СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ШТАМПОВАННЫХ ПОКОВОК
METHOD OF DIE FORGING

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при изготовлении штампованных поковок повышенной геометрической точности. Получение поковок осуществляют в температурных режимах, соответствующих полугорячей и горячей объемной штамповке.
Известен способ изготовления штампованных поковок, включающий получение исходной заготовки, ее нагрев, формообразование полуфабриката, окончательную штамповку в открытом штампе с вытеснением избытка металла в облойную канавку с мостиком и магазином, оформление конфигурации поковки за счет подпора со стороны облоя, удаление отходов. (Семендий В.И., Акаро И.Л., Волосов Н.Н. Прогрессивные технология, оборудование и автоматизация кузнечного-штамповочного производства КамАЗа. - М.: Машиностроение, 1989, - 304 с. ил. стр.40-41, рис. 24, стр.85-91).
Реализация способа связана с вытеснением большого количества металла в облой. Это обусловлено способом штамповки, по которому формообразование труднозаполнимых частей поковки (или заполнение углов полостей штампа, скругленных радиусами) происходит за счет подпора (запирающего действия) металла, со стороны облойного мостика. В случае возникновения проблемы с заполнением углов штампа увеличивают ширину облойного мостика и (или) уменьшают его высоту, что приводит к росту усилий штамповки. Штампы имеют низкую стойкость вследствие высоких усилий штамповки. В ряде случаев, из-за невозможности получить поковку с малыми радиусами округления, увеличивают припуск на сопрягаемых поверхностях поковки.
Поставлена задача разработать способ, позволяющий получать поковки с уменьшенными припусками на механическую обработку повышенной геометрической точности, снижающий расход металла и трудоемкость механической обработки.
Технический результат в способе изготовления штампованных поковок, включающий получение исходной заготовки, ее нагрев, формообразование полуфабриката, окончательную штамповку, отделочные операции, достигается тем, что в процессе окончательной штамповки поковки на ее, по меньшей мере, одной торцовой поверхности, прилегающей к боковой поверхности, выполняют, по меньшей мере, один технологический выступ, затем, при выполнении отделочных операций, технологический выступ деформируют, при этом металл, образующий выступ, перемещают в тело поковки.
Деформирование технологического выступа совмещают с удалением отходов.
Деформирование технологического выступа совмещают с калибровкой.
Формообразование полуфабриката осуществляют за один переход.
Формообразование полуфабриката осуществляют путем осадки.
Формообразование полуфабриката осуществляют за несколько переходов.
Формообразование полуфабриката осуществляют путем осадки и штамповки.
Формообразование полуфабриката осуществляют путем осадки и выдавливания.
Формообразование полуфабриката осуществляют путем вальцовки и штамповки.
Формообразование полуфабриката осуществляют с вытеснением облоя.
Формообразование полуфабриката осуществляют без вытеснения облоя.
Технологический выступ выполняют на нижней торцовой поверхности.
Технологический выступ выполняют на верхней торцовой поверхности.
Технологические выступы выполняют на верхней и нижней торцовых поверхностях.
Технологический выступ выполняют на торцовой поверхности, прилегающей к внешней боковой поверхности.
Технологический выступ выполняют на торцовой поверхности, прилегающей к внутренней боковой поверхности.
Технологический выступ выполняют на торцовой поверхности, прилегающей к внутренней боковой поверхности и к внешней боковой поверхности.
При выполнении технологического выступа радиус закругления между торцовой и боковой поверхностями окончательно отштампованной поковки выполняют размером не меньшим, чем соответствующий радиус закругления в поковке, получаемой после выполнения отделочной операции.
Технологический выступ формируют по замкнутому контуру.
Технологический выступ формируют по незамкнутому контуру.
При выполнении отделочных операций металл, образующий выступ, перемещают в тело поковки преимущественно в направлении радиуса сопряжения торцовой и боковой поверхностей.
Технологический выступ деформируют до полного его исчезновения.
Окончательную штамповку проводят в открытом штампе.
Окончательную штамповку проводят в закрытом штампе.
К отделочным операциям, в частности, относятся удаление отходов (обрезка облоя и прошивка (пробивка) отверстий), калибровка. (Семенов Е.И. Ковка и объемная штамповка. Учебник для вузов. М. «Высшая школа», 1972, с.320-329.)
Выполнение в процессе окончательной штамповки на его торцовой поверхности, прилегающей к боковой поверхности (область труднозаполнимого угла), технологического выступа позволяет получить необходимый «избыточный» объем металла непосредственно в области труднозаполнимого угла поковки, из которого далее при выполнении отделочных операций и формообразуют труднозаполнимый угол поковки.
В этом случае, при окончательной штамповке формообразование труднозаполнимых углов поковки не происходит, как в прототипе и других традиционных технологиях. Радиусы закругления между торцовой и боковой поверхностями выполняют большими, чем в окончательно формообразованной поковке. Поэтому нет необходимости увеличивать объем металла, вытесняемого в облой, для заполнения труднозаполнимого угла или (или) уменьшать высоту облойного мостика и (или) увеличивать его ширину. Что в первом случае приводит к увеличению расхода металла, а в остальных к увеличению сил деформации и снижению стойкости штампов.
