Способ получения полой заготовки с дном Советский патент 1990 года по МПК B21B23/00 

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано для производства полых заготовок с дном из высокопрочных сталей и сплавов, используемых для тяжелонагруженных деталей специального назначения.

Цель изобретения - расширение технологических возможностей и повышение качества путем улучшения физико-механических свойств материала заготовки.

На чертеже представлена схема технологического процесса получения полых заготовок с дном.

Основными операциями являются: 1 - нагрев исходной заготовки (слитка); 2 - штамповка заготовки с получением полуфабриката в виде стакана; 3 - размещение в полости полуфабриката стержня из пластичного материала и дополнительный нагрев сборки-полуфабриката со стержнем; 4 - винтовая прокатка с коэффициентом вытяжки 1,3-1,6; 5 - прошивка сборки в стане винтовой прокатки на оправке на глубину расположения стержня; 6 - протяжка полуфабриката через кольца на гидравлическом прессе; 7 - полуфабрикат.

Процесс осуществляется следующим образом.

Исходную заготовку или слиток из труднодеформируемой стали или сплава сравнительно небольшой длины нагревают до температуры горячей деформации и штампуют на гидравлическом прессе до получения полуфабриката в.виде стакана. Размещают в полости полуфабриката стержень из пластичного металла, осуществляют дополнительный

сд

05

со 1

со

0

нагрев сборки до температуры горячей деформации и подвергают винтовой прокатке в один или несколько проходов. Затем сборку прошивают в стане винтовой прокатки на глубину расположения сердечника и подвергают протяжке через кольца на гидравлическом прессе. При штамповке исходной заготовки на прессе в стакан соотношение глубины прошиваемого отверстия и диаметра не должно быть более 4 (L/d.4), в противном случае вследствие высокого со- 10 противления деформации металла возможно искривление или поломка инструмента пресса (пуансона).

На основании экспериментальных данго сплава в этом случае незначительно и важное преимущество процесса винтовой прокатки (поперечная раскатка) по существу не реализуется. При возникают большие осевые усилия на оправку, так как площадь поперечного сечения оправки, используемой при винтовой прокатке, будет составлять менее 1/4 площади поперечного сечения оправки, используемой в процессе протяжки, поэтому влияние оправки на усиление в этом случае малозаметно. Большие осевые усилия металла на оправку вызывают потерю устойчивости справочным стержнем, его аварийную поломку.

Прошивку заготовки с оправкой осущестных, полученных в результате деформиро- ... за °Дин проход до касания носком

. I э пппяи и пня чят-тп ы R nuuuuQ пЛмгатма т

вания полых заготовок из высокопрочного сплава ЭК-31, снабженных стержнем из пластичного металла, например углеродистой стали, в трехвалковом стане винтовой прокатки, и дальнейших металлографических

оправки дна заготовки. Величина обжатия в этом случае ограничивается значительными усилиями металла на деформирующий инструмент и интенсивным деформированием разогревом сплава. Прошивка заготовок из выисследований прокатанных образцов уста- 20 сокопрочногр сплава ЭК-31 с оправкой из

новлено, что глубина проникновения пластической деформации в центральные зоны заготовок зависит от величины коэффициента вытяжки. В тех зонах поперечных сечений образцов, где имела место пластиуглеродистой стали показала, что при повышении коэффициента вытяжки свыше 1,6 наблюдается появление несплошностей в наружных слоях заготовки вследствие деформационного разогревя, а при его значеческая деформация, наблюдалась мелкая 25 нии меньше 1,Л резко увеличивается леравноравнозернистая структура, предопределяю- - --в--

щая высокие физико-механические свойства. При малых значениях коэффициента вытяжки (,8) деформация сосредоточивалась в периферийных зонах заготовки, располо- „ женных на расстоянии от центра 0,6-1,0 радиуса поперечного сечения. Однако при увеличении коэффициента вытяжки до -ц,4 наблюдалось проникновение пластической деформации в центральные зоны заготовки. В этом случае структура образцов была 3g мелкозернистой и равномерно проработанной по всему сечению стенки, что привело к повышению основных механических характеристик сплава в 1,5-1,8 раза. При этом антизотропность свойств, имевшая место после процесса прессования, практически исчезла.

Прокатка высокопрочных сплавов сопровождается интенсивным деформационным разогревом наружных слоев, который при некотором критическом значении может примерность проработки материала изделия.

Таким образом, для равномерной проработки структуры по сечению необходимо винтовой прокаткой и прошивкой получить не менее 4 вытяжек, при этом вытяжка при прошивке должна быть 1,3-1,6.

После прошивки гильза подвергается протяжке через матричные кольца на гидравлическом прессе, благодаря чему наружная поверхность приобретает форму правильного круга, разглаживаются следы винтовой линии на наружной поверхности после прошивного стана.

Результаты полученных исследований приведены в таблице.

40 Далее следует механическая обработка традиционными методами.

