СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЗАГОТОВОК В ФОРМЕ СТАКАНА ИЗ ПРУТКА Российский патент 2016 года по МПК B21K21/06 

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, а более конкретно к прокатке заготовок сплошного сечения валками, расположенными с наружной поверхности изделия и с осями, не перпендикулярными его оси, совмещенной с прошивкой глухого отверстия посредством центральной оправки.

Уровень данной области техники характеризует способ, описанный в книге Б.А. Романцева и др. «Изготовление полых профилированных заготовок, М., НПО «Информ Тэи», 1992 г., с. 199, который по технической сущности и числу совпадающих признаков выбран в качестве наиболее близкого аналога предложенному способу.

По известному способу заготовки корпусов снарядов формы стакан получают по следующей технологической схеме:

- рубка прутка на мерные заготовки;

- обкатка заготовки с зацентровкой в стане винтовой прокатки;

- прошивка зацентрованной заготовки в стакан с дном на стане винтовой прокатки;

- калибровка донной части стакана (подпрессовка);

- протяжка стакана на оправке в стане прокатки;

- охлаждение готовой заготовки;

- контроль геометрических параметров и состояния поверхности.

Этот способ реализован при изготовлении загототовок корпусов артиллерийских снарядов на ПО «Сибсельмаш» в г. Новосибирске.

Недостатком известного способа является высокая разностенность изготавливаемых заготовок из-за механического увода пуансона при формировании каморы центрального отверстия по причине неперпендикулярности торца рубленной заготовки ее продольной оси и различной пластичности металла, неравномерно нагретого по сечению и в объеме, что ограничивает использование способа для изготовления ответственных изделий - корпусов малокалиберных снарядов.

При калибровке дна и стенок стакана деформируется его внутренний профиль, а последующее неконтролируемое охлаждение заготовки сопровождается ростом зерна, что негативно влияет на осколочность снаряда.

Технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является улучшение качества и показателей назначения формируемых стальных корпусов снарядов по усовершенствованной технологии.

Требуемый технический результат достигается тем, что известный способ изготовления из прутка заготовок корпусов снарядов формы стакан, содержащий операции отделения мерных штучных заготовок, зацентровки их по торцу, индукционного нагрева перед трехвалковой прокаткой на оправке, формирующей камору, калибрование дна и стенки заготовки с последующим охлаждением, отличающийся тем, что отделение от прутка штучных мерных заготовок с формированием на торце зацентровки осуществляют в металлообрабатывающем центре, зацентрованные заготовки продольно ориентируют, нагретые в индукторе заготовки перед формированием каморы термостатируют в течение 3-10 минут, проводят калибрование заготовок продавливанием через штамповый инструмент на оправке за один установ, последовательно через матрицу на упоре в дно и на проход через ряд прецизионных колец уменьшающегося диаметра, закрепленных в несущем контейнере, оснащенном соосным выталкивателем в устройство ступенчатого контролируемого охлаждения, при этом ступенчатое охлаждение заготовок корпусов снарядов проводят со скоростью 150-200°C/с до температуры 750-800°C, а затем до комнатной температуры на воздухе.

Отличительные признаки предложенного технического решения обеспечили полную автоматизацию процесса изготовления заготовок корпусов снарядов за счет совмещения операций повышения размерной и весовой точности, прочностных характеристик металла заготовки.

Корпуса снарядов, заготовки которых изготовлены по предложенному способу, характеризуются улучшенными показателями назначения.

Отделение от прутка штучных мерных заготовок и формирование на торце зацентровки резанием в обрабатывающем центре характеризуется высокой размерной и геометрической точностью, производительно и компактно.

Продольное ориентирование штучных заготовок на транспортере торцевой зацентровкой назад необходимо для последующего проведения трехвалковой прокатки на оправке, которая автоматически базируется в зацентровке при осевой подаче.

Выдержка нагретых в индукторе заготовок в течение заданного времени в термостате обеспечивает выравнивание температуры в объеме для распределения нагрузок на прессовый инструмент и безградиентное при этом течение металла, что направлено на повышение точности прессовых операций и создание идентичных термомеханических условий их течения.

Время термостатирования индукционно нагретых заготовок в диапазоне 3-10 минут оптимизировано экспериментально для гарантированного выравнивания температуры по сечению и длине заготовки, без потери пластичности и прочности, необходимых при объемном деформировании прокатной на оправке, формирующей камору снаряда.

