Способ изготовления полого осесимметричного изделия
Использование: обработка металлов давлением, листовая штамповка, производство цилиндрических тонкостенных полых изделий ответственного назначения. Сущность изобретения: некруглую заготовку переформовывают в круг, после чего производят ее предварительную и окончательную вытяжку. Круглая заготовка после переформовки имела диаметр, на 1 - 3% меньше диаметра расчетной заготовки. Высота полого изделия после предварительной вытяжки составляет 0,7 - 0,85 высоты готового изделия. Окончательную вытяжку производят с утонением стенки и напорной части торца заготовки на кольцевом участке шириной 0,65 - 0,8 толщины стенки. 3 ил.
Способ относится к обработке металлов давлением, в частности к производству цилиндрических тонкостенных полых изделий ответственного назначения путем вытяжки из плоской заготовки некруглой формы. Целью изобретения является расширение технологических возможностей и экономии металла. Указанная цель достигается тем, что в способе изготовления полого осесимметричного изделия, включающим вырубку заготовки некруглой формы, последующую переформовку ее в круг, предварительную вытяжку и окончательную вытяжку с утонением стенки и подпором торца, переформовку заготовки осуществляют до диаметра, на 1-3% меньше диаметра расчетной заготовки, предварительную вытяжку производят с получением полого полуфабриката высотой 0,7-0,85 окончательной высоты изделия, а окончательную вытяжку с утонением выполняют с подбором части торца на кольцевом участке шириной равной 0,65-0,8 толщины стенки изделия со стороны полости изделия. С целью обеспечения равномерного течения металла в окружном направлении при формоизменении некруглой заготовки в круг используют заготовку представляющую многоугольник в плане, контур которого ограничен чередующимися криволинейными и прямолинейными участками, через которые проходят оси симметрии, а углы между осями равны. Криволинейные участки оформлены радиусом равным 1,04-1,15 радиуса приведенной эквивалентной окружности, а прямолинейные участки представляют собой касательные к окружности радиусом равным 0,85-0,94 радиуса приведенной окружности. Некруглый контур переформовывают в круглый воздействием радиального усилия на выступающие участки заготовки при ограничении течения металла в осевом направлении. Этим добиваются течения металла преимущественно в окружном направлении в сторону смежных прямолинейных участков, что приводит к увеличению их диаметральных размеров. Диаметральные размеры выступающих участков уменьшают до диаметра эквивалентной круглой заготовки, этим же диаметром ограничивают увеличение диаметральных размеров смежных участков, т.е. получают из некруглого контура круглый. Однако для более упрочненного металла некруглой заготовки перераспределение металла может быть неполным, т.к. контур в зоне смежных участков может не соответствовать окружности, что отрицательно влияет на качество полуфабрикатов при их вытяжке. Для гарантированного обеспечения круглой формы, полученный эквивалентный диаметр уменьшают дополнительно на 1-3% его значения. Указанные признаки отличают заявляемый способ от прототипа, поэтому предлагаемый способ изготовления изделий из плоской заготовки некруглой формы обладает критерием "существенные отличия". Уменьшение полученного эквивалентного диаметра более чем на 3% снижает эффект способа, т.