При выполнении отделочных операций технологический выступ деформируют, при этом металл, образующий выступ, перемещают в тело поковки и формообразуют труднозаполнимый угол поковки.
Энергия, необходимая для формообразования труднозаполнимого угла поковки, расходуется только на деформацию технологического выступа. При этом деформация выступа осуществляется преимущественно осадкой, самой легкореализуемой операцией объемной штамповки.
Перемещение металла, образующего выступ, в тело поковки позволяет не расходовать «лишний» металл для формообразования труднозаполнимого угла поковки. Таким образом, на поковке не остается никакого дополнительного припуска на механическую обработку, достигается экономия металла и снижение трудоемкости механической обработки.
При этом трудоемкость штамповки не увеличивается, т.к. устранение выступа деформированием осадкой совмещают с одной из отделочных операции и. Это могут быть операции по удалению отходов или калибровка.
В случаях простой конфигурации поковок формообразование полуфабриката проводят только путем осадки исходной заготовки. При этом возможны различные варианты: осадка на вставках с плоской контактной поверхностью, осадка на вставках с фигурной контактной поверхностью и как вариант, осадка в шар. Для повышения симметричности осаженной заготовки проводят осадку в кольце. В результате повышается симметричность полуфабриката и, как следствие, экономится металл.
В случаях более сложной конфигурации поковок формообразование полуфабриката проводят в несколько переходов. При этом возможны различные варианты: осадка и штамповка; осадка и выдавливание. При этом штамповку и выдавливание проводят как за один, так и за несколько переходов.
В случае, если конфигурация поковки позволяет использовать высокопроизводительные способы вальцовки, формообразование полуфабриката осуществляют путем вальцовки и штамповки. Таким образом, например, можно получить поковки со стержнем.
В большинстве случаев формообразование полуфабриката проводят без вытеснения облоя.
В ряде случаев возможно вытеснение облоя в процессе формообразование полуфабриката.
В зависимости от геометрии поковки технологический выступ формируют на нижней торцовой поверхности полуфабриката или на верхней торцовой поверхности полуфабриката, или же на нижней и верхней торцовых поверхностях полуфабриката.
В зависимости от расположения труднозаполнимого угла в поковке технологический выступ выполняют на торцовой поверхности, прилегающей к внутренней боковой поверхности и (или) внешней боковой поверхности.
При выполнении технологического выступа радиус закругления между торцовой и боковой поверхностями окончательно отштампованной поковки в большинстве случаев выполняют размером большим, чем соответствующий радиус закругления в поковке, получаемой после выполнения отделочных операций.
В зависимости от геометрии поковки технологический выступ формируют по замкнутому или по незамкнутому контуру. Таким образом, получается один, например, кольцевой для круглой поковки или несколько технологических выступов.
При выполнении отделочных операций металл, образующий выступ, перемещают в тело поковки преимущественно в направлении радиуса сопряжения торцовой и боковой поверхностей. Это позволяет оформить труднозаполнимый угол поковки без лишнего расхода металла.
Технологический выступ деформируют до полного исчезновения. В этом случае достигается максимальная экономия металла.
Окончательная штамповка возможна в закрытом или в открытом штампах.
Если поковка имеет отверстие, то возможно при окончательной штамповке вытеснять избыток металла в облой и перемычку.
Формообразование полуфабриката и окончательная штамповка возможны в открытых штампах с подпором облоя на облойном мостике и в открытых штампах без облойного мостика и, следовательно, без подпора со стороны облоя.
Сопоставительный анализ заявляемого технического решения с прототипом показывает, что заявляемый способ изготовления штампованных поковок отличается от прототипа.
В способе-прототипе в процессе окончательной штамповки на торцовой поверхности поковки не выполняют технологический выступ.
В предлагаемом способе формируют по меньшей мере один технологический выступ на, по меньшей мере, одной торцовой поверхности, прилегающей к боковой поверхности.
В способе-прототипе при окончательной штамповке формообразование труднозаполнимого угла поковки осуществляют за счет подпора со стороны металла, вытесняемого в облой.
В предлагаемом способе при окончательной штамповке формообразование труднозаполнимого угла поковки не производят, а выполняют, по меньшей мере, один технологический выступ.
В способе-прототипе при выполнении отделочных операций технологический выступ (ввиду его отсутствия) не деформируют.
В предлагаемом способе при выполнении отделочных операций, технологический выступ деформируют до полного его исчезновения, при этом металл, образующий выступ, перемещают в тело поковки.
Таким образом, данное техническое решение соответствует критерию "новизна".
Анализ авторских свидетельств, патентов и научно-технической информации не выявил использования новых существенных признаков предлагаемого изобретения по их функциональному назначению. Таким образом, предлагаемое техническое решение соответствует критерию "изобретательский уровень".
