Способ изготовления полых фланцевых поковок

 

Изобретение относится к обработке металлов давлением. Способ изготовления полых фланцевых поковок включает осадку исходной заготовки, формирование полого полуфабриката с образованием фланцевого утолщения и ступицы с перемычкой путем перемещения металла выдавливанием из центральной части в ступицу и окончательную штамповку прямым выдавливанием с одновременным формообразованием фланца. Формирование фланцевого утолщения полуфабриката проводят путем перемещения металла осадкой в сторону свободной поверхности фланцевого утолщения до размеров в плане, не превышающих размеров фланца в плане окончательно отштампованной поковки. Полость полуфабриката формируют глубиной в пределах 0,8-1,2 глубины полости окончательно отштампованной поковки. Техническим результатом изобретения является разработка способа изготовления полых фланцевых поковок с более широкими технологическими возможностями. 7 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при изготовлении полых фланцевых поковок объемной штамповкой.

Известен способ изготовления полых фланцевых поковок с глухой полостью, включающий фигурную осадку исходной заготовки, формирование закрытой прошивкой полуфабриката высотой меньше высоты окончательно отштампованной поковки, имеющего фланцевое утолщение и ступицу с окончательно оформленной донной частью путем перемещения металла из центральной части бочки во фланцевое утолщение, окончательную штамповку прямым выдавливанием ступицы с одновременным формообразованием фланца (см. Кузнечно-штамповочное производство, 1981 г., N 9, стр. 18, 19. Статья И.М. Позняковский, Ю.М. Чабин, М.Г. Кайнер "Горячее выдавливание полых тяжелых поковок").

К недостаткам данного способа следует отнести образование торцового заусенца при закрытой прошивке (это ведет к снижению стойкости инструмента и перерасходу металла), низкую точность поковок по высоте. Кроме того, в связи с тем, что выдавливание ступицы осуществляется в закрытом штампе, во избежание образования дефекта типа застойной зоны на периферии фланца, переход от фланца к ступице выполняют конусным. В результате поковка имеет дополнительный напуск, что влечет за собой повышенный расход металла.

Известен способ изготовления полых фланцевых поковок (патент N 1552460, кл. B 21 K 21/00, 1993), включающий осадку заготовки до диаметра, равного диаметру фланцевого утолщения полуфабриката, формирование полуфабриката в открытом штампе до получения высоты не менее высоты окончательно отштампованной поковки, при этом увеличивают высоту полуфабриката путем перемещения металла выдавливанием из центральной части бочки в ступицу, длину которой определяют по формуле L_c ≥ l_c ≥ T + R₀ + R_ф, где L_c - длина ступицы поковки; l_c - длина ступицы полуфабриката; T - толщина донной перемычки; R₀ - радиус сопряжения перемычки с боковой поверхностью полости поковки; R_ф - радиус сопряжения фланца с боковой поверхностью ступицы, а высоту фланцевого утолщения определяют по формуле H_ф ≅ h_ф ≅ 1,5 (d_ф - D₀), где H_ф - высота фланцевого утолщения поковки; h_ф - высота фланцевого утолщения полуфабриката; d_ф - диаметр фланцевого утолщения полуфабриката; D₀ - диаметр полости поковки.

Вышеназванный способ имеет ограниченные технологические возможности. Таким способом можно получать поковки относительно простой конфигурации. Он не позволяет изготовить поковки со сложной конфигурацией фланцевой и ступичной частей, а также поковки с развитым фланцем, когда отношение диаметра фланцевого утолщения окончательно отштампованной поковки D_ф к диаметру ступицы окончательно отштампованной поковки D_c больше 2,5. Кроме того, этим способом невозможно получить поковки с низкой ступицей L_c < T + R₀ + R_ф Поставлена задача разработать способ изготовления полых фланцевых поковок с более широкими технологическими возможностями, позволяющими получать поковки с развитым фланцем, поковки со сложной конфигурацией ступичной и фланцевой частей, а также поковки с низкой ступицей L_c < T + R₀ + R_ф Технический результат в способе изготовления полых фланцевых поковок, включающем осадку исходной заготовки, формирование полого полуфабриката с образованием фланцевого утолщения и ступицы с перемычкой путем перемещения металла выдавливанием из центральной части в ступицу и окончательную штамповку прямым выдавливанием с одновременным формообразованием фланца,
формирование фланцевого утолщения полуфабриката проводят путем перемещения металла осадкой в сторону свободной поверхности фланцевого утолщения до размеров в плане, не превышающих размеров в плане фланца окончательно отштампованной поковки, а полость полуфабриката формируют глубиной в пределах 0,8 - 1,2 от глубины полости окончательно отштампованной поковки.

Перемещение металла осуществляют осадкой по всей поверхности фланцевого утолщения полуфабриката.

Перемещение металла осуществляют осадкой по части поверхности фланцевого утолщения полуфабриката.