к. приводит к значительному утолщению периферийной зоны, а на вытяжках к увеличению степени деформации. Это потребует или увеличения количества вытяжек или приведет к увеличению брака по трещинам. Уменьшение эквивалентного диаметра менее чем на 1% снижает эффективность способа, т. к. не обеспечивает гарантированный круглый контур заготовки (имеют место неровности, что отрицательно влияет на процесс вытяжки из-за потери устойчивости фланца при сварке заготовки в колпак). В предлагаемом способе вытяжку заготовки в колпак осуществляют до обеспечение его длины равной 0,7-0,85 конечной высоты колпака, а затем вытяжку продолжают с одновременным приложением к торцу колпака осевого усилия на площади кольца шириной 0,65-0,8 толщины стенки колпака, что обеспечивает возможность исключить влияние дефектной кромки. В результате воздействия дополнительного осевого усилия в процессе формования колпака, на его центре, в зоне наружной поверхности образуется "заусенец", толщина которого соответствует разности между толщиной стенки и шириной кольца, к которому прикладывают дополнительное осевое усилие. Такая форма торца колпака обеспечивает локализацию на нем дефектного торца заготовки (при выгрузке заготовки на ее торце образуются сколы, трещины и т.д. которые при обычной вытяжке растягиваются по корпусу полуфабрикатов и требуют обрезки). Предложенные параметры обеспечивают условие, когда при последующей вытяжке колпака этот "заусенец" не подвергается существенному утонению. Уменьшению длины стенки вытягиваемого из заготовки колпака до приложения дополнительного осевого усилия менее 0,7 его конечной высоты уменьшает эффект способа, т. к. приводит к искривлению цилиндрической части из-за значительного влияния прямого выдавливания. Увеличение длины стенки вытягиваемого из заготовки колпака более 0,85 его конечной высоты так же уменьшает эффект способа, т.к. в процессе вытяжки уже сформировалась неравномеpность течения металла по окружности, а предложение осевого усилия эту неравномерность уже не представляется возможным исправить, т.е. вытяжка приводит к неровности торца колпака, к разнотолщинности стенки и, как правило, на последующих вытяжках к появлению трещин. Все это способствует введению операции "обрезка", что снижает КИМ, повышает трудоемкость. Уменьшение ширины кольца менее 0,65 толщины стенки колпака снижает эффект способа, т.к. образующийся в результате вытяжки "заусенец" на последующих вытяжках подвергается утонению, т.е. дефекты (сколы, трещины и т.д.) торца заготовки, сконцентрированные на площади торца и "заусеница" колпака на последующих вытяжках растягиваются по образующей стенки, что требует ведения обрезки верхней части полуфабрикатов, а это снижает КИМ. Увеличение ширины кольца более 0,8 толщины стенки колпака, тоже снижает эффект способа, т.к. дефекты торца заготовки располагаются в основном на торце колпака, а при последующей вытяжки растягиваются по образующей полуфабрикатов, что также требует обрезки верхней части стенки, а это снижает КИМ. Таким образом, приложение дополнительного осевого усилия на площадь колпака, ограниченную кольцом, прилегающим к внутренней поверхности колпака, имеющем толщину 0,65-0,8 толщины стенки колпака, позволяет, кроме того, исключить влияние дефектов торца заготовки на качество изделий. Основанием для указанных выше ограничений послужили результаты лабораторных и промышленных исследований при совершенствовании технологии изготовления изделий типа патронных гильз с использованием заготовок некруглой формы. В результате изготовления опытных партий установлено, что предлагаемый способ позволяет обеспечить качество изделий, снизить брак до уровня технологии изготовления изделий из круглой заготовки и повысить КИМ с 70 до 90% Способ не увеличивает трудоемкость изготовления изделий, т.к. позволяет использовать совмещение операций. Следовательно, способ обеспечивает расширение технологических возможностей за счет изготовления изделий ответственного назначения из заготовок некруглой формы с одновременным обеспечением экономии металла за счет увеличения КИМ. Увеличение КИМ обеспечивается за счет уменьшения отходов при изготовлении изделий и получении заготовок. Предлагаемое техническое решение может быть реализовано, например, так: пакет некруглых заготовок, с указанными ранее параметрами, проталкивают через коническую матрицу, минимальный размер рабочего диаметра которого составляет 0,97-0,99 диаметра эквивалентной круглой заготовки. Процесс проталкивания пакета заготовок через матрицу осуществляют, преимущественно, с противодавлением, что исключает прогиб заготовки. Матрица, при проталкивании через нее заготовок пуансоном, воздействует на их выступающие участки в радиальном направлении, что приводит к перераспределению металла, в основном в направлении смежных прямолинейных участков, т.