Способ получения полой заготовки с дном

 

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к способам получения полой заготовки с дном. Цель изобретения - расширение технологических возможностей и повышение качества изделий. Исходная заготовка из труднодеформируемой стали или сплава нагревается до температуры горячей деформации. После этого заготовка штампуется на гидравлическом прессе в полуфабрикат в виде стакана с дном. После штамповки в полость стакана устанавливается стержень из пластичного металла. Полученная сборка (С) дополнительно нагревается до необходимой температуры. Осуществляется винтовая прокатка С с коэффициентом вытяжки 1,3 - 1,6. После прокатки С прошивается в стане винтовой прокатки на глубину расположения оправки. При этом винтовая прокатка и прошивка С осуществляется с суммарной вытяжкой не менее четырех. С подвергается протяжке через кольца на гидравлическом прессе. Расширение технологических возможностей и повышение качества заготовки обеспечивается путем улучшения физико-механических свойств материала заготовки. 1 табл., 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) 5 В 21 В 23/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

l1O ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4409130/31-27 (22) 22.01.88 (46) 15.05.90. Бюл. № 18 (72) Б. А. Романцев, А. В. Гончарук, И. Н. Потапов,.В. А. Попов, Ю. Н. Федоров, А. И. Кочнов,. М. Н. Зрячев, В. С. Ждахин, К. В. Волков, О. С. Гаврилин, А. И. Капустин, Л. А. Мудров и Л. Н. Сериков (53) 621.77.041 (088.8) (56) Брюханов А. А. Ковка и объемная штамповка. М.: Машиностроение, 1975, с. 261 — 264. (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛОЙ ЗАГОТОВКИ С ДНОМ (57) Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к способам получения полой заготовки с дном. Цель изобретения — расширение технологических возможностей и повышение качества изделий.

Исходная заготовка из труднодеформируеИзобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано для производства полых заготовок с дном из высокопрочных сталей и сплавов, используемых для тяжелонагруженных деталей специального назначения.

Цель изобретения — расширение технологических возможностей и повышение качества путем удучшения физико-механических свойств материала заготовки.

На чертеже представлена схема технологического процесса получения полых заготовок с дном.

Основными операциями являются: 1 нагрев исходной заготовки (слитка); 2 штамповка заготовки с получением полуфабриката в виде стакана; 3 — размещение в полости полуфабриката стержня из пластичЛ0 „1563796 A 1 мой стали или сплава нагревается до температуры горячей деформации. После этого заготовка штампуется на гидравлическом прессе в полуфабрикат в виде стакана с дном. После штамповки в полость стакана устанавливается стержень из пластичного металла. Полученная сборка (С) дополнительно нагревается до необходимой температуры. Осуществляется винтовая прокатка

С с коэффициентом вытяжки 1,3 — 1,6.

После прокатки С прошивается в стане винтовой прокатки на глубину расположения оправки. При этом винтовая прокатка и прошивка С осуществляется с суммарной вытяжкой не менее четырех. С подвергается протяжке через кольца на гидравлическом прессе. Расши рение технологических возможностей и повышение качества заготовки обеспечивается путем улучшения физикомеханических свойств материала заготовки.

1 табл., 1 ил. ного материала и дополнительный нагрев сборки-полуфабриката со стержнем; 4 — винтовая прокатка с коэффициентом вытяжки

1,3 — 1,6; 5 — прошивка сборки в стане винтовой прокатки на оправке на глубину расположения стержня; 6 — протяжка полуфабриката через кольца на гидравлическом прессе; 7 — полуфабрикат.

Процесс осуществляется следующим образом.

Исходную заготовку или слиток из труднодеформируемой стали или сплава сравнительно небольшой длины нагревают до температуры горячей деформации и штампуют на гидравлическом прессе до получения полуфабриката в виде стакана. Размещают в полости полуфабриката стержень из пластичного металла, осуществляют дополнительный

1563796 з нагрев сборки до температуры горячей деформации и подвергают винтовой прокатке в один или несколько проходов. Затем сборку прошивают в стане винтовой прокатки на глубину расположения сердечника и подвергают протяжке через кольца на гидравлическом прессе. При штамповке исходной заготовки на прессе в стакан соотношение глубины прошиваемого отверстия и диаметра не должно быть более 4 (L/d(4) h в противном случае вследствие высокого со противления деформации металла возможно искривление или поломка инструмента пресса (пуансона) .

На основании экспериментальных данных, полученных в результате деформирования полых заготовок из высокопрочного сплава ЭК-31, снабженных стержнем из пластичного металла, например углеродистой стали, в трехвалковом стане винтовой прокатки, и дальнейших металлографических исследований прокатанных образцов установлено, что глубина проникновения пластической деформации в центральные зоны заготовок зависит от величины коэффициента вытяжки. В тех зонах поперечных сечений образцов, где имела место пластическая деформация, наблюдалась мелкая равнозернистая структура, предопределяющая высокие физико-механические свойства.

