Способ ротационного выдавливания

 

Использование: для формообразования деталей с использованием раскатных роликов при обработке нагретых до пластического состояния заготовок деталей. Техническим результатом является повышение надежности бездефектного съема деталей при высокой производительности обработки для широкого круга материалов. Сущность изобретения: способ включает установку заготовки на оправку, ротационное выдавливание раскатными элементами по нагретой оправке и съем готовой детали, при этом оправку и заготовку нагревают перед установкой последней, температуру оправки при установке и в процессе раскатки поддерживают выше температуры заготовки, разницу температур обеспечивают не менее определенного значения. 1 ил., 1 табл.

Заявляемое изобретение относится к области обработки металлов давлением, а более конкретно - к способам формообразования деталей с использованием раскатных роликов, и может быть использовано при обработке нагретых до пластического состояния заготовок из металлов и сплавов.

Известен способ раскатки деталей, когда производят нагрева заготовок непосредственно на станке, в процессе раскатки (см. Н.И.Могильный. Ротационная вытяжка оболочковых деталей на станках, М., "Машиностроение", 1983, стр. 126). Раскатка заготовок с нагревом на станке значительно снижает производительность процесса и оборудования, т.к. включает в полное время операции раскатки время, затрачиваемое на нагрев детали и восстановление требуемого температурного состояния оснастки.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является способ, описанный в а.с. N 700236, B 21 D 22/16, 1979 г., который выбран в качестве прототипа заявляемого способа.

Способ заключается в том, что производят установку заготовки на оправку, нагрев заготовки и оправки, ротационное выдавливание раскатным элементом и съем готовой детали, при этом заготовку жестко зажимают по фланцу, нагревают по кольцевым участкам, а деформирование каждого участка осуществляют путем перемещения фланца вдоль оси оправки с поджимом нагретой части к оправке преимущественно газовой средой.

Недостатком известного способ является то, что он сложен для реализации, т. к. необходимо обеспечить нагрев определенной кольцевой зоны детали в момент ее обработки, и ограничивается область применения способа применением его для обработки сравнительно малогабаритных и тонкостенных деталей, а также применением для деталей из материалов, которые требует невысокой температуры нагрева для обеспечения пластического деформирования. Кроме того, низка производительность процесса раскатки деталей, невысока надежность и качество проведения процесса, не гарантируется свободный бездефектный съем деталей с оправки после завершения процесса обработки.

В основу настоящего изобретения положена задача повышения надежности бездефектного съема деталей при высокой производительности обработки для широкого круга материалов.

Поставленная задача решается тем, что в способе ротационного выдывливания, включающем установку заготовки на оправку, нагрев заготовки и оправки, ротационное выдавливание раскатным элементом и съем готовой детали, согласно изобретению нагрев заготовки и оправки осуществляют перед установкой последней на оправку, а температуру оправки при установке и в процессе раскатки поддерживают выше температуры заготовки, при этом разницу температур оправки и заготовки обеспечивают не менее где t_опр - температура оправки, ^oС; t_заг - температура заготовки в момент установки ее на оправку, ^oC; Δh - характерный размер неровностей поверхности оснастки (высота выступов) и заготовки, характеризуемый чистотой обработки поверхности до раскатки, мм; α_заг.- коэффициент термического линейного расширения материала заготовки, 1/град; R_опр - радиус оправки (мм).

Наличие отличительных от прототипа признаков позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого способа критерию "новизна".

В процессе поиска не выявлено технических решений, содержащих признаки, сходные с отличительными признаками заявляемого способа, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого способа критерию "изобретательский уровень".

Технический результат, обуславливающий решение поставленной задачи, заключается в том, что в процессе реализации способа создаются условия, обеспечивающие после окончания процесса раскатки наличие зазора между контактирующими поверхностями оправки и заготовки, величина которого больше, чем высота выступов на этих поверхностях, что позволяет провести съем детали без ее повреждения.

В этом случае исключаются затраты времени на дополнительный нагрев детали после раскатки, что значительно повышает производительность процесса.

На чертеже приведена схема реализации способа.

Способ реализуется следующим образом. Предварительно нагретую в специальной печи (на чертеже не показана) заготовку 1 устанавливают на нагретую оправку 2, температура которой поддерживается постоянной и выше, чем температура заготовки в течение всего процесса раскатки. Деформирующие элементы 3 подводят к обрабатываемой поверхности заготовки 1. В полости оправки 2 размещен нагреватель 4 и термопара 5, регулирующая температуру оправки 2. Прижим 6 фиксирует заготовку 1 на оправке 2. В момент сборки температура заготовки - t_заг, температура оправки - t_опр. Теплоизолирующий кожух (на чертеже не показан), частично охватывающий заготовку в области обработки ее деформирующими элементами, способствует стабилизации температуры заготовки в процессе деформирования.