Пример 1. По данному способу изготавливали толстостенные полые заготовки диаметром 67 мм со стенкой толщиной 19,7 мм и дном толщиной 30 мм из труднодефорnwi vym . . ,лч,.,„ ..„ ........ -r-...,,

вести к кольцевому разрушению заготовки. чо мируемого сплава на никелевой основе

Поэтому высокие коэффициенты вытяжек, равные ,5 и более, достигаются, как правило, за несколько проходов.

Существенную роль при прошивке прутка с сердечником играет соотношение диа-: метров оправки и прошиваемого отверстия гильзы.

На основании экспериментальных исследований установлено также, что внутренний диаметр гильзы d, должен быть больше диа50

ЭК-31. Исходная заготовка - слиток электрошлакового переплава диаметром 120 мм и длиной 180 мм. Слиток нагревали до 1160- 1180°С и подвергали штамповке на гидравлическом прессе усилием 6300 т в стакан с наружным диаметром 130 мм.

Диаметр прошиваемой полости составлял 60 мм, глубина 158 мм. В полости размещали по горячей посадке сердечник из пластичного материала, например углеродистой

метра сердечника do после винтовой прокатки55 стали 45, подогревали заготовку до 1160-

в 1,1-2 раза. Выполнение ,ld0 приво-1180°С и прокатывали в трехвалковом стадит к низкому качеству и повышенной раз-не винтовой прокатки до диаметра 75,8 мм

ностенности прошитых гильз, так как обжа-(,94) за несколько проходов (сердечник

тие стенки прутка из труднодеформируемо-уменьшился до диаметра 15 мм). Далее

го сплава в этом случае незначительно и важное преимущество процесса винтовой прокатки (поперечная раскатка) по существу не реализуется. При возникают большие осевые усилия на оправку, так как площадь поперечного сечения оправки, используемой при винтовой прокатке, будет составлять менее 1/4 площади поперечного сечения оправки, используемой в процессе протяжки, поэтому влияние оправки на усиление в этом случае малозаметно. Большие осевые усилия металла на оправку вызывают потерю устойчивости справочным стержнем, его аварийную поломку.

Прошивку заготовки с оправкой осуществ яют за °Дин проход до касания носком

пппяи и пня чят-тп ы R nuuuuQ пЛмгатма т

оправки дна заготовки. Величина обжатия в этом случае ограничивается значительными усилиями металла на деформирующий инструмент и интенсивным деформированием разогревом сплава. Прошивка заготовок из высокопрочногр сплава ЭК-31 с оправкой из

сокопрочногр сплава ЭК-31 с оправкой из

углеродистой стали показала, что при повышении коэффициента вытяжки свыше 1,6 наблюдается появление несплошностей в наружных слоях заготовки вследствие деформационного разогревя, а при его значении меньше 1,Л резко увеличивается леравно - --в--

g

мерность проработки материала изделия.

Таким образом, для равномерной проработки структуры по сечению необходимо винтовой прокаткой и прошивкой получить не менее 4 вытяжек, при этом вытяжка при прошивке должна быть 1,3-1,6.

После прошивки гильза подвергается протяжке через матричные кольца на гидравлическом прессе, благодаря чему наружная поверхность приобретает форму правильного круга, разглаживаются следы винтовой линии на наружной поверхности после прошивного стана.

Результаты полученных исследований приведены в таблице.

0 Далее следует механическая обработка традиционными методами.

Пример 1. По данному способу изготавливали толстостенные полые заготовки диаметром 67 мм со стенкой толщиной 19,7 мм и дном толщиной 30 мм из труднодефор..,,

мируемого сплава на никелевой основе

ЭК-31. Исходная заготовка - слиток электрошлакового переплава диаметром 120 мм и длиной 180 мм. Слиток нагревали до 1160- 1180°С и подвергали штамповке на гидравлическом прессе усилием 6300 т в стакан с наружным диаметром 130 мм.

Диаметр прошиваемой полости составлял 60 мм, глубина 158 мм. В полости размещали по горячей посадке сердечник из пласполученный пруток зацентровывали сверлом диаметром 15 мм, нагревали до 1160-1180°С и прошивали в двухвалковом стане винтовой прокатки МИСиС- 1ЗОД на оправке диаметром 30 мм (соотношение dr/dc 2,Q) в гильзу диаметром 69,4 мм с толщиной стенки 19,7 мм (р. 1,47). Процесс прошивки протекал стабильно, разностенность партии гильз из 10 шт Ле превышала 1,5 мм. Полученные гильзы имели чистую наружную и внутреннюю поверхности. При этом металл сердечника покрывал ровным слоем отверстие по всей длине. Суммарная вытяжка при прокатке и прошивке составляла 4,32. Далее нагретую до 980-1000°С гильзу-стакан подвергали операции протяжки через кольца на гидравлическом прессе усилием 6300 т с деформированием по наружному диаметру с 69,48 до 67 мм. После этого наружная поверхность имела форму правильного круга, рисок и заусенцев на поверхности обнаружено не было. Полученные гильзы имели также чистую внутреннюю новерхность, металл сердечника покрывал ровным слоем внутреннюю поверхность.

