Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ РАСКАТКИ ФЛАНЦЕВ ТРУБЧАТЫХ ЗАГОТОВОК

Изобретение относится к области ротационной обработки материалов давлением и может быть использовано на предприятиях машиностроительных, энергетического машиностроения, атомной энергетики, химической промышленности и других.

Известен способ получения ступенчатых валов [А.с. №1773539]. В способе цилиндрическую заготовку деформируют неподвижным клиновым инструментом, осуществляя перемещение заготовки с помощью двух приводных опорных роликов и ее вращение за счет контактного трения между поверхностями клинового инструмента и заготовки. Недостаток способа в том, что структура металла бурта остается недеформированной и следовательно менее прочной, чем материал остальной деформированной части детали. Способ имеет ограниченные технологические возможности по отношению диаметра D_Б бурта к диаметру D_В втулочной части детали.

Известен способ получения буртов на трубчатых заготовках раскаткой, выбранный за прототип [Патент RU №2304033]. Деформирование производят в два этапа. На первом этапе осуществляют ротационную высадку заготовки под углом 15°<α₁<45° к оси заготовки и получают усеченный конус. На втором этапе деформируют усеченный конус перемещением ролика под углом 45°<α₂<75°. При формировании усеченного конуса на его основании образуются наплывы, характерные для всех процессов ротационного деформирования заготовок. Если относительное удлинение металла более 20% (δ≥20%), то наплывы на втором этапе деформирования устраняются. При относительном удлинении материала менее 20% (δ<20%), наплывы преобразовываются в закаты, которые приводят к образованию складок и трещин на формируемых фланцах.

Задачей изобретения является расширение технологических возможностей способа раскатки фланцев (буртов) путем обеспечения возможности формирования фланцев на заготовках из материалов с относительным удлинением δ<20%.

Для решения задачи предложен способ раскатки фланцев трубчатых заготовок, включающий деформирование заготовки деформирующим инструментом путем сообщения вращения заготовке с обеспечением синхронного с заготовкой вращения деформирующего инструмента посредством контактного трения между деформирующим инструментом и заготовкой. Деформирующий инструмент вращают и поворачивают относительно оси заготовки, при этом деформирование заготовки осуществляют в три этапа. На первом этапе осуществляют ротационную высадку части заготовки валком, расположенным под углом 25<β₁<30° к оси заготовки, с формированием на деформируемой части заготовки усеченного конуса. На втором этапе деформируют участок усеченного конуса, прилегающий к его основанию, путем принудительного перемещения валка, расположенного под углом 8°<β₂<12° к оси заготовки, с формированием предварительного фланца на заготовке. На третьем этапе деформируют предварительный фланец и недеформированный участок усеченного конуса заготовки путем принудительного перемещения валка, расположенного под углом 50°<α<70° к оси заготовки.

Деформирование на втором этапе под углом β₂ предотвращает возможность образования неустранимого заката на основании сформированного усеченного конуса. Окончательное формирование фланца выполняется на третьем этапе валком под углом α к оси заготовки. Благодаря углу а происходит интенсивное течение металла, как в радиальном, так и в осевом направлениях. При этом радиальное течение металла обеспечивает получение радиального фланца на срединной части детали, а течение металла в осевом направлении приводит к формированию ее втулочной части. Схема последовательного комбинированного деформирования заготовки позволяет изготавливать по предлагаемому способу детали из материалов с относительным удлинением менее 20%, имеющие фланцы на срединной части с отношением диаметра D_Ф фланца к диаметру D_B втулочной части детали таким образом расширяя технологические возможности процесса раскатки буртов (фланцев). Совокупность отличительных признаков необходима и достаточна для решения поставленной задачи.

При угле β₁, между первым деформирующим валком и осью приводной матрицы менее 25° происходит деформирование в радиальном направлении преимущественно торцовой части заготовки. Углы β₁ более 30° приводят к образованию, у основания усеченного конуса заготовки, закатов с формой, которую невозможно устранить последующим деформированием. Применение углов β₂, между первым деформирующим валком и осью приводной матрицы менее 8° затрудняет течение металла в осевом направлении. При углах β₂, более 12° закаты на поверхности заготовки приобретают неустранимую форму. Применение углов α между вторым деформирующим валком и осью приводной матрицы менее 50° ограничивает длину формируемой втулочной части детали соотношением где l_B - длина втулочной части детали, D_Ф - диаметр фланца. Использование углов α₂ более 70° затрудняет течение металла в радиальном направлении и ограничивает размеры формируемых фланцев на срединной части заготовки соотношением

Устройство для реализации способа состоит из: 1 - деформирующий валок; 2 - приводная матрица; 3 - трубчатая заготовка; 4 - выталкиватель; 5 - опора выталкивателя; 6 - деформирующий валок (Фиг.1, 2, 3).

Заявляемый способ осуществляют следующим образом.

Первые два этапа предварительного деформирования заготовки включают сообщение вращения заготовке 3 с обеспечением синхронного с заготовкой вращения деформирующего валка 1 за счет контактного трения между валком 1 и заготовкой 3 и локальное деформирование заготовки деформирующим валком 1, установленным с возможностью вращения и поворота относительно оси заготовки (Фиг.1, 2).

