Способ изготовления металлических полых ступенчатых изделий из трубных заготовок

Способ изготовления металлических полых ступенчатых изделий из трубных заготовок

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может использоваться при изготовлении удлиненных полых изделий ступенчатой формы с цилиндрическим средним участком наибольшего диаметра и цилиндрическими торцовыми участками с разными диаметрами, преимущественно на горизонтально-ковочных машинах. Цель изобретения - повышение производительности , уменьшение затрат на изготовление инструмента и уменьшение деформируюших усилий за счет обеспечения формовки обжимом и раздачей за один переход без использования раздаюшего пуансона. Трубную металлическую заготовку с наружным диаметром, равным наружному диаметру большего торцовогоучастка изделия, нагревают до ковочных температур, но неравномерно по длине. До наибольшей температуры нагревают средний участок заготовки , а торцовый и сопрягаюший их переходный участки нагревают до температур, обеспечивающих определенные соотношения между сопротивлениями деформации металла на разных участках - среднем б ср, торцовом и переходном &пер, при соблюдении следуюших условий 1,05 6 пер/ /б ср 3,8 ио пер /бтор иЗ. в процессе формовки сначала производят обжим торцового и переходного участков заготовки посредством пуансон-матрицы, а затем по мере ее дальнейшего движения происходит раздача более нагретого среднего участка заготовки. Такая последовательность формовочных операций обеспечивается указанным режимом нагрева заготовки. Противоположный торцовый участок заготовки не нагревают и не деформируют. 3 ил. 1 табл. (Л оо ел со со

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК аи 4 В 21 Р 51/00 37 16

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4032905/25-27 (22) 07.03.86 (46) 23.02.88. Бюл. № 7 (72) М. М. Черных, В. В. Космачев, В. А. Привалов, Ф. Г. Яйленко, Л. С. Коваленкер, А. Б. Болотинский, В. И. Высоцкий, А. С. Максимов и Б. Х. Гедгафов (53) 621.73 (088.8) (56) Бабенко В. А., Бойцов В. В., Волик Ю. П. Объемная штамповка: Атлас схем и типовых конструкций штампов. М.:

Машиностроение, 1982, с. 73, рис. 273.

Авторское свидетельство СССР № 117286, кл. В 21 D 51/08, 1965. (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОЛЫХ СТУПЕНЧАТЫХ

ИЗДЕЛИЙ ИЗ ТРУБНЫХ ЗАГОТОВОК (57) Изобре.гение относится к обработке металлов давлением и может использоваться при изготовлении удлиненных полых изделий ступенчатой формы с цилиндрическим средним участком наибольшего диаметра и цилиндрическими торцовыми участками с разными диаметрами, преимущественно на горизонтально-ковочных машинах.

Цель изобретения — повышение производительности, уменьшение затрат на изгоÄÄSUÄÄ 1375391 А1 товление инструмента и уменьшение деформирующих усилий за счет обеспечения формовки обжимом и раздачей за один переход без использования раздающего пуансона.

Трубную металлическую заготовку с наружным диаметром, равным наружному диаметру большего торцового участка изделия, нагревают до ковочных температур, но неравномерно по длине. До наибольшей температуры нагревают средний участок заготовки, а торцовый и сопрягающий их переходный участки нагревают до температур, обеспечивающих определенные соотношения между сопротивлениями деформации металла на разных участках — среднем

6 ., торцовом б,р и переходном <пер, при соблюдении следующих условий 1,05 б /

/б,ф3,8 и<э„,р /О ;,р 1,3. В процессе формовки сначала производят обжим торцового фу и переходного участков заготовки посред- %Ф Ф ством пуансон-матрицы, а затем по мере ее дальнейшего движения происходит раздача более нагретого среднего участка заготовки.

Такая последовательность формовочных операций обеспечивается указанным режимом нагрева заготовки. Противоположный торцовый участок заготовки не нагревают и не деформируют. 3 ил. 1 табл.

©ч

1375391

Степень обжима

Значение коэффициента К при угле наклона образующей матрицы о(„,, град

5 10

2,1 3,2

1,3 2,1

1,2

2,5 2,9 2,8

1,4 1,6 1,5

1,1 1,2 1,1

2,7

1,4

1,2

1,5

1,6

1,8

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при изготовлении удлиненных полых изделий переменного диаметра с цилиндрическим средним участком наибольшего диаметра и цилиндрическими торцовыми участками с разными диаметрами преимущественно на горизонтально-ковочных машинах.

