Способ изготовления кольцевых изделий Советский патент 1992 года по МПК B21H1/06 

1

4922559/27

02.01.91

30.09.92. Бюл. №36

Институт черной металлургии и Таганрогский металлургический завод (72) В.И.Хейфец, Л.А.Левицкий, О.Г.Бара- нец, Е.Ф.Омилаев, В.В,Кучин, Н.В.Чвилев и В.М.Озимин

(56)Фирэгге Г. Планировка кузнечных цехов с учетом производства заготовок для раскатки колец. Черные металлы, № 10, 1971, с 29

(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОЛЬЦЕВЫХ ИЗДЕЛИЙ

(57)Использование: при производстве цельнокатаных кольцевых изделий для машиноТ

строения, химического машиностроения, авиастроения. Сущность: исходную заготовку нагревают, осаживают и разгоняют пуансоном. Затем полую кольцевую заготовку формуют, формируя ее внутреннюю поверхность в виде торовой поверхности с радиусом, определяемым из приведенной зависимости. После формовки заготовку деформируют на кольцепрокатном стане в закрытом калибре до размеров готового изделия. Изделия, полученные по данному способу, не имеют заусенцев по внутренней поверхности заготовки. 1 ил.

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при производстве цельнокатаных кольцевых изделий для машиностроения, химического машиностроения, авиастроения и т.п.

Цельнокатаные кольцевые изделия изготавливаются на различных технологических линиях с использованием разнообразного кузнечно-прессового оборудования для подготовки заготовки перед прокаткой на кольцепрокатном стане. Для прокатки колец могут быть использованы кольцепрокатные станы различной конструкции: радикальные-прокатка осуществляется между двумя валками в закрытых калибрах, радиально-осевая прокатка - между двумя парами валков (парой цилиндрических и парой конусных валков).

Известен способ изготовления кольцевых изделий,включающий нагрев заготовки, ее осадку на прессе, разгонку пуансоном с последующей прошивкой поремычки с образованием центрального отверстия цилиндрической формы, Затем полученная заготовка раскатывается на радиальном кольцепрокатном стане между двумя валками разного диаметра, из которых наружный, большего диаметра, приводной. Прокатка осуществляется в закрытом калибре.

Недостатком данного способа является низкое качество выпускаемой продукции из-за наличия заусенцев на внутренней поверхности изделия. Это вызвано тем, что прокатку кольцевых заготовок осуществляют путем деформирования ее только в радиальном направлении и в закрытых калибрах, что обуславливает образование указанного дефекта.

Наиболее близким к заявляемому по технической сущности и достигаемому эффекту является способ изготовления кольцевых изделий, включающий нагрев заготовки, ее осадку, разгонку пуансоном, прошивку, формовку и последующую прокатку.

Недостатком данного способа изготовления кольцевых изделий является низкое

сл

с

vj О 4 VJ СЛ 0

качество выпускаемой продукции из-за наличия заусенцев на внутренней поверхности изделия и, как следствие, повышение трудоемкости при механической обработке кольцевых заготовок.

Целью изобретения является повышение качества получаемых кольцевых изделий за счет устранения заусенцев по внутренней поверхности кольцевых изделий.

Для этого в известном способе изготовления кольцевых изделий в процессе формовки внутреннюю поверхность формируют в виде части торовой поверхности, радиус которой определяют из зависимости

„ Г1М(Ј)г + (+1)21-Г(1)а + (+тП (дв.+4)а (т)г + (Д5-+т)г+Ч

где R - радиус части торовой поверхности;

h - высота заготовки под прокатку;

Л SBH - величина обжатия по толщине стенки с внутренней стороны;

д - величина поля допускаемых предельных отклонений на внутренний диаметр.

Радиус части торовой поверхности определяется исходя из суммы обжатия толщины стенки с внутренней стороны и половины поля допускаемых предельных отклонений на внутренний диаметр. Данная величина будет равна MB Д5Вн + д II (фиг.1). Поэтому часть торовой поверхности на плоскости представляет собой часть описанной окружности равнобедренного треугольника ДАВС.

Формула для радиуса описанной окружности находится из выражения

R

4 cos (a/2 ) cos (Д/2 ) cos (у/2 )

где Р - полупериметр равнобедренного треугольника ЛАВС.

а, /3, у -углы равнобедренного треугольника ААВС.