Перемещение металла в сторону свободной поверхности фланцевого утолщения осуществляют в радиальном направлении.

Перемещение металла в сторону свободной поверхности фланцевого утолщения осуществляют в направлении под углом к оси полуфабриката.

Перемещение металла в сторону свободной поверхности фланцевого утолщения осуществляют в направлении вертикальной оси полуфабриката.

Осадку исходной заготовки осуществляют на вставках с фасонной контактной поверхностью.

Осадку исходной заготовки осуществляют на вставках со сферической контактной поверхностью до образования шара.

Формирование фланцевого утолщения полуфабриката осадкой (верхняя и нижняя части фланцевой поверхности контактируют с инструментом) путем перемещения металла в сторону свободной поверхности фланцевого утолщения позволяет за один переход произвести значительное перемещение металла, в частности, в радиальном направлении и получить развитый фланец. При этом в плане размеры фланца полуфабриката не должны превышать размеров в плане фланца окончательно отштампованной поковки, в противном случае будут наблюдаться резкий перерасход металла, снижение стойкости инструмента и качества поковок.

При формировании полости полуфабриката менее 0,8 глубины полости окончательно отштампованной поковки процесс деформации не устойчив и возможно появление дефектов в виде утонения стенок, отрыва дна полости, незаполнения углов, а также образования складок.

При формировании полости полуфабриката более 1,2 глубины полости окончательно отштампованной поковки процесс деформации также не устойчив и сопровождается образованием дефектов на ступице в виде складок. В местах сопряжения поверхностей матрицы и выталкивателя в результате повышенных контактных напряжений, вызванных избытком металла, образуется торцевой заусенец и резко снижается стойкость штампового инструмента.

Направление перемещения металла в сторону свободной поверхности фланцевого утолщения полуфабриката определяется геометрией окончательно отштампованной поковки. Например, при изготовлении поковок с утолщением на периферийной части фланца, осадку фланца полуфабриката ведут только на части поверхности, прилегающей к полости ступицы, а перемещение металла в сторону свободной поверхности фланцевого утолщения осуществляют в направлении вертикальной оси полуфабриката.

При изготовлении поковок с фланцем в виде чаши перемещение металла в сторону свободной поверхности фланцевого утолщения осуществляют в направлении под углом к вертикальной оси полуфабриката.

Сопоставительный анализ заявляемого технического решения с прототипом показывает, что заявляемый способ изготовления полых фланцевых поковок отличается от прототипа.

В способе-прототипе формирование полуфабриката ведут путем перемещения металла выдавливанием из центральной части бочки в ступицу. При том размеры в плане (диаметр) полуфабриката остаются неизменными. Осадка фланца не происходит.

В предлагаемом способе формирование фланцевого утолщения полуфабриката проводят путем перемещения металла осадкой в сторону свободной поверхности фланцевого утолщения до размеров в плане, не превышающих размеров фланца в плане окончательно отштампованной поковки.

В способе-прототипе длина ступицы полуфабриката l_c должна удовлетворять условию
L_c ≥ l_c ≥ T + R₀ + R_ф
В предлагаемом способе длина ступицы не регламентируется.

В способе-прототипе высоту фланцевого утолщения определяют по формуле
H_ф ≅ h_ф ≅ 1,5 (d_ф - D₀)
В предлагаемом способе высота фланцевого утолщения не регламентируется. По предлагаемому способу получена поковка ступицы детали автомобиля КАМАЗ номер по каталогу 4310-1802169 с высотой фланца полуфабриката h_ф меньше высоты фланца поковки H_ф.

При сложном внешнем контуре фланцевой поковки теряется однозначность отнесения части поковки к ступице или фланцу. Использование формул прототипа, по которым определяются длина ступицы и высота фланца, затруднено.

В предлагаемом способе регламентируется глубина полости полуфабриката, пределы изменения которой не совпадают с прототипом.

В прототипе полуфабрикат имеет ступицу с окончательно оформленной донной перемычкой, т.е. размеры перемычки не меняются при окончательной штамповке.

В предлагаемом способе размеры перемычки не регламентируются. Как вариант, возможно расположение компенсатора в перемычке окончательно отштампованной поковки.

Эти отличительные признаки обеспечивают возможность получения поковок сложной конфигурации с развитым фланцем и низкой ступицей.

Таким образом, данное техническое решение соответствует критерию "новизна".

Анализ авторских свидетельств, патентов и научно-технической информации не выявил использования новых существенных признаков предлагаемого изобретения по их функциональному назначению. Таким образом, предлагаемое техническое решение соответствует критерию "изобретательский уровень".

На фиг. 1 представлены технологические переходы штамповки; на фиг. 2 - конец процессов деформирования осаженной заготовки, полуфабриката и окончательно отштампованной поковки.

Способ изготовления полых фланцевых поковок реализуется следующим образом.

