СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТОЛСТОСТЕННОЙ КРУПНОГАБАРИТНОЙ ОБОЛОЧКИ ОЖИВАЛЬНОЙ ФОРМЫ ИЗ МАТЕРИАЛОВ С ИНТЕНСИВНЫМ УПРОЧНЕНИЕМ
METHOD OF FABRICATION OF THICK-WALLED LARGE-SIZE OGIVAL SHELL FROM MATERIALS WITH INTENSIVE HARDENING

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к способу изготовления толстостенной крупногабаритной оболочки оживальной формы выдавливанием обкаткой без преднамеренного утонения из листовой заготовки.
Известен способ изготовления толстостенных оживальных деталей путем многопереходной давильной обработки всей заготовки на нескольких оправках с постепенным приближением профиля полуфабриката к требуемому профилю детали (М.А. Гредитор «Давильные работы и ротационное выдавливание» М., Машиностроение, 1971 г., стр.22-23, 27), включая межоперационный отпуск остаточного напряжения полуфабриката между переходами.
Недостатком данного способа является длительный и дорогостоящий процесс подготовки производства, в т.ч. изготовление нескольких оправках. Кроме того, процесс расчета профилей промежуточных оправок не имеет расчетной методики, что приводит на практике к переточке готовых оправок в процессе внедрения деталей, а в серии дает различное качество готовых деталей в плане точности геометрических размеров и может приводить к разрывам или короблению фланца.
Техническим результатом, на достижение которого направлено данное изобретение, является изготовление толстостенной крупногабаритной оболочки оживальной формы из материалов с интенсивным упрочнением, не зависящее от профиля детали, используемое при достаточно больших величинах деформации на одной оправке. Способ значительно увеличивает эффективность внедрения новых изделий и серийного производства деталей, а также позволяет осуществить расчет промежуточных операций.
p
1
o
p
p
Данный технический результат достигается с помощью способа изготовления толстостенной крупногабаритной оболочки оживальной формы из материалов с интенсивным упрочнением, включающий выдавливание листовой заготовки без преднамеренного утонения на вращающейся оправке давильным инструментом, установленным с зазором относительно оправки, за несколько проходов инструмента обкаткой по одной оправке, с промежуточными отжигами. Давильную обработку оболочки выполняют, используя одну оправку для получения окончательного профиля оболочки, причем за первый проход осуществляют обкатку заготовки по оправке, имеющей полный профиль конечной оболочки с расчетным зазором Z до высоты h полуфабриката, с получением части профиля конечной оболочки, а за последующие проходы производят обкатку полученной части профиля с зазорами Z>Z и Z до следующей высоты hi с отводом давильного инструмента, при этом количество проходов, необходимое для предварительного оптимального разбиения высоты получаемого обкаткой профиля оболочки, рассчитывают по формуле
1
n=H/h,
где
H - общая высота оболочки, мм;
1
кр1
h<h - высота детали, выбираемая для обкатки за 1-й проход, мм;
кр1
выт
1
h=H/(k×k) - первая критическая высота обкатки детали, мм;
выт
заг
заг
k=D/d, где D - больший диаметр заготовки, мм; d - малый диаметр детали, мм;
hi=H/N,
где N - количество проходов, полученное округлением n до большего целого;
hi - высота профиля i-го прохода, мм;
1
В
О2
1≤k≤1,2 - числовой коэффициент для материалов с σ/σ=0,75;
В
О2
σ, σ - табличные характеристики механических свойств материалов.
Перед изготовлением детали производится расчет критических высот обработки, количество установок, требующееся для изготовления конкретной детали, и оптимальный выбор деформации для получения профиля полуфабриката для каждого постанова в соответствии с их количеством с целью разбить величину общей деформации на части. Так как при проходе от донышка к фланцу обкатываемой детали в процессе обработки напряжение не должно превышать предела текучести, то теоретическая величина предельного коэффициента вытяжки определяется по формуле
выт
заг
k=D/d,
заг
где D - больший диаметр заготовки, мм;
d - малый диаметр детали, мм.
1
кp1
кp1
Далее выбираем допустимую величину высоты профиля h<h на первой установке в зависимости от h:
кp1
выт
1
h=H/(k×k),
где Н - общая высота детали, мм.
1
За первую установку производится обкатка части профиля с расчетным зазором Zp на высоту h профиля оболочки без потери устойчивости формы фланца и отвод инструмента от полуфабриката. После каждой обработки производится снятие остаточного напряжения промежуточным отжигом полуфабриката для восстановления пластических свойств металла. Минимальное количество установок определяем по формуле
1
n=H/h,
путем округления n до большего целого получаем количество установок N и определяем максимальную высоту профиля на i-й установке:
hi=H/N.
За следующую (i-ю) установку производится проход вдоль полученной части профиля с зазором Zo>Zp и обкатка без преднамеренного утонения с зазором Zp на высоту hi профиля оболочки, что обеспечивает процесс деформации без складкообразования и коробления заготовки. На последнем проходе производится обкатка оставшейся части профиля оболочки из полуфабриката.
Способ поясняется чертежом. На чертеже показана схема обкатки без преднамеренного утонения из листовой заготовки.
i+1
Процесс изготовления оболочки по предлагаемому способу легко контролируется и поддается коррекции посредством изменения зазоров в ходе обработки или уменьшением hi в случае необходимости, в частности, для этого на практике выбирали hi>h. Способ позволяет экономить дорогостоящую оснастку за счет использования одной оправы и гибко варьировать величины деформации на промежуточных операциях с целью получения стабильного процесса обкатки без брака при повышении точности геометрических размеров и улучшении прочности полуфабрикатов, а также избежать переточку готовых оправ для изготовления ранее внедренных серийных изделий при изменении механических свойств материала оболочки.
Пример осуществления способа
Заготовку из стали 12Х18Н10Т-Ш толщиной 12 мм в форме диска закрепляют на торце оправки. Устанавливают два давильных инструмента с радиусом рабочей поверхности 150 мм с зазором относительно оправки, диаметрально противоположно.
Параметры новой детали имеют угол образующей к оси вращения от 90° до 32°:
заг
1
D=1150 мм, d=507 мм, H=197 мм, k=1.
выт
заг
Вычисляем k=D/d=2,27 и
кр1
выт
1
1
кр1
h=H/(k×k)=197/2,27×1=86,78 мм и при h=80 мм < h
1
n=H/h=2,46 и принимаем количество установок N=3
1
H-h=197-80=117 мм
hi=H/N=197/3=66 мм
1
кр1
i+1
2
3
Из расчета видно, что раскатка будет проходить за 3 установки. В соответствии с этим за первую установку обкатывалась часть профиля до h=80 мм, а за следующие две обкатывались примерно равные части профиля, меньшие h, величины деформации по предложенному принципу hi>h делят оставшуюся высоту профиля оболочки 117 мм по h=60 мм и h=57 мм соответственно. Процесс обкатки первой оболочки проходил устойчиво и не потребовал уточнения hi. Полученные оболочки отвечали требованиям точности к профилю и качеству внутренней и внешней поверхности, разрывов по основному материалу и фланцу не наблюдалось.
Таким образом, получили толстостенную крупногабаритную оболочку оживальной формы с высокой степенью точности геометрических размеров, лучшего качества поверхности со значительным сокращением и удешевлением цикла подготовки производства, а также с сокращенным циклом изготовления самой оболочки.