Способ изготовления полых деталей полусферической формы из труднодеформируемого титанового сплава вт6-с

Авторы патента:

Гладкова Любовь Дмитриевна (RU)

Сиделёва Галина Александровна (RU)

Юхневич Сергей Степанович (RU)

Конопкина Ирина Владимировна (RU)

Коптев Иван Тихонович (RU)

B21D22/20 - глубокая вытяжка (специальные устройства для этой цели, конструктивно сопряженные с прессами или приспособленные к ним, B21D 24/00)

Владельцы патента RU 2635210:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный космический научно-производственный центр имени М.В. Хруничева" (ФГУП "ГКНПЦ им. М.В. Хруничева") (RU)

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, а именно к способу вытяжки деталей полусферической формы из труднодеформируемого титанового сплава ВТ6-С. Осуществляют предварительное утонение плоской исходной заготовки протачиванием, нагрев заготовки и ее установку в нагретую матрицу штампа и формообразование коническим прижимом в чашку с образованием равнотолщинного фланца и вытяжку полученной чашки холодным пуансоном в нагретой матрице в деталь полусферической формы в штампе с разными зазорами между коническим прижимом и матрицей и матрицей и пуансоном. При этом предварительное утонение исходной заготовки осуществляют до определенной толщины в зоне образующегося при формообразовании коническим прижимом фланца. Обеспечивают минимальное утонение донной части полусферы. 2 ил.

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, а именно к способу вытяжки детали полусферической формы из труднодеформируемого титанового сплава ВТ6-С.

Известен способ листовой штамповки, позволяющий уйти от утонения донной части полусферы - это продольный обжим (Э.Л. Мельников «Холодная штамповка днищ», М.: «Машиностроение», 1986, с. 86). Предшествующие обжиму операции заключаются в изготовлении плоской заготовки и вытяжке цилиндрической полой заготовки с дном. Полую цилиндрическую заготовку получают путем вытяжки, как правило, в два перехода, до получения диаметра цилиндра, равного диаметру полусферы.

Пример конкретного исполнения

Для вытяжки полусферы ∅367 мм из листа толщиной 8 мм с припускной цилиндрической частью высотой 20 мм необходимо изготовить 3 штампа:

1) вытяжка 1 перехода, коэффициент вытяжки m₁=0,76, утолщение цилиндрической части детали после 1 перехода:

2) вытяжка 2 перехода, коэффициент вытяжки m₂=0,88, утолщение цилиндрической части детали после 2 перехода

3) продольный обжим цилиндрической заготовки с дном в сферической матрице.

Недостатком данного способа является большое количество штампов, а следовательно, высокая трудоемкость получения детали, металлоемкость и значительная стоимость оснастки. Также, при продольном обжиме деталь выкладывается по матрице, внутренний профиль полученной полусферы с учетом утолщений получается в пределах +1,2 мм +1,8 мм.

Техническим результатом, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, является получение вытяжкой полой детали полусферической формы из труднодеформируемого титанового сплава ВТ6-С в одном штампе с минимальным утонением донной части при оптимальной деформации.

Данный технический результат достигается с помощью способа изготовления вытяжкой полой детали полусферической формы из труднодеформируемого титанового сплава ВТ6-С. Способ включает предварительное утонение исходной плоской заготовки протачиванием, нагрев заготовки и ее установку в нагретую матрицу. Затем производят формообразование заготовки в чашку коническим прижимом с образованием равнотолщинного фланца и вытяжку полученной чашки холодным пуансоном в нагретой матрице в деталь полусферической формы в штампе с разными зазорами между коническим прижимом и матрицей и матрицей и пуансоном. При этом утонение исходной плоской заготовки осуществляют в зоне образующегося при формообразовании коническим прижимом фланца до толщины, определяемой по формуле:

S_пр=S₀-(S_y-S₀),

где S_пр - толщина проточенной заготовки на диаметре выхода из-под конического прижима, мм,

S₀ - исходная толщина заготовки, мм,

S_y - толщина заготовки в зоне утолщения фланца, равная

σ_т - предел текучести материала заготовки, кг/мм²,

σ_в - предел прочности материала заготовки, кг/мм²,

D - диаметр исходной плоской заготовки, мм,

d - диаметр вытянутой детали в месте выхода из-под конического прижима, мм.

