Способ обработки заготовок
Патент 862617
Авторы
Классы МПК
Способ обработки заготовок
Реферат
(19)RU(11)862617(13)C(51) МПК 5 C22F1/00Статус: по данным на 17.12.2012 - прекратил действиеПошлина:
(54) СПОСОБ ОБРАБОТКИ ЗАГОТОВОК
Изобретение относится к области обработки изделий, может быть использовано при термообработке заготовок, например, из алюминиевых сплавов с одновременным формообразованием из заготовки детали. В настоящее время известен способ обработки заготовок, преимущественно из алюминиевых сплавов с одновременным формообразованием из заготовки детали, при осуществлении которого в контейнер перед нагревом вместе с заготовкой помещают формообразующий элемент, который, как и контейнер, изготавливают из материала с меньшим, чем у заготовки, коэффициентом линейного расширения. Недостатком известного способа является то, что он позволяет производить в ходе термообработки формообразование детали в объеме, ограниченном размерами заготовки и формообразующего элемента и разностью величин коэффициентов их линейного расширения. Целью изобретения является обеспечение возможности изготовления деталей сложной конфигурации. Цель достигается тем, что в процессе нагрева заготовок в контейнере с формообразующим элементом, имеющим коэффициент линейного расширения меньше, чем у заготовки, в контейнер дополнительно помещают по крайней мере одно рабочее тело, изготовленное из материала с коэффициентом линейного расширения, превышающим коэффициенты линейного расширения контейнера и формообразующего элемента. При этом объем рабочего тела определяют по формуле Vрт= где Vр.т - объем рабочего тела, необходимый для получения требуемой величины формообразования, в мм3; Vп - объем пустот формообразующего элемента в мм3; Vз - объем заготовки в мм3; t - температура нагрева при термообработке в Со; з, p.т., к.ф. - коэффициент линейного расширения соответственно заготовки, рабочего тела и контейнера с формообразующим элементом в 1/оС. Предложенный способ поясняется чертежом. В контейнер 1 помещают рабочее тело 2 в виде цилиндра, а заготовку 3 и формообразующий элемент 4, который образует в месте контакта с заготовкой ряд свободных полостей 5, и закрывают крышкой (см. рисунок). При этом контейнер и формообразующий элемент изготавливают по габаритным размерам заготовки и рабочего тела, причем последнее выполняют из материала с коэффициентом линейного расширения, превышающим коэффициенты линейного расширения контейнера и формообразующего элемента. Предварительно при заданном объеме требуемого формообразования (объем полостей 5) и температуре обработки по приведенной выше расчетной формуле определяют необходимый объем рабочего тела. Затем контейнер с содержимым подвергают нагреву до заданной температуры обработки, при достижении которой заготовка 3 за счет расширения рабочего тела 2, создающего благодаря этому необходимое давление, подвергается пластической деформации и полностью заполняет пустоты 5 формообразующего элемента 4, принимая заданную конфигурацию. При этом одновременно происходит термическая обработка заготовки и рабочего тела и их поверхностное упрочнение. После охлаждения контейнера и извлечения формообразованной детали процесс может быть повторен для обработки следующей заготовки. Объем внутренней полости контейнера (V к.вн) в холодном состоянии без учета допусков на изготовление равен сумме объемов рабочего тела (Vр.т), заготовки (Vз), формообразующего элемента (Vф) и свободных полостей (Vп), заполняемых заготовкой в процессе термообработки за счет сопутствующего эффекта формообразования. Таким образом, объем внутренней полости контейнера определяется из соотношения: Vк.вн = Vр.т + Vз + Vф + Vп . Толщины стенок контейнера выбирают из условия сохранения им прочности и практического отсутствия деформаций при давлении, возникающем внутри контейнера в процессе термообработки и сопутствующего ей формообразования заготовки. Следовательно, общий объем контейнера определяют из приведенной в п. 1 формулы и прочностных требований. Объем обрабатываемой заготовки может быть любым, а практически лимитируется конструктивными и прочностными соображениями в отношении контейнера. Что касается величины формообразования, сопутствующего термообработке, то в известном способе он жестко лимитирован величиной объемного расширения заготовки и формообразующего элемента, а в предложенном способе теоретически не ограничен за счет введения рабочего тела любого объема. Практически же величина формообразования, сопутствующего термообработке, лимитируются только допустимыми габаритами и прочностью контейнера. Примеры осуществления предложенного способа. 1. Из гладкой заготовки объема Vз = 86400 мм3 из алюминия марки АД-1 ( з = 24 . 10-6 1/оС) необходимо изготовить термообработанную шестерню с зубом m = 3,5 мм, что соответствует свободным полостям общим объемом Vп = 9076 мм3. Контейнер с формообразующим элементом и крышкой изготовления из стали марки 14Х17Н2 ( к.ф. = 10 . 10-6 1/оС). Температура термообработки алюминия to = 470оС. По вышеприведенной формуле определяют необходимый объем рабочего тела, выполненного, как и заготовка, из алюминия марки АД-1 ( р.