СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ШАРОВ Российский патент 2001 года по МПК B21K1/02 B21H1/14 

Изобретение относится к области металлургии, а именно к технике и технологии производства металлических шаров.

Известны способы получения сферических тел из расплава, например, описанные в международной заявке [1]. Недостатком способов является низкая производительность из-за большой продолжительности времени кристаллизации расплава. Известны также способы получения металлических шаров из предварительно отлитых и деформированных цилиндрических заготовок, описанные в книге [2], а также в патентах [3-7].

Так, в охранных документах СССР, США и Великобритании [3-5] описан способ винтовой прокатки шаров из круглых прутков, который предусматривает вращение заготовки вокруг ее оси и ее прокату в винтовом калибре. Подобный способ нашел широкое применение при получении шаров винтовой прокаткой на отечественных и зарубежных предприятиях и считается одним из самых производительных. Однако существенным его недостатком является жесткая схема напряженного состояния с преобладанием растягивающих напряжений, что приводит к получению дефектов в виде несплошностей внутри объема шара, а также к возможности его разрушения в результате воздействия термических или иных напряжений. Подобным же недостатком обладает схема деформации в конических валках, снабженных дугообразными канавками, предложенная в патенте Швейцарии [6].

Иная схема деформации принята при получении шаров штамповкой заготовок, полученных из длинномерных прутков. Эта схема характеризуется преобладанием сжимающих напряжений и может быть применена в отношении металлов, не обладающих высокой пластичностью. Так, в патенте ФРГ [7] предложена схема получения шаров из отрезков проволоки деформацией их пуансоном, имеющим возможность возвратно-поступательного перемещения от кулачкового привода. Недостатком способа является нерешенность вопроса резки заготовки на мерные длины и формирования профиля торца, пригодного для формования полностью заполненных полюсов шара.

Наиболее близким по технической сущности является способ, описанный в патентной заявке Великобритании [8], выбранный в качестве прототипа. Способ включает резку круглой прутковой длинномерной заготовки на мерные длины, передачу разрезанных заготовок в штамповый блок и штамповку шаров.

Недостатком способа по прототипу является невозможность правильного оформления шара за один переход штамповки. Многочисленные эксперименты, выполненные как авторами данного изобретения [9], так и другими исследователями [2] , показывают, что при штамповке цилиндрической заготовки с плоскими торцами добиться полного заполнения металлом всей гравюры штампа без переполнения или незаполнения отдельных его областей практически невозможно. При безоблойной штамповке незаполненными остаются области, примыкающие к полюсам шара, что приводит к необходимости реализации создания большого подпора металла при облойной штамповке, последняя схема требует приложения больших напряжений, усилий и в целом повышенных энергозатрат, а также применения операции вырубки облоя, что не позволяет обеспечить высокий выход годного.

Предлагается осуществить резку круглой прутковой длинномерной заготовки на мерные и передавать полученные разрезанные заготовки в штамповый блок, в котором штамповать шары. При этом в отличие от прототипа предлагается перед резкой круглую прутковую длинномерную заготовку обжимать в направлении, перпендикулярном продольной оси, с получением двух плоскостей. Затем полученную плоскую заготовку подвергают периодическим пережимам в направлении, параллельном полученным плоскостям и перпендикулярном продольной оси, с образованием в этом направлении выпуклых цветков поверхности. Затем выполняют разрезку полученной полосы на заготовки по поверхностям в местах пережимов в направлении, перпендикулярном плоскостям и продольной оси, причем заготовкам придают форму, удлиненную в направлении, параллельном полученным плоскостям и перпендикулярном продольной оси, последующую штамповку осуществляют с уменьшением размера заготовки в указанном направлении.

Обжатие круглой заготовки для создания двух плоскостей может производиться методами осадки, прокатки на гладких валках или методом кузнечной протяжки.

Сказанное поясняется схемами, изображенными на фиг. 1-5. В качестве заготовки используют пруток круглого поперечного сечения (фиг. 1), который обжимают (фиг. 2) в направлении B, перпендикулярном продольной оси заготовки AA, с получением двух плоскостей C. Боковая поверхность заготовки D унаследует от цилиндрической поверхности круглого прутка выпуклую форму, что является существенным фактором, позволяющим получить полное заполнение гравюры штампов в районе будущих полюсов шара. Величина обжатия зависит от способа его осуществления (прокатка, кузнечная протяжка). При прокатке соотношение между вытяжкой и уширением зависит от условий трения и от диаметра валков. Аналогичный показатель при кузнечной протяжке зависит от величины подачи, обжатий, условий трения. Поэтому величина обжатия является предметом инженерных расчетов и может быть рекомендована только для частного случая деформации.

