Способ штамповки стержней с фланцем

 

Использование: обработка металлов давлением, а именно штамповка круглых стальных стержней с фланцем, например, полуосей автомобилей. Нагревают участок деформации стержня и производят предварительный непрерывный набор нагретого металла осевой нагрузкой на стержень заготовки. Штамповку фланца осуществляют смыканием пуансона и матрицы. Нагрев на длине участка деформации со стороны торца стержня, равной 4 - 5 диаметрам стержня, ведут до температуры 1100 - 1200^oС, на остальной длине - с постепенным падением температуры до 900 - 800 ^oС по направлению к холодному участку стержня. 3 табл., 7 ил.

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано для штамповки круглых стальных стержней с фланцем, например, полуосей автомобилей.

Известен способ штамповки стальных стержней с фланцем, включающий нагрев участка деформации стержня и штамповку фланца в 4 перехода в разъемном штамповом инструменте на ГКМ [1] Недостатком способа являются многопозиционность процесса штамповки.

Известен способ штамповки стержней с фланцем, включающий нагрев участка деформации стержня, его фиксацию от смещения в направлении, перпендикулярном оси стержня, в поддерживающем инструменте, предварительный непрерывный набор нагретого металла осевой нагрузкой на стержень в пространство между пуансоном и поддерживающим инструментом в их открытом положении, образующем участок свободной деформации, длина которого не превышает критической, и штамповку фланца смыканием пуансона и поддерживающего инструмента [2] В указанном способе число позиций штамповки сокращено до одной. Однако указанным способом возможна штамповка изделий с ограниченным отношением длины участка деформации стержня к диаметру стержня.

Целью изобретения является расширение технологических возможностей за счет штамповки изделий с увеличенным отношением длины участка деформации стержня к диаметру стержня.

Это достигается тем, что в способе штамповки стержней с фланцем, включающем нагрев участка деформации стержня, его фиксацию от смещения в направлении, перпендикулярном оси стержня, в поддерживающем инструменте предварительный непрерывный набор нагретого металла осевой нагрузкой на стержень в пространство между пуансоном и поддерживающим инструментом в их открытом положении, образующем участок свободной деформации, длина которого не превышает критической, и штамповку фланца смыканием пуансона и поддерживающего инструмента, нагрев на длине участка деформации со стороны торца стержня, равной 4-5 диаметрам стержня, ведут до температуры 1100-1200^оС, а на остальной длине с постепенным понижением температуры до 900-800^оС по направлению к холодному участку стержня, а набор металла ведут при дополнительной фиксации деформируемого торца от смещения в направлении, перпендикулярном ось стержня, в пуансоне.

На фиг. 1 показаны зоны нагрева стержня; на фиг. 2 размещение стержня между пуансоном и поддерживающим инструментом перед набором металла; на фиг. 3 окончание набора металла; на фиг. 4 штамповка фланца; на фиг. 5 схема определения оптимальной длины l₂ однородного нагретого участка; на фиг. 6 схема определения оптимальной температуры t₁ на однородно нагретом участке; на фиг. 7 схема определения оптимального снижения температуры t₂ на участке с постепенным понижением температуры.

Стальной стержень 1 диаметром d нагревают, например, индукционно, с одного конца на длине участка деформации l₁. При этом на длине участка деформации l₂ со стороны торца стержня, равной 4-5 диаметрам стержня нагрев ведут до температуры 1100-1200^оС, а на остальной длине с постепенным падением температуры до 900-800^оС по направлению к холодному участку стержня. Далее нагретый стержень 1 размещают в поддерживающем инструменте 2, а нагретый торец стержня 1 размещают в выемке 3 пуансона 4, схватывающей стержень по его боковой поверхности. Далее осевой нагрузкой Р на стержень 1 производят непрерывный набор нагретого металла в пространстве между пуансоном и поддерживающим инструментом в их открытом положении, образующем участок свободной деформации, длина которого l₃ не превышает критической. В результате набора на стержне 1 образуется утолщение 5. Далее производится штамповка фланца 6 смыканием пуансона 4 и поддерживающего инструмента 2.

Указанный характер распределения температур на длине участка деформации стержня достигается, например, следующими методами нагрева.

Нагрев в индуктор с переменным зазором между нагреваемым стержнем и витками индуктора (увеличение зазора по направлению к холодному участку стержня на участке с постепенным падением температуры).

Нагрев в индукторе с различным временем нагрева для различных участков стержня (большее время нагрева для участков с большей температурой, например, за счет постепенного введения нагреваемого участка стержня в индуктор).

Нагрев в индукторе с паузами, обеспечивающими требуемый градиент температур за счет отсоса тепла холодным участком стержня.

Комбинация указанных методов.

Ниже приводятся результаты опытной работы по определению оптимальных параметров способа.

