Способ изготовления полых стальных деталей типа профилированного патрубка с фланцем и ступицей Советский патент 1987 года по МПК B21K21/08 B21H1/00 

Изобретение относится к обработке металлов давлеьтем н может быть использовано при изготовлении преимущественно цапф картеров ведущих мостов автомобилей, выполнениях в виде профилированного патрубка, длина которого в 6 - 10 раз гфевьшает внутренний диаметр, с фланцем и ступицей Цель изобретения - экономия металла и сокращение трудоемкости благодаря использованию полугорячей поперечно-винтовой прокатки при окончательном профилировании патрубка, а также повышение качества изготавливаемых деталей за счет фop иpoвaния структуры металла, благоприятной для последующей уттрочняющей термической обработки.

На фиг.I показана готовая деталь; на фиг.2 - исходная заготовка под горячую штамповку; на фиг.З - штам- пованньй полуфабрикат под прокатку; на фиг.4 - деталь после поперечно- винтовой прокатки, перед обрезкой торца.

Способ осуществляют следующим образом.

Из цилиндрической сплошной заготовки (фиг.2) путем горячей штамповки с нагревом до 100--1250°С изготавливают полуфабрикат под прокатку (фиг.З), который имеет сформированные окончательно ступицу и фланец, а также полученную выдавливанием заготовку патрубка, более толстостенную и короткую, патрубок готовой детали. Длина этой трубчатой части полуфабриката в 3 - 4,5 раза превьша ет наименьший внутренний диаметр и может быть выполнена с конической внешней поверхностью. Затем полуфаб- рикат охлаждают, причем ступицу охлаждают до О - 350°С со средней скоростью в 15-30 раз ниже критической дпя стали, из которой изготавливают деталь. В результате возникает разность температур между ступицей и трубчатой частью полуфабриката. После этого производят окончательное профилирование патрубка поперечно- винтовой прокаткой при температуре трубчатой части полуфабриката Ас - + (50-200 0), используя в качестве базы торец ступицы. Прокатку ведут на профилированной оправке профилированными валками, установленными под углом 1 - 5 .

Теьтература Ас + (50-200 С) может быть достигнута как непосредст232032

веино при охлаждении с температурой штамповки, так и с помощью местного индукционного нагрева трубчатой зоны полуфабриката под прокатку.

J В результате прокатки увеличивается длина заготовки патрубка, утоняются его стенки, внутренний диаметр изменяется в соответствии с формой профилированной оправки (коjO нический участок А на фиг. 4).

Длина патрубка достигает требуемой величины и несколько превьппает ее на отрезок, в котором сосредоточены торцовые дефекты (участок В на

15 фиг.4), Этот участок удаляется местной пластической деформацией в зоне С (фиг.З) непосредственно после прокатки.

В результате получается цапфа с

20 жестки да допусками и малыми припусками на окончательную механическую обработку.

Получение трубчатой части в виде заготовки длиной 1 3-4,5d позволя25 ет существенно ее укоротить, а стенки получить значительно толще. При этом улучшаются технологические условия штамповки, можно производить противодавление без опасности возникно- 30 вения потери устойчивости, уменьшить разностенность и торцовый заусенец, снизить износ инструмента и вероятность появления дефектов. Уже на стадии штамповки это приводит к уменьшению расхода металла.

Применение поперечно-винтовой прокатки на профилированной оправке профилированными валками, установленными под углом 1-5 , позволяет раскадд тать заготовку патрубка до требуемой длины с одновременным формообразованием боковой поверхности. При этом удается экономично формировать трубчатую часть за счет создания конических з астков в полости цапфы и нанесения точного внешнего профиля с допуском по диаметру 0,5 i-tM. Осуществление одновременного формирования наружного профиля и раздачи .конического участка внутреннего профиля патрубка происхо,цит за счет осевого усилия, возникающего при поперечно-винтовой прокатке. Металл в зоне конического участка подвергается пластической деформации сложного характера, обеспечивающего больший уровень упрочнения.

