СПОСОБ РАСКАТКИ ФЛАНЦЕВ ТРУБЧАТЫХ ЗАГОТОВОК
METHOD OF TUBULAR BLANK FLANGE ROLLING-OFF

Изобретение относится к области ротационной обработки материалов давлением и может быть использовано на предприятиях машиностроительных, энергетического машиностроения, атомной энергетики, химической промышленности и других.
Б
В
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 бурта к диаметру D втулочной части детали.
1
2
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°<α<45° к оси заготовки и получают усеченный конус. На втором этапе деформируют усеченный конус перемещением ролика под углом 45°<α<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%.
1
2
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<β<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°<β<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.
2
Ф
B
<mrow><mfrac><mrow><msub><mi>D</mi><mi>Ф</mi></msub></mrow><mrow><msub><mi>D</mi><mi>B</mi></msub></mrow></mfrac><mo><</mo><mn>1,5</mn><mo>÷</mo><mn>2,0,</mn></mrow>
Деформирование на втором этапе под углом β 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 фланца к диаметру D втулочной части детали
таким образом расширяя технологические возможности процесса раскатки буртов (фланцев). Совокупность отличительных признаков необходима и достаточна для решения поставленной задачи.
1
1
2
2
B
Ф
2
<mrow><mfrac><mrow><msub><mi>l</mi><mi>B</mi></msub></mrow><mrow><msub><mi>D</mi><mi>Ф</mi></msub></mrow></mfrac><mo><</mo><mn>0,20</mn><mo>÷</mo><mn>0,22,</mn></mrow>
<mrow><mfrac><mrow><msub><mi>D</mi><mi>Ф</mi></msub></mrow><mrow><msub><mi>D</mi><mi>B</mi></msub></mrow></mfrac><mo><</mo><mn>1,2</mn><mo>÷</mo><mn>1,3.</mn></mrow>
При угле β, между первым деформирующим валком и осью приводной матрицы менее 25° происходит деформирование в радиальном направлении преимущественно торцовой части заготовки. Углы β более 30° приводят к образованию, у основания усеченного конуса заготовки, закатов с формой, которую невозможно устранить последующим деформированием. Применение углов β, между первым деформирующим валком и осью приводной матрицы менее 8° затрудняет течение металла в осевом направлении. При углах β, 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 - длина втулочной части детали, D - диаметр фланца. Использование углов α 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).
1
1
Деформирующий валок 1 цилиндрической формы устанавливают под углом β 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 β 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.
2
2
На втором этапе деформирования заготовки угол наклона деформирующего валка 1 относительно оси заготовки меняют на угол β (фиг.2). Деформирующий валок 1 вновь подводят к сформированной конической поверхности заготовки 3 под углом β, 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:
1
2
β, β - углы между первым деформирующим валком и осью приводной матрицы;
α - угол между вторым деформирующим роликом и осью приводной матрицы;
Ф
h - высота фланца;
Ф
D - диаметр фланца;
B
D - наружный диаметр раскатанной втулочной части детали;
В
l - длина раскатанной втулочной части детали;
BН
D - внутренний диаметр заготовки и детали.
Таблица 1
β<sub>1</sub>, град
β<sub>2</sub>,<sub></sub>град
α, град
h<sub>ф</sub>, мм
D<sub>Ф</sub>, мм
D<sub>B</sub>, мм
l<sub>В</sub>, мм
D<sub>BН</sub>, мм
<maths num="4"><math display="block"><mrow><mfrac><mrow><msub><mi>D</mi><mi>Ф</mi></msub></mrow><mrow><msub><mi>D</mi><mi>B</mi></msub></mrow></mfrac></mrow></math><img file="00000004.tif" he="13" wi="8" img-content="undefined" img-format="tif" /></maths>
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:
H
H
D - наружный диаметр недеформируемого участка заготовки, установленного в приводную матрицу, D=35 мм;
H
H
l - длина недеформируемого участка заготовки, l=23 мм;
Д
Д
D - наружный диаметр деформируемого участка заготовки, D=45 мм;
Д
Д
l - длина деформируемого участка заготовки, l =25 мм.
В
Материал заготовок - латунь ЛМцС58-2-2, имеющая характеристики: относительное удлинение δ=8÷10%, предел прочности σ=300÷350 МПа. Область применения латуни ЛМцС58-2-2: втулки и другие детали [ГОСТ 17711-72].
1
На первом этапе деформирования заготовки реализован процесс ротационной высадки выставленного участка трубчатой заготовки деформирующим валком 1, установленным под углом β к оси заготовки. В процессе деформирования часть выставленного участка трубчатой заготовки приобретает форму усеченного конуса.
2
На втором этапе деформирования заготовки реализован процесс ротационной высадки участка, прилегающего к основанию сформированного усеченного конуса заготовки деформирующим валком 1, установленным под углом β 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.