СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ДЛИННОМЕРНЫХ ЗАГОТОВОК
METHOD FOR MANUFACTURING OF PRODUCTS FROM LENGTHY BILLETS

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано, в частности, при изготовлении стержневых изделий с утолщением, а также колец и втулок.
Известен способ изготовления изделий из длинномерных заготовок с относительной длиной высаживаемой части заготовки, не превышающей допустимую по условию продольной устойчивости, включающий нагрев высаживаемой части заготовки до ковочной температуры, установку заготовки в зажимной части разъемной матрицы, набор металла свободной высадкой и формирование изделия деформирующим пуансоном (Ковка и штамповка: Справочник. В 4-х т. / Ред. совет: Е.И.Семенов (пред.) и др. - М.: Машиностроение, 1986. - Т.2: Горячая штамповка. - С.267-269, рис.9 и 10).
Недостатком известного способа является узкая сфера использования, так как его применение возможно только при относительной длине высаживаемой части заготовки, не превышающей допустимую.
Известен способ изготовления изделий из длинномерных заготовок с относительной длиной высаживаемой части заготовки, превышающей допустимую по условию продольной устойчивости, включающий нагрев высаживаемой части заготовки до ковочной температуры, установку заготовки в зажимной части разъемной матрицы, набор металла высадкой на ограниченный диаметр и формирование изделия деформирующим пуансоном (Ковка и штамповка: Справочник. В 4-х т. / Ред. совет: Е.И.Семенов (пред.) и др. - М.: Машиностроение, 1986. - Т.2: Горячая штамповка. - С.269-274, рис.11 и 13). Это техническое решение является наиболее близким к заявленному способу по совокупности существенных признаков и принято в качестве прототипа.
При осуществлении данного способа возможно использование заготовок с относительной длиной высаживаемой части, превышающей допустимую по условию продольной устойчивости, что значительно расширяет сферу использования способа, однако набор металла при высадке на ограниченный диаметр обусловливает несовершенство формы и неизбежные искажения симметричности волокнистого строения утолщения, что существенно снижает качество полученных изделий. Кроме того, известный способ не позволяет осуществлять однопереходное формирование изделий, что снижает производительность процесса, так как предварительный набор металла наиболее часто проводят в конической полости пуансона.
В основу изобретения поставлено решение задачи повышения качества полученных изделий и производительности процесса изготовления изделий из длинномерных заготовок.
Для решения поставленной задачи в способе изготовления изделий из длинномерных заготовок с относительной длиной высаживаемой части заготовки, превышающей допустимую по условию продольной устойчивости, включающем нагрев высаживаемой части заготовки до ковочной температуры, установку заготовки в зажимной части разъемной матрицы, набор металла высадкой и формирование изделия деформирующим пуансоном, согласно изобретению нагревают до максимальной ковочной температуры участок высаживаемой части заготовки относительной длины, не превышающей допустимую, примыкающий к зажимной части разъемной матрицы, при этом осуществляя нагрев концевого участка высаживаемой части заготовки путем теплопередачи до получения минимальной температуры на торцевой поверхности этого участка, а при установке заготовки в зажимной части разъемной матрицы деформирующий пуансон и концевой участок высаживаемой части заготовки размещают в подвижной направляющей втулке, сцентрированной с разъемной матрицей, затем выполняют набор металла свободной высадкой, причем набор металла и формирование изделия осуществляют за один переход.
Нагрев до максимальной ковочной температуры участка высаживаемой части заготовки относительной длины, не превышающей допустимую, примыкающего к зажимной части разъемной матрицы, при осуществлении нагрева концевого участка высаживаемой части заготовки путем теплопередачи до получения минимальной ковочной температуры на торцевой поверхности этого участка и размещение деформирующего пуансона и концевого участка высаживаемой части заготовки в подвижной направляющей втулке, сцентрированной с разъемной матрицей, при установке заготовки в зажимной части разъемной матрицы обеспечивает соосность заготовки, деформирующего пуансона и разъемной матрицы, исключает изгиб высаживаемой части заготовки и позволяет свободной высадкой последовательно включать в пластическую деформацию объемы металла высаживаемой части заготовки, начиная с объема, нагретого до максимальной ковочной температуры, примыкающего к зажимной части разъемной матрицы, и заканчивая объемом металла, нагретого до минимальной ковочной температуры, с которым контактирует деформирующий пуансон. В результате в объеме металла, набираемого в утолщение, получают симметричное волокнистое строение, способствующее повышению качества получаемых изделий, а набор металла свободной высадкой и формирование изделий в один переход позволяют повысить производительность процесса.