Заготовка 1 устанавливается на оправку 2 с зазором по свободной посадке.

В процессе раскатки нагретой заготовки 1 по горячей оправке 2, которая имеет стационарный нагреватель и значительную толщину теплоемкого рабочего слоя, значительного колебания температуры оправки не происходит, а если оно и было бы возможно, то термопара регулирует нагрев и предотвращает изменение температуры оправки. Заготовка в момент установки ее на оправку имеет температуру более низкую, чем температура оправки. Заготовка более тонкостенна и изготовлена из теплопроводного материала, поэтому в месте контакта с оправкой заготовка подогревается, кроме того, деформирование, которое имеет место в процессе раскатки, приводит к выборке зазоров между оправкой и заготовкой, что еще более способствует лучшей передаче тепла от оправки к заготовке. При повышении температуры изменяются ее размеры за счет действия коэффициента термического линейного расширения (КТЛР) материала, увеличивается ее внутренний диаметр, в то время как изменения размеров оправки не происходит, т.к. температура у нее постоянна.

Изменение размеров заготовки в процессе нагрева способствуют сохранению зазора свободной посадки заготовки на оправке, который должен был быть выбран в процессе деформирвоания. Расчеты показали, а эксперименты подтвердили, что свободный съем заготовки с оправки после обработки давильными элементами возможен, не ожидая охлаждения деталей, если разница температур оправки и заготовки будет достаточна для создания зазора, превышающего высоту выступов, характеризующих шероховатость контактирующих поверхностей, и обратно пропорциональна коэффициенту термического расширения материала заготовки.

Возможность свободного снятия определяется из условия: где t_опр - температура оправки в процессе обработки, ^oC; t_заг. - температура заготовки в момент установки ее на оправку, ^oC;
Δh - размер выступов и впадин на контактирующих поверхностях оправки и заготовки, характеризуемый чистотой обработки поверхности до раскатки, мкм;
α_заг.- коэффициент термического линейного расширения (КТЛР) материала заготовки, 1/град;
R_опр - радиус оправки, мм.

В этом случае перегрев оправки обеспечивает увеличение внутреннего диаметра заготовки на величину, равную или превышающую размер выступов, характеризующий шероховатость поверхности, что обеспечивает съем детали без дополнительной выдержки для охлаждения и не приведет при съеме к появлению дефектов в виде коробления.

В институте в процессе отработки способа осуществляли раскатку заготовки из сплава АК6 и AB, α_заг. которых 25·10^-6 1/град в диапазоне рабочих температур (400-600^oC). Предварительно нагретую заготовку устанавливали на оправку, температура которой поддерживалась в течение всего процесса раскатки, равной 450^oC. Наружный диаметр оправки имел обработку по 10 классу чистоты, что способствует величине выступов не более 0,16 мкм, заготовка имела обработку по 2 классу точности, что соответствует величине выступов не более 160 мкм. Наружный диаметр оправки 180 мм.

Данные по результатам экспериментальной отработки сведены в таблицу 1.

Результаты таблицы показывают, что при выполнении указанного условия снятие возможно сразу после раскатки, а если условие не выполняются (N 4 и 5), то для снятия необходимо либо проводить перегрев оправки (N 5), либо охлаждать деталь после раскатки (N 4), то и другое снижает производительность, увеличивает энергоемкость процесса. Кроме того, проводить увеличение нагрева оправки нецелесообразно, т.к. это может повлиять на структуру материала детали. Однако для различных материалов уровень нагрева заготовки и оправки будет различным при соблюдении условия разности их температур, что обязательно для получения качественной детали.

Формула изобретения

Способ ротационного выдавливания, включающий установку заготовки на оправку, нагрев заготовки и оправки, ротационное выдавливание раскатным элементом и съем готовой детали, отличающийся тем, что нагрев заготовки и оправки осуществляют перед установкой последней на оправку, температуру оправки при установке и в процессе раскатки поддерживают выше температуры заготовки, при этом разницу температур оправки и заготовки обеспечивают не менее

где t_опр - температура оправки, ^oC;
t_заг - температура заготовки в момент установки ее на оправку, ^oC;
Δh - характерный размер неровностей поверхности (разница выступов) оправки и заготовки, характеризуемый чистотой обработки поверхности до раскатки, мм;
α_заг - коэффициент термического линейного расширения материала заготовки, 1/град;
R_опр - радиус оправки, мм.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2