СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОКОВОК ТИПА СТЕРЖНЯ С ФЛАНЦЕМ
METHOD OF PRODUCING ROD-PLUS-FLANGE FORGINGS

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при производстве поковок типа стержня с фланцем.
Известен способ изготовления поковок типа стержня с фланцем методами вальцовки на ковочных вальцах и штамповкой фланца на горизонтально-ковочной машине (ГКМ), включающий отрезку заготовки, нагрев заготовки до ковочных температур, вальцовку на автоматизированных девятиклетьевых ковочных вальцах, нагрев фланцевой части полуфабриката и окончательную штамповку фланца на ГКМ за несколько переходов (см. Шнейберг В.М., Акаро И.Л. Кузнечно-штамповочное производство Волжского автомобильного завода. - М.: Машиностроение, - 1977, 592 с. С.222-234).
Недостатками данного способа являются ограничение, накладываемое на габариты и массу изготовляемых поковок, а также экономически эффективное применение только при массовом производстве.
Известен способ изготовления поковок типа стержня с фланцем методами поперечно-винтовой прокатки роликами на специальном стане и штамповкой фланца на ГКМ, включающий отрезку заготовки, нагрев заготовки до ковочных температур, поперечно-винтовую прокатку роликами на специальном стане, нагрев фланцевой части полуфабриката и окончательную штамповку фланца на ГКМ за несколько переходов (см. Технологический справочник по ковке и горячей штамповке / под общ. ред. М.В.Сторожева. - М.: Машиностроение, - 1959, 598 с.).
Недостатками данного способа являются ограничение размеров изготовляемых поковок, а также целесообразность применения только при массовом производстве.
Известен способ изготовления поковок типа стержня с фланцем методами электровысадки, включающий отрезку заготовки, нагрев части заготовки, подлежащей высадке, до ковочных температур и одновременную высадку нагретой части заготовки, при этом холодную часть заготовки перемещают между радиальным электродом, увеличивая высаживаемую часть заготовки (см. Ковка и штамповка. Справочник. В 4-х т./Ред. совет: Е.И.Семенов (пред.) и др. - М.: Машиностроение, - 1986. - Т.2. Горячая штамповка / Под ред. Е.И.Семенова, - 1986, 592 с.).
Недостатками данного способа являются высокие требования к качеству поверхности заготовки и оснастки, повышенные требования к нагреву, получение неблагоприятного волокнистого строения.
Наиболее близким аналогом является способ изготовления поковок типа стержня с фланцем методом штамповки на горизонтально-ковочных машинах (ГКМ), заключающийся в отрезке заготовки, нагреве высаживаемой части заготовки до ковочных температур, первом наборном переходе в коническом пуансоне, втором наборном переходе, предварительной и окончательной штамповке (см. А.Н.Брюханов, А.В.Ребельский. Горячая штамповка. Конструирование и расчет штампов. - М.: МАШГИЗ, - 1952, с.388-408). На фиг.1 показана схема существующего технологического процесса (аналога) горячей объемной штамповки поковок типа стержня с фланцем на ГКМ и высадочных автоматах:
а - исходная цилиндрическая заготовка;
б - первый наборный переход в коническом пуансоне;
в - второй наборный переход;
г - предварительная формовка;
д - окончательная формовка.
заг
в
к
к
к
c
к
к
к1
c
к1
к1
От исходного прутка отрезают заготовки длиной l и диаметром d. При соотношении размеров длины высаживаемой части прутка l к диаметру d  на первом переходе выполняют первую наборную высадку в коническом пуансоне с получением конической части поковки с размерами D≤1,5d, d≅d+0,05d и высотой l. При соотношении размеров поковки после первого конического набора металла , где средний диаметр d=(D+d)/2, на втором переходе выполняют вторую наборную высадку в коническом пуансоне с получением конической части с размерами диаметров D≤1,5d, d=d[(1,03…1,05)+(0,03…0,05)] и длиной l.
c1
к1
к1
флф
1ф
2ф
ф
1ф
фл
1
2
3
cm
1
2
cm
При соотношении размеров поковки после второго конического набора металла , где средний диаметр d=(D+d)/2, на третьем переходе выполняют предварительную формовку поковки с получением фланца с размерами фланца D, D, D и h, h. На четвертом переходе выполняют окончательную формовку поковки с размерами фланца D, D, D, D, d и h, h, h, l.
Недостатками данного способа являются недостаточное качество поковок типа стержня с фланцем вследствие неблагоприятного волокнистого строения на верхней и нижней торцовой поверхности фланца поковки, а также неблагоприятное волокнистое строение в месте перехода от стержня к фланцу, снижающее прочность и износостойкость изготовленной из поковки детали.
Заявляемое изобретение решает задачу повышения качества поковок типа стержня с фланцем путем создания направленного волокнистого строения на верхней или на нижней торцовых поверхностях фланца и в месте перехода от стержня к фланцу применением для предварительной формовки пуансона и матрицы, имеющими конические, или сферические, или тороидальные поверхности.
