Способ изготовления полых металлических емкостей

 

Использование: для изготовления полых тонкостенных изделий из высокопрочных труднодеформируемых сталей и сплавов. Сущность изобретения: способ включает неравномерный нагрев фланцевой части заготовки в радиальном направлении до температуры горячего деформирования и поэтапную вытяжку. На первой операции вытяжки получают полуфабрикат высотой не менее 1,2-1,5 его диаметра без утонения исходной толщины материала, причем деформирование осуществляют со скоростью от 20 до 40 мм/сек. Вторую и последующие операции вытяжки осуществляют с утонением стенки не менее 18-20 процентов со скоростью от 20 до 60 мм/сек. На всех операциях вытяжки температуру на обрезе детали поддерживают не менее 0,8 величины верхнего предела температурного интервала горячего деформирования штампуемого материала. После вытяжки осуществляют обжим горловины со скоростью от 4 до 6 мм/сек. Техническая задача - повышение качества изделий, увеличение их емкости, расширение технологических возможностей, снижение себестоимости за счет реализации оптимальных температурно-скоростных режимов деформирования в сочетании с отсутствием утонения на первой операции вытяжки и с заранее заданным утонением на второй операции. 3 з.п. ф-лы, 11 ил., 2 табл.

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано для изготовления полых тонкостенных изделий из высокопрочных труднодеформируемых сталей и сплавов.

Известен способ изготовления полых металлических емкостей, включающий изготовление полуфабриката в виде стакана со сферическим дном путем вытяжки листовой заготовки между пуансоном и матрицей и последующего обжима заготовки [1] Недостатком способа являются низкое качество получаемых изделий из-за значительного (до 20% и более) утонения стенки, ограниченные технологические возможности для получения изделий большой емкости (высотой не более 2,5-3 диаметра), невозможность получения изделий из высокопрочных, труднодеформируемых конструкционных материалов (высокопрочные стали, титановые и алюминиевые сплавы).

Известен также способ изготовления полых поковок типа шаровых сосудов, при котором нагретую до ковочной температуры цилиндрическую заготовку устанавливают на штамп и деформируют в две стадии при условии создания в заготовке неравномерного температурного поля [2] В известном способе осуществляется поэтапная осадка (а не вытяжка) заготовки, не задан характер распределения температуры по заготовке, не учтено влияние скорости и степени деформации на качество и параметры получаемых изделий. Этот способ ограничен в применении, не решает проблемы изготовления изделий типа баллон большой емкости (высотой не менее 2,5-3 диаметра) из высокопрочных сталей и сплавов.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является способ вытяжки с нагревом, включающий прижим фланцевой части заготовки между матрицей и прижимным кольцом, неравномерный нагрев в радиальном направлении фланцевой части до температуры горячего деформирования пропусканием через нее электрического тока и поэтапное деформирование путем приложения усилия вытяжки к центральной зоне заготовки. На каждом этапе заготовку деформируют до момента, соответствующего нижней границе интервала температур горячего деформирования материала заготовки [3] Недостатками этого способа являются: 1. Сложность определения момента остановки процесса вытяжки на каждом из этапов из-за сложности определения границы нижнего интервала температур оптимального деформирования. Для этого необходима весьма чувствительная регистрирующая аппаратура (сложность штамповой оснастки).

2. Подогрев каждой из зон, где остановлен фланец с нижнего предела температурного интервала горячего деформирования штампуемого материала (Т_н) до верхнего предела температурного интервала горячего деформирования (Т_в) требует дополнительного расхода электроэнергии, увеличения цикла вытяжки в несколько (2-5) раз.

3. Необходимость возврата (после вытяжки каждой детали) к первоначальному перепаду температур между фланцем заготовки и перетяжным ребром, для чего после каждой вытяжки штамп необходимо охладить и вновь нагреть. В результате этого увеличивается время штамповки.

4. Нагрев рабочих зон штампа, не участвующих в последующих этапах вытяжки до температур, превышающих Т_в, что отрицательносказывается на стойкости штамповой оснастки.

