СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ШТАМПОВОК ГОРЯЧИМ ВЫДАВЛИВАНИЕМ НА ТРУБОПРОФИЛЬНЫХ ПРЕССАХ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF PRODUCTION OF IMPACT EXTRUSION ON TUBE-PROFILE PRESSES AND DEVICE USED FOR THIS

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано для штамповки выдавливанием полых изделий сложной конфигурации преимущественно на трубопрофильных прессах.
Одной из наиболее оптимальных схем обработки металлов давлением является штамповка выдавливанием, при которой пластическое деформирование происходит в условиях всестороннего неравномерного сжатия при больших сжимающих напряжениях, что позволяет получать большие степени деформации и штамповать малопластичные сплавы, которые в процессе обработки приобретают высокие прочностные свойства.
Известен способ изготовления поковок выдавливанием, включающий осадку исходной заготовки, формирование полуфабриката путем выдавливания стержня с предварительным формированием фланца, окончательную штамповку, при этом полуфабрикат формируют с размерами фланцевой части в плане в пределах 0,9-1,0 от соответствующих размеров в плане окончательно отштампованной поковки, а окончательную штамповку проводят с вытеснением металла в облой под углом 5-85° к вертикальной оси поковки (патент РФ №2205722, опубл. 10.06.2003 г., МПК B21K 1/00).
Недостатком способа является низкая производительность, обусловленная необходимостью нескольких переходов, низкий коэффициент использования металла.
Известен штамп для закрытой объемной штамповки, содержащий в верхней части - корпус, вставку, пуансон и самоустанавливающуюся обойму, подвешенную к пуансону с помощью тяг, и в нижней части - корпус, вставку и выталкиватель, нижняя вставка выполнена сборной и состоит из неподвижной вставки с конусной полостью, которая сопряжена с наружной поверхностью подвижной вставки-обоймы с внутренней цилиндрической поверхностью и вставки-дна, угол их сопряжения выполнен больше угла самоторможения, кроме того, на внутренней поверхности подвижной вставки-обоймы выполнен буртик, на который установлена вставка-дно (патент РФ № 2294812, опубл. 10.03.2007 г., МПК B21J 13/02).
Данное изобретение совпадает с заявленным в том, что позволяет производить изготовление штамповок с минимальными штамповочными уклонами по наружной боковой поверхности, повышение точности и обеспечение стабильности геометрических размеров штамповок, исключение их заклинивания в штампе.
Недостатком данного устройства является сложность конструкции, невозможность изготовления штамповок сложной конфигурации, необходимость наличия вертикальных гидравлических прессов.
Известен способ изготовления штамповок горячим выдавливанием на прессах с подвижным контейнером, включающий подачу нагретой заготовки в контейнер, распрессовку заготовки в контейнере пресс-шайбой, прессование части заготовки в матрицу с формированием части штамповки постоянного сечения и формирования утолщения, при этом часть матричного узла размещают в контейнере, который перед формированием утолщения перемещают относительно его, образуя полость между сопряженными плоскостями матричного узла и контейнера, в которой затем формируют утолщение осадкой оставшейся части заготовки путем синхронного перемещения пресс-шайбы и контейнера (патент РФ №2259897, опубл. 10.09.2005 г.) - прототип.
Данное изобретение совпадает с заявленным в том, что позволяет с одного установа заготовки производить оформления сложных внутренних и наружных поверхностей штамповки. Изобретение обеспечивает минимизацию удельных усилий на инструмент, высокое качество изделий, расширение технологических возможностей горячей объемной штамповки по увеличению сложности формы внешнего контура и полости и улучшению служебных свойств деталей с использованием металлов и сплавов повышенной прочности. Также значительно расширяются технологические возможности универсальных трубопрофильных прессов с подвижным контейнером.
