СПОСОБ ОБЪЕМНОЙ ГОРЯЧЕЙ ШТАМПОВКИ ДЕТАЛЕЙ ТИПА ЧАШ И СТАКАНОВ
METHOD OF HOT FORGING FOR BOWL AND CUP TYPE PARTS

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.
н
вн
1. Изготавливали стакан 1 (полуфабрикат для колеса транспортного средства) наружным диаметром D=470 мм, внутренним диаметром D=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.
k
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, прижимающее его к контейнеру и столу пресса.
п
о
k
При приложении к пуансону 8 усилия Р 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, воздействующего на кольцевой дорн 6 в направлении, противоположном усилию P.
о
k
k
Когда величина усилия Р превышает величину усилия P, 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 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.
н
вн
2. Изготавливалась аналогичная деталь 1 диаметром наружным D=430 мм, диаметром внутренним D=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.
н
вн
3. Изготавливали стакан 1 (полуфабрикат для колеса транспортного средства) наружным диаметром D=450 мм, и внутренним диаметром D=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.
k
Буферное устройство 16, для создания оптимальных условий протекания процесса, выполняется с возможностью регулирования усилия P в широких пределах.
Такой процесс позволяет повысить качество деталей за счет интенсификации пластической деформации сдвига.