На фиг.1 представлены технологические переходы штамповки; на фиг.2 - конец процессов деформирования по штамповочным переходам; на фиг.3 - поковка в штампе до обрезки облоя; на фиг.4 - поковка в штампе после обрезки облоя.
Способ изготовления штампованных поковок реализуется следующим образом.
Штампованную поковку получают за несколько переходов, например, за четыре, в ходе которых предварительно отрезанную от прутка и нагретую до температуры штамповки исходную заготовку 1 осаживают, получая осаженную заготовку 2, далее формируют полуфабрикат 3.
Затем в следующем ручье штампа производят окончательную штамповку, в результате получают поковку 4, при этом формируют на ней технологический выступ 5, а избыток металла вытесняют в облой 6. Радиус закругления между торцовой и боковой поверхностями поковки 4 выполняют, например, размером Rоп, который не меньше, чем соответствующий радиус закругления в поковке, полученной после отделочных операций Rп.
Далее на обрезном прессе в штампе для обрезки облоя производят обрезку облоя 6. При этом деформируют технологический выступ 5 до полного его исчезновения и получают окончательно сформированную поковку 7. В результате деформирования технологического выступа радиус сопряжения боковой и торцовой поверхностей уменьшают от максимально допускаемого до нуля.
Исходную заготовку 1, полученную из прутка, осаживают между вставками 8 и 9. Вставки могут иметь плоские или фасонные контактные поверхности. В частном случае для получения строго определенной боковой поверхности после осадки, осадку проводят в кольце. Как вариант, возможна осадка в шар. В любом случае получают осаженную заготовку с базой для установки в штамп второго перехода. В описываемом примере базой является сферическая боковая поверхность осаженной заготовки.
Полученную в первом переходе осаженную заготовку 2 передают в штамп второго перехода, который состоит из пуансона 10, пуансонодержателя 11, подкладной плиты 12, вставки нижней 13, подкладной плиты 14, выталкивателя 15. Осаженную заготовку 2 устанавливают в полость вставки 13 и при движении ползуна пресса вниз деформируют, получая полуфабрикат 3.
После завершения хода пресса полуфабрикат 3 извлекают из вставки 13 выталкивателем 15. Полученный полуфабрикат перекладывают в штамп третьего перехода, состоящий из пуансона 16, пуансонодержателл 17, подкладной плиты 18, вставки нижней 19, подкладной плиты 20, выталкивателя 21. При движении ползуна пресса вниз осуществляют окончательную штамповку поковки 4, при этом формируют технологический выступ 5, а избыток металла вытесняют в облой 6. После завершения процесса деформации ползун пресса поднимают вверх, поковку 4 удаляют из матрицы 19 выталкивателем 21.
Затем на обрезном прессе в штампе для обрезки облоя производят окончательное формообразование поковки. Штамп для обрезки облоя состоит из пуансона 22, съемника облоя 23, матрицы 24, выталкивателя 25, толкателей 26, державки 27 и фиксирующего штыря 28. Поковку 4 с технологическим выступом 5 и облоем 6 помещают в пуансон 22, после чего перемещают ползун обрезного пресса. При движении ползуна пресса вниз производят обрезку облоя 6. При этом под воздействием усилия обрезки облоя деформируют технологический выступ 5 до полного его исчезновения и получают окончательно сформированную поковку 7. В результате деформирования технологического выступа радиус сопряжения боковой и торцовой поверхностей уменьшают от максимально допускаемого до нуля.
Далее, при ходе ползуна пресса вверх, поковку 7, оставшуюся в матрице 24, выталкивают посредством толкателей 26 и выталкивателя 25 и удаляют из зоны штампа.
Пример конкретного выполнения штампованной поковки вала из стали 18ХГТ ГОСТ 4543-71.
Исходную заготовку отрезают от прутка диаметром 100 мм. В результате получают заготовку высотой 136±1,5 мм. Затем нагревают в индукционном нагревателе до ковочной температуры и подают в штамп горячештамповочного пресса 630 мН на первую позицию штамповки, осаживают в сферу диаметром 130 мм. Осаженную заготовку перекладывают в штамп для прямого выдавливания, где формируют полуфабрикат с наибольшим диаметром 134 мм. и высотой 273 мм. Полученный полуфабрикат перекладывают в окончательный ручей, где осуществляют окончательную штамповку поковки с наибольшим диаметром 135 мм. и высотой 267 мм., формируют технологический выступ высотой 1,5 мм и радиусом 3 мм. В процессе деформации избыток металла вытесняют в облойную канавку, формируя облой толщиной 5 мм. Полученную поковку с технологическим выступом и облоем извлекают из штампа и передают к обрезному прессу. Далее на обрезном прессе в штампе для обрезки облоя производят обрезку облоя. При этом под воздействием усилия обрезки облоя деформируют технологический выступ до полного его исчезновения и получают окончательно сформированную поковку. В результате деформирования технологического выступа радиус сопряжения боковой и торцовой поверхностей уменьшают от максимально допускаемого до нуля.
По сравнению с прототипом предлагаемый способ изготовления штампованных поковок более экономичен, обеспечивает экономию металла и снижение трудоемкости механической обработки.