Цель изобретения — повышение производительности и экономичности процесса за счет уменьшения затрат на изготовление инструмента и снижение деформирующих усилий.

На фиг. 1 показана исходная трубная заготовка; на фиг. 2 — промежуточная стадия формовки, в процессе обжима; на фиг. 3 — конечная стадия формовки после раздачи среднего участка изделия.

Способ осуществляют следующим образом.

Трубную заготовку 1 с наружным диаметром Р, равным наружному диаметру большего (по диаметру) недеформируемого при формовке торцового участка изделия, помещают в нагревательное устройство, например электрический индуктор, где нагревают до температуры горячей деформации ее участки 1 — III (фиг. 1), соответствующие следующим участкам изделия; меньшему деформируемому торцовому, примыкающему к нему переходному и среднему.

Участок IУ не нагревают.

Заготовку 1 после нагрева участков

1 — III плотно устанавливают недеформируемым торцовым участком IУ в матрицу 2.

При формовке на горизонтально-ковочной машине (ГКМ) матрица 2 состоит из двух полуматриц.

При движении пуансона-матрицы 3 происходит формовка обжимом деформируемого торцового участка 1 изделия 4 (фиг. 2).

В процессе обжима, в месте перехода изогнутой обжатой части заготовки в цилиндрическую необжатую, соответствующем се5

35 чению а — а (фиг. 2), возникают изгибающий момент М и напряжения изгиба, вызывающие упругие деформации тангенциального растяжения на участке заготовки, расположенном справа от сечения а — а. По мере движения пуансона-матрицы 3 зона действия напряжений изгиба перемещается по участку II вправо. При достижении на участках 1 и II заданных размеров напряжения изгиба начинают воздействовать на средний участок III, нагретый в сравнении с участком II на более высокую температуру и, следовательно, имеющий меньшее сопротивление деформированию, в результате чего происходит раздача среднего участка. При достижении на участке 111 заданных размеров процесс формовки прекращают (фиг. 3). Затем пуансон-матрицу

3 возвращают в исходное положение, а изделие 4 удаляют из матрицы 2. Далее процесс повторяют со следующей заготовкой.

Для осуществления раздачи среднего участка 111 под действием напряжений изгиба режим нагрева заготовки назначают следующим образом. Приним ают в интервале ковочных температур температуру одного из участков заготовки, среднего или переходного, к моменту окончания формовки. Затем по известным зависимостям сопротивления деформации от тем пературы определяют значение сопротивления деформации при выбранной температуре участка заготовки. После этого по таблице в зависимости от степени обжима и угла наклона образующей обжимной части пуансона-матрицы 3 определяют номинальное значение соотношения между сопротивлением деформации металла переходного II и среднего 111 участков заготовки (К = — " — ), обеспечи5 ср вающее раздачу среднего участка.

Значения коэффициента К определены в результате экспериментального исследования и представлены в таблице.

15 20 30 45

1375391

35

55

Для благоприятного расположения температур участков заготовки в интервале ковочных температур при необходимости выполняют корректировку принятой температуры нагрева одного участка и повторно рассчитывают температуру нагрева другого участка. После выбора температуры на одном из участков трубной заготовки определения на нем сопротивления деформированию и выбора значения К определяют сопротивление деформированию и температуру нагрева на другом участке.

На практике по различным причинам неизбежно колебание разности температур участков заготовки относительно определенного с помощью таблицы номинального значения этой разности. Экспериментально установлено, что допускается такое колебание разности температур переходного II и среднего II I участков, которое соответствует изменению соотношения сопротивлений деформированию, этих участков К ° в пределах 0,96 K@ Kg<1,2 К .

Если разность между температурами участков 11 и III в конце обжима такова, что Кб)1,2 К, то до завершения обжима раздаче подвергается значительная часть заготовки, выступающая из полости матрицы. При завершении обжима происходит зажим металла между пуансоном-матрицей

3 и матрицей 1 с образованием складки на границе среднего и переходного участков заготовки.

