ЗАГОТОВКА ОБОЛОЧКИ БИМЕТАЛЛИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ Российский патент 2001 года по МПК B21C23/24 B23K20/02 

Изобретение относится к обработке металлов давлением, а именно к средствам и устройствам, используемым при производстве биметаллических изделий.

Известна заготовка оболочки биметаллических изделий, выполненная в виде стакана, состоящего из полой цилиндрической и донной частей (см. Король В.К. , Гильденгорн М.С. Основы технологии производства многослойных металлов. М.: Металлургия, 1970 г., рис. 46, тип II, позиция 1) - прототип.

В ряде случаев донная часть заготовки оболочки имеет переходный участок, образованный двумя радиусными поверхностями.

Известно устройство для изготовления заготовок оболочки биметаллических изделий, содержащее пуансон и матрицу, при этом полость последней состоит из цилиндрической и донной частей (см. Романовский В.П. Справочник по холодной штамповке, М.: Машиностроение. 1965 г., рис. 330, позиция 1) - прототип.

Для получения заготовки оболочки с радиусным переходным участком донную часть матрицы выполняют с тороидальным переходным участком.

Недостатком известных заготовки оболочки биметаллических изделий и устройства для ее изготовления является невысокое качество получаемых биметаллических изделий. Это обусловлено тем, что при калибровке сборных заготовок биметаллических изделий, состоящих из заготовки оболочки, заготовки сердечника и при необходимости крышки, осуществляемой посредством вытяжки с утонением стенки наружного слоя, имеет место деформирование - принятие формы сферы - донной части оболочки вследствие действия на нее изгибающего момента на начальном этапе деформирования. При этом деформация донной части оболочки тем больше, чем больше степень деформации при калибровке сборной заготовки. Свободный объем с воздухом, образующийся между торцом сердечника и внутренней поверхностью донной части оболочки, приводит к невозможности получения качественного прилегания донной части оболочки к сердечнику. Кроме того, при последующей термодиффузионной обработке находящийся в сборной заготовке воздух выдавливается на образующую, проявляясь либо в виде пузырей, либо в виде неприлегания оболочки к сердечнику на образующей. Данный вид дефекта для биметаллических изделий является недопустимым.

Технической задачей является создание заготовки оболочки биметаллических изделий и устройства для ее изготовления такой конструкции, которая позволила бы снизить газонасыщенность сборных заготовок и получить качественное прилегание оболочки к сердечнику, техническим результатом которых явилось бы повышение качества биметаллических изделий.

Поставленная задача решается тем, что заготовка оболочки биметаллических изделий, выполненная в виде цилиндрического стакана со стенкой и донной частью имеет заходной участок, выполненный в виде полого тела вращения со стенкой переменной толщины по высоте, размещенный между стеной стакана донной частью и сопряженный основанием большего поперечного сечения со стенкой стакана.

Задача решается также и тем, что в устройстве для изготовления заготовок оболочек биметаллических изделий, содержащем матрицу с цилиндрической полостью и донной частью и пуансон, и для использования стакана в качестве заготовки биметаллических изделий полость матрицы выполнена с формующим участком, расположенным между цилиндрической и донной частями и имеющим форму усеченного конуса, основание большего поперечного сечения которого сопряжено с цилиндрической частью.

Выполнение в полости матрицы формующего участка заявленной формы и с заданным месторасположением обеспечивает получение заготовки оболочки биметаллических изделий с заходным участком в виде полого тела вращения с переменной толщиной стенки по высоте, что способствует решению технической задачи, поставленной перед изобретением. Это позволяет сделать вывод о том, что заявляемые решения связаны между собой единым изобретательским замыслом.

Сравнение заявляемых технических решений с прототипами позволяет установить их соответствие критерию "новизна".

Изучение известных технических решений, используемых при производстве многослойных изделий, не позволило выявить признаки, являющиеся отличительными в заявляемых решениях, что позволяет сделать вывод о соответствии данных решений критерию "существенные отличия".

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг. 1 представлена конструкция заявляемой заготовки оболочки биметаллических изделий, имеющая переходной участок, образованный радиусными поверхностями.

На фиг. 2 представлены стадии процесса калибровки сборной заготовки оболочки: положение I - начало калибровки сборной заготовки, положение II - начало деформирования, положение III - окончание деформирования оболочки сборной заготовки на заходном участке, положение IV - окончание калибровки сборной заготовки.

На фиг. 3 и 4 представлено устройство для изготовления заготовок оболочек биметаллических изделий в исходном и рабочем положениях соответственно.

На фиг. 5 представлена форма рабочей части (полости), используемой в устройстве матрицы.