Осевое усилие при раздаче конического участка достаточно велико и тре35

45

50

55

313

бует большого сопротивления смятию поверхности базирования. Выбор в качестве этой поверхности наиболее удаленного от патрубка участка - торца ступицы - и пр гменение температурных режимов охлаждения после штамповки и режимов нагрева под прокатку способствует этому, так как ускоренное охлаждение ступицы позволяет поднять сопротивление смятию за счет сш-гае ния температуры. В частности, охлаждение ступицы до О - со скоростью в 15 - 30 раз меньше критической для стали, из которой изготавливают деталь, создает условия для образования на торце ступицы перлито- ферритной структуры, обладающей на порядок более высоким сопротивлением смятию, чем аустенитная структура. Низкие температуры прокатки (в области полугорячей деформации) и отдаленность торца ступицы от места прокатки позволяют сохраршть пер- лито-ферритную структуру на ступице в течение всего времени прокатки. По вьш1енная точность формирования ступицы при штамповке и высокое сопротивление к смятию поверхности базирования позволяют профилировать патрубок с малыми допусками не только по диа

метру, но и по длине, что также способствует экономии металла.

Кроме того, невысокая температура прокатки в интервале Асз + (50-200 С) способствует получению мелкозернистой структуры и подготавливает трубчатую часть детали к последующей упрочняющей термической обработке.

Соотношение длины вьдавливаемой заготовки патрубка и его внутреннего диаметра, составляющее 3 - 4,5, получено экспериментально.

При длине, меньшей трех диаметров, штамповку производить проще, но при

В индукционном нагревателе заго товку нагревали до . Методом выдавливания на прессе КГШП-4000 с противодавлением в закрытом штампе был получен штампованный полуфабрикат, длина заготовки патрубка которого составила 3,6d (204 мм). При этом точность размеров ступицы и 35 фланца составляла +1,5 мм в диаметр и +0,7 мч в осевых размерах. Разно- стенность заготовки патрубка менее 3 мм.

40 Охлаждение после штамповки прово дили, подавая на ступицу водовоздуш ную смесь. При этом ступица охлаждалась ускоренно относительно трубч той части полуфабриката. Скорость

поперечно-винтовой прокатке затрудня-45 охлаждения составляла 10 /с. (1/20

ется точное течение металла на требуемую длину; из-за большой толщины стенок заготовки возникает ненужный избыток металла при переходе от больших к меньшим диаметрам. При длине, -50 большей 4,5 диаметра, начинают проявляться описанные ухудшения технологичности штамповки. Соотношение 3 - 4,5 позволяет оптимизировать оба прокритической скорости для стали 35) Охлаждение проводили до 350°С. Уск ренное охлаждение привело к предот вращению образования окалины и рас ду аустенита в ступице на перлито- ферритную структуру. Заготовка пат рубка при этом остыла до 700 С. За полуфабрикат нагревали до температ ры прокатки 870°С (интервал темпер

десса. При выбранном соотношении уда-55 тур Ас,+(50-200 С) составляет для

ется с высокой точностью осуществлять как процесс штамповки, так и поперечно-винтовой прокатки.

4

о

5

В частности, точному прорелениго процесса прокатки способствует выполнение внешней поверхности заготовки патрубка конической.

Установка прокатных валков под углом 1 - 5° создает осевое усилие, направленное против движения оправки, т.е. обеспечивает противодавление при прокатке, что способствует повышению-качества изделий.

Пример. Способ был опробован при получении заготовки цап(| картера заднего моста автомобиля ЗИЛ-130 с отношением максимального наружного диаметра к минимальному, равным 3 (соответственно диаметра фланца, равного 227 мм, к диаметру наименьшей шейки трубчатой части, равному 76 мм).

Отношение длины патрубка 1(5(340 мм) к наименьшему внутреннему диаметру d (56 мм) составило 6 (фиг.1). Цапфу изготавливали из сортового проката стали 35, диаметром 120 мм, нарубленного на заготовке длиной 230 мм (фиг.2).

В индукционном нагревателе заготовку нагревали до . Методом выдавливания на прессе КГШП-4000 с противодавлением в закрытом штампе был получен штампованный полуфабрикат, длина заготовки патрубка которого составила 3,6d (204 мм). При этом точность размеров ступицы и 5 фланца составляла +1,5 мм в диаметре и +0,7 мч в осевых размерах. Разно- стенность заготовки патрубка менее 3 мм.