Проведение последовательно двух операций калибрования дна и стенки заготовки в автономном штамповом инструменте, но при его установке на одной оправке, обеспечило, по определению, общую размерную базу и, следовательно, направлено на повышение точности изделий.

Продавливание заготовки на оправке через матрицу до технологического упора позволило подпрессовывать дно обрабатываемой заготовки, обеспечив его перпендикулярность продольной оси.

Последовательное продавливание заготовки, установленной на оправке, через ряд инструментальных колец, диаметр которых ступенчато уменьшается до размера центрирующего утолщения корпуса снаряда, снизило удельную нагрузку на штамповый инструмент, обеспечив точность формы и размеров готового изделия.

Соосная установка выталкивателя с несущим калибрующие кольца контейнером предназначена для выталкивания механически обработанных заготовок под съемник, направляющий детали в устройство охлаждения.

Выполнение операции охлаждения заготовок ступенчато с контролируемо снижаемой температурой локальной выдержкой на переходах направлено на получение мелкозернистой структуры металла для повышения прочностных характеристик корпусов снарядов, предотвращая деформационное старение, что стабилизирует показатели назначения боеприпасов при длительном хранении.

Ускоренное охлаждение стальных готовых заготовок после горячего объемного деформирования до температуры 750-800°C необходимо для уменьшения размера зерна и, как следствие, прочностных характеристик стали.

Охлаждение заготовок на второй ступени со скоростью на воздухе предотвращает возникновение в металле термических напряжений. Следовательно, каждый существенный признак необходим, а их совокупность является достаточной для достижения новизны качества, неприсущей признакам в разобщенности, то есть поставленная в изобретении техническая задача решена не суммой эффектов, а новым сверхэффектом суммы признаков.

Сущность предложенного способа поясняется чертежом, где изображены:

на фиг. 1 - технологическая схема последовательности операций;

на фиг. 2 - схематический план автоматического устройства по изобретению;

на фиг. 3 - устройство калибрования заготовок.

Предложенный способ автоматического изготовления из прутка заготовок корпусов малокалиберных снарядов формы стакан включает последовательно технологические операции (фиг. 1):

I, а - зацентровка торца прутка;

I, б - отделение мерной штучной заготовки посредством отрезного резца 4;

II - продольное ориентирование зацентрованных заготовок по профилю торца;

III - нагрев заготовок для объемной деформации;

IV - термостатирование нагретых заготовок;

V - трехвалковая прокатка заготовок на центральном пуансоне;

VI, в - калибрование (подпрессовка) пуансоном-оправкой 30 дна заготовки на упоре 35;

VI, г - калибрование стенки заготовки, установленной на оправке 30, в прецизионных кольцах 36;

VII - ступенчатое контролируемое охлаждение готовых заготовок.

Реализуется описанный способ в автоматическом устройстве (фиг. 2), которое содержит установленное в технологической последовательности обрабатывающее оборудование, связанное транспортирующими и передающими устройствами.

Прутки заправляются в обрабатывающий центр 1, на суппорте 2 которого смонтированы сверло 3 торцовой зацентровки (фиг. 1, а) и отрезной резец 4 для последующего отделения мерной штучной заготовки (фиг. 1, б).

Обрабатывающий центр 1 посредством транспортера 5 связан с вибробункерным загрузочным устройством 6 (ВБЗУ), оснащенным механизмом 7 ориентирования по профилю торца заготовки.

ВБЗУ 6 содержит (фиг. 1) периферийный спиральный лоток 8, на выходе которого смонтирован крючковый, нагруженный пружиной 9 рычаг 10 механизма 7 вторичного ориентирования.

Лоток 8 ВБЗУ 6 сообщается с транспортером 11, подающим продольно ориентированные заготовки (зацентровкой назад) в индуктор 12, где происходит их нагрев до температуры пластической деформации металла (950-1000°C).

Индуктор 12 связан транспортером 13 с термостатом 14, где заготовки выдерживаются в течение заданного времени.

Термостат 14 снабжен толкателем 15 поштучной передачи заготовок в трехвалковый стан 16 прокатки.

Стан 16 прокатки (фиг. 1) заготовки, установленной зацентровкой на профилированном пуансоне 17 (оправке), который зафиксирован упором 18, содержит три наклонно к продольной оси установленных протяжных валка 19, деформирующих наружную поверхность обрабатываемой заготовки, совмещенно с формированием пуансоном 17 глухого центрального отверстия - каморы корпуса снаряда.

