Способ изготовления полых сферических изделий

 

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано при изготовлении полых изделий сферической формы. Трубную заготовку с определенным диаметром и толщиной стенки устанавливают в штамп между двумя полусферическими матрицами соосно с цилиндрическим упором и деформируют путем сближения матриц с обеспечением контакта ее торцев с упором, при этом контакт торцев заготовки с упором обеспечивают при наличии зазора между матрицами, величину которого определяют опытным путем, длину заготовки выбирают из условия равенства объемов заготовки и изготавливаемого изделия, при этом торцы заготовки выполняют в виде конических поверхностей с вершинами конусов, расположенными на оси заготовки и обращенными друг к другу. Повышается качество за счет обеспечения стабильности геометрической формы изделия. 2 ил.

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, а именно к технологии изготовления полых изделий сферической формы, в частности пробок шаровых кранов.

Известен способ изготовления полых сферических изделий с двумя противоположно расположенными отверстиями, заключающийся в получении полой заготовки и ее деформировании обжимом. Заготовку получают в виде втулки с коническими наружной и внутренней поверхностями с центральными углами, составляющими 1°20'-1°40', при этом большие основания конусов, образующих эти поверхности, ориентированы во взаимно противоположные стороны. Наибольший диаметр заготовки составляет 0,96-0,97 диаметра готового изделия, а наибольшая толщина стенки составляет 0,05-0,06 диаметра готового изделия. Штамповку ведут с ограничением течения металла заготовки со стороны торца с меньшей толщиной стенки (а.с. №1409386, МПК В 21 D 51/08, опубл. 15.07.88).

Существенными недостатками способа являются высокая трудоемкость подготовки заготовки под штамповку, связанная с необходимостью выполнения наружной и внутренней конических поверхностей, а также невысокая сферичность изготавливаемого изделия, вызванная отсутствием ограничения течения металла со стороны торца заготовки с большей толщиной стенки.

Известен также способ изготовления полых сферических изделий, например пробок шаровых кранов из трубной заготовки, наибольший диаметр которой составляет 0,93-1,0 диаметра сферической полости матрицы, а толщина стенки 0,05-0,08 ее диаметра. При реализации способа трубную заготовку устанавливают в штамп между двумя полусферическими матрицами соосно с цилиндрическим упором. Деформируют заготовку в сферическое изделие с обеспечением контакта ее торцев с цилиндрическим упором. На торцах заготовки выполняют фаски. (Кузьмин Н.Н. и др. Штамповка пробок шаровых кранов из трубчатых заготовок. Журнал “Кузнечно-штамповочное производство”, № 10, 1985, с.19-20).

Недостатком известного способа является то, что контакт торцев штампуемого сферического изделия с цилиндрическим упором и смыкание полусферических матриц между собою осуществляют одновременно. В этом случае отсутствует возможность дополнительной деформации стенки заготовки, что не способствует повышению сферичности изготавливаемого изделия. Кроме того, наличие фаски на торцевой поверхности заготовки не обеспечивает полное прилегание ее торцев к упору, что приводит к повышенным отклонениям от сферичности изготавливаемого изделия или требует увеличения длины трубной заготовки, что повышает коэффициент использования материала.

Технической задачей заявляемого решения является создание дополнительных сжимающих напряжений в стенке штампуемого сферического изделия в момент контакта торцев заготовки с упором, способствующих повышению сферичности изготавливаемого изделия.

Сущность технического решения заключается в том, что при реализации способа изготовления полых сферических изделий трубную заготовку, наибольший диаметр которой составляет 0,93-1,0 от диаметра сферической полости матрицы, а толщина стенки 0,05-0,08 диаметра сферической полости матрицы, устанавливают в штамп между двумя полусферическими матрицами соосно с цилиндрическим упором. Затем заготовку деформируют путем сближения матриц с обеспечением контакта торцев заготовки с упором.

