СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ ТИПА "СТАКАН С ФЛАНЦЕМ"
METHOD OF PRODUCING CUP-FLANGE FORGINGS

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано для изготовления изделий типа «стакан с фланцем» методами обратного выдавливания и совместной высадки и раздачи.
Из уровня техники известен способ изготовления изделий типа стакан с фланцем, включающий формообразование внутренней полости стакана и фланца в его верхней части в два перехода, на первом из которых осуществляют обратное выдавливание исходной заготовки с образованием внутренней полости стакана (Авторское свидетельство СССР №1466078, B21C 23/08, 1996).
К недостаткам известного из уровня техники способа следует отнести узкий сортамент поковок, обусловленный ограничением геометрических параметров фланцев.
В основу заявленного изобретения была положена задача, обеспечивающая получение изделий с увеличенным фланцем (отношение высоты высаживаемой части к толщине стенки заготовки составляет 3,7) на универсальном кузнечно-прессовом оборудовании с использованием эффекта повышения устойчивости высадки путем совмещения операции высадки с раздачей, за счет создания благоприятного напряженно-деформированного состояния в очаге деформации формируемого фланца.
Поставленная задача решается посредством того, что в способе изготовления изделий типа «стакан с фланцем», включающем формообразование внутренней полости изделия и фланца в два перехода, на первом переходе осуществляют обратное выдавливание исходной заготовки с образованием внутренней полости стакана, а на втором переходе проводят высадку заготовки в виде стакана с образованием фланца в ее верхней части, согласно изобретению на втором переходе высадку фланца проводят совместно с раздачей заготовки посредством воздействия пуансона на ее внутреннюю боковую поверхность, при этом пуансон на первом переходе выполняют ступенчатым с конусной частью с углом наклона образующей конуса 10…15°, при этом формообразование на втором переходе осуществляют при наличии в донной зоне заготовки концевой части, которую после второго перехода удаляют.
Изобретение поясняется графическими материалами; где:
- на фиг.1 - заготовка-поковка в виде стакана в штампе после первого перехода - обратного выдавливания;
- на фиг.2 - поковка (изделие) типа «стакан с фланцем» после второго перехода -совместной высадки и раздачи.
Способ изготовления изделий тина «стакан с фланцем» осуществляется формоизменением исходной цилиндрической заготовки в матрице 1 с вертикальным разъемом за два перехода на одной позиции пресса с последовательной заменой деформирующих пуансонов. Пуансонодержатель (не показан), закрепленный к верхней половине штампа, с возможностью перемещения в горизонтальной плоскости, выполнен с двумя позициями, в первой - закреплен пуансон для первого перехода, во второй - соответственно для второго перехода. Каждая из позиций может быть использована последовательно как основная за счет упомянутого перемещения пуансонодержателя в горизонтальной плоскости. Пуансон 2 для первого перехода выполняют составным из основной части 3 и концевой части 4. Пуансон 2 для второго перехода выполняют монолитным ступенчатым с конусной частью 5.
На первом переходе формообразование заготовки-поковки в виде стакана 6 осуществляется в матрице 1 за счет обратного выдавливания исходной заготовки составным пуансоном 2. Концевая часть 4 крепится к основной части 3 пуансона 2, например, за счет впадины и удерживается на посадке с натягом. После осуществления процесса пластического деформирования заготовки в горячем состоянии на первом переходе пуансон 2 возвращается в исходное положение, при этом концевая часть 4, удерживаемая на горячей посадке (обусловленной температурным сужением полуфабриката), остается в дойной зоне поковки 6. В результате пластического деформирования исходной заготовки на первом переходе получают заготовку-поковку в виде стакана 6 с толщиной боковой стенки S (фиг.1).
Далее выполняют замену пуансона, после чего производят дальнейшее формообразование поковки 6 совместной высадкой и раздачей. Набор металла для формообразования фланца происходит за счет раздачи боковой стенки заготовки-поковки 6 (толщиной S и высотой Н) ступенчатым пуансоном с конусной частью 5, а окончательное формирование фланца - за счет высадки.
