Штамп для горячей объемной штамповки поковок Советский патент 1993 года по МПК B21J13/02 

Изобретение относится к обработке металлов давлением, а именно к конструкциям штампов для получения горячей объемной штамповкой поковок, преимущественно дисковых крупногабаритных из никелевых высокопрочных сплавов.

Целью изобретения является повышение качества поковок за счет уменьшения скопления смазочно-теплоизолирующих материалов в зонах сопряжения плоских и конических поверхностей гравюры штампа.

На чертеже схематически показан в разрезе штамп для горячей объемной штамповки.

Он состоит из верхней 1 и нижней 2 половины с выполненными на них гравюрами, образующими полость штампа. Каждая гравюра образована чередующимися и сопряженными между собой горизонтальными 3 и коническими 4 поверхностями. На плоскости разъема половин штампа выполнена облойная канавка 5. В зонах сопряжения поверхностей 3 и 4 выполнены заглубленные в тело соответствующих половин штампа радиусные канавки 6.

Величина заглубления каждой канавки в тело штампа относительно плоских и конических поверхностей выполнена в пределах 0,03 ... 0,15 высоты плоскости гравюры и зависит от конструктивных особенностей штампа и применяемых смазочно-теплоизолирующих материалов. Радиусные канавки в сочетании выполнены другой окружности, радиус которой составляет 0,08 - 0,3 высоты полости гравюры.

Снабжение каждой гравюры на участках сопряжения плоских и конических поверхностей радиусными канавками способствует тому, что в процессе штамповки остатки смазывающе-теплоизолирующего материала (теплоизолятора), находящегося в спрессованном состоянии, накапливаются в канавках, а не в углах гравюры штампа, что приводит к более полному заполнению металлом гравюры штампа.

(Л

оо

Ю 00

VJ Nl

Ю

Размеры канавок выбраны таким образом, чтобы в процессе штамповки они принимали остатки теплоизолятора, а также, чтобы не происходило затекания штампуемого металла в радиусные канавки.

В качестве смазывающе-теплоизолиру- ющих материалов при штамповке поковок применяют, например, прокладки - стеклоткань с волокнистым базальтом, стеклоткань - волокнистый базальт - каолин, муллито-кремнеземистый войлок, тканые материалы и др. В зависимости от материала и назначения прокладки изготавливают различной толщины, например, прокладки из волокнистого базальта изготавливают толщиной 20 - 40 мм, из муллито-кремнезе- мистого войлока толщиной 20 - 60 мм, из ткани базальта толщиной 2,5 - 8,0 мм. Кроме того, различные смазочно-теплоизолирую- щие материалы имеют разную степень сжимаемости, т.е. изменение объемов волокнистых материалов при штамповке, причем одни материалы (волокнистый базальт) оплавляются, тем самым объект прокладки уменьшается в 9 - 11 раз, другие (муллит-кремнеземистый войлок) имеют температуру плавления выше температуры нагрева металла и при штамповке не спекаются. Таким образом, объем материала, принимаемого канавками, может колебаться в определенных пределах.

Учитывая также, что покрытие из волокнистых материалов наносится на заготовку в виде прямоугольных плоских прокладок, вследствие чего на периферии полости штампа скапливается в 1,2 - 1,4 раза больше материала, чем в центральных полостях, то на периферии величина канавки по отношению к центральным имеет увеличенные (но в установленных пределах) размеры.

Кроме того, различные сплавы штампуют при разных удельных усилиях, удельные усилия зависят также от конфигурации поковки - более сложные формы требуют высоких удельных усилий, при этом наблюдается разная сжимаемость волокнистых материалов, например, при удельном усилии 40 кгс/мм объем муллит-кремнеземистого войлока уменьшается в 7 - 8 раз, при удельном усилии 60 кгс/мм2 в 11 - 11,3 раза.

Таким образом, перечисленное выше указывает на весьма широкий объемный диапазон смазывающе-теплоизолирующего материала, поступающего в радиусные канавки.

Конкретные размеры канавок для поковок с конкретным смазывающе-теплоизо- лирующим материалом определяют экспериментальным путем.

Радиусные канавки, величина заглубления которых в тело штампа относительно плоских и конических поверхностей меньше 0,03 высоты полости гравюры, малоэффек- тивны ввиду их малого объема, не способного принять остатки теплоизолятора.

Радиусные канавки глубиной больше 0,15 высоты полости гравюры будут по объему избыточны, в результате чего возможно заполнение канавок не только теплоизолятором, а также и деформируемым металлом.