При малых значениях коэффициента вьпяжки (p(1,8) деформация сосредоточивалась в периферийных зонах заготовки, расположенных на расстоянии от центра 0,6 — !,0 радиуса поперечного сечения. Однако при увеличении коэффициента вытяжки до @=4 наблюдалось проникновение пластической деформации в центральные зоны заготовки.

В этом случае структура образцов была мелкозернистой и равномерно проработанной по всему сечению стенки, что привело к повышению основных механических характеристик сплава в 1,5 — 1,8 раза. При этом антизотропность свойств, имевшая место после процесса прессования, практически исчезла.

Прокатка высокопрочных сплавов сопровождается интенсивным деформационным разогревом наружных слоев, который при некотором критическом значении может привести к кольцевому разрушению заготовки.

Поэтому высокие коэффициенты вытяжек, равные p,=2,5 и более, достигаются, как правило, за несколько проходов.

Существенную роль при прошивке прутка с сердечником играет соотношение диа-, метров оправки и прошиваемого отверстия гильзы.

На основании экспериментальных исследований установлено также, что внутренний диаметр гильзы d, должен быть больше диаметра сердечника do после винтовой прокатки в 1,1 — 2 раза. Выполнение Ch(l,ldo приводит к низкому качеству и повышенной разностенности прошитых гильз, так как обжатие стенки прутка из труднодеформируемого сплава в этом случае незначительно и важное преимущество процесса винтовой прокатки (поперечная раскатка) по существу не реализуется. При dh)2do возникают большие осевые усилия на оправку, так как площадь поперечного сечения оправки, используемой при винтовой прокатке, будет составлять менее 114 площади поперечного сечения оправки, используемой в процессе протяжки, поэтому влияние оправки на усиление в этом случае малозаметно. Большие осевые усилия металла на оправку вызывают потерю устойчивости оправочным стержнем, его аварийную поломку.

Прошивку заготовки с оправкой осуществляют за один проход до касания носком оправки дна заготовки. Величина обжатия в этом случае ограничивается значительными усилиями металла на деформирующий инструмент и интенсивным деформированием разогревом сплава. Прошивка заготовок из высокопрочного сплава ЭК-31 с оправкой из углеродистой стали показала, что при повышении коэффициента вытяжки свыше 1,6 наблюдается появление несплошностей в наружных слоях заготовки вследствие деформационного -азогрева, а ": ::, е;-,HB÷å25 нии меньше !. ".! зк!; ".,".,".- -" H ". ".:. и пегавномеп!,Ость проработк:;"! п«г ; и:.:! матерна;IB изделия.

Таким образом, для равномерной проработки структуры по сечению необходимо винтовой прокаткой и прошивкой получить не менее 4 вытяжек, при этом вытяжка при прошивке должна быть 1,3 — 1,6.

После прошивки гильза подвергается протяжке через матричные кольца на гидравлическом прессе, благодаря чему наружная поверхность приобретает форму правиль ного круга, разглаживаются следы винтовой линии на наружной поверхности после прошивного стана.

Результаты полученных исследований приведены в таблице.

40 Далее следует механическая обработка традиционными методами, Пример 1. По данному способу изготавливали толстостенные полые заготовки диаметром 67 мм со стенкой толщиной 19,7 м";. и дном толщиной 30 мм из труднодефор"5 мируемого сплава на никелевой основе

ЭК-31. Исходная заготовка — слиток электрошлакового переплава диаметром 120 мм и длиной 180 мм. Слиток нагревали до 1160—

1180 С и подвергали штамповке на гидравлическом прессе усилием 6300 т в стакан с

50 наружным диаметром 130 мм.

Диаметр прошиваемой полости составлял

60 мм, глубина 158 мм. В полости размещали по горячей посадке сердечник из пластичного материала, например углеродистой стали 45, подогревали заготовку до 1160—

1180 С и прокатывали в трехвалковом стане винтовой прокатки до диаметра 75,8 мм (@=2,94) за несколько проходов (сердечник уменьшился до диаметра 15 мм) . Далее

1563796

Формула изо1?ретения

БО

5 полученный пруток зацентровывали сверлом диаметром 15 мм, нагревали до 1160 — 1180 С и прошивали в двухвалковом стане винтовой прокатки МИСиС вЂ” 130Д на оправке диаметром 30 мм (соотношение 1,/d,=2,0) в гильзу диаметром 69,4 мм с толщиной стенки 19,7 мм

=1,47). Процесс прошивки протекал стаильно, разностенность партии гильз из 10 шт ие превышала 1,5 мм. Полученные гильзы и мели чистую наружную и внутрен нюю поверхностин. При этом металл сердечника покрывал ровным слоем отверстие по всей длине. Суммарная вытяжка при прокатке и прошивке составляла 4,32. Далее нагретую до 980- — 1000 С гильзу-стакан подвергали операции протяжки через кольца на гидравлическом прессе усилием 6300 т с деформированием по наружному диаметру с 69,48 до 67 мм. После этого наружная поверхность имела форму правильного круга, рисок и заусенцев на поверхности обнаружено не было. Полученные гильзы имели также чистую внутреннюю поверхность, металл сердечника покрывал ровным слоем внутреннюю поверхность.