На задней стороне 20 стана 16 (фиг. 2) установлен транспортер 21 подачи заготовок в наклонный лоток 22.

В лотке 22 расположен толкатель 23, смонтированный на штоке цилиндра 24, который подает заготовку на линию центров калибрующего устройства 25, несущего на силовой раме 26 поворотную инструментальную плиту 27 и ходовой винт 28, связанный с реверсивным приводом 29 продольных перемещений.

Ходовой винт 28 несет центральную оправку 30 для базирования заготовки каморой, а с приводом 29 он связан посредством его кинематически сцепленной гайки 31 (фиг. 3), несущей приводной шкив 32.

На поворотной плите 27 симметрично установлены матрица 33 и силовой контейнер 34.

Матрица снабжена съемным регулируемым упором 35, а в контейнере 34 закреплен ряд прецизионных колец 36 (фиг. 1), диаметр которых последовательно уменьшается до размера центрирующего утолщения корпуса снаряда.

К контейнеру 34 примыкает поперечный съемник 37 приводного цилиндра 38 (фиг. 3), а на раме 26 смонтированы цилиндры 39 и 40 соответственно поворота плиты 27 и ступенчатой подачи выталкивателя 41.

Осевой выталкиватель 41 установлен на штоке 42 цилиндра 40 и концом размещается в центрирующей втулке 43, закрепленной в раме 26, на линии центров устройства 25 калибровки.

Шток цилиндра 39 посредством кривошипа 43 связан с поворотной плитой 27 для последовательного позиционирования инструментальных матрицы и контейнера 34 на линии центров (соосно оправке 30 на ходовом винте 28).

Под инструментальной поворотной плитой 27 установлен желоб 44 подачи заготовок в устройство 45 охлаждения (фиг. 2), где ступенчато снижают температуру их металла, предотвращая рост зерна в структуре и деформационное старение при хранении изделий.

Предложенный способ осуществляется в следующем порядке активных действий по формированию заготовок формы стакан.

Исходные прутки укрепляют в обрабатывающем центре 1, где последовательно осуществляют сверление центрального глухого отверстия (зацентровка торца) и мерной длины, отрезание зацентрованной штучной заготовки от прутка (фиг. 1, а, б).

Отрезание заготовки конвейером 5 подают в бункер ВБЗУ 6, где происходит их продольное ориентирование на спиральном периферийном лотке 8 и подъем на высоту подачи в индуктор 12.

На выходе из ВБЗУ 6 заготовки взаимодействуют с механизмом 7 вторичного продольного ориентирования, профильный рычаг 10 (крючок) которого отклоняется монолитным торцом заготовки. После прохода заготовки под действием пружины 9 рычаг 10 возвращается в исходное положение.

Если заготовка расположена на лотке 8 зацентровкой вперед, то ее полость геометрически замыкается крючком рычага 10, отклоняя заготовку от траектории движения: поднимает и переворачивает (кантует), пространственно переориентирует глухим торцом вперед.

Далее конвейером 11 заготовка подается в индуктор 12, где она нагревается до температуры 950-1000°C для последующей пластической объемной деформации.

Нагретые заготовки по конвейеру 13 подают в термостат 14, в котором выдерживают в течение 3-10 минут, времени, необходимого для выравнивания температуры в объеме металла.

Из термостата 14 заготовки поштучно с заданным циклом толкателем 15 перемещают в прокатный стан 16, где заготовка устанавливается торцевой зацентровкой на пуансон 17, между тремя прокатными валками 19, формирующими камору корпуса снаряда - глухое центральное отверстие. Затем сформированную заготовку снимают с оправки 17 на конвейер 21, который подает ее в лоток 22 под толкатель 23 цилиндра 24.

Толкателем 23 на штоке цилиндра 24 заготовку перемещают на линию центров устройства 27 калибрования, где центральный пуансон 30 ходового винта 28 совмещается с ее глухим отверстием и проталкивает заготовку в матрицу 33 до упора 35, на котором происходит подпрессовка дна, нормально продольной оси заготовки, то есть ее калибровка по форме и размерам.

Далее ходовым винтом 28, реверсируемым от привода 29, пуансон 30 выводят из заготовки, извлекают упор 35, после чего цилиндром 39 посредством кривошипа 43 поворачивают плиту 27, в результате чего на линии центров устройства 27 устанавливается контейнер 34.