Следующим этапом способа является осуществление периодических пережимов в направлении оси E (фиг. 3), параллельной полученным на заготовке плоскостям C и перпендикулярной продольной оси AA, с образованием в этом направлении выпуклых цветков поверхности F. Оформление этих выпуклых участков позволяет предварительно сформировать контур будущего шара и облегчить заполнение гравюры в районе полюсов. Здесь специально следует отметить, что выпуклость боковой поверхности будущего шара к концу этого этапа сформирована в двух взаимно перпендикулярных направлениях, что создает условия для наилучшего заполнения гравюры при последующей штамповке. Параметры кривизны поверхности заготовки задаются с учетом объема шара и характера течения металла при последующих операциях. Этот характер обусловлен влиянием коэффициента трения, распределением температур, анизотропией свойств металла и др.

Затем выполняют разрезку полученной полосы на заготовки по поверхностям в местах пережимов в направлении B, перпендикулярном плоскостям и продольной оси (фиг. 4), причем заготовкам придают форму, удлиненную в направлении E, параллельном полученным плоскостям и перпендикулярном продольной оси, последующую штамповку осуществляют с уменьшением размера заготовки в указанном направлении (фиг. 5). Изложенные приемы отличаются от используемых традиционно приемов тем, что обычно (в том числе в прототипе) длинномерную заготовку режут на мерные длины таким образом, что направление длинной оси мерной заготовки совпадает с направлением оси длинномерной заготовки. В предлагаемой технологической схеме эти направления взаимно перпендикулярны.

На фиг. 1 и 2 изображены соответственно исходная круглая заготовка и полученные на ней продольные плоскости. На фиг. 3-5 изображены этапы деформации заготовки: получение пережимов, разрезки и уменьшения размера заготовки до образования шара.

Способ осуществляется следующим образом. Для получения шаров диаметром 10 мм используют длинномерную заготовку диаметром 11,6 мм. Прокаткой на прокатном стане приток обжимают в направлении, перпендикулярном продольной оси заготовки, с получением двух плоскостей при толщине 5,5 мм. Боковая поверхность заготовки унаследует от цилиндрической поверхности круглого прутка выпуклую форму, характеризуемую максимальной шириной 14,5 мм и минимальной шириной по контактной поверхности 9,0 мм.

Следующим этапом способа является осуществление периодических пережимов на глубину 3,0 мм в направлении оси, параллельной полученным на заготовке плоскостям и перпендикулярной продольной оси, с образованием в этом направлении выпуклых участков поверхности.

Затем выполняют разрезку полученной полосы на заготовки по поверхностям в местах пережимов в направлении, перпендикулярном плоскостям и продольной оси, причем заготовкам придают форму, удлиненного в направлении, параллельном полученным плоскостям и перпендикулярном продольной оси. Окончательный размер заготовок под штамповку составил ⊘ 7,0х15 мм. Последующую штамповку осуществляют с уменьшением размера заготовки в указанном направлении с получением шара диаметром 10 мм. Колебания размеров шара по диаметру составили ±0,1 мм или 2%.

Для сравнения получали шар резкой прутка на мерные длины и получением цилиндрических заготовок, имеющих размеры: диаметр 7,0 мм и длину 13,6 мм с осью цилиндра, ориентированных вдоль оси прутка.

Полученные цилиндры, имеющие плоские торцы, подвергали безоблойной штамповке в штампе со сферической гравюрой до момента начала образования заусенца. Получали шар диаметром 10 мм, у которого в районе полюса имелась плоская поверхность, что говорило о неполном заполнении гравюры штампа. Шар имел максимальный диаметр 10,8 мм по экватору и минимальный размер (высоту) 9,2 мм от полюса до полюса. Колебания размеров шара составили 16%.