При 1,2 Kg>Kg 0,96 Кь раздача тоже может происходить до завершения обжима, но она происходит на более поздней стадии обжима, и раздаче подвергается участок меньшей длины, незначительно выступающей за полость матрицы. А после упора в процессе раздачи среднего участка заготовки в стенку матрицы происходит завершение обжима, чем обеспечивается качественное. оформление всех участков поковки.

Если же К < 0,96 Кь-, то раздача не происходит. Таким образом, величина Кб может изменяться от 0,96 до 1;2 табличного значения К, т.е. в диапазоне от 1,05 до 3,8.

Температуры нагрева переходного и среднего участков заготовки в нагревательном

tt

1 устройстве 1-„и 1„-, назначают большими соответствующих температур окончания к к формовки t,, и t„-, на величины т и ь.1„-, охлаждения нагретой заготовки 1 при транспортировке и обжиме, а также за счет теплопередачи между участками, имеющими разную температуру нагрева. Величины охлаждения в каждом случае зависят от конкретных условий производства, определяют их экспериментально. При штамповке на

ГКМ > t и д 1 не превышают 60 С.

Торцовый участок 1 нагревают на более высокую температуру t",, чем участок l0

II. Нижняя граница температуры нагрева торцового участка определяется соотношением Кб между сопротивлением деформ и рованию металла на переходном и торцовом участках заготовки к началу обжима. Это соотношение должно быть не менее 1,3.

Иначе из-за охлаждения и повышения сопротивления деформированию торцового участка в процессе обжима раньше, чем зона действия напряжений изгиба дойдет до среднего участка 111 и начнется раздача, происходит его осадка. Осадка сопровождается образованием складки м ежду матрицей и пуансоном-матрицей и утолщением стенки заготовки на среднем участке.

Утолщение ведет к необходимости использования заготовки большей длины, повышенному расходу металла и утяжелению изделия. Для устойчивого протекания процесса рекомендуется применять К6> 1,5, но в пределах верхней границы интервала ковочных температур.

Пример. Часть заготовки из стали 40Х, отрезанной от,трубы наружным диаметром

152 мм и толщиной стенки 18 мм, нагревают в электрическом индукторе до ковочной температуры и передают на ГКМ усилием

12,5 мм, где в одном ручье за один ход формуют изделие, содержащее средний участок диаметром 154 мм и длиной 163 мм, выступающий над торцовыми цилиндрическими участками с разными диаметрами, недеформируемый торцовый участок диаметром

152 мм и длиной 230 мм, деформируемый торцовый участок диаметром 138 мм и длиной 131 мм, а также переходный конический участок длиной 70 мм.

Технологический процесс включает нагрев трубной заготовки в индукторе. Различные участки заготовки на гревают на разную температуру за счет изменения числа витков на соответствующих участках индуктора. Процесс реализован в производственных условиях. Средние по длине участков температуры нагрева составляют: торцового 1170 20 С, переходного 960+- 20 С, среднего 1200 +-20 С. Температуру нагрева регистрируют оптическими пирометрами, кроме того, у 15 заготовок термопарами, установленными по 3 шт. на каждом участке заготовки равномерно по длине участка.

Термопары монтируют внутри трубы в радиальные отверстия, углубленные на половину толщины стенки заготовки.

Нагретую заготовку передают в ручей

ГКМ, где за один рабочий ход осуществляют формовку обжимом торцового и переходного участков и раздачей среднего.

Температуру нагрева участков заготовки назначают исходя из следующего. Для данного изделия угол наклона образующей обжимной части пуансона-матрицы хи составляет 6, а степень обжима Е = 1,15 (ди1375391

Формула изобретения

50

55 аметр исходной заготовки составляет 134 мм, а обжатого торца 116,5 мм). По таблице определяют соотношение между сопротивлением деформ ированию металла среднего и переходного участков (К6=1,9). Температуру среднего участка к концу обжима принимают равной 1160 С. При этой температуре сопротивление деформации стали

40Х составляет 81 МПа. Сопротивление деформированию переходного участка должно быть большим в 1,9 раза, т.е. равным

154 МПа, что соответствует приблизительно тем пературе 940 С. Следовательно, номинальное расчетное значение разности температур среднего и переходного участков заготовки к концу обжима составляет

220 С.