Полую фланцевую поковку получают за несколько переходов, например за три, в ходе которых исходную заготовку, полученную из прутка, осаживают, получая заготовку 1, далее заготовку прошивают, формируя фланцевое утолщение и ступичную часть, получая полуфабрикат 2, далее производят окончательную штамповку, получая отштампованную поковку 3.

Исходная заготовка, полученная из прутка, осаживается между вставками штампа 4 и 5. Вставки могут иметь фасонные или сферические контактные поверхности. Полученная в первом переходе заготовка 1 передается в штамп второго перехода, состоящий из вставки-съемника 6, пуансона 7, матрицы 8 и выталкивателя 9. Осаженную заготовку 1 устанавливают в полость матрицы 8. При движении ползуна пресса вниз пуансон 7 и вставка-съемник 6 деформируют осаженную заготовку 1: прошивают полость и одновременно формируют фланцевое утолщение и ступичную часть. Полуфабрикат извлекают из матрицы 8 выталкивателем 9 или снимают с пуансона 7 вставкой-съемником 6. Полученный полуфабрикат устанавливают в штамп третьего перехода, состоящий из вставки-съемника 10, пуансона 11, матрицы 12 и выталкивателя 13. Полуфабрикат 2 помещают в матрицу 12 штампа для окончательной штамповки и подвергают деформированию пуансоном 11 и вставкой-съемником 10. После завершения процесса деформирования окончательно отштампованную поковку 3 удаляют из матрицы 12 выталкивателем 13 или снимают с пуансона 11 вставкой-съемником 10.

В зависимости от геометрии окончательно отштампованной поковки определяется направление перемещения металла в сторону свободной поверхности фланцевого утолщения полуфабриката. Например, при изготовлении поковок с утолщением на периферийной части фланца осадку фланца полуфабриката ведут только на части поверхности, прилегающей к полости ступицы, а перемещение металла в сторону свободной поверхности фланцевого утолщения осуществляют в направлении вертикальной оси полуфабриката.

При изготовлении поковок с фланцем в виде чаши перемещение металла в сторону свободной поверхности фланцевого утолщения осуществляют в направлении под углом к вертикальной оси полуфабриката.

Пример конкретного выполнения полой фланцевой поковки детали 3518020-46152 из стали 20ХГТ ГОСТ 4543-71.

Исходную заготовку диаметром 90 мм и высотой 182 мм нагревают в индукционном нагревателе до ковочной температуры, подают в штамп горячештамповочного пресса 40000 кН на первую позицию штамповки, осаживают до получения шара диаметром 134 мм. Осаженную заготовку перекладывают в следующий ручей и формируют фланцевое утолщение полуфабриката путем перемещения металла осадкой в сторону свободной поверхности фланцевого утолщения в радиальном направлении до диаметра фланца 210 мм. Полость полуфабриката формируют глубиной 43 мм. Высота полуфабриката 67 мм, а диаметр ступицы 80,7 мм. Полученный полуфабрикат перекладывают в окончательный ручей и штампуют поковку диаметром фланца 216 мм, глубиной полости 45 мм, высотой 71 мм и диаметром ступицы 81 мм.

По сравнению с прототипом предлагаемый способ изготовления полых фланцевых поковок обладает более широкими технологическими возможностями, позволяющими получать поковки с развитым фланцем, поковки со сложной конфигурацией ступичной и фланцевой частей, а также поковки с низкой ступицей.

Формула изобретения

1. Способ изготовления полых фланцевых поковок, включающий осадку исходной заготовки, формирование полого полуфабриката с образованием фланцевого утолщения и ступицы с перемычкой путем перемещения металла выдавливанием из центральной части в ступицу и окончательную штамповку прямым выдавливанием с одновременным формообразованием фланца, отличающийся тем, что формирование фланцевого утолщения полуфабриката проводят путем перемещения металла осадкой в сторону свободной поверхности фланцевого утолщения до размеров в плане, не превышающих размеров фланца в плане окончательно отштампованной поковки, а полость полуфабриката формируют глубиной в пределах 0,8 - 1,2 глубины полости окончательно отштампованной поковки.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что перемещение металла осуществляют осадкой по всей поверхности фланцевого утолщения полуфабриката.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что перемещение металла осуществляют осадкой по части поверхности фланцевого утолщения полуфабриката.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что перемещение металла в сторону свободной поверхности фланцевого утолщения осуществляют в радиальном направлении.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что перемещение металла в сторону свободной поверхности фланцевого утолщения осуществляют в направлении под углом к оси полуфабриката.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что перемещение металла в сторону свободной поверхности фланцевого утолщения осуществляют в направлении вертикальной оси полуфабриката.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что осадку исходной заготовки осуществляют на вставках с фасонной контактной поверхностью.

8. Способ по пп.1 и 5, отличающийся тем, что осадку исходной заготовки осуществляют на вставках со сферической контактной поверхностью до образования шара.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2