5. По мере перемещения фланца к перетяжному ребру от этапа к этапу снижается перепад температур между фланцем детали и перетяжным ребром, что отрицательно сказывается на качестве изделий (локальное утонение в зоне перетяжного ребра, отрыв фланца) и степени деформации.

Цель изобретения повышение качества изделий, увеличение их емкости, расширение технологических возможностей, снижение себестоимости за счет реализации оптимальных температурно-скоростных режимов деформирования в сочетании с отсутствием утонения на первой операции вытяжки и с заданным утонением на второй операции.

Поставленная цель достигается тем, что в способе изготовления полых металлических емкостей, включающем неравномерный нагрев фланцевой части заготовки в радиальном направлении до температуры горячего деформирования, поэтапную вытяжку путем приложения усилия вытяжки к центральной зоне заготовки, деформирование заготовки до момента, соответствующего нижней границе интервала температур горячего деформирования материала заготовки, первую операцию вытяжки осуществляют до получения полуфабриката высотой не менее 1,2-1,5 его диаметра без утонения исходной толщины материала, а вторую и последующие операции вытяжки осуществляют с утонением стенки не менее 18-20% Вытяжку осуществляют с оптимальной степенью и скоростью деформирования, при этом не первой операции вытяжки получают полуфабрикат определенных габаритов (высота не менее 1,2-1,5 его диаметра, без уменьшения исходной толщины материала во всех сечениях).

Полуфабрикат указанных геометрических параметров, в отличиеот прототипа, обладает запасом технологических возможностей, позволяющим проводить последующую неоднократную переформовку (вытяжку) как с утонением, так и без утонения стенки детали в зависимости от Ту на изделие. Таким образом, создается возможность получения изделий, по габаритам и эксплуатационным характеристикам значительно превосходящим прототип. В свою очередь предлагаемый способ деформирования, в отличие от прототипа, позволяет, с одной стороны, сохранить заданный температурный режим, что способствует повышению качества за счет исключения возможного перегрева штампуемого материала и его локального утонения, снижению себестоимости за счет сокращения расхода электроэнергии и упрощения конструкции штамповой оснастки, сокращению цикла в 2-5 раз, повышению стойкости штамповой оснастки за счет снижения рабочей температуры и, с другой уменьшить негативное влияние скорости деформирования на пластические и прочностные свойства штампуемого материала. Четко обозначенные, в отличие от прототипа, границы температурного интервала нагрева (T_в-T_н) в радиальном направлении заготовки и их сохранение в процессе деформирования позволяют в максимальной степени использовать ресурс пластичности штампуемого материала и положительный эффект деформированного нагрева, что, в свою очередь, позволяет деформировать стенку или горловину изделия за счет фланцевой зоны заготовки при минимальном, либо вообще отсутствующем утонении материала в опасном сечении заготовки (вершина полусферы). Тонение стенки 18-20% заложенное на последующих операциях вытяжки, позволяет осуществить контролируемый дополнительный набор стенки за счет ее толщины, при этом минимальная, оставшаяся после всех формообразующих операций толщина, не выходит за пределы утонений, допускаемых ТУ на изделие. Утонение, равное 18-20% в то же время обеспечивает при обжиме горловины набор материала (толщина, длина горловины), достаточный для подрезки торца и нарезки резьбы под штуцер, согласно требованиям ГОСТ.

На фиг. 1 изображен штамп для первой операции вытяжки, разрез "А-А" фиг. 2, на фиг. 2 то же, вид сверху (пуансон условно не показан), на фиг. 3 - схема подключения трансформаторов к матрице, на фиг. 4 штамп для второй операции вытяжки, на фиг. 5 то же, вид сверху (пуансон условно не показан), на фиг. 6 устройство для обжима горловины, на фиг. 7 полуфабрикат в виде стакана со сферическим дном, полученный вытяжкой из плоской заготовки, на фиг. 8 полуфабрикат в виде стакана, полученный на второй операции вытяжки, на фиг. 9 изделие, полученное предлагаемым способом, на фиг. 10 зависимость пластичности εΨ = lg(F₀/F₁) (F₀(F₁) площадь поперечного сечения образца до и после испытания) титанового сплава ОТЧ-1-Л 2,0 от температуры, на фиг. 11 характер изменения исходной толщины заготовки после вытяжки в штампе первой операции.

