СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОКОВОК ТИПА ПОВОРОТНЫХ КУЛАКОВ Российский патент 2006 года по МПК B21K1/74 

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при изготовлении штампованных поковок типа поворотных кулаков. Эти поковки отличаются большой сложностью. Они содержат стержень и фланцевую часть с отростками.

Известен способ изготовления поковок кулака полуоси, включающий резку и нагрев исходной заготовки, выдавливание стержня и формирование фланцевого утолщения в открытом штампе, окончательную штамповку в открытом штампе (Соколов Н.Л. Горячая штамповка выдавливанием стальных деталей. М.: Машиностроение, 1967. - 192 с. Ил. стр. 104-107, рис. 44).

Недостатком способа является большой расход металла и низкая стойкость штампов.

Известен способ изготовления поковок поворотных кулаков, включающий резку и нагрев исходной заготовки, фигурную осадку, поворот осаженной заготовки на 90 градусов, формирование полуфабриката путем выдавливания с размерами в плане, превышающими размеры поковки, окончательную штамповку с вытеснением металла в облой (Семендий В.И., И.Л. Акаро И.Л., Волосов Н.Н. Прогрессивные технология, оборудование и автоматизация кузнечно-штамповочного производства КамАЗа. М.: Машиностроение, 1989. - 304 с. Ил. Стр. 47-48, рис 27).

Недостатком способа является большой расход металла и низкая стойкость инструмента. Это обусловлено способом штамповки, по которому формирование всего объема поковки происходит только за счет выдавливания. При этом развиваются высокие контактные напряжения, поэтому штампы имеют низкую стойкость.

Поставлена задача разработать способ, позволяющий получать поковки с меньшими усилиями и меньшим расходом металла.

Технический результат в способе изготовления поковок типа поворотных кулаков, включающем резку, нагрев исходной заготовки, формирование полуфабриката, окончательную штамповку, обрезку облоя, достигается тем, что полуфабрикат получают поэтапно, вначале часть исходной заготовки подвергают прокатке и формируют стержневую часть полуфабриката, затем в процессе последующей штамповки окончательно формируют стержневую часть полуфабриката, а фланцевую часть с отростками получают штамповкой в два этапа, сначала формируют полуфабрикат со свободными поверхностями в штампе без вытеснения металла в облой, а затем в открытом штампе с вытеснением металла в облой.

Исходную заготовку подвергают продольной прокатке.

Исходную заготовку подвергают поперечной прокатке.

В процессе прокатки формируют стержневую часть полуфабриката объемом, равным 0,8...1,2 объема стержневой части поковки.

Формируют стержневую часть полуфабриката диаметром не больше диаметра стержневой части поковки.

У полуфабриката со свободными поверхностями формируют конечные элементы отростков фланцевой части полуфабриката.

Полуфабрикат в открытом штампе получают с размерами в плане не больше соответствующих размеров поковки.

Поэтапное получение полуфабриката позволяет на каждом переходе штамповки деформировать только часть объема заготовки.

Из теории обработки металлов давлением известно, что мощность N_σ нормальных сил σ, приложенных к контактной поверхности S_k деформируемого тела, равна мощности внутренних сил N_B и мощности сил трения N_T (И.Я.Тарновский, А.А.Поздеев, О.А.Гонаго и др. Теория обработки металлов давлением. Вариационные методы расчета усилий и деформаций // Под ред. И.Я. Тарновского. - М.: Металлургиздат, 1963. - 672. с. ил. стр. 404).

Здесь первый интеграл по объему деформируемого тела V равен произведению интенсивности скоростей деформации сдвига Н на интенсивность касательных напряжений Т.

Второй интеграл по поверхности скольжения S_s деформируемого металла относительно инструмента равен произведению касательных напряжений ν_i на скорости скольжения v; металла относительно инструмента.

Это мощность сил трения, которые для подавляющего большинства процессов горячей объемной штамповки и для рассматриваемого способа являются вредными.

Переходя от уравнения мгновенных мощностей к работам получим, что работа нормальных поверхностных сил σ равна алгебраической сумме работ внутренних А_В сил и сил трения А_T.

Любую заготовку, полуфабрикат или поковку можно представить как сумму элементарных объемов ΣV_i (элементов). Таким образом, исключая из пластического деформирования определенный объем заготовки, можно снизить необходимую работу, мощность и усилие пластической деформации.

Кроме того, для деформации части заготовки используют прокатку (продольную (вальцовку) или поперечную, в частности поперечно-клиновую), что также способствует снижению усилий.

Продольная прокатка относится к локальным способам обработки металлов давлением, когда очаг деформации охватывает лишь часть заготовки. В этом случае усилия деформации значительно меньше. Поперечная прокатка осуществляется при наличии больших свободных от контакта с инструментом поверхностей и реализуемые усилия деформации также ниже усилий штамповки, т.е. для получения одной и той же поковки (если позволяет конфигурация) методами штамповки и прокатки усилия деформации меньше при прокатке.