По предлагаемому методу форма торцов предназначенной для штамповки заготовки приближена к радиальной, что способствует более полному заполнению гравюры штампа и обеспечивает большую точность оформления изделия. Сравнение точности получения заготовки по предлагаемому методу и методу по прототипу покрывает улучшение этого показателя на 14%.

Техническим результатом от применения заявляемого способа является повышение точности получаемых изделий.

Источники информации
1. Международная заявка PCT (WO) N 89/02324. Способ и устройство для получения сферических тел. МКИ B 21 H 1/12. C 22 C, B 29 B 9/00, C 21 D 1/62, C 21 B 7/00, C 21 C 5/42, B 22 F 1/00. Заявл. 21.09.87. опубл. 23.03.89.

2. Северденко А.П., Мурac B.C., Олендер Р.А. Штамповка шариков. Минск: Наука и техника, 1972, 208 с.

3. Заявка Великобритании N 1389417. Установка для получения металлических шаров из штанг или прутков. МКИ B 21 H 1/16, НКИ ВЗМ. Опубл. 05.04.75.

4. Патент США N 3621692. Устройство для формовки и калибровки шариков. МКИ B 21 H 1/14. 3аявл. 12.06.69, опубл. 23.11.71.

5. А. С. СССР N 1794566. Способ изготовления шариков поперечно-винтовой прокаткой. МКИ B 21 H 1/14. 3аявл. 30.03.89. опубл. 15.02.93, БИ N 06.

6. Патент Швейцарии N 680774. Способ и устройство для формования почти шаровидных тел. МКИ B 21 H 1/14, B 29 C 67/24, B 44 C 3/04. Заявл. 26.02.90, опубл. 13.11.92.

7. Патент ФРГ N 3825128. Пресс для осадки кусков проволоки определенной длины для производства шаров. МКИ B 21 J 9/06. Заявл. 23.07.88, опубл. 25.01.90.

8. Заявка Великобритании N 1459698. Пресс для производства шаров. /Messerschmidt МКИ B 21 K 1/02, B 21 J 9/18, НКИ B3H, B3W. Заявл. 06.02.74. опубл. 22.12.76.

9. Логинов Ю. Н. , Буркин С.П., Луканихин Н.Ю. Исследование штамповки шаров из цилиндрических заготовок. Известия вузов. Черная металлургия, 1998, N 10, с 34-37.

Изобретение относится к металлургии. Способ включает резку круглой прутковой длинномерной заготовки на мерные длины, передачу разрезанных заготовок в штамповый блок и штамповку шаров, перед резкой круглую прутковую заготовку обжимают в направлении, перпендикулярном продольной оси, с получением двух плоскостей, затем полученную плоскую заготовку подвергают периодическим пережимам в направлении, параллельном полученным плоскостям и перпендикулярном продольной оси, с образованием в этом направлении выпуклых участков поверхности, разрезают полученную полосу на заготовки по поверхностям в местах пережимов в направлении, перпендикулярном плоскостям и продольной оси, причем заготовкам придают форму, удлиненную в направлении, параллельном полученным плоскостям и перпендикулярном продольной оси, и последующую штамповку осуществляют с уменьшением размера заготовки в указанном направлении. Параллельные плоскости на прутковой заготовке получают продольной прокаткой, осадкой или кузнечной протяжкой. Техническим результатом является повышение точности размеров получаемых изделий. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ производства шаров, включающий резку круглой прутковой длинномерной заготовки на мерные длины, передачу разрезанных заготовок в штамповый блок и штамповку шаров, отличающийся тем, что перед резкой круглую прутковую длинномерную заготовку обжимают в направлении, перпендикулярном продольной оси, с получением двух плоскостей, затем полученную плоскую заготовку подвергают периодическим пережимам в направлении, параллельном полученным плоскостям и перпендикулярном продольной оси, с образованием в этом направлении выпуклых участков поверхности, разрезают полученную полосу на заготовки по поверхностям в местах пережимов в направлении, перпендикулярном плоскостям и продольной оси, причем заготовкам придают форму, удлиненную в направлении, параллельном полученным плоскостям и перпендикулярном продольной оси, и последующую штамповку осуществляют с уменьшением размера заготовки в указанном направлении. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что две параллельные плоскости на круглой прутковой длинномерной заготовке получают продольной прокаткой. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что две параллельные плоскости на круглой прутковой длинномерной заготовке получают осадкой или кузнечной протяжкой.