СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТОНКОСТЕННЫХ ОБОЛОЧЕК
METHOD OF PRODUCING THIN-WALL SHELLS

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при изготовлении тонкостенных оболочек специального назначения из мартенситно-стареющей стали.
Известен способ изготовления длинномерных тонкостенных оболочек из мартенситно-стареющей стали, включающий вырезку исходной заготовки из листа, изготовление за несколько операций холодной штамповки полой фасонной заготовки с постоянной толщиной стенки, состоящей из малого и большого цилиндров, сопряженных переходным конусом, при этом операциям холодной штамповки сопутствуют операции промежуточной термообработки, подрезки торца, промывки, нанесения и удаления смазки и т.д., ротационное выдавливание (ротационную вытяжку с утонением) оболочки за две операции со степенью деформации большого цилиндра 70% и 60% соответственно, промежуточную операцию термообработки между ними, местное ротационное обжатие большого цилиндра во внутрь и окончательную обработку. Способ принят за прототип (см. РТМ 3-1674-85, стр.175-190).
Недостатками прототипа являются:
1. Большое количество операций холодной штамповки и сопутствующих им операций межоперационной термообработки для снятия напряжений, обработки резанием для устранения неровностей открытого торца, промывки, нанесения и удаления смазки и т.д. при изготовлении высокой полой фасонной заготовки и, как следствие, значительный расход вспомогательных материалов при высокой трудоемкости работ;
2. Большой расход металла при изготовлении полой фасонной заготовки из-за отходов листа при вырезке исходной заготовки, разрушения заготовок в процессе многооперационной холодной штамповки, многократных межоперационных подрезок торцов;
3. Низкое качество полой фасонной заготовки:
- зона, близкая к открытому торцу, имеет повышенную разнотолщинность, ведущую к увеличению овальности оболочки;
- наличие на поверхностях полой фасонной заготовки металлургических дефектов и дефектов, приобретенных в процессе ее изготовления при последующем ротационном выдавливании оболочки, особенно со степенью деформации, приближающейся к предельной, способствует образованию на ее поверхностях плен, шелушения, чешуйчатости;
4. Высокая стоимость листового проката.
Предлагаемым изобретением решается задача повышения качества и снижения материальных затрат при изготовлении длинномерных тонкостенных оболочек из мартенситно-стареющей стали.
Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в уменьшении расхода металла, в повышении геометрической точности и качества поверхностей оболочки, уменьшении отхода пустотелых фасонных заготовок в брак по разрушениям.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе изготовления длинномерных тонкостенных оболочек из мартенситно-стареющей стали, включающем отрезку исходной заготовки, изготовление полой фасонной заготовки, состоящей из большого и малого цилиндров, сопряженных переходным конусом, ротационное выдавливание длинномерной тонкостенной оболочки за несколько операций с промежуточной термообработкой для снятия напряжений, местное ротационное обжатие большого цилиндра во внутрь и окончательную обработку, новым является то, что полую фасонную заготовку изготавливают выдавливанием из отрезка прутка и последующей обработкой резанием с переменной толщиной стенки по высоте, а ротационное выдавливание производят за три операции с допустимой степенью деформации, при этом в первой операции осуществляют обработку большого цилиндра.
Полую фасонную заготовку изготавливают с толщиной стенки большого цилиндра большей толщины стенки переходного конуса приблизительно в 2 раза.
Ротационное выдавливание большого цилиндра в первой операции производят до толщины стенки, равной или меньшей толщины стенки переходного конуса полой фасонной заготовки.
Изготовление полой фасонной заготовки выдавливанием из отрезка прутка позволяет использовать более дешевый прокат - пруток, сократить цикл ее изготовления, уменьшить номенклатуру технологической оснастки.
Использование полой фасонной заготовки с переменной толщиной стенки по ее высоте с толщиной стенки большого цилиндра большей толщины стенки переходного конуса приблизительно в 2 раза приводит к уменьшению ее высоты, а последующее ротационное выдавливание тонкостенной оболочки за три операции приводит к увеличению объема пластической обработки давлением вместо резания и, как следствие, к уменьшению расхода металла.
Обработка резанием полой фасонной заготовки повышает ее качество, т.к. позволяет устранить поверхностные дефекты, образовавшиеся на предыдущих операциях, а также повысить геометрическую точность внутренних диаметров и разнотолщинности, уменьшить овальность.
Изготовление тонкостенной оболочки за три операции ротационного выдавливания с ротационным выдавливанием на первой операции большого цилиндра до толщины стенки меньшей толщины стенки переходного конуса приводит к уменьшению разнотолщинности большого цилиндра, а также к снижению степени деформации на следующей операции, что благоприятно сказывается на геометрической точности тонкостенной оболочки и механических свойствах металла.