Методами прокатки, в частности вальцовкой, невозможно получить высокоточный стержень полуфабриката. Поэтому целесообразно окончательно формировать стержневую часть полуфабриката последующей штамповкой.

Формирование фланцевой части полуфабриката с отростками в два этапа также позволяет разделить деформацию и снизить усилия штамповки. Наличие у полуфабриката на первом этапе его формирования свободных от контакта со штампом поверхностей способствует более полному удалению окалины, оставшейся на недеформированном в процессе прокатки участке заготовки. При этом вытеснение металла за пределы гравюры не происходит, что повышает экономичность процесса.

На втором этапе получают полуфабрикат в открытом штампе с вытеснением металла в облой. За счет подпора со стороны облоя происходит качественное оформление полуфабриката.

В большинстве случаев формирование стержневой части полуфабриката осуществляют продольной прокаткой (вальцовкой). При этом вальцовку проводят, как правило, за несколько переходов. Количество необходимых переходов зависит от геометрических размеров стержневой части полуфабриката и заготовки.

При наличии соответствующего оборудования (стана поперечно-клиновой прокатки) и соответствующей организации технологического процесса исходную заготовку могут подвергать поперечной прокатке.

В зависимости от размеров и конфигурации поковки ограничивают величину объема стержневой части полуфабриката, формируемого прокаткой. Эта величина равна 0,8...1,2 объема стержневой части поковки.

При формировании стержневой части полуфабриката меньше 0,8 объема стержневой части поковки не достигается заметного снижения усилия деформации при последующей, после прокатки, штамповке. Более 20% объема стержня приходится получать за счет выдавливания. Эффективность применения прокатки, в частности вальцовки, падает.

При формировании стержневой части полуфабриката больше 1,2 объема стержневой части поковки при последующей, после прокатки, штамповке возможно образование зажима. Кроме того, нерационально большое количество металла из стержневой части полуфабриката обратно перемещать во фланцевую часть поковки. Лучшие результаты получаются при работе в пределах 0,95-1,05.

Формирование стержневой части полуфабриката диаметром не больше диаметра стержневой части поковки обеспечивает надежное базирование полуфабриката в окончательном ручье и получение качественной поковки.

Формирование у полуфабриката со свободными от контакта со штампом поверхностями конечных элементов отростков фланцевой части полуфабриката позволяет уже на первом штамповочном переходе получить труднозаполнимый элемент поковки. Это снижает необходимое количество металла для формирования в открытом ручье полуфабриката и, как следствие, приводит к экономии металла в целом.

Получение полуфабриката в открытом штампе с размерами в плане не больше соответствующих размеров поковки также уменьшает расход металла и снижает усилие штамповки.

Сопоставительный анализ заявляемого технического решения с прототипом показывает, что заявляемый способ изготовления поковок типа поворотных кулаков отличается от прототипа.

В способе-прототипе первой формоизменяющей операцией является фигурная осадка.

В предлагаемом способе первой формоизменяющей операцией является прокатка.

В способе-прототипе заготовку после осадки кантуют на 90 градусов. Это координально меняет макроструктуру и приводит к расположению волокон вдоль рабочих нагрузок, что в свою очередь приводит к снижению прочности деталей. (См., например, Макушок Е.М., Розенберг С.Э. Дефекты макроструктуры, выявляющиеся при штамповке выдавливанием. Кузнечно-штамповочное производство, № 9, 1984, с.25).

В предлагаемом способе заготовку не кантуют.

В способе-прототипе формирование стержневой части полуфабриката осуществляют путем выдавливания.

В предлагаемом способе стержневую часть получают одним из способов прокатки: вальцовкой или поперечно-клиновой прокаткой.

В способе-прототипе формируют фланцевую часть полуфабриката с размерами в плане превышающими размеры в плане поковки.

В предлагаемом способе размеры фланцевой части полуфабриката не больше размеров поковки.

В способе-прототипе полуфабрикат получают в закрытом штампе.

В предлагаемом способе полуфабрикат получают в открытом штампе.

Эти отличительные признаки обеспечивают возможность получения штампованных поковок с меньшими усилиями и меньшими затратами на металл. При этом достигается высокая стойкость инструмента.

Таким образом, данное техническое решение соответствует критерию "новизна".

Анализ авторских свидетельств, патентов и научно-технической информации не выявил использования новых существенных признаков предлагаемого изобретения по их функциональному назначению. Таким образом, предлагаемое техническое решение соответствует критерию "изобретательский уровень".

На фиг.1 представлены технологические переходы получения поковки;

на фиг.2 - конец процессов формообразования полуфабриката и окончательно отштампованной поковки с облоем.

Способ изготовления поковок типа поворотных кулаков реализуется следующим образом.