Концевая часть 4, оставшаяся в поковке 6 после первого перехода, препятствует потере устойчивости в области боковой стенки поковки 6 при выполнении совместной операции высадки и раздачи. Концевая часть 4 ограничивает перемещение металла поковки, контактирующего с нею, и за счет теплообмена обеспечивает более быстрое его остывание, что уменьшает степень формоизменения свободной части боковой стенки. Таким образом, обеспечивается получение заданной формы наружной и внутренней цилиндрической поверхности поковки 6 и минимизируется возможность прогиба боковой стенки внутрь или ее утолщение, что прямым образом связано с получением благоприятного напряженно-деформированного состояния в очаге деформации формируемого фланца и выполнением технической задачи.
После осуществления деформирования на втором переходе пуансон 2 и пуансонодержатель возвращаются в исходное положение (на расстояние от матрицы 1, достаточное для извлечения из нее поковки 6 и помещения исходной заготовки).
Концевая часть 4, оставшаяся в поковке после первого перехода, и имеющая массу, в несколько раз меньшую массы последней, за счет теплопередачи от охлаждающейся поковки 6, подвергается нагреву. Твердость концевой части 4 при этом уменьшается, что позволяет удалить ее резанием во время механообработки поверхностей поковки 6.
Экспериментально установлен оптимальный угол образующей конуса на конусной части 5 пуансона 2, который составил 10…15°, что подтверждено примерами, указанными в табл.1.
Табл.1
№ п/п
Величина угла конусной части
Полученный результат
1
5°…9°
Потеря устойчивости с образованием дефекта в виде складки в основании формируемого фланца
2
10°…15°
Благоприятная схема деформирования. Обеспечивается получение поковки (изделия) типа «стакан с фланцем» с заданными геометрическими параметрами
3
16°…20°
Увеличенный расход металла при обработке резанием внутренней поверхности поковки. Высокая вероятность образования дефекта «зажим» на задней поверхности фланца.
4
21°…25°
Увеличенный расход металла при обработке резанием внутренней поверхности поковки. Высокая вероятность образования дефекта «зажим» на задней поверхности фланца.
В вышеописанном примере представлена определенная конфигурация поковки (изделия) и технологической оснастки (пуансона и матрицы). Однако необходимо учитывать, при реализации заявленного способа изделие типа «стакан с фланцем» может содержать наружные отростки (т.е. иметь форму тройника и пр.), а его наружная поверхность может быть отличной от цилиндрической; концевая часть пуансона может иметь иную геометрию и крепиться к пуансону иными техническими способами; матрица может быть выполнена неразъемной или с горизонтальным разъемом.
Экспериментальная реализация описанного способа изготовления изделий типа «стакан с фланцем» на производственных площадках показали, что совокупность существенных признаков предложенного способа, входящих в состав формулы изобретения, позволила реализовать схему высадки с совместной раздачей, при которой отношение высаживаемой части к толщине стенки заготовки увеличилось на 48% в сравнении с известными решениями.
Анализ заявленного технического решения на соответствие условиям патентоспособности показал, что указанные в независимом пункте формулы признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности неизвестной на дату приоритета из уровня техники необходимых признаков, достаточной для получения требуемого синергетического (сверхсуммарного) технического результата.
Свойства, регламентированные в заявленном соединении отдельными признаками, общеизвестны из уровня техники и не требуют дополнительных пояснений.
Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного технического решения следующей совокупности условий:
- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении предназначен для использования в области обработки металлов давлением и может быть реализован для изготовления изделий типа «стакан с фланцем» с увеличенным диаметральным размером фланцевой части из цилиндрических заготовок методами обратного выдавливания и совместной высадки и раздачи;
- для заявленного объекта в том виде, как он охарактеризован в независимом пункте формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в материалах заявки известных из уровня техники на дату приоритета средств и методов;
- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.
Следовательно, заявленный объект соответствуют требованиям, предъявляемым к объектам для обеспечения их правовой охраны в качестве «изобретения», т.е. соответствует по действующему законодательству критериям патентоспособности «новизна», «изобретательский уровень» и «промышленная применимость».