Для определения зоны утолщения используют формулу ρ=0,607R, по которой определяется радиус, ограничивающий области утонения и утолщения (Е.А. Попов «Листовая штамповка», М., Машиностроение, 1968, с. 142, формула 163).

В соответствии с условиями поставки на каждом листе сплава ВТ6-С определены механические свойства материала.

Материал поставки имеет показатели:

предел прочности - в диапазоне σ_в = от 90,6 кг/мм² до 93,2 кг/мм²;

предел текучести - в диапазоне σ_т = от 80,8 кг/мм² до 85,6 кг/мм².

Таким образом, диапазон допустимой степени деформации сплава ВТ6-С зависит от механических свойств листа и, следовательно, для каждого конкретного листа параметры процесса вытяжки, в том числе величина утолщения фланца, будут отличаться.

Для того чтобы контролировать толщину фланцевой части детали (т.е. не допустить утолщения фланца до величины большей, чем величина зазора между матрицей и коническим прижимом в штампе), заготовка перед началом штамповки искусственно утоняется, т.е. протачивается от зоны, ограниченной ρ.

Толщина, до которой необходимо проточить заготовку на диаметре выхода из-под конического прижима (S_пр), определяется как разность исходной толщины заготовки (S₀) и величины приращения толщины в зоне утолщения (S_y-S₀), т.е.

Так как зазор между коническим прижимом и матрицей в штампе постоянный, а величина утолщения для каждого листа сплава ВТ6-С зависит от σ_т/σ_в, для получения стабильности при вытяжке полусфер заготовка для каждого листа протачивается на величину, определяемую по вышеуказанной формуле.

Способ осуществляют следующим образом.

Матрицу нагревают встроенными нагревательными элементами до t=220±10°C, проточенную исходную плоскую заготовку до t=850°C. Нагретую заготовку устанавливают в трафарет штампа, опускают прижимную траверсу пресса до упора и формуют чашку 4, подают давление на конический прижим Р=450-500 тс и после подают давление на вытяжную траверсу пресса. Нагретая проточенная заготовка втягивается в зазор между нагретой матрицей и холодным пуансоном, в месте контакта с пуансоном деталь охлаждается за счет отдачи тепла и упрочняется в зоне контакта с пуансоном (донная часть) и данное упрочнение не позволяет детали утоняться. Дальнейшее формообразование происходит за счет пластичности горячего фланца заготовки, происходит обтяжка заготовки по пуансону.

При таком способе формообразования полусферических деталей внутренний профиль полученной полусферы получают в пределах +0,3 мм +0,5 мм, а утонение не более 8%.

Способ поясняется чертежами. На фиг. 1 изображена схема проточки исходной плоской заготовки и эскиз вытянутой детали; на фиг. 2 показана последовательность формообразования детали в штампе с указанием диаметра выхода детали из-под конического прижима и зазоров в местах между коническим прижимом и матрицей и матрицей и пуансоном.

Заявленный способ успешно внедрен на предприятии.

Пример

Из заготовки из сплава ВТ6-С диаметром 620 мм (D) и толщиной 8 мм (S_o) изготавливают деталь полусферической формы диаметром 367 мм (d_дет).

Значения σ_т и σ_в в сертификате, который приходит с поставляемым материалом, имеют величины с σ_в=91,9 кг/мм², σ_т=83,4 кг/мм².