Заготовка оболочки биметаллических изделий представляет собой стакан, состоящий из полой цилиндрической 1 и донной 2 частей, при этом последняя выполнена с переходным участком 3, образованным двумя радиусными поверхностями, а также заходного участка 4, расположенного между полой цилиндрической 1 и донной 2 частями. Заходной участок 4 выполнен в виде полого тела вращения с переменной толщиной стенки по высоте, основание большего поперечного сечения которого сопряжено с полой цилиндрической 1 частью. Полость заходного участка 4 имеет форму цилиндра с постоянным диаметром по высоте.

Заготовка оболочки биметаллических изделий используется следующим образом.

В указанную заготовку оболочки 5 устанавливают заготовку сердечника 6, после чего сборную заготовку подвергают калибровке (вытяжке с утонением стенки) путем проталкивания ее через вытяжную матрицу 7. При необходимости на открытый торец заготовки сердечника устанавливают крышку. В начальный момент калибровки (положение I на фиг. 2) вследствие наличия у заготовки оболочки 5 заходного участка 4 ее донная 2 часть проходит рабочий участок матрицы 7, не деформируясь, после чего начинается деформация оболочки сборной заготовки в районе сопряжения донной 2 части и заходного участка 4. Сначала происходит деформирование оболочки без утонения стенки за счет выборки технологического зазора между заготовкой оболочки 5 и заготовкой сердечника 6, после чего начинается деформация оболочки с утонением стенки (положение II на фиг. 2). В ходе деформирования степень деформации на высоте заходного участка оболочки сборной заготовки увеличивается, достигая максимального значения в момент прохождения через калибрующий поясок вытяжной матрицы поперечного сечения сборной заготовки, проходящего через плоскость сопряжения цилиндрической 1 части и заходного участка 4 оболочки (положение III на фиг. 2). При дальнейшем деформировании сборной заготовки, осуществляемом с постоянной степенью деформации, оболочка плотно прилегает к сердечнику (положение IV на фиг.2), обеспечивая изделию высокое качество.

Параметры заходного участка заготовки оболочки (наружный и внутренний диаметры в плоскости сопряжения заходного участка и донной части, высота заходного участка и др.) выбирают таким образом, чтобы в момент прохождения по калибрующему пояску вытяжной матрицы 7 плоскости сопряжения тороидальной и цилиндрической частей заготовки сердечника 6 степень деформации по толщине стенки оболочки была минимальной (2-10%). Снижение нижнего предела степени деформации может не обеспечить полную выборку технологического зазора между заготовкой оболочки и заготовкой сердечника в зоне сопряжения их тороидальных частей, в случае выполнения внутреннего диаметра стакана на верхнем пределе, а диаметра заготовки сердечника - на нижнем. Превышение же вышеупомянутого верхнего предела степени деформации приводит к тому, что деформирование сборной заготовки начинается в зоне тороидального участка донной части оболочки, при этом возникающий в ней изгибающий момент способствует деформированию донной части оболочки сборной заготовки, которая принимает форму сферы. Образующийся при этом между торцом сердечника и внутренней поверхностью донной части оболочки свободный объем с воздухом приводит к невозможности получения качественного прилегания оболочки к сердечнику даже после проведения термодиффузионной обработки.

Устройство для изготовления заготовок оболочек биметаллических изделий (фиг. 3, 4) состоит из матрицы 8 и пуансона 9. Матрица 8 установлена на нижней плите пресса (условно не показано), пуансон 9 - на верхней плите пресса (условно не показано). Матрица 8 имеет рабочую полость (фиг. 5), состоящую из цилиндрической 10 и донной 11 частей, при этом последняя выполнена с тороидальным переходным участком 12. Между цилиндрической 10 и донной 11 частями выполнен дополнительный формующий участок 13, имеющий форму усеченного конуса, основание большего поперечного сечения которого сопряжено с цилиндрической частью 10. Для уменьшения трения образующая цилиндрической части полости матрицы выполнена с небольшой, порядка 0,2-0,5^o, конусностью.

Устройство для изготовления заготовок оболочек работает следующим образом.

Заготовку 14 помещают в полость матрицы 8 и прикладывают к ней усилие деформирования пуансоном 9. В начальный момент происходит заполнение полости матрицы 8 материалом заготовки 14, после чего материал заготовки выдавливается в зазор между рабочими поверхностями матрицы 8 и пуансона 9, образуя при этом изделие типа стакана 15. На последней стадии выдавливания, когда пуансон 9 перемещается вдоль формующего участка 13 матрицы 8, в выдавливаемом стакане 15 формируется заходной участок 4 с переменной толщиной стенки по высоте. При обратном ходе пресса пуансон 9 с заготовкой оболочки (стаканом 15) поднимается, после чего последняя снимается с пуансона при помощи съемника (условно не показано).

