Результат интеллектуальной деятельности: Способ изготовления дисков бороны

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано для изготовления преимущественно дисков бороны.

Известен способ получения дисков бороны, включающий вырубку диска с одновременной гибкой кромок, последующее заострение кромок путем протачивания торца диска со стороны отогнутых кромок. В качестве вырубного инструмента можно использовать пуансон и матрицу (авторское свидетельство SU 289858, МПК B21d 53/64).

Эффективность процесса получения дисков бороны в соответствии с описанным способом является не высокой, так как, во-первых, стойкость вырубного инструмента при вырубке диска из высокопрочной стали типа 65Г очень низка, что приводит к быстрому износу вырубного инструмента и притуплению его кромок; во-вторых, отсутствует возможность осуществления формовки сферы диска при выполнении вырубки, что повышает трудоемкость его изготовления.

Наиболее близким к предложенному изобретению по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является способ изготовления дисков бороны, включающий подачу полосы, отделение заготовки от полосы термической резкой, нагрев ее до ковочной температуры, формирование кольцевого участка режущей кромки диска пластическим деформированием путем вальцовки, формовку сферы диска и термообработку. Получаемые этим способом диски имеют повышенное качество, так как кольцевой участок режущей кромки диска формируют пластическим деформированием, чем создают благоприятную волокнистую структуру металла (патент RU 2025181, МПК В21Н 7/00 (1990.01). Опубл. 30.12.1994).

В качестве основного недостатка вышеописанного способа можно отметить не достаточно высокую его эффективность вследствие использования термической резки, так как, во-первых, при термической резке заготовок неизбежно создают зону термического воздействия на металл по периметру заготовки, содержащую прижоги металла и крупнозернистую структуру, чем снижается качество изделий; во-вторых, термическая резка связана с высокими энергозатратами, особенно при резке заготовок с криволинейным контуром.

Техническая проблема, решение которой обеспечивается при осуществлении изобретения, заключается в создании способа изготовления дисков бороны повышенной эффективности.

Решение этой технической проблемы достигается тем, что в способе изготовления дисков бороны, включающем отделение заготовки от полосы, формирование кольцевого участка режущей кромки диска пластическим деформированием, формовку сферы диска и термообработку, согласно изобретению перед отделением заготовки от полосы формируют кольцевой участок режущей кромки диска, а затем отделяют заготовку от полосы. Формирование кольцевого участка режущей кромки диска и отделение заготовки от полосы осуществляют последовательно путем двухстороннего вдавливания в кольцевой участок режущей кромки диска клиновых ребер контактных поверхностей прижима и матрицы, примыкающих к режущей кромке диска, при этом внешние поверхности клиновых ребер устанавливают перпендикулярно поверхностям заготовки, и внутренние кольцевые поверхности клиновых ребер устанавливают под углом к поверхности заготовки, равным углу заточки режущей кромки диска, радиальной вытяжкой кольцевого участка режущей кромки диска деформирующим пуансоном и одновременной формовкой сферы диска. При этом достигают предельного значения растягивающих напряжений в поверхности отделения заготовки от полосы, а усилия процесса изготовления определяют по соотношению:

где Р_пр - усилие прижима полосы заготовки, МН;

Р_вд - усилие вдавливания клиновых ребер, МН;

Р_выт - усилие радиальной вытяжки кольцевого участка режущей кромки диска и отделения заготовки от полосы, МН.

Формированием кольцевого участка режущей кромки диска обжатием металла путем двухстороннего вдавливания клиновых ребер существенно повышают ресурс пластичности металла, в том числе при радиальной вытяжке кольцевого участка режущей кромки диска, установкой внешней кольцевой поверхности клиновых ребер перпендикулярно поверхности заготовки создают тормозящее действие металлу полосы, прилегающему к внешней стороне контура заготовки, установкой внутренних кольцевых поверхностей клиновых ребер под углом к поверхности заготовки, равным углу заточки режущей кромки диска, добиваются большего течения металла при радиальной вытяжке кольцевого участка и приближают, тем самым, профиль этого участка к рабочему профилю режущей кромки диска, и одновременно снижают усилие отделения заготовки от полосы в результате утонения заготовки по ее контуру. Кроме того, радиальной вытяжкой металла кольцевого участка режущей кромки диска формируют благоприятную волокнистую структуру металла с радиальным расположением волокон, чем существенно увеличивают износостойкость режущей кромки диска. В результате повышается эффективность предлагаемого способа изготовления дисков бороны.

Предложенное изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 показаны моменты формирования кольцевого участка режущей кромки диска клиновыми ребрами, прижатия полосы к поверхности матрицы и начала радиальной вытяжки; на фиг. 2 - моменты завершения радиальной вытяжки и отделения заготовки от полосы.