Зазор между коническим прижимом 1 и матрицей 2 при заявленном способе выбирают равным исходной толщине материала заготовки (S_o), т.е. 8 мм. Для исключения защемления заготовки между матрицей и коническим прижимом в процессе вытяжки, т.е. чтобы вытягиваемая деталь имела толщину не более 8 мм в месте окончания ее контакта с коническим прижимом, т.е. при выходе заготовки из-под конического прижима, определяют толщину проточенной заготовки (S_пр) на диаметре 620 мм (D), которая после преобразования сжимающими напряжениями в процессе вытяжки должна получиться равной исходной толщине заготовки (S_o), т.е. 8 мм.

Диаметр окончания контакта вытягиваемой детали с коническим прижимом, т.е. диаметр детали в месте выхода из-под конического прижима (d) зависит от конструктивных параметров имеющегося производственного штампа, таких как: угол конусности матрицы и конического прижима, диаметр штампуемой детали, величины рабочих радиусов матрицы и конического прижима, и определяется построением и последующим измерением по чертежу штампа d=465 мм (фиг. 2).

Следовательно, при наших значениях S_o, d, D, σ_т и σ_в:

До толщины S_пр=7,62 мм исходная плоская заготовка предварительно утоняется протачиванием на D=620 мм. Окончание зоны предварительного утонения исходной плоской заготовки протачиванием определяется согласно формуле для определения начала зоны утолщения (d_ут) на исходной плоской заготовке.

Диаметр начала зоны утолщения (d_ут) для нашего случая:

d_ут=0,607×D=0,607×620=376,34 мм,

ρ=0,607R, d_ут=ρ×2=376,34 мм.

На d_ут=376,34 мм исходная плоская заготовка имеет толщину 8 мм (S_o), далее плавно утоняется под углом на длине L до толщины S_пр=7,62 мм на D=620 мм (фиг. 1).

Таким образом, при вытяжке проточенной заготовки в штампе с постоянным зазором между матрицей и коническим прижимом z₁ (фиг. 2) процесс выполняется без защемления фланца проточенной заготовки, утолщающегося на всех участках до толщины ≈8 мм, т.е. имеющего равную толщину не более величины зазора z₁, что способствует свободному выходу фланца детали из-под конического прижима, а это существенно влияет на отсутствие утонения при вытяжке.

При окончательном переходе вытяжки полусферы 5 на цилиндрическом участке d_дет=367 мм (фиг. 2) под действием сжимающих напряжений произойдет увеличение исходной толщины материала (утолщение), величина которого определяется по известной формуле (В.П. Романовский «Справочник по холодной штамповке», 1971 г., стр. 109).

Для определения величины утолщения на цилиндрическом участке d_дет=367 мм рассчитывают диаметр исходной плоской заготовки (D_заг) для полусферической детали, состоящей из полусферы с внутренним диаметром d_дет=367 мм, с цилиндрическим участком высотой h=12 мм и S₀=8 мм. Общая высота этой детали Н=203,5 мм (фиг. 1). Расчет ведут способом объемов, который основан на равенстве объемов исходной плоской заготовки и вытянутой детали.

Объем исходной плоской заготовки определяется по формуле объема цилиндра:

где h - высота цилиндра.

В нашем случае, высота цилиндра равна толщине исходной плоской заготовки, т.е. h=8 мм.

Объем полусферической детали (V_дет) определяют на ПК созданием в электронном виде 3D модели с последующим определением массо-центровочных характеристик, в результате V_дет=1880511,32 мм³.

Приравниваем объемы детали и заготовки:

V_дет=V_заг;

отсюда

Для исключения защемления заготовки в процессе вытяжки на цилиндрическом участке между матрицей 2 и пуансоном 3 в связи с утолщением вытягиваемой детали до величины 9,8 мм, зазор между цилиндрическим участком матрицы и пуансоном в нашем производственном штампе имеет Z₂=9,8 мм (фиг. 2).

Следовательно, в конструкции штампа зазоры между матрицей и коническим прижимом и матрицей и пуансоном имеют разные значения и соответственно равны Z₁=8 мм и Z₂=9,8 мм.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет получить вытяжкой детали полусферической формы с минимальным утонением донной части (не более 8%) при оптимальной деформации из труднодеформируемого титанового сплава ВТ6-С с внутренним профилем полученной полусферы в пределах +0,3 мм +0,5 мм.