Третий этап окончательного формирования детали включает поступательное перемещение опоры выталкивателя к заготовке, вращение заготовки с обеспечением синхронного с заготовкой 3 вращения деформирующего валка 6 за счет контактного трения между валком 6 и заготовкой и локальное деформирование заготовки 3 деформирующим валком 6, установленным с возможностью вращения и поворота относительно оси заготовки (фиг.3).

Деформирующий валок 1 цилиндрической формы устанавливают под углом β₁ к оси заготовки 3. Исходную трубчатую заготовку 3 ступенчатой формы одевают на стержневую часть выталкивателя 4 и устанавливают в приводной матрице 2 на высоту деформируемой части заготовки. Опора выталкивателя 5 подводится к выталкивателю 4 и вводится с ним в контакт для повышения жесткости системы заготовка-инструмент. Деформирующий валок 6 устанавливают в исходное положение под углом а к оси заготовки 3. Приводную матрицу 2 с заготовкой 3 приводят во вращение, деформирующий валок 1 подводят к заготовке 3, перемещают его под установленным углом β₁ и таким образом осуществляют процесс первого этапа предварительного деформирования заготовки 3. В процессе деформирования часть выставленного участка трубчатой заготовки 3 приобретает форму усеченного конуса. Форма усеченного конуса создает благоприятные условия для последующего формирования фланца на срединной части заготовки.

На втором этапе деформирования заготовки угол наклона деформирующего валка 1 относительно оси заготовки меняют на угол β₂ (фиг.2). Деформирующий валок 1 вновь подводят к сформированной конической поверхности заготовки 3 под углом β₂, деформируют сформированный усеченный конус и таким образом осуществляют процесс формирования фланца предварительной формы. Формирование фланца предварительной формы предотвращает возможность образования закатов и трещин на поверхности изготовленного фланца. На третьем этапе деформирования заготовки опору выталкивателя 5 и еформирующий валок 6 подводят к заготовке 3 с фланцем предварительной формы, деформируют фланец предварительной формы и недеформированный участок усеченного конуса. В результате получают деталь требуемой формы (фиг.3).

Пример реализации способа.

Предлагаемым способом получили втулки с фланцами, имеющие размеры: представленными в табл.1.

В таблице обозначены:

β₁, β₂ - углы между первым деформирующим валком и осью приводной матрицы;

α - угол между вторым деформирующим роликом и осью приводной матрицы;

h_Ф - высота фланца;

D_Ф - диаметр фланца;

D_B - наружный диаметр раскатанной втулочной части детали;

l_В - длина раскатанной втулочной части детали;

D_BН - внутренний диаметр заготовки и детали.

Таблица 1 β1, град β2, град α, град hф, мм DФ, мм DB, мм lВ, мм DBН, мм 25 8 50 6 79 40 18 25 1,97 60 6 77 40 20 25 1,92 70 6 75 40 22 25 1,88 10 50 6 76 40 19 25 1,90 60 6 75 40 21 25 1,88 70 6 74 40 23 25 1,86 12 50 6 75 40 21 25 1,88 60 6 74 40 23 25 1,86 70 6 73 40 25 25 1,83 27 8 50 6 73 40 22 25 1,83 60 6 72 40 24 25 1,80 70 6 71 40 26 25 1,78 10 50 6 70 40 23 25 1,76 60 6 69 40 25 25 1,73 70 6 68 40 27 25 1,70 12 50 6 69 40 24 25 1,72 60 6 67 40 26 25 1,68 70 6 66 40 28 25 1,65 30 8 50 6 65 40 25 25 1,63 60 6 64 40 27 25 1,60 70 6 63 40 29 25 1,57 10 50 6 64 40 26 25 1,60 60 6 63 40 28 25 1,57 70 6 62 40 30 25 1,55 12 50 6 63 40 27 25 1,57 60 6 62 40 29 25 1,55 70 6 61 40 32 25 1,52

При раскатке деталей с указанными размерами использованы трубчатые заготовки ступенчатой формы:

D_H - наружный диаметр недеформируемого участка заготовки, установленного в приводную матрицу, D_H=35 мм;

l_H - длина недеформируемого участка заготовки, l_H=23 мм;

D_Д - наружный диаметр деформируемого участка заготовки, D_Д=45 мм;

l_Д - длина деформируемого участка заготовки, l_Д =25 мм.

Материал заготовок - латунь ЛМцС58-2-2, имеющая характеристики: относительное удлинение δ=8÷10%, предел прочности σ_В=300÷350 МПа. Область применения латуни ЛМцС58-2-2: втулки и другие детали [ГОСТ 17711-72].

На первом этапе деформирования заготовки реализован процесс ротационной высадки выставленного участка трубчатой заготовки деформирующим валком 1, установленным под углом β₁ к оси заготовки. В процессе деформирования часть выставленного участка трубчатой заготовки приобретает форму усеченного конуса.

На втором этапе деформирования заготовки реализован процесс ротационной высадки участка, прилегающего к основанию сформированного усеченного конуса заготовки деформирующим валком 1, установленным под углом β₂ к оси заготовки и формирование фланца предварительной формы.

На третьем этапе реализован процесс радиально-осевого ротационного выдавливания валком 6, установленным под углом а к оси заготовки. В момент окончательного формообразования, детали приобрели требуемые форму, размеры фланца и втулочной части. Детали дефектов не имеют.

Реализованный способ раскатки фланцев обеспечивает возможность формирования фланцев на заготовках из материалов с разным относительным удлинением δ и расширяет технологические возможности способа.