Штамп первой операции вытяжки содержит пуансон 1, прижимное кольцо 2, матрицу 3. Прижимное кольцо 2 и матрица 3 (фиг. 1, 2) по наружному контуру имеют симметрично расположенные выступы 4, к которым посредством винтов 5 присоединены электроконтакты 6. Через стойку 7 матрица 3 жестко связана с основанием 8. Между стойкой 7 и матрицей 3 размещена теплоэлектроизолирующая прокладка 9. На основании 8 размещены гидроцилиндры 10, которые через шток 11, рычаг 12 и кронштейны 13, 14 связаны с прижимным кольцом 2. Электроконтакты 6 к матрице 3 подключены последовательно, чередуя "плюс-минус". Количество электроконтактов, по крайней мере, четыре. Питание каждой пары разноименных контактов осуществляется от двух автономных источников 15, 16 (фиг. 3), напряжения которых находятся в фазе. Для равномерного в тангенциальном направлении нагрева матрицы 3 и прижимного кольца 2 создается равенство падений напряжений, приходящихся на единицу длины расстояния между электроконтактами. Это достигается симметричным расположением выступов 4 на матрице 3.

Штамп второй операции (фиг. 4, 5) вытяжки содержит полый пуансон 17, матрицу 18, охватывающую пуансон, втулку 19, кольцо 20, на внутренней поверхности которого установлен нагреватель 21. Внутри полого пуансона 17 размещена трубка 22 для подачи охладителя. Для охлаждения перетяжного ребра матрицы 18 предусмотрен кольцевой канал 23. Матрица 18 с основанием 24 связана стойками 25.

Устройство для обжима горловины (фиг. 6) содержит закрепленную на держателе 26 матрицу 27, подпружиненный выталкиватель 28, опору 29, основание 30. Для нагрева матрицы 27 служит индуктор 31. Позицией 32 на чертежах отмечена заготовка.

Способ осуществляют следующим образом.

В исходном положении прижимное кольцо 2 приподнято относительно матрицы 3. Заготовку 32 помещают в зазор между матрицей 3 и прижимным кольцом 2. Включают гидроцилиндры 10 и через шток 11, рычаг 12 прижимным кольцом 2 заготовку 32 прижимают к матрице 3. При включении источников питания 15 и 16 ток нагрева протекает по прижимному кольцу 2, матрице 3 и заготовке 32. Последние нагреваются до заданной температуры. При этом периферийную зону (фланец) заготовки 32 нагревают до температуры Т_в для данного материала, а зону перетяжного ребра до Т_н. Требуемого перепада температур достигают либо путем изменения величины падения напряжения между контактами, либо путем изменения времени нагрева. Заданный характер распределения температуры поддерживают автоматически, для чего с помощью потенциометров (на чертеже не показаны) постоянно регистрируют температуру на фланце и перетяжном ребре. Поскольку штамп в радиальном направлении нагрет неравномерно, фланец заготовки 32, перемещаясь к центру штампа, попадает в зону все более низких температур. Через заготовку 32 проходит нестационарный тепловой поток, при котором температуры разных зон изменяется во времени и по координатам по весьма сложному и практически неуправляемому закону. Установленный в начале деформирования температурный интервал Т_в-Т_н, обеспечивающий необходимую пластичность штампуемого материала, нарушается. Это изменение происходит тем интенсивнее, чем меньше скорость перемещения фланца (скорость деформирования), больше диаметр заготовки по отношению к диаметру изделия и меньше толщина заготовки. Повышение скорости деформирования позволяет уменьшить потери тепла, однако, начиная с некоторых скоростей, возрастает сопротивление деформированию и снижается пластичность материала. При высоких температурах эта закономерность усиливается. Так, например, при увеличении скорости деформирования с 10 до 100 мм/мин сопротивление деформированию (σ_0,1) сплава ОТЧ-1 при температуре 600^oC увеличивается с 12 кг/мм до 24 кг/мм, а пластичность снижается до 30% Поэтому заготовку деформируют в заданном интервале скоростей деформирования, обеспечивающем оптимальныетемпературные условия для данного материала. Размер исходной заготовки берут таким, чтобы после вытяжки получить полуфабрикат высотой Н₁, равной 1,2-1,5 диаметра D₁ полуфабрика (фиг. 7). При этом толщина полуфабриката S_min (0,97-0,98)S (S - толщина исходной заготовки).