Выполнение на матрице 8 формующего участка обусловлено получением заготовки оболочки с заходным участком заявленной формы. При этом параметры формующего участка (угол наклона образующей, высота участка, диаметр в месте сопряжения с донной частью матрицы) выбирают таким образом, чтобы заходной участок на заготовке оболочки обеспечивал при калибровке сборной заготовки минимальную (2-10%) степень деформации оболочки в момент прохождения по калибрующему пояску вытяжной матрицы плоскости сопряжения тороидальной и цилиндрической частей заготовки сердечника. Кроме того, форма и геометрические размеры заходного участка должны обеспечивать прохождение в начальный момент калибровки сборной заготовки через переходный участок донной части сборной заготовки без ее деформирования. Выполнение указанных условий позволяет осуществлять калибровку сборных заготовок без деформирования (выпучивания) донной части оболочки, что способствует получению биметаллических изделий высокого качества за счет получения качественного прилегания оболочки к сердечнику.

Пример осуществления изобретения.

Заготовки из алюминиевого сплава Б1Т ТУ 95.2222-90 диаметром 39 мм и высотой 20 мм, предварительно смазанные маслом цилиндровым 52, укладывают в матрицу диаметром 39,4 мм и осуществляют обратное выдавливание пуансоном с диаметром калибрующего пояска 35,2 мм. Радиус скругления на матрице 5 мм, на торце пуансона 4,1 мм. Матрица имеет формующий участок, расположенный между цилиндрической и донной частями, при этом донная часть соединена с формующим участком посредством переходного тороидального участка.

Угол конусности формующего участка выбран равным 11^o, высота участка - 3 мм.

Полученный при обратном выдавливании стакан имеет заходной участок, расположенный между полой цилиндрической и донной частями. При этом последняя имеет переходный участок, образованный радиусными поверхностями матрицы и пуансона, посредством которого донная часть соединена с заходным участком, имеющим переменную по высоте толщину стенки.

Толщина стенки стакана в месте сопряжения переходного и заходного участков равна 1,6 мм, в месте сопряжения заходного участка и цилиндрической части - 2,1 мм.

В указанный стакан, используемый в качестве заготовки оболочки биметаллического изделия, устанавливают заготовку сердечника из САП, после чего сборную заготовку проталкивают через матрицу калибровки диаметром 38,2 мм, при этом оболочка подвергается деформированию посредством вытяжки с утонением стенки, с формированием в биметаллическом изделии оболочки толщиной 1,5 мм.

Вследствие выполнения на заготовке оболочки (стакане) заходного участка с указанными выше параметрами при калибровке сборной заготовки донная часть оболочки не деформируется, что способствует получению плоской (без выпучивания) поверхности донной части.

Контроль биметаллического изделия после его герметизации и термодиффузионной обработки показал, что оболочка плотно прилегает к сердечнику как на глухом торце, так и на образующей.

Использование заготовки оболочки с заходным участком заявленной формы способствует осуществлению калибровки сборных заготовок без деформирования донной части, что приводит к получению биметаллических изделий высокого качества, с плотным прилеганием оболочки к сердечнику.

Заготовка оболочки биметаллических изделий, выполненная в виде циллиндрического стакана, содержащего стенку и донную часть, имеет заходной участок, выполненный в виде полого тела вращения со стенкой переменной толщины по высоте, размещенный между стенкой стакана и донной частью и сопряженный основанием большего поперечного сечения со стенкой стакана. Устройство для изготовления заготовок оболочек биметаллических изделий, содержащее матрицу с цилиндрической полостью и донной частью и пуансон, полость матрицы выполнена с формирующим участком, расположенным между цилиндрической и донной частями и имеющим форму усеченного конуса, основание большего поперечного сечения которого сопряжено с цилиндрической частью. Это позволит снизить газонасыщенность сборных заготовок и получить качественное прилегание оболочки к сердечнику, техническим результатом которых явилось бы повышение качества биметаллических изделий. 2 с.п.ф-лы, 5 ил.

1. Заготовка оболочки биметаллических изделий, выполненная в виде цилиндрического стакана, содержащая стенку и донную часть, отличающаяся тем, что она имеет заходной участок, выполненный в виде полого тела вращения со стенкой переменной толщины по высоте, размещенный между стенкой стакана и донной частью и сопряженный основанием большего попречного сечения со стенкой стакана. 2. Устройство для изготовления заготовок оболочек в виде стакана, содержащее матрицу с цилиндрической полостью и донной частью и пуансон, отличающееся тем, что для использования стакана в качестве заготовки оболочки биметаллических изделий полость матрицы выполнена с формирующим участком, расположенным между цилиндрической и донной частями и имеющим форму усеченного конуса, основание большего поперечного сечения которого сопряжено с цилиндрической частью.