Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ШТАМПОВКИ ДЕТАЛИ ПОЛУСФЕРИЧЕСКОЙ ФОРМЫ ИЗ ТРУДНОДЕФОРМИРУЕМОГО ТИТАНОВОГО СПЛАВА ВТ6-С В ОДНОМ ШТАМПЕ

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, а именно к способу штамповки детали полусферической формы из труднодеформируемого титанового сплава в одном штампе, в частности из титанового сплава ВТ6-С.

Существующие технологии получения деталей полусферической формы предусматривают два основных технологических процесса: объемная штамповка с последующей механической обработкой заготовки до требуемой толщины и листовая штамповка с предварительным нагревом заготовки в печи.

Известен способ листовой штамповки, заключающийся в формовке нагретой плоской заготовки из листа в нескольких штампах за несколько переходов с плоским прижимом. Титановым сплавам свойственно упрочнение в процессе штамповки и это вызывает необходимость вытяжки деталей за несколько переходов, что влечет за собой изготовление штамповой оснастки для каждого перехода штамповки (В.П. Романовский. Справочник по холодной штамповке. - Л.: Машиностроение, 1979, с. 208). При штамповке по известным схемам утонение в донной части отштампованной полусферы достигает более 20% от исходной толщины, что приводит к необходимости выбора исходной толщины заготовки, превышающей толщину окончательно готовой детали в 1,8÷2 раза.

Недостатком данных способов является невозможность обеспечения максимально допустимой степени утонения полусферических деталей из сплава ВТ6-С.

В результате патентного поиска не были обнаружены источники информации, содержащие сведения о способе штамповки детали полусферической формы из титанового сплава ВТ6-С в одном штампе.

Техническим результатом, на достижение которого направлено данное изобретение, является уменьшение величины утонения полусферической детали, не допускающей разрушения детали в процессе вытяжки, при оптимальном коэффициенте вытяжки.

Данный технический результат достигается с помощью способа штамповки детали полусферической формы из труднодеформируемого титанового сплава ВТ6-С в одном штампе. Способ включает предварительную вытяжку нагретой плоской листовой заготовки в коническую чашку с конусным прижимом в нагретой до 220±10°C конической матрице, разупрочняющий отжиг полученной чашки, и завершающую вытяжку конической чашки холодным пуансоном в нагретой матрице в деталь полусферической формы. При этом используют матрицу и прижим с углами конусности, определяемыми по формуле:

где

Dзаг. - диаметр исходной заготовки, мм;

Dдет. - диаметр детали, мм;

- коэффициент вытяжки для сплава ВТ6-С,

dk - максимальный диаметр конической чашки.

Штамповку проводят в конической матрице и таким же прижимом (В.П. Романовский. Справочник по холодной штамповке. - Л.: Машиностроение, 1979, с. 122). В случае применения конусного прижима уменьшается угол охвата заготовкой радиуса закругления кромки матрицы, что приводит к снижению меридиональных (растягивающих) напряжений, уменьшению усилия вытяжки, а следовательно, к уменьшению величины утонения донной части полусферы. Для уменьшения величины утонения штамповку осуществляют холодным пуансоном в нагретой матрице, что также не позволяет металлу утоняться в зоне касания пуансона, происходит обтяжка нагретой заготовки по холодному пуансону. Утонение в донной части штампованной детали при таком способе штамповки составляет не более 8%, что позволяет использовать заготовки с исходной толщиной на 8-10% больше окончательной толщины детали после механической обработки и, следовательно, использовать менее дорогостоящие заготовки.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежами.

На фиг. 1 изображена схема последовательности формообразования детали с указанием обозначения параметров штамповки; на фиг. 2 - схема работы штампа с указанием его конструктивных элементов.

Опытным путем был выведен максимально допустимый коэффициент вытяжки m (m=1,12) для сплава ВТ6-С при вытяжке нагретой плоской листовой заготовки в коническую чашку конусным прижимом в нагретой конической матрице. Температура нагрева матрицы для предотвращения быстрого охлаждения детали в процессе формообразования определена опытным путем и составляет 220±10°C.

При большем коэффициенте вытяжки для указанных условий штамповки происходило разрушение детали. Исходя из этого, определен оптимальный угол конусности матрицы и прижима для штамповки детали из титанового сплава ВТ6-С полусферической формы в одном штампе, используя выведенный опытным путем максимально допустимый коэффициент вытяжки m=1,12.

Способ осуществляют следующим образом.

Плоскую листовую заготовку устанавливают на матрицу 1 с температурой нагрева 220±10°C. Прижим 2 производит формовку заготовки в коническую чашку и прижимает ее к конической поверхности матрицы с усилием. Вследствие оптимального угла β конической поверхности прижима исключается возможность складкообразования в начале формовки конической чашки, когда заготовка формуется в свободном состоянии. При опускании пуансона 3 производится перетяжка конической чашки в полусферическую деталь, при этом в начальной стадии вытяжки фланец детали находится под прижимом (а), а на заключительной стадии, когда диаметр края фланца детали становится меньше d_приж., вытяжка производится без прижима (б). Параметром, определяющим возможность вытяжки на заключительной стадии без прижима, является предельная величина коэффициента вытяжки (или степени деформации) в случае вытяжки без прижима в штампе с конической матрицей. В нашем изобретении это обеспечивается коэффициентом вытяжки m=1,12 и углом конусности матрицы и прижима, зависящим от этой величины. Процесс вытяжки осуществляется за несколько переходов в одном штампе.

В отожженном состоянии титановый сплав ВТ6-С является одним из наиболее труднодеформируемых титановых сплавов. Учитывая, что микроструктура сплава ВТ6-С представляет собой пластично-игольчатую α-фазу, разделенную прослойкой β-фазы (α+β) для получения наибольшей пластичности и штампуемости, необходимо, чтобы температура нагрева заготовки перед формообразованием была меньше на 90°C начала превращения структуры α+β в бету.

Пример

Для нашего конкретного случая, внедренного в производство, при штамповке детали полусферической формы ∅ 367 мм из листовой заготовки ∅ 620 мм, толщиной 8 мм и ∅ 628 мм из листовой заготовки ∅ 980 мм, толщиной 11 мм получают угол конусности матрицы и прижима β=46°, что и было использовано и успешно внедрено на предприятии. Припуск на механическую обработку при толщине 8 мм составляет 1,2 мм на сторону при обработке внутренней и наружной поверхности, а при толщине 11 мм - 1,3 мм.

В результате применения данного способа предлагаемое изобретение позволило значительно уменьшить величину утонения в процессе формообразования до 8%, а также отказаться от дорогостоящих покупных заготовок-штамповок, снизить трудоемкость механической обработки вследствие малого припуска на механическую обработку.