На второй операции вытяжки полуфабрикат (заготовка 32), полученный на первой операции, вместе с втулкой 19 нагреваются в отдельном нагревательном устройстве (не показано) до температуры Т_в. Нагретая заготовка вместе с втулкой устанавливается в кольцо 20 на матрицу 18. К заготовке 32 подводится пуансон 17 до контакта с дном заготовки. Донная зона заготовки охлаждается до температуры Т_н, после чего производится вытяжка заготовки 32 через матрицу 18. Втулка 19 при этом выполняет роль не только теплоносителя, но и складкодержателя (прижима). Время подстуживания данной зоны заготовки в период контакта с холодными пуансоном и матрицей и скорость деформирования устанавливаются так, чтобы температура на стенке заготовки (в зоне обреза) сохранялась на уровне (0,8-0,9)Т_в. Сохранению температуры Т_в способствует также нагреватель 21, размещенный на внутренней поверхности втулки 19. На второй операции вытяжки осуществлен также принцип комбинированной вытяжки, в котором сочетаются два вида деформации уменьшение диаметра вытяжки и уменьшение толщины стенки. Степень деформации, определяемая одновременным изменением диаметра и толщины стенки полуфабриката определяется известным соотношением (см. В. П.Романовский "Справочник по холодной штамповке", 1977 г. стр. 162) где m коэффициент вытяжки первой операции, который определяется по формуле m d/D; m_ут. коэффициент утонения; F_н(F_к) площадь поперечного сечения до и после деформации, мм; Z_н(Z_к) толщина стенки до и после деформации, мм;
d диаметр изделия;
D диаметр заготовки.

Степень деформации Е рассчитывается, исходя из геометрических параметров изделия и допустимой степени деформации штампуемого материала. На этой операции вытяжки получают полуфабрикат (фиг. 8) высотой Н₂, равной 2-3 его диаметра D₂ при утонении не менее 18-20% (S_min 0,8S).

Затем осуществляют обжим горловины. Заготовку 32 помещают в опору 29. К торцу заготовки подводят нагретую до требуемой температуры с помощью индуктора 31 матрицу 27. Торец заготовки вводят в цилиндрическую полость 33 матрицы 27. Нагревают торцевую зону заготовки до температуры Т_в, после чего, перемещая матрицу 27, деформируют, придавая этой зоне вначале форму конуса, а затем, по мере перемещения матрицы форму цилиндра. Таким образом, получают корпус баллона с обжатой горловиной. В процессе деформирования, за счет уменьшения диаметра заготовки, осуществляется утолщение (набор) станки полуфабриката в зоне горловины. После достижения заданной длины и толщины горловины матрица 27 отводится от опоры 29 и заготовка 32 выталкивателем 28 выводится из рабочей зоны матрицы.