т. = 24 . 10-61/оС): Vрт= = 374000 мм3 Такой объем соответствует, например, цилиндру с диаметром 40 мм длиной 300 мм. Далее рабочее тело, заготовку и формообразующий элемент помещают в контейнер, закрывают крышкой и нагревают контейнер до температуры t = 470 5оС, а затем охлаждают его в воде. За счет разности коэффициентов линейного расширения рабочего тела и контейнера с формообразующим элементом заготовка заполняет полости и при этом подвергается всестороннему сжатию давлением порядка 1000 кг/см2, за счет чего она одновременно термообрабатывается и формируется в виде заданной шестерни. После окончания процесса один и тот же контейнер с формообразующим элементом и рабочим телом может использоваться многократно для обработки последующих аналогичных заготовок с повторением описанных операций. Пример показывает, что введение рабочего тела позволяет значительно расширить предельные величины формообразования. При обработке предложенным способом, за счет ввода рабочего тела и варьирования его размеров позволяет изготовить термообработанную шестерню с зубом m = 3,5 мм и более, тогда как по известному способу размер зуба m = 2 мм является предельным. 2. Из гладкой заготовки объемом Vз = = 86400 мм3 из нержавеющей стали марки 0Х18Н10Т ( з = 18 . 10-6 1/оС) необходимо изготовить аустенизированную шестерню с зубом m = 3,5 мм, что соответствует свободным полостям 5 общим объемом Vп = 9076 мм. Контейнер с формообразующим элементом и крышкой изготовлены из стали марки 14Х17Н2 ( к.ф. = 10 . 10-61/оС). Температура термообработки (аустенизации)нержавеющей стали to = 950-1150оС (примем tоср = 1050о). По формуле определяют необходимый объем рабочего тела, выполненного, как и в первом примере, из алюминия марки АД-1 ( р.т. = 24 . 10-6 1/оC): Vрт= = 158000 мм3 Такой объем соответствует, например, цилиндру с диаметром 40 мм и длиной 126 мм. Данный пример наглядно показывает преимущество данного способа перед известным, где существенное формообразование при термообработке (аустенизации) нержавеющих сталей было невозможно вследствие меньшего объемного расширения этого материала, чем алюминия. В предложенном способе введение рабочего тела, изготовленного из алюминия или любого другого материала с большим, чем у контейнера коэффициентом объемного расширения, устраняет указанный недостаток. Очевидно, что форма рабочего тела и его размещение по отношению к заготовке могут быть иными, возможно использование одновременно не одного, а нескольких рабочих тел и т. п. Кроме того, введение одного или нескольких рабочих тел позволяет в широких пределах варьировать размерами формообразования в процессе термообработки, т. е. обеспечивает возможности изготовления из заготовок простой формы (например, гладкого цилиндра) деталей различной конфигурации с высокой точностью - втулки, диска и т. п. сложного профиля. При этом материал заготовок (и соответственно температура термообработки) могут быть различными. Таким образом, предлагаемый способ решает трудную техническую задачу (изготовление термообработанных деталей сложной конфигурации) простыми средствами и за одну операцию. СПОСОБ ОБРАБОТКИ ЗАГОТОВОК, включающий нагрев заготовок в контейнере с формообразующим элементом, имеющими коэффициент линейного расширения меньше, чем у заготовки, отличающийся тем, что, с целью обеспечения изготовления деталей сложной конфигурации, в контейнер дополнительно помещают по крайней мере одно рабочее тело, изготовленное из материала с коэффициентом линейного расширения, превышающим коэффициент линейного расширения контейнера и формообразующего элемента, а объем рабочего тела определяют по формуле Vр.т= , где Vр.т - объем рабочего тела, необходимый для получения требуемой величины формообразования, мм3; Vп - объем пустот формообразующего элемента, мм3; Vз - объем заготовки, мм3; t - температура нагрева, oС; з , p.т, к.ф - коэффициенты линейного расширения соответственно заготовки рабочего тела и контейнера с формообразующим элементом, oС-1.
Формула изобретения
СПОСОБ ОБРАБОТКИ ЗАГОТОВОК, включающий нагрев заготовок в контейнере с формообразующим элементом, имеющими коэффициент линейного расширения меньше, чем у заготовки, отличающийся тем, что, с целью обеспечения изготовления деталей сложной конфигурации, в контейнер дополнительно помещают по крайней мере одно рабочее тело, изготовленное из материала с коэффициентом линейного расширения, превышающим коэффициент линейного расширения контейнера и формообразующего элемента, а объем рабочего тела определяют по формуле Vр.т= , где Vр.т - объем рабочего тела, необходимый для получения требуемой величины формообразования, мм3; Vп - объем пустот формообразующего элемента, мм3; Vз - объем заготовки, мм3; t - температура нагрева, oС; з , p.т, к.ф - коэффициенты линейного расширения соответственно заготовки рабочего тела и контейнера с формообразующим элементом, oС-1.РИСУНКИ
Рисунок 1MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Номер и год публикации бюллетеня: 29-2002
Извещение опубликовано: 20.10.2002