Способ изготовления вытяжкой полой детали полусферической формы из труднодеформируемого титанового сплава ВТ6-С, включающий предварительное утонение плоской исходной заготовки протачиванием, нагрев заготовки и ее установку в нагретую матрицу, формообразование заготовки в чашку коническим прижимом с образованием равнотолщинного фланца и вытяжку полученной чашки холодным пуансоном в нагретой матрице в деталь полусферической формы в штампе с разными зазорами между коническим прижимом и матрицей и матрицей и пуансоном, при этом утонение исходной заготовки осуществляют в зоне образующегося при формообразовании коническим прижимом фланца до толщины, определяемой по формуле:

S_пр=S₀-(S_y-S₀),

где S_пр - толщина проточенной заготовки на диаметре выхода из-под конического прижима, мм,

S₀ - исходная толщина заготовки, мм,

S_y - толщина заготовки в зоне утолщения фланца, равная

σ_т - предел текучести материала заготовки, кг/мм²,

σ_в - предел прочности материала заготовки, кг/мм²,

D - диаметр исходной плоской заготовки, мм,

d - диаметр вытянутой детали в месте выхода из-под конического прижима, мм.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению горячепрессованной стальной листовой детали, используемой в автомобилестроении. Сталь имеет следующий химический состав, мас.%: C: от 0,10 до 0,34; Si: от 0,5 до 2,0; Mn: от 1,0 до 3,0; растворимый Al: от 0,001 до 1,0; P: 0,05 или менее; S: 0,01 или менее; N: 0,01 или менее; Ti: от 0 до 0,20; Nb: от 0 до 0,20; V: от 0 до 0,20; Cr: от 0 до 1,0; Mo: от 0 до 1,0; Cu: от 0 до 1,0; Ni: от 0 до 1,0; Ca: от 0 до 0,01; Mg: от 0 до 0,01; REM: от 0 до 0,01; Zr: от 0 до 0,01; B: от 0 до 0,01; Bi: от 0 до 0,01; остальное: Fe и примеси.

Способ вытяжки крупногабаритных деталей сложной формы // 2633865

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, а именно к листовой штамповке крупногабаритных деталей сложной формы. Загружают листовую заготовку в штамп, осуществляют прижим фланца заготовки, втягивание центральной части заготовки пуансоном в рабочую полость матрицы с одновременным торможением фланца заготовки перетяжными ребрами и дополнительными ребрами.

Горячепрессованная стальная листовая деталь, способ ее изготовления и стальной лист для горячего прессования // 2631216

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению горячепрессованной стальной листовой детали, используемой в автомобилестроении. Сталь имеет следующий химический состав, в мас.%: C: от 0,10 до 0,34; Si: от 0,5 до 2,0; Mn: от 1,0 до 3,0; растворимый Al: от 0,001 до 1,0; P: 0,05 или менее; S: 0,01 или менее; N: 0,01 или менее; Ti: от 0 до 0,20; Nb: от 0 до 0,20; V: от 0 до 0,20; Cr: от 0 до 1,0; Mo: от 0 до 1,0; Cu: от 0 до 1,0; Ni: от 0 до 1,0; Ca: от 0 до 0,01; Mg: от 0 до 0,01; REM: от 0 до 0,01; Zr: от 0 до 0,01; B: от 0 до 0,01; Bi: от 0 до 0,01; остальное: Fe и примеси.

Штамп для вытяжки крупногабаритных деталей // 2631070

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано при вытяжке крупногабаритных деталей сложной формы. В штампе, содержащем пуансон, матрицу с перетяжными ребрами, прижим с выемками под перетяжные ребра, механизм для удаления отштампованных вытянутых полуфабрикатов из штампа выполнен с продольными рейками за пределами прижимной поверхности прижима и с поперечными рейками, расположенными в пазах, выполненных в выемках прижима под перетяжные ребра.