Пример реализации технического решения. Способ опробирован при изготовлении корпусов баллонов малого объема (0,4литра) для газов на давление 9,8 МПа (100 кгс/см). Форма и геометрические параметры корпусов были взяты по ГОСТ 949-73 (форма) и ГОСТ 9909-81 (резьба) и приведены на фиг. 9. Баллоны изготовлялись из титанового сплава ОТЧ-1-Л 2,0, алюминиевого сплава АМг-6-Л 2,5 и Ст. 3-Л 2,0. Экспериментально, методом обжима трубной заготовки диаметром 70 мм из высокопластичной стали 30 ХГСФ в состоянии поставки, было установлено, что для получения корпуса баллона длиной 165 мм, наружным диаметром 70 мм, с горловиной диаметром 29 мм, длиной 20 мм, при толщине стенки в зоне горловины 5 мм, исходная длина полуфабриката (стакан со сферическим дном) должна быть не менее 180 мм. Диаметр исходной листовой заготовки для такого полуфабриката равен 230 мм. Для получения полуфабриката указанных размеров из заготовки диаметром 230 мм за одну операцию вытяжки необходимо создать условия, при которых коэффициент вытяжки m d₁/D (d₁ диаметр заготовки после первой операции вытяжки, D диаметр исходной заготовки) составляет 0,30, что для указанных марок материалов практически неосуществимо. В целях экономии энергоресурсов и сокращения расходов на штамповую оснастку, была поставлена задача получения полуфабриката под обжимку при минимальном количестве операций вытяжки 2. Согласно требованию ГОСТ 949-73 минимальная толщина стенки баллона из материала толщины 2 мм допускается не менее 1,6 мм. Зная это, из соотношения (1) определяли степень деформации на второй операции вытяжки:

Далее определяли диаметр полуфабриката на первой операции вытяжки из соотношения:

Из условия постоянства объемов было установлено, что для получения на второй операции вытяжки полуфабриката длиной 180 мм, диаметром 70 мм и толщиной 1,6 мм, на первой операции необходимо получить полуфабрикат диаметром 90 мм, толщиной 2 мм, длиной не менее 112 мм, что составляет 1,2-1,5 диаметра полуфабриката D. При этом процесс вытяжки должен быть осуществлен без утонения исходной толщины материала. В этом случае коэффициент вытяжки на первой операции m d_E/D 90/230 0,4, что и было реализовано методом вытяжки с дифференцированным нагревом заготовок в радиальном направлении.

Первую операцию вытяжки осуществляли в штампе, имеющем пройму матрицы диаметром 90 мм. Матрицу и прижимное кольцо изготовляли из жаропрочной стали ЭИ 961 и нагревали пропусканием тока, для чего к матрице подключали две пары электроконтактов, последовательно чередуя "плюс-минус" так, как показано на фиг. 3. Нагрев штампа осуществляли от двух трансформаторов ТКП-150. Использовали ток промышленной частоты. Напряжение на первичной обмотке трансформатора было 380 В, на вторичной от 12 до 36 В. Температура на фланце заготовки и перетяжном ребре регистрировалась и поддерживалась с помощью термопар и приборов КСП-3 (не показаны). Меняя напряжение между контактами (переключением рубильников трансформаторов) и время нагрева, добивались установления необходимой температуры в зоне обреза заготовки и на фланце. Эти температуры соответствовали верхнему Т_в и нижнему Т_н пределам допустимого нагрева штампуемого материала. Для титанового сплава Т_в и Т_н выбирали по зависимости εΨ = f(T) (фиг. 10) с учетом инструкции ВИАМ на данный материал. Интервал Т_в-Т_н для АМг-6 и ст. 3 выбирали из ТУ на материал. Из графика зависимости видно, что, начиная с 400^oC, пластичность сплава ОТЧ-1 резко повышается и достигает максимума при температуре от 650^oC до 700^oC. Нагрев выше этой температуры приводит к интенсивному взаимодействию титана к охрупчиванию и потере пластических свойств. Таким образом, был выбран верхний оптимальный интервал нагрева Т_в, равный 600^o-700^oC и нижний Т_н, равный 400^oC. Для сохранения Т_в в пределах от 600^oC до 700^oC необходимо было задать такую скорость деформирования, при которой обрез заготовки, проходя зону перетяжного ребра, не подстуживался бы ниже 600^oC. С целью определения оптимальной скорости деформирования проводили исследования по охлаждению нагретой тонколистовой заготовки (толщина 1,0-2,5 мм) из сплава ОТЧ-1 при контакте с холодной и нагретой до разных температур пластиной. Данные замеров представлены в таблице 1.