Способ изготовления изделий из длинномерных заготовок поясняется чертежом, где на фиг.1 схематично изображены элементы, реализующие способ, в момент контакта деформирующего пуансона с заготовкой; на фиг.2 изображено положение элементов, реализующих способ, после высадки участка, нагретого до максимальной ковочной температуры; на фиг.3 - промежуточное положение элементов, реализующих способ, при высадке концевого участка; на фиг.4 представлен момент завершения формирования изделия.
Способ изготовления изделий из длинномерных заготовок осуществляется следующим образом.
Нагревают до максимальной ковочной температуры участок 1 высаживаемой части 2 заготовки 3 относительной длины, не превышающей допустимую по условиям продольной устойчивости, примыкающий к зажимной части 4 разъемной матрицы 5, при этом осуществляя нагрев концевого участка 6 высаживаемой части 2 заготовки 3 путем теплопередачи до получения минимальной ковочной температуры на торцевой поверхности 7 этого участка. После нагрева заготовку 3 устанавливают в зажимной части 4 разъемной матрицы 5 (фиг.1). При установке заготовки 3 в зажимной части 4 разъемной матрицы 5 рабочую часть 8 деформирующего пуансона 9, закрепленного в обойме 10, и концевой участок 6 высаживаемой части 2 заготовки 3 размещают в подвижной направляющей втулке 11, установленной с возможностью свободного перемещения в обойме 10 и сцентрированной посредством направляющего пояска 12 с разъемной матрицей 5. В исходном положении подвижная направляющая втулка 11 прижимается к фланцу 13 отжимной пружиной 14 (фиг.1). Затем выполняют набор металла свободной высадкой вначале участка 1, расположенной в полости 15 разъемной матрицы 5 (фиг.2), а при дальнейшем перемещении обоймы 10 с деформирующим пуансоном 9 в пластическую деформацию последовательно включают объемы металла концевого участка 6, начиная с объема, примыкающего к участку 1, нагретому до максимальной ковочной температуры, и заканчивая объемом металла концевого участка 6, нагретого до минимальной ковочной температуры, с которым контактирует деформирующий пуансон 9 (фиг.3 и 4). По окончании набора металла в этом же переходе осуществляют формирование изделия 16 деформирующим пуансоном 9 (фиг.4).
Пример.
т
c
н
м
Отштампована партия клапанов с диаметром тарелки D=54 мм, толщиной t=12 мм, диаметром стержня d=20 мм, равным диаметру заготовки. Сталь 35. Максимальная ковочная температура Т=1280°С, минимальная - Т=620°С.
Объем высаживаемой части заготовки
в
3
где V - объем высаживаемой части заготовки, мм;
т
D - диаметр тарелки клапана, мм;
t - толщина тарелки клапана, мм.
Длина высаживаемой части заготовки
в
где ℓ - длина высаживаемой части заготовки, мм;
c
2
S - площадь поперечного сечения заготовки, мм.
Тогда
Относительная длина высаживаемой части заготовки
где ψ - относительная длина высаживаемой части заготовки,
q
что превышает допустимую относительную длину ψ=2,7 (Ковка и штамповка: Справочник. В 4-х т. / Ред.совет: Е.И.Семенов (пред.) и др. - М.: Машиностроение, 1986. - Т.2: Горячая штамповка. - С.267).
н
Длина ℓ нагреваемого участка высаживаемой части заготовки
К
Тогда длина l концевого участка, нагреваемого путем теплопередачи, составит
k
Для определения времени нагрева концевого участка длиной l=34 мм путем теплопередачи используем соотношение (авторское свидетельство SU 1316740, МКИ B21K 1/74, B21J 1/04):
2
где а - температуропроводность, м/с;
ц
τ - время цикла штамповки, включающее время нагрева и транспортировки заготовки, с;
θ - температурный параметр.
н
где Т - максимальная ковочная температура, °С;
м
Т - минимальная ковочная температура, °С
ц
Из соотношения (8) находим время τ цикла штамповки
2
где а - температуропроводность стали 35, м/с.
-6
2
2
а=12·10 м/с=12 мм/с.
Макроструктура продольного сечения полученной тарелки клапана имела симметричное волокнистое строение, причем волокна располагались вдоль контура рабочей части детали.
Таким образом, изготовление изделий из длинномерных заготовок с относительной длиной высаживаемой части заготовки, превышающей допустимую по условию продольной устойчивости, посредством последовательного включения в пластическую деформацию объемов металла, начиная с объема, нагретого до максимальной ковочной температуры, и заканчивая объемом металла, нагретого до минимальной ковочной температуры, в условии полной соосности деформирующего пуансона, заготовки и разъемной матрицы, исключает изгиб высаживаемой части заготовки и позволяет выполнять набор металла в утолщение свободной высадкой, что обеспечивает повышение качества изделий за счет получения симметричного волокнистого строения металла в утолщении и производительности процесса, так как набор металла и формирование изделия осуществляют за один переход.