е. к заполнению металла зазора между поверхностью матрицы и прямолинейными участками заготовки. Т. к. в осевом направлении течение металла ограничено взаимным подпором заготовок, то окружное течение металла является основным. После получения круглой заготовки эквивалентного диаметра, за счет дальнейшего проталкивания в матрицу, этот диаметр уменьшается дополнительно на 1-3% в результате получают гарантировано круглые заготовки, причем в зоне торца может иметь место утолщение металла, но оно не влияет на качество изделий, т.е. в процессе вытяжек не приводит к появлению дефектов. После этого заготовки отжигают, наносят смазку и осуществляют вытяжку колпака, преимущественно через 2 матрицы. Осевое усилие к торцу колпака прикладывают при выходе торца стенки через верхнюю матрицу и с началом прохождения дна колпака через 2-ую матрицу. При этом исключается отрицательное влияние дополнительного усилия в части искривления колпака и максимального условия перераспределения металла в стенке за счет приложения дополнительного осевого усилия, что обеспечивает требуемую разнотолщинность и исключает возможность зарождения микро- и макротрещин. Все это позволяет уменьшить объем заготовки (за счет исключения одной обрезки торцовой части стенки) и обеспечить 10-20% экономии металла, в т.ч. за счет оптимизации раскроя, при обеспечении качества изделий. На фиг. 1 изображена исходная заготовка, где 1 заготовка некруглого контура; 2 эквивалентная по площади круглая заготовка. На фиг. 2 приведена схема "переформовки" некруглой заготовки в круглую, где 3 матрица; 4 пуансон, 5 заготовка. На фиг. 3 дана схема вытяжки, полого изделия по предлагаемому способу, где 6 пуансон; 7 матрица свертки колпака; 8 колпак после свертки заготовки; 9 уступ пуансона воздействующий на торец колпака при его вытяжке с утонением; 10 матрица вытяжки с утонением; 11 изделие после вытяжки. Изготавливали полые тонкостенные цилиндрические изделия диаметром 10,45 мм из заготовок квадрат 17,5 х 17,5 мм, в плане, причем вершины углов скруглены окружностью диаметром 19,5 мм. Толщина заготовок 3,2 мм. Материал сталь 18ЮА. Круглую заготовку получали проталкиванием пакета заготовок (5-6 шт) через коническую матрицу, заходная цилиндрическая часть которой соответствовала: диаметр 19,5 мм, высота равна толщине трех заготовок. Диаметр эквивалентной заготовки составил 18,8 мм. Диаметр рабочей части матрицы выполняли равным 0,96; 0,97; 0,99 и 0,995 диаметра эквивалентной окружности, т.е. 18,8 х 0,96 18,0 мм; 18,8 х 0,97 18,23 мм; 18,8 х 0,99 18,6 мм; 18,8 х 0,995 18,7 мм. В цилиндрическую часть матрицы помещали три заготовки и проталкивали в коническую часть матрицы одну заготовку, при обратном ходе пресса укладывали еще одну заготовку и т.д. Формирование круглого контура обеспечивается за счет перетекания металла в окружном направлении по мере проталкивания в коническую часть матрицы очередной заготовки, при этом вначале формировалась круглая заготовка с эквивалентным диаметром. Затем ее диаметр уменьшался до заданных значений определяемых минимальным диаметром матрицы. В результате получали круглые заготовки с диаметром 18,0; 18,23; 18,6 и 18,7 мм, в количестве по 500 шт. на вариант. Исследование заготовок каждой из указанной групп, установлено: 1. Заготовки с диаметром 18,23 мм (II группа) и диаметром 18,6 мм (III группа), т.е. уменьшением на 3% и 1% имели полностью оформленный контур окружности. 2. Заготовки с диаметром 18,0 мм (I группа) также имели полностью сформированный контур окружности, но в торцовой части имели место наплывы металла, т. е. местное увеличение толщины заготовки и их прогиб. Следовательно, радиальное обжатие заготовок более 3% приводит к прогибу (центральному) заготовок и наплыву металла по торцу. 