Недостатком способа является то, что инструментальная оснастка способа не оптимизирована для производства штамповок типа втулок, имеющих отношение длины к диаметру более 2 и штамповочные уклоны, близкие к углу самоторможения (особенно это критично для материалов с высоким коэффициентом трения, например, для титановых сплавов), в этом случае наблюдается залипание и последующее разрушение инструмента.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является изготовление штамповок выдавливанием со штамповочными уклонами менее угла самоторможения при отношении длины к внутреннему диаметру штамповки более 2, повышение точности и обеспечение стабильности геометрических размеров штамповок, исключение их заклинивания в штампе, увеличение ремонтопригодности и срока службы инструмента.
Технический результат, достигаемый при осуществлении предлагаемого изобретения, заключается в следующем:
- экономия штампуемого металла за счет повышения точности формообразования поверхностей штамповок;
- повышение производительности процесса штамповки за счет исключения времени извлечения застрявших штамповок и легкости их извлечения;
- повышение стойкости и ремонтопригодности инструмента за счет оптимальной организации схемы смазки процесса прессования и быстрой замены вышедших из строя деталей инструмента;
- увеличение возможностей универсального прессового оборудования, в частности трубопрофильных прессов.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе изготовления полых штамповок горячим выдавливанием на трубопрофильных прессах в устройстве, содержащем матричный узел, пресс-штемпель и иглу, включающем подачу нагретой заготовки, ее выдавливание пресс-штемпелем и извлечение штамповки, нагретую заготовку подают в разъемную рабочую полость устройства, образованную путем предварительного жесткого соединения контейнера с матричным узлом установленной на пресс-штемпеле иглой, имеющей профильные канавки, заполненные смазкой, выдавливание заготовки осуществляют в пространство рабочей полости, ограниченной иглой, а извлечение штамповки из контейнера производят после отведения контейнера вместе со штамповкой, пресс-штемпелем и иглой.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для изготовления полых штамповок горячим выдавливанием на трубопрофильных прессах, содержащем матричный узел, контейнер, имеющий возможность перемещения, пресс-штемпель и иглу, контейнер снабжен установленными в нем вкладышами, а матричный узел - разъемной матричной втулкой, имеющей возможность осевого перемещения, ограниченного выполненными в ней шпоночными пазами, упомянутые вкладыши и матричная втулка выполнены с возможностью образования при состыкованных матричном узле и контейнере разъемной рабочей полости, а игла установлена на пресс-штемпеле с возможностью быстрого съема и выполнена с конусной рабочей поверхностью, на которой с шагом 15-30 мм размещены радиальные смазочные канавки, расстояние между канавками 2-10 мм.
Целесообразно, чтобы смазочные канавки были образованы передней и задней по ходу рабочего движения пресс-штемпеля конусными поверхностями, которые наклонены к поверхности иглы под углами соответственно 0°30'-1°30' и 2°-5°30'.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 показана типовая деталь 1, изготовленная в соответствии с заявленным изобретением, на фиг.2 - начало процесса выдавливания, на фиг.3 - окончание процесса, на фиг.4 - схема извлечения готового изделия, на фиг.5 - игла.
Способ осуществляется следующим образом.
Перед началом выдавливания подвижный контейнер 2 жестко присоединяется к матричному узлу 3, при этом матричный узел контактирует с вкладышем 4 контейнера по конусной поверхности, образуется рабочая полость, ограниченная со стороны контейнера торцевым вкладышем 5, а со стороны матрицы матричный направляющей 6 и разъемной матричной втулкой,7 разрезанной по оси на два элемента, в которых выполнены шпоночные пазы 8, позволяющие им перемещаться относительно шпонок 9. Перед началом прессования пресс-штемпель 10 с установленной иглой 11 отводится за габариты контейнера, на иглу устанавливается заготовка 12, предварительно смазочные канавки иглы 13 заполняют смазкой. Перемещением пресс-штемпеля заготовка 12 на игле транспортируется в рабочую полость до упора в матричную втулку 7. Затем пресс-штемпелю задается рабочий ход и производится выдавливание заготовки в рабочую полость, при этом сначала начинают формироваться конусные поверхности. Далее происходит затекание металла в наружные выступы (фланцы).
