СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТИКСОШТАМПОВКИ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ЗАГОТОВОК
METHOD AND DEVICE FOR THIXOTROPIC MOULDING OF CYLINDRICAL WORK PIECES

Изобретение относится к области металлургического машиностроения и используется при производстве различных изделий из цилиндрических заготовок преимущественно из алюминиевых сплавов методом тиксотропного формообразования - тиксоштамповкой.
Перед рассмотрением аналогов необходимо дать следующие пояснения. Исходную заготовку получают непрерывным литьем в условиях постоянного перемешивания. При этом образуется суспензия (твердожидкое состояние, в котором соотношение твердой и жидкой фаз определяется температурой нагрева и зависит от вида материала) с глобулярной микроструктурой, что обеспечивает весьма высокую жидкотекучесть и заполняемость формы при дальнейшей переработке. Это позволяет получать готовые изделия с высокими механическими, а следовательно, и эксплуатационными свойствами. Тиксоштамповка - это технологический процесс повторного нагрева литой заготовки до твердожидкого состояния с последующей ее штамповкой. Причем к температурным и временным параметрам предъявляют весьма жесткие требования, поскольку от этого зависит выполнимость технологии тиксоштамповки и качество готовой продукции. Данная технология позволяет заменить сталь на алюминиевые сплавы, дает возможность уменьшить энергозатраты, снизить вес, а также выполнять тиксоштамповку на менее мощных прессах. Однако освоение этого перспективного направления металлообработки сдерживается высокой стоимостью литой заготовки, а также сложностью работы с твердожидкой исходной заготовкой и поддержанием ее температуры в узком интервале («Металлургия», Машиностроение, 2001, №1, стр.36-43).
Известна горячая объемная штамповка стальной шестерни из цилиндрической заготовки на кривошипном прессе в несколько переходов (см. Я.М.Охрименко. «Технология кузнечно-прессового производства». М.: Машиностроение, 1976, рис.234, стр.387-388). На рисунке показан чистовой ручей штампа открытого типа. Нижняя матрица выполнена из вставки и выталкивателя. Верхняя матрица содержит вставку, неподвижный стержень и выталкиватель.
Недостатком известного способа является низкое качество готовой продукции, обусловленное многопозиционной конструкцией штампа, что не позволяет выдерживать температурно-временные параметры процесса. Повышенный расход металла, так как используется открытый штамп. Низкая производительность, что очевидно.
Известны способ и устройство для тиксоштамповки цилиндрических деталей по патенту RU 2248857 С2, опубликованному 27.03.2005 г., В23К1/38, включающие деформирование предварительно нагретой цилиндрической заготовки в предварительно нагретом штампе, и устройство для осуществления этого способа.
Недостатком известного технического решения является необходимость выполнения нескольких технологических операций, что может привести к возможности увеличения времени проведения техпроцесса, к возможности уменьшения температуры заготовки и, как следствие, к снижению производительности изготовления изделий, а также к снижению качества готовой продукции.
Технической задачей заявленных способа и устройства является повышение качества готовых изделий, производительности и снижение расхода металла. Это достигается тем, что технологический процесс - тиксоштамповку выполняют с одного установа предварительно нагретой исходной заготовки, причем непрерывно в два этапа: осадка и штамповка. Кроме того, все подготовительные операции (нагрев заготовки, ее транспортировка и установка в штамп) вплоть до деформирования заготовки осуществляют в контейнере и стакане. Это позволяет в полной мере использовать свойства глобулярной микроструктуры заготовки, так как выдерживаются жесткие температурные и временные параметры тиксоштамповки. Упомянутое размещение твердожидкой заготовки также исключает ее повреждения. Снижение расхода металла также является важным преимуществом предложенного технического решения, что обусловлено высокой стоимостью исходной литой заготовки.
Поставленная задача достигается тем, что заготовку размещают в контейнере с внутренним стаканом, затем нагревают и устанавливают на толкатель по его оси, который для этого поднимают над торцом нижней полуматрицы, после чего в процессе прерывистого перемещения толкателя последовательно демонтируют контейнер, закрывают штамп по внутреннему диаметру нижней полуматрицы верхней полуматрицей, опускают толкатель с заготовкой в нижнее положение, размещая последнюю в сквозной цилиндрической полости верхней полуматрицы, после чего удаляют стакан, осаживают заготовку пуансоном в полости верхней и нижней полуматриц и окончательно штампуют верхней матрицей и пуансоном готовое изделие. Способ реализуется устройством, в котором посредством гидравлических цилиндров связаны между собой подвижная плита и ползун пресса, при этом устройство снабжено контейнером, который выполнен в виде двух шарнирно соединенных двуплечих рычагов, на одних плечах которых закреплены съемные рукоятки, а на противолежащих плечах параллельно оси упомянутого шарнира жестко смонтированы два полукольца, причем внутри последних выполнены перемычки, на которых с возможностью как взаимодействия с их поверхностями, так и демонтажа расположен стакан дном вверх, а в нижней части полуколец расточено сквозное цилиндрическое отверстие.