Поставленная задача решена таким образом, что в способе изготовления поковок типа стержня с фланцем методом горячей объемной штамповки на ГКМ или на высадочных автоматах, включающем отрезку заготовок, нагрев высаживаемой части заготовки до ковочных температур, первую и вторую наборную высадку в коническом пуансоне, предварительную формовку фланца пуансоном и матрицей, имеющими конические, или сферические, или тороидальные поверхности и окончательную формовку поковки, что обеспечивает получение направленного благоприятного волокнистого строения на верхней или на нижней торцовых поверхностях фланца и в месте перехода от стержня к фланцу.
Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг.2 показана схема предлагаемого технологического процесса горячей объемной штамповки поковок типа стержня с фланцем на ГКМ и высадочных автоматах:
а - исходная цилиндрическая заготовка;
б - первый наборный переход в коническом пуансоне;
в - второй наборный переход в коническом пуансоне;
г - предварительная формовка;
д - окончательная формовка.
заг
в
к
к
к
c
к
к
к1
c
к1
к1
м
c1
к1
к1
флф
ф
1ф
n
м
фл
1
2
3
cm
1
2
cm
Предлагаемый способ осуществляют следующим образом. От исходного прутка отрезают заготовку длиной l и диаметром d. При соотношении размеров длины высаживаемой части прутка l к диаметру d  на первом переходе выполняют первую наборную высадку в коническом пуансоне с получением конической части поковки с размерами D≤1,5d, d≅d+0,05d и высотой l. При соотношении размеров поковки после первой высадки , где средний диаметр d=(D+d)/2, на втором переходе выполняют вторую наборную высадку в коническом пуансоне с получением конической части с размерами диаметров D≤1,5d, d=d[(1,03…1,05)+(0,03…0,05)] и длиной l. Матрица на втором переходе может быть плоской или иметь коническую поверхность с углом α. При соотношении размеров поковки после второй высадки , где средний диаметр d=(D+d)/2, на третьем переходе выполняют предварительную формовку фланца с размерами D, h, h пуансоном и матрицей, имеющими конические (или сферические, или тороидальные) поверхности с углами α и α соответственно. На четвертом переходе выполняют окончательную формовку поковки с размерами фланца D, D, D, D, d и h, h, h, l.
Использование данного изобретения позволяет повысить качество поковок типа стержня с фланцем при горячей объемной штамповки на ГКМ и высадочных автоматах за счет создания направленного благоприятного волокнистого строения на верхней или на нижней торцовых поверхностях фланца и в месте перехода от стержня к фланцу, формирующегося при предварительной формовке фланца пуансоном и матрицей, имеющими конические, или сферические, или тороидальные поверхности.
заг
к
к
к
к1
к1
к1
флф
ф
cm
сm
фл
1
1
2
Пример. Горячую объемную штамповку поковки полуоси заднего моста автомобилей ЗИЛ 130 (деталь 130Г-1203070) по существующему технологическому процессу (фиг.1) выполняют на горизонтально-ковочной машине номинальной силой 12,50 МН (ГКМ 1250) из стали марки 47ГТ. От прутка отрезают исходную заготовку диаметром d=48,0 мм и длиной l=1359±5 мм. Т.к.  в первом наборном переходе в коническом пуансоне получают коническую заготовку с диаметрами d=⌀50 мм, D=⌀68 мм и длиной l=223 мм. Во втором наборном переходе, т.к. , получают коническую заготовку с размерами d=⌀55 мм, D=⌀85 мм и длиной l=166 мм. На третьем переходе, т.к.  осуществляют предварительную формовку поковки с диаметром D=⌀196 мм и толщиной h=18 мм. На четвертом переходе получают поковку с окончательными размерами: с подъемом стержневой части длиной l=79,2 мм на диаметр d=⌀49,7 мм; с фланцем диаметром D=⌀197,9 мм, толщиной h=16,7 мм и конической частью на толщине h=19,3 мм, с диаметрами D=⌀126,4 мм и D=⌀78 мм.
заг
к
к
к
к1
к1
к1
Предлагаемый способ горячей объемной штамповки поковки полуоси заднего моста автомобилей ЗИЛ130 (деталь 130Г-1203070) осуществляют аналогично существующему на ГКМ 1250 из стали марки 47ГТ (фиг.2). От прутка отрезают исходную заготовку с размерами d=48,0 мм и l=1359±5 мм, выполняют первую и вторую наборную высадку, матрицы имеют конусную воронку с углом 10°. На первом переходе получают заготовку с размерами d=⌀50 мм, D=⌀68 мм и l=223 мм, во втором переходе получают заготовку с размерами d=⌀55 мм, D=⌀85 мм и l=166 мм.
флф
ф
1ф
На третьем переходе проводят предварительную формовку фланца пуансоном, имеющим коническую поверхность с углом 10°, а матрица имеет конусную воронку с углом 10°. На третьем переходе получают заготовку с размерами D=⌀159,7 мм, h=34 мм, h=31 мм.
cm
cm
фл
1
1
2
На четвертом переходе проводят окончательную формовку фланца и получают поковку со следующими размерами: длина l=79,2 мм, диаметр d=⌀49,7 мм; диаметр фланца D=⌀197,9 мм, толщина h=16,7 мм и толщина h=19,3 мм, диаметр d=⌀126,4 мм и диаметр D=⌀78 мм.
Полученные детали имеют направленное благоприятное волокнистое строение на верхней и нижней торцовых поверхностях фланца и в месте перехода от стержня к фланцу вследствие более равномерного течения металла в этих частях поковки.