Из таблицы 1 видно, что при контакте заготовки, нагретой до 700^oC с пластиной, нагретой до 400^oC (температура перетяжного ребра матрицы) время остывания до температуры 600^oC зависит от толщины заготовки и составляет от 3 до 6 секунд. Для материала толщиной 2 мм это время составляет 5 секунд. Зная радиус заготовки на первой операции вытяжки и принимая без большой погрешности величину радиуса, равной величине хода пуансона, определяли минимальную скорость перемещения (скорость деформирования) фланцевой зоны заготовки:

Вытяжку осуществляли на гидравлическом прессе PVE-160 с регулируемой скоростью перемещения ползуна пресса. При скоростях деформирования меньше 20 мм/сек наблюдался отрыв фланцевой зоны, либо трещины по стенке полуфабриката из-за охлаждения материала при подходе к перетяжному ребру. При скоростях деформирования больше 40 мм/сек происходило разрушение заготовки в полюсе полусферы по причине упрочнения и снижения пластичности материала в этой зоне. При соблюдении указанных температурно-скоростных режимов получали полуфабрикаты с габаритами не менее указанного в табл.2. Изменение исходной толщины заготовки из титанового сплава ОТЧ-1-Л 2,0 представлено на фиг. 11, из которого видно, что утонение не превышает 2%
Из фиг. 11 видно, что утонение, равное 2-3% наблюдается в локальных, не связанных между собой зонах, является характерной особенностью листового проката и не влияет на последующие операции вытяжки и эксплуатационные характеристики изделия.

После вытяжки в штампе первой операции и подрезки по торцу полуфабрикаты подвергали вытяжке в штампе второй операции (фиг. 4, 5). Заготовку из сплава ОТЧ-1-Л 2,0 вместе со складкодержателем равномерно нагревали в муфельной электропечи до Т_в, равной 700^oC. После нагрева заготовку со складкодержателем помещали во втулку 19 и давали выдержку до момента подстуживания зоны заготовки, контактирующей с матрицей (зона перехода полусферы в стенку) до Т_н, равной 400^oC. Время выдержки составляло 2 секунды. За это время температура на фланце заготовки в зоне обреза снижалась до 650^oC, что не оказывало существенного влияния на пластичность штампуемого материала (фиг. 10). Таким образом, создавался температурный перепад Т_в-Т_н 650^o 400^o 250^oC. Далее заготовка деформировалась со скоростью, обеспечивающей сохранение температуры на обрезе детали в момент прохождения через перетяжное ребро матрицы не менее 600^oC. В соответствии с таблицей 1 это время для разных толщин было разным и составляло от 2 до 5 секунд. Для толщины 2 мм 3 секунды. Зная высоту полуфабриката, определяли минимальную скорость деформирования:

Для заготовки толщиной 2 мм эта скорость была равна 30 мм/сек. Вытяжку осуществляли на гидравлическом прессе П 6330 с регулируемой скоростью перемещения ползуна пресса.Осуществляли два вида вытяжки:
без утонения стенки изделия;
с утонением стенки изделия на 20% (с 2 до 1,6 мм).

В первом случае получали качественные, без разрушения, складок и овальности детали диаметром 70 мм, длиной 150 мм, толщиной 2 мм. При этом коэффициент вытяжки m d₂/D (d₂ диаметр полуфабриката, полученного на второй операции вытяжки) составлял 0,7-0,8, что соответствовало вытяжке высокопластичных материалов и характеризовало процесс как стабильный и устойчивый. Однако длины полуфабриката, полученного при вытяжке без утонения, было недостаточно для получения корпуса баллона (165 мм) в соответствии с ГОСТ 949-73. Поэтому применяли комбинированную вытяжку, при которой переформовывали полуфабрикат с диаметра 90 мм на диаметр 70 мм при одновременном уменьшении стенки с 2 мм до 1,6 мм (утонение 20%). Для этого соответствующим образом уменьшали зазор между матрицей и пуансоном. Получали полуфабрикат длиной 180 мм с толщиной стенки 1,6 мм, из которого методом обжимки изготовляли корпус баллона в соответствии с ГОСТ 949-73 (фиг. 9). Аналогичные детали при тех же скоростях деформирования были получены из алюминиевого сплава АМг-6-Л 2,5 и ст. 3-Л 2,0. При меньших скоростях деформирования при обоих способах вытяжки наблюдали более интенсивное охлаждение фланцевой зоны заготовки, приводящее к уменьшению высоты, появлению радиальных трещин и эллипсности в зоне обреза детали. Таким образом, были установлены скоростные режимы деформирования на первой операции вытяжки V₁, равная от 20 до 40 мм/сек и второй операции вытяжки V₂, равная от 20 до 60 мм/сек.