0

0

40 Охлаждение после штамповки проводили, подавая на ступицу водовоздуш- ную смесь. При этом ступица охлаждалась ускоренно относительно трубчатой части полуфабриката. Скорость

критической скорости для стали 35). Охлаждение проводили до 350°С. Ускоренное охлаждение привело к предотвращению образования окалины и распаду аустенита в ступице на перлито- ферритную структуру. Заготовка патрубка при этом остыла до 700 С. Затем полуфабрикат нагревали до температуры прокатки 870°С (интервал темперастали 35 860-1010 С). Нагрев производили местно в индукторе токами высокой частоты.

Прокатку производили на оправке с коническим утолщением профилированными валками, имеющими профиль, обратный профилю трубчатой части, и установленными под углом 7. Базиро- вание осуществляли по торцу ступицы штампованного полуфабриката.

После формирования профиля обрезали конечный участок, где сосредотачивались торцовые дефекты и избыток дефектов металла, связанный с допусками на размеры начальной цилиндрической заготовки.

В результате была получена цапфа (фиг.1) с высокой точностью размеров как фланца и ступицы, так н трубчатой части, размеры которой вьодержи- вались с допусками: по диаметру +0,5 мм, по оси +1 мм.

Таким образом, способ позволяет снизить объем механической обработки и обеспечивает зкономию металла за счет получения изделий высокой точности. Формула изобретения

I. Способ изготовления полых стальных деталей типа профилированJO

232036

ного патрубка с фЛанцем и ступицей, включаю ций горячую штамповку фланца и ступицы с выдавливанием заготовки патрубка, отличающийся тем, что, с целью экономии металла, сокращения трудоемкости и повышения качества деталей, заготовку патрубка выдавливают на длину, в 3 - 4,5 раза превьшающую наименьший внутренний диаметр патрубка, затем ступицу охлаждают до температуры О - со средней скоростью в 15-30 раз ниже критической для стали, из которой изготавливают деталь, и осуществляют f5 окончательное формообразование патрубка поперечно-винтовой прокаткой при температуре Ас + (50...200°С) на профилированной оправке профилированными валками, установленными под углом 1 - 5 °, базируя штампованный полуфабрикат по торцу ступицы.

20

2, Способ ПОП.1, отличающийся тем, что при штамповке 25 выдавливанием внешнюю поверхность

заготовки патрубка вьшолняют конической.

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано при изготовлении цапф картеров автомобилей, вьшолнен- ных в виде профилированного патрубка. Оно позволяет изготавливать полые стальные детали автомобилей. Цель изобретения - экономия металла, сокращение трудоемкости и повьвпение качества изготавливаемых деталей. Для этого методом горячей штамповки получают ступицу, фланец и заготовку патрубка. Заготовку трубчатой части штампуют длиной 1 3 - 4,5d, где d- наименьший внутренний диаметр натруб- ка. Штамповку охлаждают, при этом ступицу охлаждают ускоренно. После этого заготовку патрубка подвергают поперечно-винтовой прокатке при температуре Acj + (50 - ) на профилированной оправке профилированными валками, установленными под углом 1-5°. Базирование при прокатке производят по образованному при штамповке торцу ступицы. Ступицу охлаждают со средней скоростью в I5-30 раз ниже критической для стали, из которой изготовлена деталь, до температуры, лежащей в интервале 0-350 С. Внешнюю поверхность заготовки патрубка выполняют конической. После формирования профиля обрезают конечный участок, где сосредоточены торцовые дефекты и избыток металла, связанный с допусками на размеры начальной цилиндрической заготовки. 1 з.п. ф-лы, 4 ил. i (Л оо 00 to о оо

фиг 2

cpus.3

cfue.4Редактор Н.Горват

Составитель О.Корабельников Техред А.Кравчук

Заказ 2900/П

Тираж 582Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва,, Ж-35, Раушская наб.,, д, 4/5

Производстяенно-полиг рафнческое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Корректор А.Зимокосов