На основании вышеизложенного можно сделать вывод о том, что предлагаемое изобретение обладает “новизной” и “изобретательским уровнем”.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на
- фиг.1 изображена полая фасонная заготовка, полученная горячим выдавливанием, состоящая из большого цилиндра 1, малого цилиндра 2 и переходного конуса 3;
0
0
0
0
0
- фиг.2 - полая фасонная заготовка с переменной толщиной стенки по высоте, полученная обработкой резанием выдавленной заготовки, состоящей из большого цилиндра 1 с внутренним диаметром “D” и толщиной стенки “a”, малого цилиндра 2 с внутренним диаметром “d” и толщиной стенки “b” и переходного конуса 3 с толщиной стенки “с”, при этом “a≈2c”;
1
0
1
0
- фиг.3 - оболочка после первой операции ротационного выдавливания, состоящая из большого цилиндра 1 с толщиной стенки “a”, малого цилиндра 2 и переходного конуса 3 с толщиной стенки “с”, при этом “a≤с”;
2
2
2
- фиг.4 - оболочка после второй операции ротационного выдавливания, состоящая из большого цилиндра 1 с внутренним диаметром “D” и толщиной стенки “a”, малого цилиндра с внутренним диаметром “d” и толщиной стенки “b” и переходного конуса 3 с толщиной стенки “c”;
- фиг.5 - оболочка после третьей операции ротационного выдавливания, состоящая из большого цилиндра 1 с внутренним диаметром “D” и толщиной стенки “а”, малого цилиндра 2 с внутренним диаметром “d” с толщиной стенки “b” и переходного конуса с толщиной стенки “с”;
- фиг.6 - оболочка после операции местного ротационного обжатия большого цилиндра 1 во внутрь и отрезки торцевых припусков.
Предлагаемый способ изготовления длинномерных тонкостенных оболочек реализуется следующим образом.
Исходный пруток разрезают на мерные отрезки с объемом, равным объему выдавленной фасонной заготовки, нагревают мерные отрезки до температуры выдавливания, устанавливают нагретый отрезок в штамп, выдавливают полую фасонную заготовку в виде большого 1 и малого 2 цилиндров, сопряженных переходным конусом 3 с переменной толщиной стенок по высоте (см. фиг.1), обработкой резанием внутренних и наружных поверхностей устраняют дефектный слой и получают геометрически точную полую фасонную заготовку с переменной толщиной стенок по высоте с толщиной большого цилиндра 1 большей толщины стенки переходного конуса 3 приблизительно в 2 раза (см. фиг.2). Устанавливают полую фасонную заготовку на оправку и производят ротационное выдавливание большого цилиндра 1 оболочки до толщины стенки меньшей или равной толщине стенки переходного конуса (см. фиг.3). Оболочку промывают и производят термообработку для снятия напряжений. Производят вторую операцию ротационного выдавливания оболочки по всей длине (см. фиг.4), оболочку промывают и подвергают термообработке. Производят третью операцию ротационного выдавливания и получают длинномерную тонкостенную оболочку (см. фиг.5), устанавливают оболочку на оправку для ротационного обжатия и осуществляют местное обжатие большого цилиндра во внутрь (см. фиг.6). После обжатия отрезают торцевые припуски, промывают оболочку, термически обрабатывают и производят окончательную обработку резанием посадочных поверхностей.
Пример изготовления длинномерной тонкостенной оболочки с толщиной стенки большого цилиндра а=0,5 мм и общей длиной L=870 мм.
0
0
0
1
2
2
2
Исходный пруток диаметром 60 мм разрезают на мерные отрезки с объемом, равным объему выдавленной фасонной заготовки, нагревают мерные отрезки до температуры выдавливания, устанавливают нагретый отрезок в штамп, выдавливают полую фасонную заготовку высотой 105 мм в виде большого 1 и малого 2 цилиндров, сопряженных переходным конусом 3 (см. фиг.1), обработкой резанием внутренних и наружных поверхностей устраняют дефектный слой и получают геометрически точную полую фасонную заготовку с переменной толщиной стенок по высоте (см. фиг.2) с диаметром большого цилиндра D=70 мм и толщиной стенки а=7 мм, с диаметром малого цилиндра d=45 мм и толщиной стенки b=3,5 мм и переходным конусом 3 с толщиной стенки с=3,5 мм Устанавливают полую фасонную заготовку на оправку и производят ротационное выдавливание большого цилиндра оболочки до толщины стенки a=3,1÷3,5 мм (меньшей или равной толщине стенки переходного конуса полой фасонной заготовки) (см. фиг.3). Оболочку промывают и производят термообработку для снятия напряжений. Производят вторую операцию ротационного выдавливания оболочки до толщин стенок большого цилиндра а=1,1 мм, малого цилиндра b=2,2 мм и переходного конуса c=2 мм (см. фиг.4), оболочку промывают и термообрабатывают. Производят третью операцию ротационного выдавливания и получают длинномерную тонкостенную оболочку с толщиной стенки большого цилиндра а=0,5 мм, с толщиной стенки малого цилиндра b=0,8 мм и толщиной стенки переходного конуса с=0,8 мм (см. фиг.5), устанавливают оболочку на оправку для ротационного обжатия и осуществляют местное обжатие большого цилиндра во внутрь. После обжатия отрезают торцевые припуски в размер L=870 мм (см. фиг.6). Затем промывают оболочку, термически обрабатывают и производят окончательную обработку резанием посадочных поверхностей.