Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ОБЪЕМНОЙ ГОРЯЧЕЙ ШТАМПОВКИ ДЕТАЛЕЙ ТИПА ЧАШ И СТАКАНОВ

Предлагаемое изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано в кузнечных цехах металлургических и машиностроительных заводов при изготовлении полых деталей.

Известен способ объемной штамповки стакана, включающий обратное выдавливание круглой заготовки через осесимметричный канал, образованный поверхностями контейнера и дорна (Пат. Бельгии №551053, Кл. В21С 25/08, опубл. 1956).

Недостатком известного способа являются невысокие механические свойства материала получаемых стаканов из-за малой проработки его структуры при выдавливании.

Известен способ горячей объемной штамповки деталей типа стакана или чаши, включающий выдавливание приводным пуансоном круглой заготовки через осесимметричный ручей, образованный поверхностями неподвижного дорна и большей ступенью сквозного ступенчатого отверстия контейнера, при этом приводной пуансон и упомянутую заготовку размещают внутри ступени меньшего диаметра, а дорн - в зоне ступени большего диаметра упомянутого отверстия (Пат. США №3263468, Кл.72-267, опубл. 1966).

Недостатком известного способа является трудность обеспечения нужного качества готовых деталей из-за недостаточно рациональной структуры при деформировании, что ухудшает прочностные характеристики деталей в условиях их циклического нагружения при эксплуатации в экстремальных условиях.

Предлагаемый способ горячей объемной штамповки деталей типа чаш и стаканов включает выдавливание приводным пуансоном круглой заготовки через осесимметричный ручей, образованный поверхностями дорна и сквозного отверстия контейнера. При этом приводной пуансон и заготовку размещают внутри ступени меньшего, чем отверстие контейнера, диаметра, образованной кольцевым подпружиненным дорном, а неподвижный дорн - в зоне упомянутого отверстия. Причем штамповку ведут в три стадии. На первой - формируют утолщение у торца заготовки ее осадкой приводным пуансоном на неподвижном дорне с образованием в зоне заготовки, прилегающей к дорну, ступени большего диаметра. На второй - формируют из заготовки с утолщением у торца шайбу приводным пуансоном на дорне с одновременным приложением к формируемой шайбе в зоне ее большего диаметра через кольцевой дорн осевого усилия в том же направлении, что и перемещение приводного пуансона. При этом габаритные диаметральные размеры формируемой шайбы ограничивают поверхностью отверстия контейнера, а на третьей - продолжая процесс, выдавливают из упомянутой шайбы в ручей, образованный поверхностью отверстия контейнера и боковой поверхностью торца, по крайней мере, одного из дорнов, стенку упомянутой детали совместным перемещением приводного пуансона и кольцевого дорна.

Деформирующие поверхности дорна и приводного пуансона совместно с деформирующей торцевой поверхностью кольцевого дорна могут быть выполнены в виде осесимметричной выпукло-вогнутой пары.

Деформирующая торцевая поверхность кольцевого дорна может быть выполнена в виде осесимметричной вогнутой поверхности.

Предлагаемый способ отличается от прототипа тем, что приводной пуансон и заготовку размещают внутри ступени меньшего, чем отверстие контейнера, диаметра, образованной кольцевым подпружиненным дорном, а неподвижный дорн - в зоне упомянутого отверстия. Причем штамповку ведут в три стадии. На первой - формируют утолщение у торца заготовки ее осадкой приводным пуансоном на неподвижном дорне с образованием в зоне заготовки, прилегающей к дорну, ступени большего диаметра. На второй - формируют из заготовки с утолщением у торца шайбу приводным пуансоном на дорне с одновременным приложением к формируемой шайбе в зоне ее большего диаметра через кольцевой дорн осевого усилия в том же направлении, что и перемещение приводного пуансона. При этом габаритные диаметральные размеры формируемой шайбы ограничивают поверхностью отверстия контейнера, а на третьей - продолжая процесс, выдавливают из упомянутой шайбы в ручей, образованный поверхностью отверстия контейнера и боковой поверхностью торца, по крайней мере, одного из дорнов, стенку упомянутой детали совместным перемещением приводного пуансона и кольцевого дорна.

Деформирующие поверхности дорна и приводного пуансона совместно с деформирующей торцевой поверхностью кольцевого дорна могут быть выполнены в виде осесимметричной выпукло-вогнутой пары.

Деформирующая торцевая поверхность кольцевого дорна может быть выполнена в виде осесимметричной вогнутой поверхности.

Технический результат предполагаемого изобретения - повышение качества готовых деталей, в связи с проведением процесса штамповки в условиях интенсификации деформаций сдвига - ИДС, что позволяет расширить диапазон функциональных возможностей узлов, содержащих такие детали.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежами, где показаны стадии горячей объемной штамповки деталей.

На фиг.1 - слева (а) - начало первой стадии (пример 1);

справа (б) - конец первой стадии и начало второй стадии.

На фиг.2 - слева (а) - конец второй стадии и начало третьей стадии;

справа (б) - конец третьей стадии.