Поскольку на практике неизбежно колебание разности температур участков, выявляют его влияние на процесс формовки изделия. При этом температуру среднего участка заготовки поддерживают постоянной.

Наименьшая разность температур, при которой происходит оформление качественного изделия, составляет 195 С, а наибольшая 295 С. При разности температур, меньшей 195 С, раздача не происходит и средний участок изделия имеет диаметральные размеры, меньшие требуемых. При разности температур, большей 295 С, раздача происходит до завершения обжим а, причем раздаче подвергается значительная часть заготовки, выступающая из полости матрицы, что ведет к зажиму стенки заготовки (в конце рабочего хода) между пуансономматрицей и матрицей и к образованию складки на изделии. Интервал температур переходного участка, в котором происходит раздача, составляет от 865 до 965 С, а сопротивление деформированию изменяется от

147 до 185 МПа. Соотношение К составляет 1,82 — 2,28 или (0,96 — 1,2) табличного значения Кб. Средний и переходной участки заготовки к окончанию обжима охлаждаются примерно на 40 С, поэтому переходной участок заготовки нагревают в индукторе на 980 С, а средний на 1200 С.

Торцовый участок заготовки нагревают на большую температуру, чем переходной участок. Поскольку соседние с переходным участки (торцовый и средний) нагреты в большей степени, переходной участок при передаче от индуктора к ГКМ не охлаждается. Его температура к началу обжима составляет 980 С. Этой температуре соответствует сопротивление деформированию

139 МПа.

Разность между температурами нагрева торцового и переходного участков влияет на качество оформления изделия. При малой разности температур (меньшей 95 С) из-за охлаждения и повышения сопротивления деформированию торцового участка

30 в процессе обжима раньше, чем зона действия напряжений изгиба дойдет до среднего участка и начнется раздача, происходит осадка среднего участка, сопровождающаяся утолщением стенки и образованием складки на поковке. При разности температур равной или большей 95 С средний участок изделия оформляется за счет раздачи. Этим значениям разности температур соответствуют значения соотношения между сопротивлениями деформированию металла на переходном и торцовом участках Кб., равные или больше 1,3. Устойчивое протекание процесса раздачи обеспечивается при разностях температур больших 140 С. Температура торцового участка при этом составляет более 1120 С, а коэффициент Кб >1,5.

Торцовый участок заготовки при передаче от индуктора к ГКМ охлаждается примерно на 40 — 50 С, поэтому его нагревают в индукторе на 1170 С.

Контроль поковок, полученных предложенным способом, показывает качественное оформление всех 100О О поковок при соблюдении рекомендуемого режима нагрева заготовок. Отклонения размеров не превышают допускаемых.

Таким образом, за счет выполнения обжима торцовой части поковки и раздачи ее срединной части в одной позиции штампа за один рабочий ход предложенный способ в сравнении с известным позволяет повысить производительность труда, а исключение из технологического процесса предшествующей обжиму раздачи торцового и переходного участков поковки и выполнение раздачи среднего участка при отсутствии сил трения (без использования пуансона) позволяет сократить энергетические затраты на оформление поковки.

Предлагаемый способ может применяться для изготовления изделий с длиной среднего участка, не превышающей двух внутренних диаметров исходной трубной заготовки, и степени обжима, не превышающей

1,6.

Способ изготовления металлических полых ступенчатых изделий из трубных заготовок, включающий нагрев среднего и торцового участков заготовки до ковочных температур, формовку раздачей среднего участка и формовку обжимом торцового участка меньшего диаметра, а также сопрягающего их переходного участка заготовки, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности и экономичности за счет уменьшения затрат на изготовление инструмента и снижения деформирующих усилий, нагрев указанных участков заготовки произ1375391

Составитель О. Корабельников

Редактор А. Козо риз Техред И. Верес Корректор Л. Патай

Заказ 441/13 Тираж 709 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 водят до различных температур, обеспечивающих в процессе формовки соотношения между сопротивлениями деформации металла на разных участках заготовки в пределах 1,05(б"" 3,8 и " е )1,3, где ср оР о<», s „,р, e ð — значения сопротивления деформации соответственно на среднем, переходном и торцовом участках, в пределах интервала ковочных температур, а при формовке заготовки сначала производят обжим торцового и переходного ее участков.