Горячештампованная толстолистовая сталь, формованное штамповкой изделие, и способ изготовления формованного штамповкой изделия // 2628184

Изобретение относится к области металлургии, а именно к горячештампованной толстолистовой стали, предназначенной для получения штампованных изделий. Сталь содержит, мас.%: С: от 0,15 до 0,5, Si: от 0,2 до 3, Mn: от 0,5 до 3, Р: 0,05 или менее (за исключением 0), S: 0,05 или менее (за исключением 0), Al: от 0,01 до 1, В: от 0,0002 до 0,01, N: от 0,001 до 0,01%, Ti: в количестве, равном или большем чем 3,4[N]+0,01% и равном или меньшем чем 3,4[N]+0,1%, где [N] обозначает содержание (мас.%) N, остальное железо и неизбежные примеси.

Горячештампованная сталь, холоднокатаный стальной лист и способ производства горячештампованной стали // 2627313

Изобретение относится к области металлургии, а именно к горячештампованной стали, используемой в автомобилестроении. Сталь содержит, мас.%: С: от 0,030 до 0,150, Si: от 0,010 до 1,00, Mn: от 0,50 до менее 1,50, Р: от 0,001 до 0,060, S: от 0,001 до 0,010, N: от 0,0005 до 0,0100, Al: от 0,010 до 0,050 и необязательно один или несколько из следующих элементов: В: от 0,0005 до 0,0020, Мо: от 0,01 до 0,50, Cr: от 0,01 до 0,50, V: от 0,001 до 0,100, Ti: от 0,001 до 0,100, Nb: от 0,001 до 0,050, Ni: от 0,01 до 1,00, Cu: от 0,01 до 1,00, Са: от 0,0005 до 0,0050 и РЗМ: от 0,0005 до 0,0050, остальное - Fe и неизбежные примеси.

Горячеформованный компонент из стального листа и способ его изготовления, а также стальной лист для горячего формования // 2625374

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению горячештампованного компонента из стального листа. Лист имеет следующий химический состав, мас.%: от 0,100 до 0,340 углерода, от 0,50 до 2,00 кремния, от 1,00 до 3,00 марганца, 0,050 или менее фосфора, 0,0100 или менее серы, от 0,001 до 1,000 растворимого алюминия, 0,0100 или менее азота, остальное - железо и примеси.

Стальной лист для горячего формования и способ изготовления стального элемента, сформованного горячей штамповкой // 2625369

Изобретение относится к области металлургии, а именно к изготовлению стального элемента посредством горячей штамповки при использовании стального листа. Стальной лист включает, в мас.%, C: от 0,15 до 0,35, Si: от 1,0 до 3,0, Mn: от 1,0 до 3,0, Al: от более чем 0 вплоть до 0,10, Ti: от ([N]×48/14) до 0,10, где [N] означает количество N в стальном листе, B: от 5 млн-1 до 50 млн-1, P: от более чем 0 до менее чем 0,015, S: от более чем 0 вплоть до 0,010 и N: от более чем 0 вплоть до 0,010, остаток является железом и сопутствующими примесями.

Горячештампованная толстолистовая сталь, формованное штампованием изделие и способ изготовления формованного штампованием изделия // 2625357

Изобретение относится к области металлургии, а именно к горячештампованной толстолистовой стали, пригодной для получения штампованного изделия. Сталь содержит, в мас.%: С: от 0,15 до 0,5, Si: от 0,2 до 3, Mn: от 0,5 до 3, Р: 0,05 или менее (за исключением 0), S: 0,05 или менее (за исключением 0), Al: от 0,01 до 1, В: от 0,0002 до 0,01, N: от 0,001 до 0,01, Ti: в количестве, равном или большем чем 3,4[N]+0,01, и равном или меньшем чем 3,4[N]+0,1, где [N] обозначает содержание (мас.%) N, остальное - железо и неизбежные примеси.