Полупериметр равнобедренного треугольника для данного случая равен

р -г+1ш2+()г;

Косинус половинного угла «для равнобедренного треугольника Л ABC равен косинусу угла а/2 прямоуго/ьного треугольника Д ВМС (Д ВМА)

cos ( а/2 ) I MB I I ВС I

Д5вн +д/2

(-)2+(Д5вн+с)/2)2

5Так как треугольник ДАВС равнобедренный, ТО/.ВАС /АСВ (// /у). Выражение для нахождения функции косинуса половинного угла равно

10

cos

(Р/2 ) Ц|1

+ cos Д

15

Из прямоугольного треугольника АВМА:

cos/

JAM I I AB I

20

2 |((Д5вн+ У2)

25

Таким образом, cos (ft/2 )

5

0

5

0

5

0

1 Ih

|2 4 |h/2)2+(ASBH+d/2)2

После подстановки всех членов находим выражение для определения радиуса торовой поверхности, который определен для каждого типоразмера кольца и зависит от геометрических параметров кольцевогс изделия и величины раскатки.

Высота заготовка под прокатку для станов радиального типа равна высоте готового кольцевого изделия, которая в свою очередь определяется исходя из размеров чистовой детали после мехоб- работки с учетом припусков и допускаемых предельных отклонений на геометрические параметры изделия. Величина припусков и допускаемых предельных отклонений регламентируется соответствующими нормативно-техниче скими документами (ГОСТ, ТУ и др) и эту величины определены для всех видов коль цевых изделий.

Во время прокатки кольцевой заготовки с отверстием в виде части тора на радиаль ном стане в закрытом калибре обжатие про исходит, в первоначальный момент, Е средней зоне По мере увеличения обжатие и, тем самым, по мере роста диаметра вели чина контакта внутренней поверхности про- катываемой кольцевой заготовки с внутренним вал ком увеличивается. Крайние точки контактной поверхности приближа

ются к кромкам внутреннего валка. В конечный период прокатки калибр заполняется полностью. Заусенцев в данном случае не образуется.

Форма отверстия в виде части тора принята из соображений получения качественных кольцевых изделий по внутреннему диаметру, без закатов, плен, складок. Форма части тора способствует равномерному течению металла и устра- няет влияние возникающего при этом уширения, приводящего к указанным выше дефектам.

На фиг.1 - схема построения для определения радиуса окружности; на фиг.2 - схе- ма образования заусенцев по внутреннему диаметру при прокатке в закрытом калибре; на фиг.З - исходная заготовка; на фиг.4 - осаженная исходная заготовка; на фиг.5 - заготовка после разгонки; на фиг.6 - проши- тая заготовка; на фиг.7 - отформованная заготовка; на фиг.8 - готовое кольцевое изделие после прокатки.

На чертежах обозначено: 1 - наружный валок кольцепрокатного стана, 2 - внутрен- ний валок кольцепрокатного стана, 3 - прокатываемая кольцевгя заготовка, Но - высота исходной заготовки, D0 - диаметр исходной заготовки, Н - высота исходной заготовки после осадки, dn - диаметр про- шиваемого отверстия, h - высота заготовки под прокатку, da - внутренний диаметр заготовки под прокатку, hi - высота готового кольцевого изделия, D - наружный диаметр готового кольцевого изделия, d - внутрен- ний диаметр готового кольцевого изделия, R - радиус части торовой поверхности.

Исходную заготовку (фиг.З) размерами Н0 х Do, массой m нагревают в печи до температуры деформации. Затем нагретые за- готовки поштучно выдают на прессопрокатную линию. На прессе исходную заготовку (фиг.З) осаживают до высоты Н (фиг.4). Затем осаженную заготовку подвергают разгонке (фиг.5) и прошивке (фиг.6) цилиндрическим пуансоном (на фиг.5 и фиг.6 не указаны). Затем полученную полую кольцевую заготовку формуют (фиг.7) с получением заготовки размеров, высота h, внутренний диаметр ds. На этой же стадии формируют внутреннюю поверхность в виде части торовой поверхности с радиусом R. Величина радиуса рассчитывается заранее, исходя из параметров готового кольцевого изделия (фиг.8) и рассчитанной (по различ- ным известным методикам) величины обжатия по толщине стенки с внутренней стороны. Высота кольцевой заготовки под прокатку прокатывается равной по высоте готового кольцевого изделия h - hi.

Формовка внутренней поверхности отверстия в виде части торовой поверхности может быть осуществлена на различном куз- нечно-прессовом оборудовании с использованием разнообразного инструмента деформации: на молоте с использованием фигурных бойков; на прессе с использованием фигурных штампов.

После формовки заготовку деформируют на кольцепрокатном стане в закрытом калибре до размеров готового изделия D x d x hi.