Способ изготовления дисков бороны включает отделение заготовки от полосы, формирование кольцевого участка режущей кромки диска пластическим деформированием, формовку сферы диска и термообработку. Перед отделением заготовки от полосы формируют кольцевой участок режущей кромки диска, а затем отделяют заготовку от полосы, причем формирование кольцевого участка режущей кромки диска и отделение заготовки от полосы осуществляют последовательно путем двухстороннего вдавливания в кольцевой участок режущей кромки диска клиновых ребер контактных поверхностей прижима и матрицы, примыкающих к режущей кромке диска, при этом внешние поверхности клиновых ребер устанавливают перпендикулярно поверхностям заготовки, и внутренние кольцевые поверхности клиновых ребер устанавливают под углом к поверхности заготовки, равным углу заточки режущей кромки диска, радиальной вытяжкой кольцевого участка режущей кромки диска деформирующим пуансоном и одновременной формовкой сферы диска. При этом достигают предельного значения растягивающих напряжений в поверхности отделения заготовки от полосы, а усилие процесса изготовления диска определяют по соотношению (1).

Способ изготовления дисков бороны реализуют следующим образом.

Полосу 1 подают в зону отделения заготовки 2, где вначале внутри контура 3 заготовки 2 формируют кольцевой участок 4 режущей кромки 5 диска 6, а затем отделяют заготовку 2 от полосы 1. Формирование кольцевого участка 4 режущей кромки 5 диска 6 и отделение заготовки 2 от полосы 1 осуществляют последовательно двухсторонним вдавливанием в кольцевой участок 4 режущей кромки 5 диска 6 клиновых ребер 7 и 8 контактной поверхности 9 прижима 10 и контактной поверхности 11 матрицы 12, примыкающих к режущей кромке 5 диска 6 клиновых ребер 7 и 8, при этом внешние поверхности 13 и 14 клиновых ребер 7 и 8 устанавливают перпендикулярно поверхностям заготовки 2, а внутренние кольцевые поверхности 15 и 16 клиновых ребер 7 и 8 устанавливают под углом 17 к поверхности заготовки 2, равным углу заточки режущей кромки 5 диска 6 (фиг.2), радиальной вытяжкой кольцевого участка 4 режущей кромки 5 посредством деформирующего пуансона 18 и одновременной формовкой сферы 19 диска 6.

При этом достигают предельного значения растягивающих напряжений в поверхности отделения заготовки 2 от полосы 1, а усилия процесса изготовления определяют по соотношению (1).

Пример. Изготовлены опытные образцы сферического диска 6 бороны БДН-3 со сплошной режущей кромкой 5 диаметром d=450 мм и толщиной диска 60 мм; толщина полосы 1 t=9 мм. Лист отожженный из стали 65Г (ГОСТ 1577-81, ГОСТ 2283-79). Предел прочности σ_в=700 МПа; предел текучести σ=440 МПа; относительное удлинение δ=12%.

1. Определяют усилие вдавливания клиновых ребер 7 и 8 в кольцевой участок 4 режущей кромки 5 диска 6 по фо- Л.: Машиностроение. Ленингр. отделение. 1979. - Стр. 31):

где Р_вд - усилие вдавливания клиновых ребер, МН;

_σт - предел текучести металла заготовки, МПа;

l - длина клинового ребра, мм;

h_p - высота клинового ребра, мм.

l=π⋅D_кр.

Диаметр клинового ребра (D_кр), равный диаметру исходной заготовки 2, определяют для шарового сегмента по формуле (Романовский В.П. Справочник по холодной штамповке / В.П. Романовский. - Л.: Машиностроение. Ленингр. отделение. 1979. - Стр. 97, табл. 32, поз. 22):

где h_д- высота шарового сегмента, равная толщине диска.

Высота клинового ребра h_p=t⋅δ=9⋅0,12=1,08 мм.

P_вд=4⋅440⋅π⋅466⋅2⋅1,08=5665665Н=5,7 МН.

2. Определяют суммарное усилие прижима

где Р_пр - суммарное усилие прижима, МН;

Q - усилие прижима полосы, МН;

где F_пр - площадь прижима, мм²;

q - давление прижима, МПа; принимают q=4,6МПа Романовский В.П. Справочник по холодной штамповке / В.П. Романовский. - Л.: Машиностроение. Ленингр. отделение. 1979. Стр. 175).

где D_пр - диаметр осевой линии кольцевой контактной поверхности прижима, мм; b-ширина кольцевой контактной поверхности прижима, мм; принимают b=200 мм, тогда

D_пр=d+b/2=450+100=560 мм.

Q=π⋅D_пр⋅b⋅q=π⋅560⋅200⋅4,6=1617728 Н=1,6 МН.

Р_пр=1,6+5,7=7,3 МН.

3. Определяют усилие вытяжки

где Р_выт - усилие вытяжки кольцевого участка режущей кромки диска, МН;

S_к - площадь сечения заготовки по ее контуру после вдавливания клиновых ребер, мм²;

S_к=π⋅D_кр⋅(t-2h_p)=π⋅466⋅(9-2⋅1,08)=8756 мм²

Р_выт=440⋅8756=4,38 МН.

4. Проверка условия (1):

7,3>5,7>4,38, т.е. условие (1) выполняется.