Пример 2, Полученные винтовой п рокаткой на стане МИСиС вЂ” 130T прутки из высокопрочного сплава ÝÊ-31 диаметром

75,8 мм с сердечником из стали 45 диаметром 15 мм прошивали в двухвалковом стане винтовой прокатки МИСиС вЂ” !ЗОД на оправке диаметром 26 мм (соотношение d/d„-=

1,73) до касания носком оправки дна заготовки. Получали полые гильзы с наружным диаметром дна 65,3 мм и толщиной стенки

19,6 мм. Вытяжка при этом составила 1,6.

Процесс прошивки протекал стабильно, разностенность партии из 6 шт. не превышала

1,7 мм. Полученные гильзы имели чистую внутреннюю поверхность без плен и рисок, на макрошлифах зерно было равномерно измельчено по толщине стенки, анизотропия свойств отсутствовала. Попытка добиться при прошивке коэффициента вытяжки более

1,6 за счет сведения валков привела к нарушению сплош ности металла в наружных слоях заготовки из-за большого деформационного разогрева и, как следствие, значительных термических напряжений.

Таким образом, для получения ра номерно проработанной по толщине стенки мелкозернистой структуры коэффициент вытяжки при прошивке не должен быть более 1,6.

Пример 8. Слиток электрошлакового переплава из высокопрочного сплава ЭК вЂ” 31 диаметром 120 мм и длиной 180 мм нагревали до 1160 — 1180 Ñ и подвергали штамповке на гидравлическом прессе усилием

6300 т в стакан с наружным диаметром

130 мм. Диаметр прошиваемой полости сос6 тавлял 60 мм, глубина — 158 мм. В полости размещали по горячей посадке сердечник из утлеродистой стали 45, подогревали заготовку до 1160 — 1180 С и прокатывали и трехвалковом стане винтовой прокатки МИСиС-130 Т до диаметра 82,2 мм с вытяжкой !!.=2,5 (сердечник уменьшился до диаметра

16 мм). Полученный пруток зацентровывалн сверлом диаметром 16 мм, нагревалн до

1160 — 1180 С и прошивали в двухвалковом стане винтовой прокатки МЙСИС вЂ” ЗОД на оправке диаметром 30 мм в гильзу диаметром 71,6 с толщиной стенки 20,8 мм (11=1,6).

Процессы винтовок прокатки и прошивки протекали стабильно. Суммарная вытяжка при этом была равна 4. Полученные гильзы имели хорошо проработанную внутреннюю структуру, причем зерно было равномерно измельчено как по толщине стенки,так и по толщине дна гильзы. Это привело к повышению основиь1х физико-механических свойств в 1,5 — 1,8 раза по сравнению с теми же характеристиками cli;iaB11 пос. e 017ерации

LLITaMliOBI

Изобретение HOBB0,1яег расширить техно1Огические воз можнОстн li повысить качество путем улучшения физико-механических свойств матерна ia Bal 0ToBKH.

Способ получения полой заготовки с дном преимущественно из высокопрочного сплава, включающий нагрев, штамповку исходной заготовки с получением полуфабриката н виде стакана и протяжку его через кольца, or lèчаюи<ийся тем, что, с целью расширения технологических возможностей и повышения качества изделий путем улучшения физикомеханнческнх свойств матернаloB заготовки, после штамповки в полость полуфабриката устанавливают стержень из пластичного металла, сборку,10110.7I!HTcльно нагревают, после чего осуществляют ее винтовую прокатку с коэффициентом вытяжки 1,3--1,6, а перед протяжкой сборку процгивают на стане винтовой прокатки ча оправке на глубину распo 70жения с: сажня, при НГОРО ВH нтОВуго

IipoKaTKI и (ipOLL!iiBIoг Ос 1цсст13,1яют с су 1марной вытяжкой не менее четырсх.

1563796

Величина коэффициента вытяжки при прошивке

Примеры

Величина суммарной

Оценка качества прошитых заготовок вытяжки

3,5

Разностенность в пределах допустимой, проработка структуры неравномерная

То же

1,4

1,5

1,6

3,8

3,9

4,0

tt

tt

Наличие несплошностей в наружных слоях заготовки

То же

14

1,8

1,9

2,0

4,0

4,0

4,0

Кольцевое разрушение наружных слоев вследствие деформационного разогрева

Составитель A. Колпаков

Редактор А.Маковская Техред И. Верес Корректор Л. Патай

Заказ !!9 Тираж 4 !4 П одп ис ное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ CCCI: ! l 3035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат «Патент», г. Ужгород, ул. Гагарина, !О!

6

8

11

12

1,5

1,5

191

1,2

1,3

1,4

1,5

1,6

1,7

4 1

4,2

4,0

4,0

4,0

4,0

4,0

4,0

4,0

Разностенность в пределах допустимой, стр укт ура мелкозернистая, равномерная по сечению

То же