Диаметр стержня 30 мм.

Диаметр фланца 127 мм.

Отношение длины участка деформации l₁ к диаметру стержня d-8 (l₁=240 мм).

Отношение длины участка свободной деформации l₃ к диаметру стержня d 2,8 (l₃ 85 мм).

Материал стержня сталь 40Г.

Тип индуктора соленоидный.

Мощность высокочастотного источника питания 250 кВт.

Частота тока 240 Гц.

Метод получения опробываемых температур временем нагрева.

Метод получения опробываемых градиентов температур постепенным введением нагреваемого участка стержня в индуктор.

Определение оптимальной длины l₂ однородно нагретого участка. Опробывание проводилось при t₁ 1150^oC, t₂ 850^oC.

Результаты опробывания приведены в табл. 1.

Определение оптимальной температуры t₁ на однородно нагретом участке проводилось при следующих постоянных параметрах: l₂ 4,5d t₂ 850^oC Результаты приведены в табл. 2.

Определение оптимального снижения температуры t₂ на участке с постепенным падением температуры приводилось при следующих постоянных параметрах: l₂ 4,5d t₁ 1150^oC Результаты опробывания приведены в табл. 3.

При штамповке стержней диаметром 30 мм с фланцем диаметром 127 мм способом, соответствующим прототипу (однородный нагрев всего участка деформации стержня, отсутствие дополнительной фиксации деформируемого торца в пуансоне) не могли получить достаточную толщину фланца, так как соотношение длины участка деформации стержня к диаметру стержня не удавалось получить более 6. При увеличении этого соотношения к концу набора металла образовались складки за счет нарушения неразрывности образования утолщения, а также возрастало усилие в связи с ограничением пространства для набора металла (длина участка свободной деформации l₃не более 2,5d), увеличение которого за счет увеличения l₃ приводило к потере устойчивости стержня на участке свободной деформации; При штамповке указанных стальных стержней предлагаемым способом (сочетанием однородно нагретого участка и участка с постепенным падением температуры, наличие дополнительной фиксации деформируемого торца в пуансоне за счет размещения торца в выемке, охватывающей стержень по его боковой поверхности, оптимальные параметры l₂ 4-5d, t₁ 1100-1200^оС и t₂ 900-800^оС) позволили получить достаточную толщину фланца и требуемое, равное 8, соотношение длины участка деформации, а также требуемое качество поковок.

Преимущества способа состоят в том, что к концу набора металла, когда появляется тенденция образования вторичного утолщения, поступающий в зону свободной деформации более холодный металл способен воздействовать на ранее образовавшееся утолщение, обеспечивая его дальнейшую раздачу без образования вторичного утолщения. В сочетании с постепенностью падения температуры на участке деформации стержня это обеспечивает получение при наборе металла неразрывного, без нарушений сплошности, утолщения и в последующем получение фланца без складок. Для компенсации повышенного усилия набора металла, связанного со снижение температуры металла к концу набора, процесс ведется при повышенных значениях длины участка свободной деформации (l₃ более 2,5d), что увеличивает пространство для набора металла и облегчает его заполнение, а также сокращает длину нагретого участка, находящегося в матрице, что уменьшает препятствующие набору металла силы трения между нагретым участком и внутренней поверхности матрицы. Это позволяет вести набор металла без деформации (расклепывания) холодного участка стержня несмотря на снижение температуры металла к концу набора. Для исключения потери устойчивости стержня в условиях повышенной длины участка свободной деформации, что особенно важно в начальный момент набора, когда в наборе участвуют участки стержня с повышенной температурой, применяется дополнительная фиксация деформируемого торца в пуансоне за счет размещения торца в выемке, охватывающей стержень по его боковой поверхности. Это, как показывают экспериментальные данные, позволяет увеличить длину участка свободной деформации l₃ до 2,5.3d.

Формула изобретения

СПОСОБ ШТАМПОВКИ СТЕРЖНЕЙ С ФЛАНЦЕМ, включающий нагрев участка деформации стержня, его фиксацию от смещения в направлении, перпендикулярном оси стержня, в поддерживающем инструменте, предварительный непрерывный набор нагретого металла осевой нагрузки на стержень в пространство между пуансоном и поддерживающим инструментом в их открытом положении, образующем участок свободной деформации, длина которого не превышает критической, и штамповку фланца смыканием пуансона и поддерживающего инструмента, отличающийся тем, что нагрев на длине участка деформации со стороны торца стержня, равной 4-5 диаметрам стержня, ведут до температуры 1100 - 1200^oС, а на остальной длине - с постепенным понижением температуры до 900 - 800^oС по направлению к холодному участку стержня, а набор металла ведут при дополнительной фиксации деформируемого торца от смещения в направлении, перпендикулярном оси стержня, в пуансоне.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8