При радиусе дуги окружности сечения канавок меньше 0,08 высоты полости гравюры объем канавки недостаточный, теплоизо- лятор накапливается не только в канавках, а также на участках сопряжения плоскостей поверхностей, в результате чего происходит неоформление геометрии поковок.

При радиусе окружности больше О, 3 высоты полости гравюры происходит затекание металла в зону радиусной канавки. Штамп работает следующим образом. Перед началом работы штамп нагреваЮт до 350 - 450°С и устанавливают на вертикальный гидравлический пресс. Затем на нижнюю 2 половину штампа укладывают смазывающе-теплоизолирующую прокладку. На последнюю укладывают нагретую заготовку или заготовку предварительно осаженную на шайбу заданной величины. На верхнюю часть заготовки укладывают вторую смазочно-теплоизолирующую прокладку, полностью закрывающую заготовку.

Далее включают гидравлический пресс. Верхняя 1 половина штампа движением вниз соприкасается со смазывающе-теп- лоизолирующей прокладкой и начинается процесс деформации. Происходит заполнение металлом как верхней 1, так и нижней 2 половин штампа. При этом остатки теплоизолятора, перемещаясь по плоскостям гравюры штампа, накапливаются в радиусных канавках 6, расположенных в

наиболее трудно заполняемых металлом участках гравюры. Избыточный объем металла вытесняется в облойную канавку 5.

На первой стадии происходит свободная осадка заготовки, которая сопровожается частичным выдавливанием металла в дополнительные углубления полости. При этом углы полости остаются относительно свободными, т.к. не произошло еще их заполнение металлом, а материал теплоизолятора находится в слегка гофрированном состоянии, что указывает на тенденцию к его накоплению.

С момента соприкосновения заготовки с боковыми стенками штампа начинается

вторая стадия штамповки. Эта стадия завершается в момент начала образования заусенца.

При этом по мере соприкосновения теп- лоизолятора как с металлом, так и со стенками штампа, неизбежно происходит частичное его осыпание и сдвигание его прилегающей к углу части в свободное пространство. Этим объясняется заметное накапливание части теплоизолятора в углах.

К началу третьей стадии штамповки незаполненными остаются лишь углы полости.

Третья стадия характеризуется тем, что сопротивление течению металла в незаполненные углы полости теперь меньше, чем в облойную канавку, и к концу этой стадии ручей металла оказывается заполненным. Но в течение этой стадии также происходит сдвигание части теплоизолятора в углы, в итоге в углах полости штампа он собирается, запирается и препятствует заполнению их металлом. При этом подавляющая часть теплоизолятора, которая попадает в углы, собирается за счет теплоизолятора, находящегося на боковой поверхности заготовки, т.е. его количество зависит от высоты заготовки. А т.к. никелевые сплавы относятся к. труднодеформируемым, штамповка производится за несколько переходов; и высота заготовки на последнем из них соизмерима с высотой полости штампа, в связи с тем выявлена связь между объемом приемной канавки и высотой полости штампа. Эмпирическим путем при применении различных волокнистых материалов (стеклоткань - базальтовое волокно, муллито-кремнеземи- стый войлок, фетр) и изготовлении из них различных толщин прокладок была выявлена указанная в формуле изобретения зависимость объема канавок от высоты полости штампа.

Причем для тонких прокладок величина объема приемной канавки должны быть меньше, и наоборот, при применении более высоких прокладок объем приемных канавок должен значительно увеличиться.

После установленного цикла верхняя траверса поднимает верхнюю половину 1 штампа в исходное положение, а штампованная поковка извлекается из нижней 2 половины штампа.

После очистки штампа от остатков теплоизолятора цикл работы устройства повторяется.

Пример.

Проводили штамповку 36 дисков из сплава ЭК79ИДдля газотурбинных двигателей на вертикальном гидравлическом прессе усилием 10 тыс.т.с. Использовались заготовки диаметром 210х520и150х 400 мм.

Заготовки нагревали до 1100±10°С и после предварительной осадки и последующего подогрева устанавливали в штамп, подогретый до температуры 350 - 450°С.

Предварительно на нижнюю половину

штампа укладывали смазывающе-теплоизо- лирующую добавку из муллитокремнеземи- стого войлока марки МКРВ 200 по ГОСТ 23619-79 размером 600 х 600 мм толщиной

0 в свободном состоянии 30 - 50 мм. На верх заготовки укладывали вторую смазочно-теп- лоизолирующую прокладку, закрывающую всю заготовку. Далее проводили штамповку заготовки.