Поковку получают за несколько технологических переходов, в ходе которых предварительно отрезанную от прутка и нагретую исходную заготовку 1 прокатывают одним из известных способов, например, см. Смирнов В.К., Литвинов К.Н., Харитонин С.В. Горячая вальцовка заготовок. М.: Машиностроение, 1980, 150 с., ил. стр. 61-70. В результате получают заготовку 2, затем в два штамповочных перехода формируют полуфабрикат: сначала полуфабрикат 3 со свободными от контакта со штампом поверхностями, затем полуфабрикат открытого штампа 4 с облоем 5, деформируя полуфабрикат 4, получают окончательно отштампованную поковку 6 с облоем 5. Затем обрезают облой 5 и получают поковку 7.

Прокатанную заготовку 2 передают в штамп первого штамповочного перехода, который состоит из матрицы 8, пуансона 9 и выталкивателя 10. При движении ползуна пресса вниз пуансон 9 в матрице 8 деформирует прокатанную заготовку 2, формируя полуфабрикат 3. Полуфабрикат 3 извлекают из матрицы 8 выталкивателем 10. Полученный полуфабрикат 3 перекладывают в штамп второго штамповочного перехода, состоящего из матрицы 11, пуансона 12, выталкивателя 13. При движении ползуна пресса вниз пуансон 12 деформирует полуфабрикат 3 в матрице 11. В результате получается полуфабрикат 4 с облоем 5. После завершения процесса деформации ползун пресса поднимают вверх, полуфабрикат 4 с облоем 5 удаляют из матрицы 11 выталкивателем 13. Полученный полуфабрикат устанавливают в окончательный штамп, состоящий из матрицы 14, пуансона 15 и выталкивателя 16. При движении ползуна пресса вниз пуансон 15 деформирует полуфабрикат 4 в матрице 14. В результате получают окончательно отштампованную поковку 6 с увеличенным облоем 5. После завершения процесса деформации ползун пресса поднимают вверх, окончательно отштампованную поковку 6 с облоем 5 удаляют из матрицы 14 выталкивателем 16.

Обрезку облоя 5 осуществляют на обрезном прессе одним из известных способов, например, Брюханов А.Н. Ковка и объемная штамповка. М. Машиностроение, 1975, 408 с. ил. с.349-364.

Пример конкретного выполнения поковки кулака из стали 45Х ГОСТ 4543-71.

Исходную заготовку отрезают от прутка диаметром 130 мм. В результате получают заготовку длиной 315±3 мм. Затем нагревают в индукционном нагревателе до ковочной температуры и подвергают вальцовке в четыре перехода, получают заготовку со стержнем диаметром 62 мм длиной 170 мм. Затем подают в штамп горячештамповочного пресса 630 мН и последовательно деформируя вальцованную заготовку в трех штамповочных ручьях получают поковку поворотного кулака со стержнем диаметром 63,3 мм длиной 180 мм.

По сравнению с прототипом предлагаемый способ изготовления штампованных поковок реализуется при меньших усилиях и более экономичен.

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при изготовлении штампованных поковок типа поворотных кулаков, содержащих стержень и фланцевую часть с отростками. Полученную резкой исходную заготовку нагревают, после чего производят поэтапное формирование полуфабриката. Для этого часть исходной заготовки подвергают прокатке и формируют стержневую часть полуфабриката. Затем в процессе последующей штамповки окончательно формируют стержневую часть. Фланцевую часть с отростками получают штамповкой в два этапа. Сначала формируют полуфабрикат со свободными поверхностями в штампе без вытеснения металла в облой, а затем - в открытом штампе с вытеснением металла в облой. Полученный полуфабрикат подвергают окончательной открытой штамповке, после чего обрезают облой. В результате обеспечивается снижение усилий деформирования и уменьшение расхода материала. 6 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ изготовления поковок типа поворотных кулаков, включающий резку, нагрев исходной заготовки, формирование полуфабриката, окончательную открытую штамповку, обрезку облоя, отличающийся тем, что полуфабрикат получают поэтапно, вначале часть исходной заготовки подвергают прокатке и формируют стержневую часть полуфабриката, затем в процессе последующей штамповки окончательно формируют стержневую часть полуфабриката, а фланцевую часть с отростками получают штамповкой в два этапа: сначала формируют полуфабрикат со свободными поверхностями в штампе без вытеснения металла в облой, а затем в открытом штампе с вытеснением металла в облой.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что часть исходной заготовки подвергают продольной прокатке.3. Способ по п.1, отличающийся тем, что часть исходной заготовки подвергают поперечной прокатке.4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в процессе прокатки формируют стержневую часть полуфабриката объемом, равным 0,8-1,2 объема стержневой части поковки.5. Способ по п.1, отличающийся тем, что формируют стержневую часть полуфабриката диаметром не больше диаметра стержневой части поковки.6. Способ по п.1, отличающийся тем, что у полуфабриката со свободными поверхностями формируют конечные элементы отростков фланцевой части полуфабриката.7. Способ по п.1, отличающийся тем, что полуфабрикат в открытом штампе получают с размерами в плане не больше соответствующих размеров поковки.