Способ горячей объемной штамповки стакана

В работе [Приложение 7] предложен способ горячей объемной штамповки стакана

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано в кузнечных цехах металлургических и машиностроительных заводов при изготовлении полуфабрикатов изделий типа стакана. Производят выдавливание цилиндрической заготовки через осесимметричный ручей. Ручей образован поверхностями дорна и сквозного ступенчатого отверстия контейнера. Заготовку размещают внутри ступени меньшего диаметра контейнера, а дорн - в зоне ступени большего диаметра. Ручей содержит зоны переменных и постоянных диаметральных размеров. В зоне переменных диаметральных размеров на участке, примыкающем к зоне постоянных диаметральных размеров, заготовку подвергают дополнительной пластической деформации. Для этого производят зигзагообразное в плоскости оси заготовки изменение направления выдавливания соответствующими одна другой выпукло-вогнутыми поверхностями. Данные поверхности ограничивают ручей снаружи и изнутри. Каждая из поверхностей содержит пару расположенных с касанием одна другой выпуклой и вогнутой поверхностей тороидов. Размеры ручья на этом участке определены приведенными зависимостями. В результате обеспечивается повышение качества готовых изделий. 1 ил.

Предлагаемое изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано в кузнечных цехах металлургических и машиностроительных заводов при изготовлении полуфабрикатов изделий типа стаканов, труб и т.п.

Известен способ объемной штамповки стакана, включающий обратное выдавливание цилиндрической заготовки через осесимметричный канал, образованный поверхностями контейнера и дорна (Пат. Бельгии 551053, кл. В21С 25/08, публ. 1956).

Недостатком известного способа являются невысокие механические свойства материала получаемых стаканов из-за малой проработки его структуры при выдавливании.

Известен способ горячей объемной штамповки стакана, включающий выдавливание цилиндрической заготовки через осесимметричный ручей, образованный поверхностями дорна и сквозного ступенчатого отверстия контейнера, при этом заготовку размещают внутри ступени меньшего диаметра, а дорн - в зоне ступени большего диаметра упомянутого отверстия, причем упомянутый ручей содержит зоны переменных и постоянных диаметральных размеров (Пат. США 3263468, кл. 72-267, публ. 1966).

Недостатком известного способа является трудность обеспечения нужного качества готовых изделий из-за недостаточно рациональной структуры при деформировании, что ухудшает прочностные характеристики изделий в условиях их циклического нагружения при эксплуатации в экстремальных условиях.

Предлагаемый способ горячей объемной штамповки стакана включает выдавливание цилиндрической заготовки через осесимметричный ручей, образованный поверхностями дорна и сквозного ступенчатого отверстия контейнера. При этом заготовку размещают внутри ступени меньшего диаметра, а дорн - в зоне ступени большего диаметра упомянутого отверстия. Причем упомянутый ручей содержит зоны переменных и постоянных диаметральных размеров. В упомянутой зоне переменных диаметральных размеров на участке, примыкающем к упомянутой зоне постоянных диаметральных размеров, заготовку подвергают дополнительной пластической деформации путем зигзагообразного в плоскости оси заготовки изменения направления выдавливания соответствующими одна другой выпукло-вогнутыми на этом участке поверхностями, ограничивающими упомянутый ручей снаружи и изнутри. При этом каждая из последних упомянутых поверхностей содержит пару касательных одна другой выпуклой и вогнутой поверхностей тороидов.

Предлагаемый способ отличается от прототипа тем, что в упомянутой зоне переменных диаметральных размеров на участке, примыкающем к упомянутой зоне постоянных диаметральных размеров, заготовку подвергают дополнительной пластической деформации путем зигзагообразного в плоскости оси заготовки изменения направления выдавливания соответствующими одна другой выпукло-вогнутыми на этом участке поверхностями, ограничивающими упомянутый ручей снаружи и изнутри, при этом каждая из последних упомянутых поверхностей содержит пару касательных одна другой выпуклой и вогнутой поверхностей тороидов, а размеры упомянутого ручья на этом участке определены следующими зависимостями:

1,1 R₁/R₂ 1,6, где

R₁ и R₂ - соответственно радиусы образующих поверхностей упомянутых тороидов: вогнутой, ограничивающей внешнюю поверхность ручья, и выпуклой, ограничивающей соответствующую последней внутреннюю поверхность ручья; и

0,32 R₃/R₄ 0,84, где

R₃ и R₄ - соответственно радиусы образующих поверхностей упомянутых тороидов: выпуклой, ограничивающей внещнюю поверхность ручья, и вогнутой, ограничивающей соответствующую последней внутреннюю поверхность ручья.

Технический результат предлагаемого изобретения - повышение качества готовых изделий, что позволяет расширить диапазон скоростных возможностей узлов, содержащих такие изделия.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежом, где

показаны: слева - заготовка в контейнере; справа - формообразование стакана.