Пример 2. Полученные винтовой прокаткой на стане МИСиС-130Т прутки из высокопрочного сплава ЭК-31 диаметром 75,8 мм с сердечником из стали 45 диаметром 15 мм прошивали в двухвалковом стане винтовой прокатки МИСиС-130Д на оправке диаметром 26 мм (соотношение dr/dc 1,73) до касания носком оправки дна заготовки. Получали полые гильзы с наружным диаметром дна 65,3 мм и толщиной стенки 19,6 мм. Вытяжка при этом составила 1,6. Процесс прошивки протекал стабильно, разностенность партии из 6 шт. не превышала 1,7 мм. Полученные гильзы имели чистую внутреннюю поверхность без плен и рисок, на макрошлифах зерно было равномерно измельчено по толщине стенки, анизотропия свойств отсутствовала. Попытка добиться при прошивке коэффициента вытяжки более 1,6 за счет сведения валков привела к нару- шению сплошности металла в наружных слоях заготовки из-за большого деформационного разогрева и, как следствие, значительных термических напряжений

Таким образом, для получения равномерно проработанной по толщине стенки мелко- зернистой структуры коэффициент вытяжки при прошивке не должен быть более 1,6.

Пример 3. Слиток электрошлакового переплава из высокопрочного сплава ЭК-31 диаметром 120 мм и длиной 180 мм нагревали до 1160-1180°С и подвергали штамповке на гидравлическом прессе усилием 6300 т в стакан с наружным диаметром 130 мм. Диаметр прошиваемой полости сос

5 0

5

0

тавлял 60 мм. глубина - 158 мм. В полости размещали по горячей посадке сердечник из углеродистой стали 45, подогревали заготовку до 1160-1180°С и прокатывали в трех- валковом стане винтовой прокатки МИСиС - 130 Т до диаметра 82,2 мм с вытяжкой ,5 (сердечник уменьшился до диаметра 16 мм). Полученный пруток зацентровывали сверлом диаметром 16 мм, нагрева-ли до 1160-1180°С и прошивали в двухвалковом стане винтовой прокатки МИСиС-130Д на оправке диаметром 30 мм в гильзу диаметром 71,6 с толщиной стенки 20,8 мм (,6)

Процессы винтовой прокатки и прошивки протекали стабильно. Суммарная вытяжка при этом была равна 4. Полученные гильзы имели хорошо проработанную внутреннюю структуру, причем зерно было равномерно измельчено как по толщине стенки/гак и по толщине дна гильзы. Это привело к повышению основных физико-механических свойств в 1,5-1,8 раза по сравнению с теми же характеристиками сплава после операции штамповки. Однако при уменьшении суммарной вытяжки до значений металлографические исследования показали наличие непроработанных участков внутренней структуры, особенно в центральных зонах дна гильзы. Это позволило сделать вывод о необходимости применения больших вытяжек при винтовой прокатке прытка (,5), позволяющих добиться хорошей проработки стрчк- турных составляющих по всему сечению заготовки

Изобретение позволяет расширить технологические возможности и повысить качество путем улучшения физико-механических свойств материала заготовки

Формула изобретения

Способ получения полой заготовки с дном преимущественно из высокопрочного сплава, включающий нагрев, штамповку исходной заготовки с получением полуфабриката в виде стакана и протяжку его через кольца, отличающийся тем, что, с целью расширения технологических возможностей и повышения качества изделий путем улучшения физико- механических свойств материалов заготовки, после штамповки в полость полуфабриката устанавливают стержень из пластичного металла, сборку дополнительно нагревают, после чего осуществляют ее винтовую прокатку с коэффициентом вытяжки 1,3-1,6, а перед протяжкой сборк прошивают на стане винтовой прокатки на оправке на глубин расположения стержня, при том винтовую прокатк и прошивк осуществляют с суммарной вытяжкой не менее четырех.

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к способам получения полой заготовки с дном. Цель изобретения - расширение технологических возможностей и повышение качества изделий. Исходная заготовка из труднодеформируемой стали или сплава нагревается до температуры горячей деформации. После этого заготовка штампуется на гидравлическом прессе в полуфабрикат в виде стакана с дном. После штамповки в полость стакана устанавливается стержень из пластичного металла. Полученная сборка (С) дополнительно нагревается до необходимой температуры. Осуществляется винтовая прокатка С с коэффициентом вытяжки 1,3 - 1,6. После прокатки С прошивается в стане винтовой прокатки на глубину расположения оправки. При этом винтовая прокатка и прошивка С осуществляется с суммарной вытяжкой не менее четырех. С подвергается протяжке через кольца на гидравлическом прессе. Расширение технологических возможностей и повышение качества заготовки обеспечивается путем улучшения физико-механических свойств материала заготовки. 1 табл., 1 ил.