5С целью получения сравнительных данных проводилась также штамповка поковок тех же изделий, также из сплава ЭК79ИД, при тех же условиях, но в штампе, не снабженном радиусными канавками.

0После штамповки, охлаждения и удаления остатков теплоизолятора производили осмотр каждой штампованной поковки.

Результаты проведенного эксперимента сведены в таблицу.

5Как видно из таблицы, при штамповке

заготовок в штампах, выполненных по пунктам б, в, г, ж, з, и, поковки имели полное оформление и геометрические размеры выдержаны в заданных значениях.

0 При штамповке заготовок в штампах, выполненных по пунктам а, е, поковки на участках сопряжения плоских и конических поверхностей (на углах) имели неоформление, выводящие их геометрические размеры

5 из заданных пределов, что явилось признаком недостаточного объема радиусных канавок в штампе для приема остатков теплоизолятора.

При штамповке заготовок в штампах,

0 изготовленных по пунктам д, к, и осмотре поковок наблюдалось искажение их формы в виде наличия выступов на поверхностях, приближенным к углам сопряжения плоских и конических поверхностей ввиду избыточ5 ного объема канавок штампа, вследствие чего часть радиусной канавки заполнилась штампуемым металлом. При осмотре штампов предлагаемой конструкции после эксперимента видимых дефектов поверхностей

0 гравюры не обнаружено.

На всех дисках, полученных на штампе без радиусных канавок, наблюдалось, неоформление поковок на участках сопряжения плоских и конических поверхностей.

5 Формула изобретения

Штамп для горячей объемной штамповки поковок, преимущественно дисковых, крупногабаритных из никелевых высокопрочных сплавов, содержащий верхнюю и нижнюю половины с выполненными на их

обращенных одна к другой поверхностях гравюрами, каждая из которых образована чередующимися сопряженными между собой горизонтальными плоскими и коническими поверхностями, а также облойной канавкой, отличающийся тем, что, с целью повышения качества получаемых поковок за счет уменьшения скопления сма- зочно-теплоизолирущих материалов в

зонах сопряжения плоских и конических поверхностей гравюры штампа, в указанных зонах выполнены заглубленные в тело соответствующих половин штампа радиусные канавки с величинами радиусов, составляющими 0,8 ... 0,3 общей высоты полости гравюры, и заглублений относительно указанных горизонтальных плоскостей, равных 0,03 ... 0,15 той же высоты.

Сущность изобретения: штамп для горячей объемной штамповки поковок содержит верхнюю и нижнюю половины с выполненными на их обращенных одна к другой поверхностях гравюрами, образованными чередующимися и сопряженными между собой горизонтальными плоскими и коническими поверхностями, а также облойной канавкой. В зонах сопряжениях плоских и конических поверхностей гравюры выполнены заглубленные в тело соответствующих половин штампа радиусные канавки с заданными величинами радиусов и заглублений относительно горизонтальных плоскостей. 1 ил., 1 табл.

Характеристика заготовки, Размеры радиусной канавки

б)hi- 1,2мм(Ь1 0.03 Ai)

в)hi 3,6 мм (hi 0,092 Ai) r)hi 6,OM (hi 0,15Ai) д)гц 8,0 MM(hi 0,2 Ai)

ж) Ri 3,2 мм (,08 Ai) s)Ri 8 MM(,2 Ai) и) MM(,3 Ai) к) Ri 16 MM(,4 Ai)

Штамп без радиусных канавок

Поковки на участках сопряжения плоских и конических поверхностей (на углах) имеют неоформление, т.е. имеют отклонение геометрических размеров. Поковки имеют полное оформление по всем поверхностям.

То же

Поковки на участках сопряжения плоских и конических

поверхностей имеют выступы высотой до 2 мм,

связанные

с заполнением части канавок металлом.

Поковки на участках сопряжения плоских и конических поверхностей (на углах) имеют неоформление, т.е. имеют отклонение геометрических размеров. Поковки имеют полное оформление по всем поверхностям. То же

Поковки на участках сопряжения плоских и конических поверхностей имеют выступы избытка металла. Поковки на участках сопряжения плоских и конических поверхностей (в углах) имеют значительное неоформление, выводящее геометрические размеры поковки за пре- делы допусков.

Результаты эксперимента

к

V4X ///////ЈҐ//;

Л2

5 7

7/Х