Примеры

1. Изготавливался стакан 1 диаметром Д=320 мм, толщиной стенки S=12 мм из алюминиевого сплава В96ц. Исходная цилиндрическая заготовка 2 размерами Д₁=270 мм, Н=185 мм при массе 30,5 кг нагревалась и укладывалась в экспериментальный штамп, содержащий закрепленные на столе пресса (не показан) дорн 3 и контейнер 4. При этом заготовка 2 размещалась в ступени 5 ступенчатого отверстия контейнера 4, а дорн 3 - в зоне ступени 6 этого отверстия. Диаметральные размеры ступени 5 меньше, чем диаметральные размеры ступени 6. При приложении усилия Р к пуансону 7 металл заготовки 2 выдавливается через осесимметричный ручей 8, образованный поверхностями дорна 3 и сквозного отверстия контейнера 4, имеющего ступени 5 и 6. Этот ручей имеет зоны переменных 9 и постоянных 10 диаметральных размеров. В упомянутой зоне переменных диаметральных размеров на участке 11, примыкающем к зоне 10, заготовку подвергают дополнительной пластической деформации путем зигзагообразного в плоскости оси заготовки изменения направления выдавливания выпукло-вогнутыми на этом участке поверхностями 12 и 13 - на контейнере и 14 и 15 - на дорне. Поверхности 12 и 14, а также 13 и 15 попарно соответствуют одна другой. Упомянутые поверхности попарно 12 и 13, а также 14 и 15 - это соответственно попарно касательные поверхности тороидов. При этом R₁/R₂=1,36, a R₃/R₄=0,53, где соответственно R₁, R₂, R₃ и R₄ - радиусы образующих тороидов - поверхностей 13, 15, 12 и 14. Внешняя поверхность ручья ограничена соответственно вогнутой поверхностью 13 и выпуклой - 12, а внутренняя поверхность ручья ограничена соответственно выпуклой поверхностью 15 и вогнутой - 14. Конструкцией экспериментального штампа обеспечивалась возможность (не показана) извлечения стакана.

2. Изготавливался аналогичный стакан 1 диаметром Д=360 мм, толщиной стенки S=11 мм из сплава системы магний-литий. Исходная цилиндрическая заготовка размерами Д₁=290 мм, Н=350 мм при массе 36,5 кг.

R₁/R₂=1,45; R₃/R₄=0,41.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет повысить качество готовых изделий за счет интенсификации пластической деформации.

 

Разработка технологии изготовления в вариантах

3.1Детали типа «звездочка»

Детали типа «звездочка » являются элементами цепных передач и находят широкое распространение в узлах различных машин иустройств. В тепловозах цепные передачи используются для обеспечения системы подъема стеков кабины локомотива. Узел2ТЭ10Л. 10.90.01.95 содержит в своем составе несколько звездочек, изготавливаемых по чертежам2ТЭ10Л. 10.90.264 и 2Т(101.10.90.255.

Материалсопряженных пар- сталь 15...30; давление, испытываемое передачей - 36,3 МН/м²; рабочаятемпература - + 40 ÷ 50˚С; применяемаясмазка - ЖР0 ТУ32ЦТ; срок службы узла - 27 лет; рабочая среда цепныхпередач - воздух;характер нагружений - переменный.

Звездочка 2ТЭ10Л.90.255

На рис. 1 представленычертежи готовой детали, холодной прессовки из смеси порошков и детали, полученной методом ДГП. Тpeбования чертежа и техническихусловий при использованииДГП выполнимы, исключаяотверстия Ø 9 и фаскуна отверстии1x45 °. Изготовление фаски практически возможно, однако, резко сокра­тит срок службы пуансона.

Звездочка Z = 15 (готовая деталь, холоднопрессованная и горячепрессованная заготовка).

Рис.1

3.2 Материал и технология изготовления

Согласно требований стандарта разрешается для изготовления звездочки использование материалов сталь 20÷40 ГОСТ 1050-74 или сталь Ст 3пс ÷ 5пс ГОСТ 380-71. На основание публикации в открытой печати по динамическому горячему прессованию можно сказать, что железографитовые материалы полученные ДГП и имеющие идентичное содержание углерода в смеси имеют приблизительно одинаковые основные механические свойства. Исходя из этого для изготовения звездочки рекомендовать железографитовый материал с содержанием углерода в спрессованной заготовке 0,2 – 0,4% С. Количество графита в засыпке будет зависеть от условий и организации производства марки железного порошка и графита защитной среды и т.д.

Использование добавок природного газа в защитную среду сохраняет и даже увеличивает содержание углерода в смеси. Использование среды типа диссоциированный аммиак или водород приводит к вы­горанию графита. В этом случае необходимо увеличить содержание его в шихте на 0,2-0,4%. В случае применения предварительного спекания следует выбирать большие значения рекомендуемых добавок. Опираясь на вышесказанное можно рекомендовать материал типа ЖГр 0,4÷0,7 однако окончательный выбор необходимо сделать учитывая местные условия или базируясь на соответствующие стандарты предприятия.

Порошковые железографитовые материалы по механическим свойствам не уступают компактным с идентичным химическим составом. Результаты испытаний чаще давали несколько более высокий уровень свойств, что объясняется более мелкозернистой структурой и белее высокой величиной создаваемых напряжений микро- и макрообъемах. Вели­чина засыпки графитовой составлявшей зависит oт технологического уровня производства. Возможно использование добавок природного газа в защитную среду. Также возможен метод окунания заготовки в керосин.Применение водорода или диссоциированного аммиакабез добавок приводит к выгоранию графита и его количество необходимо увеличить в шихте на 0,2-0,4%. Большое значение на величину в этих добавок оказывает продолжительность и организации спекания. Итак, величина добавок зависит от местных условий и должна быть откорректирована при налаживании производства, ориентировочно рекомендуемый материал для звездочки - ЖГр 0,5- 0,8.

 

Технология динамического горячего прессования состоит из следующих операций:

- отжиг до восстановления железного порошка (750˚С, 3 часа); среда-водород или дис. аммиак;

- дозирование компонентов согласно составу;

- смешивание (1,5 часа);

- дозирование смеси по массе заготовки;

- статическое холодное прессование (0,3-0,5 ГПа; пористость 25-30%);

- спекание предварительное гомогенизирующее (1000˚С; 40 мин. Защитная среда);

- покрытие коллоидным графитом (200-250˚С, смесь воды с графитом 20%);

- нагрев перед ДГП (1100˚С, 7 мин, защитная среда);

- динамическое горячее прессование (250 МДж/м³, 0,8 МН).