Способ предварительной гибки заготовки с последующей вытяжкой полуфабриката // 2623521

Изобретение относится к листовой штамповке для вытяжки полуфабрикатов изогнутых средне- и крупногабаритных кузовных деталей на листоштамповочных прессах простого действия или на многопозиционных прессах-автоматах.

Способ штамповки детали полусферической формы из труднодеформируемого титанового сплава вт6-с в одном штампе // 2635990

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, а именно к способу штамповки деталей полусферической формы из труднодеформируемых титановых сплавов. Предварительную вытяжку заготовки из листа в коническую чашку выполняют с применением конусного прижима. Проводят разупрочняющий отжиг заготовки, завершающую вытяжку заготовки в одном штампе. Формообразование плоских листовых заготовок при разных толщинах в коническую чашку выполняют в матрице с нагревом и определенным углом конусности матрицы и прижима. Уменьшается утонение в процессе и повышается качество деталей. 2 ил.

Способ вытяжки с интенсивной пластической деформацией и устройство для его осуществления // 2638720

Группа изобретений относится к обработке металлов давлением, а именно к изготовлению деталей типа гильз вытяжкой с утонением. Полую заготовку проталкивают через две или более матриц, расположенных одна над другой соосно с пуансоном, с последовательным уменьшением толщины стенки. При этом обеспечивают многократную интенсивную пластическую деформацию с периодически изменяющимся по периметру коэффициентом и получением переменной по периметру толщины стенки с формованием на наружной поверхности полой заготовки вдоль образующей выступов и впадин. Последующее протягивание заготовки через вторую матрицу осуществляют также с переменным по периметру зазором между пуансоном и матрицей с утонением стенки только на участках заготовки, имеющих выступы, а на заключительном этапе осуществляют формоизменение стенки в матрице с равномерным зазором между инструментом, равным толщине стенки готовой оболочки. При этом используют матрицы с контуром рабочего отверстия, выполненным с периодически меняющимся профилем, а рабочий контур последней матрицы образует с пуансоном равномерный по периметру зазор, равный толщине стенки готовой оболочки. Уменьшается коэффициент утонения и обеспечивается мелкозернистая структура. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.

Способ охлаждения для формования горячим прессованием и устройство формования горячим прессованием // 2638867

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при формовании горячим прессованием тонкого стального листа. Осуществляют охлаждение тонкого стального листа посредством подачи хладагента к эжекционному отверстию, сообщающемуся от подающего канала внутри нижней формы. При этом осуществляют предварительное охлаждение, при котором подавляется величина выброса за единицу времени хладагента из эжекционного отверстии. После этого осуществляют основное охлаждение посредством увеличения величины выброса за единицу времени. Обеспечивается однородность охлаждения тонкого стального листа и снижается деформация формы. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 13 ил.

Горячештампованная деталь и способ ее изготовления // 2648104

Изобретение относится к области металлургии. Для повышения прочности на растяжение и ударной вязкости при низких температурах горячештампованная деталь имеет химический состав, мас.%: С 0,120-0,400, Si 0,005-2,000, Mn, или Cr, или оба из них: в совокупности 1,00-3,00, Al 0,005-0,100, B 0,0003-0,0020, P не более 0,030, S не более 0,0100, О не более 0,0070, N не более 0,0070, Ti 0-0,100, Nb 0-0,100, V 0-0,100, Ni 0%-2,00, Cu 0-2,00, Mo 0-0,50, Ca, или редкоземельный металл (REM), или оба из них: в совокупности 0-0,0300, Fe и примеси - остальное и структуру, представленную: долей участков мартенсита, или бейнита, или обоих из них: в совокупности не менее 95%, коэффициентом покрытия границы бывших аустенитных зерен карбидами на основе железа: не более 80%, и численной плотностью карбидов на основе железа в бывших аустенитных зернах: не менее 45/мкм2. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 1 ил., 7 табл.