После вытяжки в штампе второй операции и подрезки торцазаготовки обжимались на машине УФТУ-40 (установка формования тяг управления) по схеме, представленной на фиг. 6. При обжиме горловины с нагревом наряду с разрушением деформируемой зоны, в виде трещин в радиальном направлении наблюдалась потеря устойчивости стенки (бочкообразование или складка в окружном направлении) в зоне передачи усилия. Главным условием, обеспечивающим сохранение исходной формы, является перепад температур и скорость деформирования. При обжиме заготовок из сплава ОТЧ-1 матрица нагревалась до температуры 700^oC (Т_в). После введения торца заготовки в цилиндрическую зону матрицы (поз 33 фиг. 6) давалась выдержка в течение 10 секунд. За это время торец заготовки также нагревался до 700^oC. Экспериментально было установлено, что для получения горловины требуемых размеров (фиг. 9) длина деформируемой зоны исходной заготовки (ход матрицы) составляет 50 мм. Для поддержания стабильного температурного (700^oC) режима деформирования скорость перемещения матрицы V₃ должна быть равна:

Оптимальный скоростной интервал деформирования для разных толщин составлял от 4 до 6 мм/сек. При скоростях деформирования более указанного наблюдалось образование складок и радиальных трещин в зоне обжима из-за недостаточного прогрева, в процессе перемещения матрицы, этих зон. При меньших скоростях деформирования наблюдалось бочкообразование или складка в окружном направлении в зоне опоры 30, обусловленные высоким разупрочнением материала в этой зоне. Аналогичным образом была устанолвлена скорость деформирования для сплава АМг-6-Л 2,5 и ст. 3-Л 2,0, которая составила от 3 до 4 мм/сек и от 5 мм/сек до 6 мм/сек соответственно. При указанных температурно-скоростных режимах деформирования получали корпуса баллонов диаметром 70 мм, длиной 170 мм, толщиной в зоне стенки 1,6 мм и в зоне горловины 5 мм.

Совокупность примененных температурно-скоростных режимов деформирования в сочетании с отсутствием утонения на первой операции вытяжки и с заранее заданным (не выходящим за рамки требований ГОСТ) утонением на второй операции позволили получить изделия в виде корпусов баллонов из труднодеформируемых и малопластичных, высокопрочных материалов, что значительно расширило технологические и эксплуатационные возможности. Изделия получены с минимальным числом операций вытяжки (две), при минимальном расходе материала и энергоресурсов. Предлагаемый способ значительно сокращает цикл изготовления корпусов баллонов. Исключается применение дорогих и дефицитных раскатных станов. Повышается качество изделий, так как в них отсутствуют сварные швы, требующие операций зачистки, проверки на герметичность, рентген.

Формула изобретения

1. Способ изготовления полых металлических емкостей, включающий неравномерный нагрев фланцевой части заготовки в радиальном направлении до температуры горячего деформирования, поэтапную вытяжку, отличающийся тем, что первую операцию вытяжки осуществляют до получения полуфабриката высотой не менее 1,2 1,5 его диаметра без утонения исходной толщины материала, а вторую и последующие операции вытяжки осуществляют с утонением стенки не менее 18 - 20%
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что на первой операции вытяжки деформирование осуществляют со скоростью 20 40 мм/с, на второй и последующих операциях со скоростью 20 60 мм/с.

3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что на всех операциях вытяжки температуру на обрезе детали поддерживают не менее 0,8 величины верхнего предела температурного интервала горячего деформирования штампуемого материала.

4. Способ по пп.1 3, отличающийся тем, что после вытяжки осуществляют обжим горловины со скоростью 4 6 мм/с.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12