3. Заготовки с диаметром 18,7 мм (IV группа) имели местные уменьшения диаметра от 0,1.0,15 мм. П р и м е р 1. После отжига и фосфатирования по 100 шт. заготовок от каждой группы были подвергнуты вытяжке в колпак через две матрицы, при этом дополнительное осевое усилие прикладывали на площади кольца шириной 0,65 толщины стенки и после достижения длины колпака, равной 0,7 его окончательной высоты (окончательная высота колпака составляла 14,8 мм). После этого колпаки были подвергнуты вытяжке с утонением стенки на 35% также через две матрицы. Осмотром полуфабрикатов колпаков и их исследованием установлено, что полуфабрикаты из заготовок группы II и III соответствовали требованиям технологи- ческого процесса. Полуфабрикаты, полученные из заготовок группы I имели в торцовой части стенки продольные трещины (15%), на колпаках трещин не установлено. Полуфабрикаты, полученные из заготовок группы I имели в торцовой части стенки продольные трещины (15%), на колпаках трещин не установлено. Полуфабрикаты, полученные из заготовок группы IV имели трещины на колпаках (около 22%), а после вытяжки с утонением стенки более 36% Таким образом, группы I и IV заготовок не обеспечивают качество изделий. Длину колпака до приложения осевого дополнительного усилия обеспечивали изменением расстояния между матрицами. Далее изготавливали колпака и полуфабрикаты только из заготовок группы II и III. П р и м е р 2. Осевое усилие прикладывали после вытяжки колпака до 0,85 его окончательной высоты, на площади кольца шириной 0,8 толщины стенки. Исследованием установлено, что колпаки и полуфабрикаты по качеству и размерам (обеспечение разнотолщинности) соответствовали требованиям технологического процесса. П р и м е р 3. Осевое усилие прикладывали после вытяжки колпака на длину равную 0,5 его высоты и на площади кольца шириной 0,55 толщины стенки. Исследованием установлено, что колпаки имели толщину "вытяжного заусенца" до 0,45 их толщины стенки, а на полуфабрикатах, в верхней их части, имеет место "шелушение металла", т.е. следы от дефектной кромки заготовок. Кроме того, у 8% заготовок установлено наличие трещин длиной (от торца) до 3 мм. Это все требует обрезки полуфабрикатов, а следовательно, увеличения объема заготовки. П р и м е р 4. Осевое усилие прикладывали после вытяжки колпака на длину равную 0,9 высоты колпака и на площади кольца шириной 0,85 толщины стенки. Исследованием установлено, что колпаки (до 60%) имели кривизну образующей до 0,5 мм (на длине 14,4-14,8 мм), при этом "косина" торца 1,0-1,7 мм. Все это требует обрезки, а следовательно, увеличения объема заготовки. Таким образом, предлагаемый способ расширяет технологические возможности получения изделий из плоской заготовки некруглой формы и обеспечивает экономию металла за счет исключения обрезки полуфабрикатов и увеличения КИМ при раскрое полосового материала за счет оптимизации размеров заготовки при выполнении условий и обеспечении параметров, изложенных в отличительной части формулы изобретения.
Формула изобретения
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛОГО ОСЕСИММЕТРИЧНОГО ИЗДЕЛИЯ, включающий вырубку заготовки некруглой формы, последующую переформовку ее в круг, предварительно вытяжку и окончательную вытяжку с утонением стенки и подпором торца, отличающийся тем, что, с целью расширения технологических возможностей и экономии металла, переформовку заготовки осуществляют до диаметра, на 1 3 меньше диаметра расчетной заготовки, предварительную вытяжку производят с получением полого полуфабриката высотой 0,7 0,85 окончательной высоты изделия, а окончательную вытяжку с утонением выполняют с подпором части торца на кольцевом участке шириной, равной 0,65-0,8 толщины стенки изделия со стороны полости изделия.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3