Изобретение поясняется графическими материалами, на которых показано:
фиг.1 - установка заготовки в устройство;
фиг.2 - удаление стакана из устройства;
фиг.3 - начало осадки заготовки;
фиг.4 - начало штамповки;
фиг.5 - окончание штамповки;
фиг.6 - общий вид специального контейнера со стаканом;
фиг.7 - разрез А-А на фиг.6 (повернуто).
Устройство для тиксоштамповки цилиндрической заготовки 1 (см. фиг.1), размещенной в специальном контейнере 2 и закрытой стаканом 3, содержит толкатель 4 и корпус 5 с нижней полуматрицей 6. Над нижней полуматрицей соосно ей расположена верхняя полуматрица 7, которая закреплена на подвижной плите 8. По оси верхней полуматрицы выполнено сквозное цилиндрическое отверстие. Концентрично упомянутому отверстию на ползуне 9 смонтирован пуансон 10. Подвижная плита и ползун связаны гидравлическими цилиндрами 11. Штамповку осуществляют на гидравлическом прессе, ползун которого перемещается с помощью силового плунжерного цилиндра и возвратных цилиндров. Контейнер выполнен (см. фиг.6) из двух двуплечих рычагов 12, которые соединены шарниром 13. На одних плечах 14 рычагов с помощью втулок 15 с Г-образными пазами и выступов 16 смонтированы съемные рукоятки 17. На противолежащих плечах 18 рычагов параллельно оси шарнира и симметрично друг другу жестко закреплены два полукольца 19 с перемычками 20 внутри (см. фиг.7). В нижней части полуколец расточено цилиндрическое гнездо 21, взаимодействующее с толкателем при установке заготовки в устройство. Все детали контейнера и стакан изготовлены из титанового сплава.
Способ тиксоштамповки осуществляют следующим образом. Технологический процесс выполняют на гидравлическом прессе: максимальное усилие силового плунжерного цилиндра Р=4000 кН, суммарное усилие гидроцилиндров 12-Pi=800 кН. Пресс оснащен датчиками и управляющей аппаратурой для работы в автоматическом режиме. Готовое изделие - тормозной диск. Заготовка - литье из алюминиевого сплава АЛ-9. Заготовку 1 устанавливают на перемычки 20 (см. фиг.7) контейнера 2 и закрывают ее стаканом 3, затем размещают контейнер в муфельной печи, снимают рукоятки 17 (см. фиг.6) и нагревают заготовку до 585°С. Штамповый инструмент (поз.6, 7 и 10) нагревают до 400°С и напыляют на него графитовую смазку. Устройство устанавливают в исходное положение (см. фиг.1), а именно: поднимают ползун 10, опускают плиту 8 относительно ползуна гидравлическими цилиндрами 11, а толкатель 4 поднимают над торцом нижней полуматрицы 6 (изображено справа от оси толкателя). Нагретый контейнер 2 устанавливают на толкатель 4, центрируя его гнездом 21 (см. фиг.7). Поднимают толкатель 2 и вводят стакан 3 в отверстие верхней полуматрицы 7 на глубину Н (показано слева от оси толкателя), что предотвращает радиальные смещения стакана при демонтаже контейнера. Разводят полукольца 19, устанавливают при этом заготовку 1 и стакан на торец толкателя. Убирают контейнер 2 из рабочей зоны. Опускают плиту 8, закрывают штамп верхней полуматрицей 7 по внутреннему диаметру нижней полуматрицы 6, а стакан с заготовкой размещают при этом между плитой 8 и ползуном 9 (см. фиг.2). Разворачивают контейнер 2 на 180° (гнездом 21 вверх) и, разместив в нем стакан 3, зажимают его полукольцами 19. Удерживают контейнер в этом положении и, опуская толкатель в исходную позицию, устанавливают заготовку в сквозном осевом цилиндрическом отверстии нижней полуматрицы 5. После чего удаляют контейнер 2 со стаканом 3. Устройство подготовлено для деформирования заготовки. Опускают ползун 9 и осаживают заготовку 1 пуансоном 10 в цилиндрическую полость верхней полуматрицы 7, а затем в закрытую штамповую полость. При этом раскрывается стык между фланцем верхней полуматрицы и торцом нижней полуматрицы (см. фиг.4). Продолжают опускать ползун 9 и штампуют готовое изделие верхней полуматрицей 7 и пуансоном 10. Причем зазор h=1…3 мм (см. фиг.5). Для снятия готового изделия с торца верхней полуматрицы 7 (в случае необходимости) поднимают ползун 9 в исходное положение, опускают плиту 8, размещают в цилиндрической полости верхней полуматрицы 7 ироставку и производят обратный ход гидроцилиндров 11 до взаимодействия пуансона 10 с проставкой. Готовое изделие - тормозной диск удаляют из нижней полуматрицы 6 толкателем 4, поднимая его над верхним торцом корпуса 5. Технологический процесс тиксоштамповки цилиндрической заготовки закончен.