После окончания выдавливания штамповки контейнер 2 и пресс-штемпель 10 с иглой отводятся, а игла 11 снимается. На матричной доске 14 матричный узел заменяется на приемный узел 15 с установленным на нем штырем 16. Затем штамповка пресс-штемпелем выталкивается на штырь.
Во время извлечения иглы матричная втулка 7 за счет сил трения перемещается по оси в пределах длины шпоночного паза по конусной поверхности направляющей 6, ее разъемные элементы перемещаются в радиальном направлении, образуя пространство над наружной поверхностью штамповки, необходимое для ее извлечения.
Смазочные канавки на поверхности иглы имеют двоякое назначение:
- благодаря специально подобранному профилю обеспечивают подачу смазки между иглой и изделием как во время выдавливания, так и во время извлечения иглы, что позволяет кардинально уменьшить угол самоторможения, а резерв смазки, находящийся в канавках, гарантирует стабильность процесса;
- во время выдавливания за счет узких поясков на рабочей поверхности, контактирующих с выдавливаемым металлом, ограничивается разрастание пятен слипания между иглой и штамповкой. Это позволяет производить качественную формовку внутренней поверхности изделия при выдавливании и гарантирует свободное извлечение инструмента (иглы).
Смазочные канавки иглы 13 выполнены с шагом 15-30 мм при расстоянии между канавками 2-10 мм. Наиболее благоприятные условия смазки создаются тогда, когда геометрический профиль смазочной канавки образован двумя конусными поверхностями, при этом передняя поверхность по ходу рабочего движения пресс-штемпеля наклонена относительного поверхности иглы на угол 0°30'-1°30', а задняя на угол 2°-5°30'. Эти величины подобраны опытным путем. Смазочные канавки расположены на конусной рабочей поверхности.
Пример конкретного выполнения.
Изготавливается полая штамповка переменного сечения (изменяется как диаметр, так и толщина стенки) с фланцем из сплава титана Ti 6A1 4V на трубопрофильном прессе усилием 3150 т. В качестве заготовки используется отрезок трубы
⌀ 203×41×3 85 мм.
Перед началом штамповки контейнер подают к матричному узлу и жестко присоединяют его усилием прижимных цилиндров. Заготовку нагревают до температуры 960°С и вне линии пресса надевают на иглу, затем вместе с иглой подают на ось пресса. Предварительно смазочные канавки иглы заполняют смазкой следующего состава: масло цилиндровое 52 (ГОСТ 6411) - 4 части + графит карандашный (ГОСТ 4404) - 1 часть. Иглу, закрепленную на пресс-шайбе, соединяют с пресс-штемпелем, затем иглу вместе с заготовкой подают в контейнер, прикладывают рабочее усилие, при котором заготовка запрессовывается в коническую разъемную метрическую втулку, в конце хода пресс-штемпеля выдавливается фланец. Затем контейнер вместе с пресс-шайбой, иглой и пресс-штемпелем отводят от метрического узла, при этом разъемная втулка извлекается на определенное расстояние (длина шпоночного паза) из конической матричной втулки до образования зазора, при этом снимаются радиальные нагрузки на наружную поверхность штамповки. Штамповка и разъемная втулка извлекаются из матричного узла, затем пресс-шайба и игла ходом пресс-штемпеля извлекаются из штамповки. Контейнер подается к матричному узлу. Быстросъемная игла с пресс-шайбой снимается с пресс-штемпеля и удаляется с оси прессования пресса. На матричной доске на ось прессования подается приемный узел, затем полая штамповка выталкивается ходом пресс-штемпеля из контейнера на приемный штырь.
Получается полая штамповка длиной 368 мм, с малым диаметром конца ⌀ 176 мм и толщиной стенки 33 мм, большим диаметром конуса ⌀ 202 мм и толщиной стенки 36 мм и диаметром фланца ⌀ 232 мм и толщиной стенки 51 мм.
Данное изобретение позволяет расширить технологические возможности стандартных трубопрофильных прессов и производить на них методом штамповки выдавливанием высокоточные изделия сложной геометрической формы с минимальными допусками и напусками (штамповочными уклонами), в т.ч. из труднодеформируемых сплавов.