Пример. Исходную заготовку (фиг.З) размерами D0 270 мм Н0 216 мм и массой m 97 кг нагревали в кольцевой печи до температуры деформации t 1260-1280°С. Затем нагретые исходные заготовки поштучно подавались на пресс усилием 800 тс (на фиг.4 не указан), где осаживались на 20-25% до высоты Н 162-172 мм. Затем производили разгонку заготовки с последующей прошивкой центрального отверстия цилиндрическим пуансоном (на фиг.5 и 6 не указан). В результате этих операций получили полую заготовку высотой Н 162-172 мм и с отверстием dn 180 мм. После этого полученную полую заготовку подвергали формовке на роговом молоте с МПЧ 6,6 т.

Предварительно рог молота был выполнен с ручьем для формовки внутренней поверхности отверстия. Ручей рога молота имел кривизну, соответствующую радиусу части торовой поверхности, рассчитанной для заготовки под прокатку,

Расчет производился следующим образом. Размеры готового кольцевого изделия с учетом предельных допустимых отклонений на геометрические параметры равны D x d x hi 600 ± 5 x 520 ± 5 x 150 ± 5 мм. Высота заготовки под прокатку h для закрытого калибра принимается равной высоте готового изделия hi 150 мм, величина поля допускаемых предельных отклонений на внутренний диаметр по нормативно-технической документации равна 5 10 мм. Расчетную величину обжатия по толщине стенки с внутренней стороны найдем исходя из закона постоянства объема и принимая внутренний диаметр отформованной заготовки de 400 мм (фиг.7). Величина dB 400 мм выбрана из технологических соображений (уменьшение растягивающих напряжений в начале процесса прокатки, которые приводят к нарушению сплошности металла; свободное одевание заготовки на внутренний валок стана и т.д.).

Расчетная величина обжатия потол- щине стенки с внутренней стороны поеле подстановки исходных данных равна АЗвн 5,5 мм.

Радиус части торовой поверхности определим по предлагаемой формуле

273 (м

„ (-f1 l(-fg-) - -(55+5))(() +(5.S+5y) (SS+5)(2 jppT)4(5s757 +150)

Таким образом рядиус ручья на роге молота выполняется с радиусом 273 мм. При формовке на молоте (на фиг.7 не указан) формируется кольцевая заготовка под прокатку с внутренней поверхностью отверстия в виде части торовой поверхности с радиусом 273 мм.

После формовки на молоте заготовка подавалась на колыдепрокатный стан, где прокатывалась в закрытом калибре (на фиг.8 не указан) до размеров готового кольца D x d xhi 600 х 520 х 150 мм.

По предложенному способу была изготовлена опытно-промышленная партия (50 шт.) кольцевых изделий для машиностроения с указанными размерами. Опытно-промышленная партия была изготовлена из заготовок, форма внутренней поверхности которых была определена исходя из предлагаемой зависимости. Исследования качества готовых изделий показали, что дефекты типа заусенцев по внутреннему диаметру отсутствуют. Одновременно исследовалось качество изделий,изготовленных по известному способу (50 шт.). Дефекты в этих изде- лиях типа заусенцев по внутреннему диаметру наблюдались в 80% изделий, из них заусенцы до 5 мм - 46%, до 10 мм - 23%, до 15мм- 11%.

В среднем масса заусенцев составила по 3 кг на каждое изделие, т.е. 150 кг на всю партию. Поэтому необходимо будет механически обработать 150 кг металла( чтобы убрать заусенец.

Предлагаемый способ изготовления кольцевых изделий улучшает качество кольцевых изделий за счет уменьшения дефектов типа заусенцев по внутреннему диаметру; уменьшает трудоемкость изготовления кольцевых изделий при механической обработке.

Формула изобретения

Способ изготовления кольцевых изделий, при котором заготовку нагревают, осаживают, разгоняют пуансоном, прошивают, формуют и прокатывают, отличающий- с я тем, что, с целью повышения качества получаемых изделий путем исключения образования заусенца на внутренней поверхности кольцевых изделий, в процессе формовки внутреннюю поверхность кольцевых изделий формируют в виде торовой поверхности, радиус которой определяют из зависимости:

Q./2+1(h/2f + (йЗ. )Г(Н/2У+(Д8,.+Л/гЯ (Д5„-к5/2)(2 l((h/2)2+(AS.«+i/2)J +h)

где h - высота заготовки под прокатку;

АЗвн - расчетная величина по толщин стенки с внутренней стороны;

д - величина поля допустимых предель ных отклонений на внутренний диаметр.

Фйн

Мп

Фиг. В

-2

te.2

Фиг.5

R

k

«ywФиг.7

0ti

ФЯ