На фиг.3 - слева (а) - конец второй стадии и начало третьей стадии (пример 2);

справа (б) - конец третьей стадии.

На фиг.4 - деформирующие поверхности типа выпукло-вогнутая пара.

Примеры.

1. Изготавливали стакан 1 (полуфабрикат для колеса транспортного средства) наружным диаметром D_н=470 мм, внутренним диаметром D_вн=390 мм из алюминиевого сплава АК-6.

Исходная круглая заготовка 2 имела диаметр d=350 мм. Последняя нагревалась и укладывалась в экспериментальный штамп, содержащий закрепленный на столе пресса (не показан) дорн 3, а также смонтированный на столе пресса контейнер 4. Заготовка размещалась в ступени 5 (меньшей), образованной кольцевым дорном 6, размещенным в отверстии контейнера 4 и подпружиненным относительно траверсы пресса, а дорн 3 - в зоне ступени 7 этого отверстия.

Приводной пуансон 8, закрепленный на подвижной траверсе (не обозначена) пресса, размещают над заготовкой 2 в упомянутой ступени 5 отверстия кольцевого дорна. К кольцевому дорну 6 прикладывается в осевом направлении усилие P_k, прижимающее его к контейнеру и столу пресса.

При приложении к пуансону 8 усилия Р_п материал заготовки 2 последним выдавливается прямым методом из ступени 5 и осаживается между деформирующей поверхностью 9 дорна 3 и поверхностью 10 кольцевого дорна 6 в шайбу 11 (фиг.1а), наполняя последней ступень 7 отверстия контейнера. Образование шайбы 11 приводит к появлению усилия Р_о, воздействующего на кольцевой дорн 6 в направлении, противоположном усилию P_k.

Когда величина усилия Р_о превышает величину усилия P_k, кольцевой дорн 6 «всплывает». При этом в образуемой шайбе 11 обеспечиваются условия всестороннего сжатия. Это - окончание первой стадии и начало второй стадии штамповки (фиг.1б). На этой стадии завершается прямое выдавливание заготовки 2 из ступени 5 приводным пуансоном 8 и формирование на дорне 3 с одновременным приложением к зоне больших диаметральных размеров формируемой шайбы 11 через кольцевой дорн осевого усилия P_k в том же направлении, что и перемещение приводного пуансона 8. При этом габаритные диаметральные размеры шайбы 11 ограничивают внутренней поверхностью ступени 7 отверстия контейнера 4 (фиг.2а).

В тот момент, когда «всплывающий» кольцевой дорн 6 коснется упором 12 поверхности подвижной траверсы пресса с закрепленным приводным пуансоном 8, «всплывание» кольцевого дорна 6 навстречу движущемуся приводному пуансону 8 закончится и кольцевой дорн 6 начнет перемещаться в обратном направлении совместно с продолжающим движение приводным пуансоном 8 - начнется третья стадия - выдавливание из шайбы 11 в кольцевую полость, образованную стенкой ступени 7 и боковой поверхностью торца дорна 6, стенку 14 детали 1 (фиг.2б).

Конструкцией экспериментального штампа обеспечивалась возможность (не показана) извлечения отштампованного стакана.

2. Изготавливалась аналогичная деталь 1 диаметром наружным D_н=430 мм, диаметром внутренним D_вн=380 мм из сплава В-96ц. Исходная подготовленная заготовка имеет d=360 мм, при этом деформирующие поверхности 9 дорна 3 и подвижного пуансона 8 как в первом, так и во втором примере были выполнены плоскими, а деформирующая торцевая поверхность 10 кольцевого дорна 6 была выполнена вогнутой, с углом наклона образующей относительно плоского торца дорна 3, равным 20°. Начальные стадии процесса аналогичны приведенным на фиг.1а, б и 2а. Однако третья стадия - выдавливание металла шайбы, осуществлялось в две кольцевые полости (фиг.3а, б):

- образованную стенкой ступени 7 и боковой поверхностью кольцевого дорна 6;

- образованную стенкой ступени 7 и боковой поверхностью дорна 3.

3. Изготавливали стакан 1 (полуфабрикат для колеса транспортного средства) наружным диаметром D_н=450 мм, и внутренним диаметром D_вн=360 мм из алюминиевого сплава системы Al-Li.

Исходная круглая заготовка 2 имела диаметр d=350 мм.

Процесс штамповки этой детали (фиг.4а, б) был аналогичен по стадиям изготовления примеру 1 (см. фиг.2а, б), но по деформационным условиям отличался тем, что деформирующие поверхности дорна 3 и приводного пуансона 8 совместно с деформирующей торцевой поверхностью 10 кольцевого дорна 6 были выполнены в виде осесимметричной выпукло-вогнутой пары (фиг.4).

При этом по периметру открытого торца упомянутой детали, в заключительный момент второй стадии, формировалось кольцевое утолщение 15, не выходящее за диаметральные габариты последней.

Буферное устройство 16, для создания оптимальных условий протекания процесса, выполняется с возможностью регулирования усилия P_k в широких пределах.

Такой процесс позволяет повысить качество деталей за счет интенсификации пластической деформации сдвига.