СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТОНКОСТЕННЫХ ОБОЛОЧЕК Российский патент 2011 года по МПК B21D51/02 B21D22/14 

Изобретение относится к обработке металлов давлением, а именно к способу изготовления тонкостенных оболочек из малопластичных алюминиевых сплавов систем Al-Mg; Al-Cu-Mg; Al-Mg-Si-Cu; Al-Zn-Mg-Cu ротационной вытяжкой с утонением (ротационным выдавливанием).

Известен способ изготовления тонкостенных оболочек из малопластичных алюминиевых сплавов, включающий изготовление толстостенной заготовки, нагрев толстостенной заготовки до температуры 300°…450°С перед операцией ротационной вытяжки, ротационную вытяжку с утонением оболочки, термообработку тонкостенной оболочки для придания алюминиевому сплаву заданных механических свойств и окончательную обработку резанием (см. РТМ 3-1674-85, лист 35), принятый за прототип.

Недостатки прототипа:

1. При ротационной вытяжке с утонением толстостенной заготовки, нагретой до t^o=300°…450°C получаются значительные колебания геометрических размеров по длине тонкостенной оболочки, так как в процессе ротационной вытяжки температура заготовки по ее длине изменяется тем более значительно, чем больше длина оболочки, и чем выше температура толстостенной заготовки перед ротационной вытяжкой (участки заготовки, прилегающие к упорному торцу, имеют более высокую температуру, чем подстывшие участки толстостенной оболочки, прилегающие к открытому торцу, диаметральный зазор между оправкой и внутренним диаметром толстостенной заготовки неравномерен по длине оболочки, при этом механические характеристики алюминиевого сплава тоже значительно разнятся по длине оболочки);

2. Длительный период разогрева оправки и роликов температурой толстостенной заготовки до получения их стабильных размеров приводит к изменению зазора между оправкой и роликом, а следовательно, и к повышению разнотолщинности по длине оболочки, что требует постоянной подналадки операции для получения заданной толщины оболочки.

3. При высокой температуре толстостенной заготовки прочностные свойства алюминиевого сплава крайне низки, поэтому в процессе ротационной вытяжки с большими степенями деформации происходят разрывы наплыва металла перед роликом и образуются дефекты типа чешуйчатой поверхности, плены или местные разрывы.

4. Поверхность оболочки, как правило, со следами пригоревшей смазки, которые не удаляются растворителями. Для их удаления требуется дополнительная механическая обработка.

5. Значительный и неравномерный разогрев подшипниковых пар вращающихся деталей станка приводит к изменению зазоров в подшипниках, к изменению вязкости смазки и, как следствие, к снижению точности обработки.

Изобретением решается задача повышения качества тонкостенных оболочек из малопластичных алюминиевых сплавов, изготавливаемых с нагревом заготовок.

Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения заключается в уменьшении колебания геометрических размеров тонкостенной оболочки, повышении качества (чистоты) поверхности тонкостенной оболочки за счет исключения дефектов типа чешуйчатости, плен и местных разрывов металла.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе изготовления тонкостенных оболочек из малопластичных алюминиевых сплавов, включающем изготовление толстостенной заготовки, нагрев толстостенной заготовки перед операцией ротационной вытяжки, ротационную вытяжку с утонением заготовки, термообработку тонкостенной оболочки для придания алюминиевому сплаву заданных механических свойств и окончательную обработку резанием, новым является то, что нагрев заготовок производят до температуры, равной (0,5…0,6) температуры полного отжига алюминиевого сплава.

Нагрев толстостенных заготовок до температуры, равной (0,5…0,6) температуры полного отжига, значительно повышает пластичность алюминиевого сплава при сохранении достаточно высокой прочности относительно аналогичных характеристик отожженного алюминиевого сплава при нормальной температуре. Повышенная пластичность алюминиевого сплава при достаточно высокой прочности позволяет производить ротационную вытяжку тонкостенных оболочек с допустимой степенью деформации на высоких режимах обработки, без образования дефектов в виде чешуйчатости наружной поверхности, плен или местных разрывов.

Используемые при ротационной вытяжке смазки не пригорают и легко удаляются растворителем. Изменение диаметров оправки и особенно роликов при последовательной ротационной вытяжке партии толстостенных заготовок, нагретых до температуры, равной (0,5…0,6) температуры полного отжига алюминиевого сплава, примерно в два раза меньше по сравнению с прототипом, что обеспечивает более высокую точность диаметров и толщин стенок у партии изготовляемых тонкостенных оболочек.

Уменьшается разогрев подшипниковых пар вращающихся деталей станка, что обеспечивает необходимую точность обработки.

Осуществление способа показано на примере изготовления тонкостенной оболочки из малопластичного алюминиевого сплава АМг6 (системы Al-Mg) с геометрическими размерами:

внутренний диаметр (D) - 128 мм,

толщина стенки (t_ст) - 2,1 мм,

длина оболочки - 300 мм.

Методом выдавливания с нагревом на колено-рычажном прессе К849А усилием 2000 т.с. и последующей обработкой резанием на токарном станке изготавливали короткую толстостенную заготовку с дном типа «стакан» с толщиной стенки t_ст=12,4 мм и внутренним диаметром D=127,6 мм, высотой 65 мм.

Заготовку нагревали в термошкафу до температуры Т°=175°…200°С, при этом предел прочности уменьшился примерно в 1,55 раза, а относительное удлинение увеличилось примерно в 1,7 раза относительно исходного состояния.

Ротационное выдавливание производили на 3-роликовом стане ST40-22NC за две операции с использованием в качестве смазки масла «Цилиндровое-52». В первой операции изготовили полуфабрикат длиной примерно 160 мм с толщиной стенки t_ст=5,2 мм по всей длине полуфабриката без образования краевого утолщенного припуска у открытого торца. После ротационной вытяжки полуфабрикат промыли в растворителе. На поверхностях полуфабрикатов местных разрывов и продольных трещин не обнаружено.

Полуфабрикат нагрели до температуры T°=175°…200°C и произвели окончательную ротационную вытяжку оболочки длиной 300 мм до толщины стенки t_ст=2,1 мм с образованием краевого технологического припуска длиной 30 мм у открытого торца оболочки с толщиной стенки после первой операции ротационной вытяжки. Суммарная степень деформации за две операции ротационной вытяжки примерно 83%. Технологическая смазка удалена промывкой в растворителе. Внутренние и наружные поверхности тонкостенной оболочки дефектов типа местных плен и разрывов не имели. Оболочки отожжены и обработаны резанием в окончательные размеры.

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при изготовлении тонкостенных оболочек из малопластичных алюминиевых сплавов ротационной вытяжкой. Толстостенную заготовку нагревают перед ротационной вытяжкой до температуры, равной 0,5-0,6 температуры высокого отжига алюминиевого сплава. Ротационную вытяжку производят с утонением заготовки. Полученную тонкостенную оболочку подвергают термообработке для придания алюминиевому сплаву заданных механических свойств и окончательной обработке резанием. В результате обеспечивается повышение точности полученных оболочек и качества их поверхности.

Способ изготовления тонкостенных оболочек из малопластичных алюминиевых сплавов, включающий изготовление толстостенной заготовки, нагрев заготовки перед операцией ротационной вытяжки, ротационную вытяжку с утонением заготовки, термообработку тонкостенной оболочки для придания алюминиевому сплаву заданных механических свойств и окончательную обработку резанием, отличающийся тем, что нагрев заготовки перед операцией ротационной вытяжки производят до температуры, равной (0,5-0,6) температуры высокого отжига алюминиевого сплава.