг деформации таким образом, чтобы раскатанная часть обода не подвергалась внеконтактной деформации. На практике в раскатанной части обода всегда имеет место указанная деформация, причем ее величина зависит от сдвигаемого роликом объема материала, геометрических особенностей профиля обода и инструмента. Поэтому для упрощения процесса целесообразно при черновом процессе раскатки предусмотреть припуск по толщине обода. В этом случае раскатка цилиндрической части выполняется с использованием только поступательного движения ролика радиального и осевого без поворота (не считая свободного вращения ролика вокруг собственной оси). Это существенно упрощает привод станка и управление процессом. Переменное значение припуска на толщину по длине профиля обода обусловлено тем, что в местах резких переходов поверхностей, например от цилиндрической поверхности к гребню, коническая поверхность заходной части ролика не способна воспроизвести (оформить) профиль обода, в частности радиус галтели R 4,5 (фиг. 2). Поэтому в этой зоне имеет место недокат с образованием конической поверхности, соответствующей профилю ролика, и, вследствие этого, припуск здесь достигает значения до 5 мм. В то же время, цилиндрические и конические участки профиля обода могут быть оформлены с меньшим припуском приблизительно 0,5 мм, заданным с учетом утяжек раскатанных участков.

На фиг. 2 а приведен чертеж штамповки-заготовки для раскатки, разработанной в соответствии с формулой изобретения, т.е. с полным оформлением ступицы, полотна с прилегающим гребнем и цилиндрической частью, у которой радиус внутренней поверхности равен радиусу внутренней поверхности обода диска, наружный радиус штамповки равен максимальному радиусу обода диска (фиг. 2 б), т. е. размеру от центра диска до вершины "Хампа" гребня на поверхности обода, служащего для фиксации бескамерной шины. Длина цилиндрической части штамповки выбрана из условия, что объем этой части должен превышать объем раскатываемого обода с учетом вытесняемого инструментом в гребень металла, а также с учетом последующего удаления гребня механическим путем. С достаточным для практического применения избыточный объем ΔV принимается равным объему кольцевой канавки на поверхности раскатываемого обода при полном внедрении в радиальном направлении ролика в цилиндрическую поверхность штамповки.

При указанных размерах раскатываемой части заготовки процесс раскатки происходит без трансформации гребня в зажим (закат) на поверхности обода. Экспериментально установлено, что образующийся в этом случае гребень смещается инструментом за пределы обода, т.е. остается в избыточной части раскатанной заготовки, которая после раскатки отделяется от обода механическим путем. Если указанные условия соотношения размеров цилиндрической части штамповки не выдерживать, то для получения кондиционной заготовки необходимо либо поворачивать ось вращения ролика, либо использовать для черного прохода по меньшей мере два ролика сначала с закрытым профилем, препятствующим появлению гребня в начальный период, а затем открытый с целью оформления размеров обода в зоне перехода от цилиндрической части к гребню. В противном случае, т.е. при раскатке штамповки, одним открытым роликом, у которого размеры цилиндрической части не соответствуют вышеприведенным условиям, перед инструментом возникает гребень, который по мере раскатки увеличивается в размерах, отклоняется по направлению раскатки и смыкается с поверхностью нераскатанной части заготовки. В результате образуется неисправимый брак - зажим (закат).

По данному способу были изготовлены диски из алюминиевого сплава класса Авиаль-АВ. Температура нагрева оправки и заготовки при раскатке была 450±20^oC. Вес штамповки и раскатки составил 6,5 кг. Вес окончательно обработанной детали составил 5,5 кг. Испытания раскатанных дисков показали соответствие их качества изделиям данного класса.

Использование: изобретение относится к области обработки металлов давлением, в частности к изготовлению деталей типа дисков для автомобилей, летательных аппаратов и т.п. машин преимущественно из легких сплавов. Сущность изобретения: способ изготовления деталей типа дисков автомобильных колес включает штамповку заготовок до оформления ступицы, полотна с прилегающей ребордой и цилиндрической части, с последующим формообразованием из нее обода и реборды, производят формообразование обода и реборды роликом с обжатием до размера, превышающего толщину обода на величину калибровки. Калибровку обода и реборды осуществляют калибровочным роликом, профиль поверхности которого аналогичен профилю обода и реборды готовой детали. Кроме того, для упрощения процесса формообразования размеры цилиндрической части заготовки выбирают из соотношений:
R_н.ш.= R_н.с. R_вн.ш.= R_вн.с.
L_ш.≥ V+ΔV/π(R2н.ш.

- R2вн.ш.)
где R_н.ш., R_вн.ш. - соответственно радиусы наружной и внутренней цилиндрической части заготовки; L_ш. - длина цилиндрической части заготовки; π≈3,14; R_вн.о. , R_н.о. - минимальный внутренний и максимальный наружный радиусы обода диска; V - объем материала обода диска; ΔV - объем концевой канавки, образуемой открытым роликом при его полном внедрении в цилиндрическую часть штамповки. Данный способ обеспечивает повышение экономичности процесса за счет упрощения оснастки. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ изготовления деталей типа дисков автомобильных колес, при котором осуществляют штамповку заготовки до оформления ступицы, полотна с прилегающей к нему ребордой и цилиндрической части с последующим окончательным формообразованием из нее обода и реборды, отличающийся тем, что формообразование обода и реборды осуществляют роликом с обжатием до размера, превышающего толщину обода на величину калибровки, затем осуществляют калибровку обода и реборды калибровочным роликом с профилем поверхности, соответствующим профилю обода и реборды готовой детали. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что длину цилиндрической части заготовки выбирают из соотношения

при R_н . ш R_н . о, R_{в н . ш} R_{в н . о},
где R_н . ш и R_{в н . ш} - соответственно радиусы наружной и внутреней цилиндрической части заготовки;
R_н . о и R_{в н . о} - соответственно максимальный наружный и минимальный внутренний радиусы обода диска;
V объем материала обода диска;
ΔV - объем кольцевой канавки, образуемый открытым роликом при его полном внедрении в цилиндрическую часть заготовки.