Осевое положение контейнера 34 фиксируется выталкивателем 41, который совмещается с центрирующей втулкой 43 рамы 26, при мерной подаче цилиндром 40.

Затем заготовку пуансоном 30 подают сквозь калибрующие кольца 36 контейнера 34, в результате чего последовательной объемной деформации утоняется стенка каморы заготовки, зафиксированной на оправке-пуансоне 30. При этом диаметр заготовки калибруется в соответствии с размером центрирующего утолщения корпуса снаряда.

При реверсе ходового винта 28 сформированная заготовка фиксируется от продольного перемещения съемником 37, а оправка-пуансон 30 выводится из ее каморы, а свободная заготовка по желобу 44 поступает в устройство 45 охлаждения.

В устройстве 45 заготовка охлаждается ступенчато по следующему режиму: со скоростью 150-200°C/с до температуры 750-800°C, а затем на воздухе до температуры окружающей среды.

В результате контролируемого охлаждения в металле заготовок исключается рост зерна и обеспечиваются требуемые прочностные характеристики стали.

Предложенный производительный способ изготовления геометрически точных и качественных заготовок корпусов малокалиберных снарядов рекомендован для практического использования в автоматическом устройстве серийного производства.

Сравнение предложенного технического решения с выявленными аналогами уровня техники не выявило идентичного совпадения совокупности существенных признаков изобретения.

Предложенные отличия способа изготовления заготовок формы стакан не являются очевидными для специалистов по объемной деформации металлов и артиллерийским боеприпасам, которые прямо не следуют из постановки технической задачи.

Практическое изготовление заготовок корпусов снарядов из прутковой заготовки возможно на модернизированном действующем автоматическом устройстве, включающем трехвалковую прокатку с прошивкой каморы в зацентрованных штучных заготовках на осевой оправке, последующее совмещенное калибрование формообразующих поверхностей и финишное ступенчатое охлаждение, обеспечивающие заданные геометрические размеры и прочностные характеристики.

Из вышесказанного можно сделать вывод о соответствии изобретения условиям патентоспособности.

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при изготовлении заготовки корпуса снаряда, имеющей форму стакана. В металлообрабатывающем центре от прутка отделяют мерную штучную заготовку и формируют на ее торце зацентровку. Затем заготовку продольно ориентируют и подают в индуктор для нагрева. Нагретую заготовку термостатируют в течение 3-10 минут. На заготовке путем трехвалковой прокатки на оправке формируют камору корпуса снаряда. Затем осуществляют калибрование дна и стенки заготовки. Для этого установленную на оправке заготовку проталкивают в матрицу до упора в дно заготовки. Затем установленную на той же оправке заготовку продавливают на проход через ряд прецизионных колец. Кольца выполнены с уменьшающимся диаметром и закреплены в несущем контейнере, оснащенном осевым выталкивателем. Заготовку продавливают в устройство ступенчатого контролируемого охлаждения, в котором проводят ее охлаждение. В результате обеспечивается автоматизация процесса изготовления заготовок корпусов снарядов за счет совмещения операций, повышается точность заготовок и улучшаются их прочностные характеристики. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ изготовления заготовки корпуса снаряда, имеющей форму стакана, включающий отделение от прутка мерной штучной заготовки, формирование на ее торце зацентровки, индукционный нагрев заготовки, ее трехвалковую прокатку на оправке с формированием каморы корпуса снаряда и калибрование дна и стенки заготовки с последующим охлаждением, отличающийся тем, что отделение от прутка мерной штучной заготовки и формирование на ее торце зацентровки осуществляют в металлообрабатывающем центре, заготовку с зацентровкой продольно ориентируют и подают в индуктор, нагретую в индукторе заготовку перед формированием каморы термостатируют в течение 3-10 минут, при этом калибрование дна и стенки осуществляют путем последовательного проталкивания в матрицу установленной на оправке заготовки до упора в ее дно и продавливания заготовки, установленной на той же оправке, на проход через ряд прецизионных колец, выполненных с уменьшающимся диаметром и закрепленных в несущем контейнере, оснащенном осевым выталкивателем, в устройство контролируемого охлаждения, в котором проводят ступенчатое охлаждение заготовки.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что ступенчатое охлаждение заготовки проводят со скоростью 150-200°C/с до температуры 750-800°C, а затем - до комнатной температуры на воздухе.