Новым в предлагаемом изобретении является то, что контакт торцев заготовки с упором обеспечивают при наличии зазора между матрицами, величину которого определяют опытным путем, длину заготовки выбирают из условия равенства объемов заготовки и изготавливаемого изделия, при этом торцы заготовки выполняют в виде конических поверхностей с вершинами конусов, расположенными на оси заготовки и обращенными друг к другу, а угол при вершинах этих конусов определяют по формуле:

где R_сp - радиус трубной заготовки по средней линии;

R - радиус цилиндрического отверстия после обжима заготовки;

К=(1,01...1,1) - эмпирический коэффициент, учитывающий механические свойства трубной заготовки и влияние трения между поверхностями заготовки и матрицами штампа.

Предлагаемый способ поясняется чертежами, где фиг.1 - геометрия исходной трубной заготовки; фиг.2 - промежуточный этап штамповки трубной заготовки в сферическое изделие.

Способ осуществляют следующим образом.

На трубной заготовке 1 (фиг.1), имеющей длину L, которую выбирают из условия равенства объемов изготавливаемого изделия и заготовки, наибольший диаметр которой составляет 0,93-1,0 от диаметра сферической полости матрицы, а толщина стенки 0,05-0,08 от ее диаметра, выполняют торцы 2 в виде конических поверхностей. Вершины 3 конусов этих поверхностей расположены на оси 4 трубной заготовки 1 внутри ее отверстия 5 навстречу друг другу. При этом угол α при вершине конусов определяют по формуле:

где R_сp - радиус трубной заготовки по средней линии;

R - радиус цилиндрического отверстия после обжима заготовки;

К=(1,01...1,1) - эмпирический коэффициент, учитывающий механические свойства трубной заготовки и влияние трения между поверхностями заготовки и матрицами штампа.

Меньшие значения коэффициента К выбирают при малых коэффициентах трения между поверхностями матрицы и заготовки, а также для малоупрочняющихся материалов штампуемых заготовок. И, напротив, большие значения коэффициента К принимают для сильноупрочняющихся материалов заготовки и высоком коэффициенте трения.

Подготовленную таким образом трубную заготовку 1 устанавливают в штамп (фиг.2), рабочими элементами которой являются полусферические матрицы 6 и 7 и центральный цилиндрический упор 8. При силовом смыкании матриц 6 и 7 между собой осуществляют обжим трубной заготовки 1 в сферическое изделие 9. В процессе смыкания матриц 6 и 7, при образовании между их торцами зазора 10, торцы 2 обжимаемой трубной заготовки 1 образуют цилиндрическую поверхность, вступающую в контакт с поверхностью упора 8. Зазор 10, при котором осуществляют контакт торцев 2 заготовки 1 с упором 8, зависит от геометрических размеров изготавливаемого изделия 9, и его определяют опытным путем. В зоне контакта торцев заготовки 1 с упором 8 создаются дополнительные сжимающие меридиональные и тангенциальные напряжения, повышающие пластичность штампуемого материала трубной заготовки 1 и способствующие при дальнейшем смыкании матриц 6 и 7 максимальному заполнению их профиля. Это приводит к повышению сферичности изготавливаемого изделия.

Пример. Для изготовления сферической пробки шарового крана (материал: сталь 12Х18Н10Т), имеющей наружный диаметр сферы - 82 мм с допуском на отклонение от сферичности - 0,01 мм, толщиной стенки - 4,5 мм и диаметр двух противоположных отверстий - 43Н12 ^(+0,0142) мм, использовалась трубная заготовка, имеющая наружный диаметр 80 мм, толщину стенки - 4,5 мм (отрезок трубы по ГОСТ 9941 -81). На каждом торце заготовки были выполнены токарной обработкой конические поверхности с углом при вершине конуса α=104° (вершины конусов расположены на оси трубной заготовки и обращены друг к другу), в соответствии с выражением (1), при К=1,06 (сильноупрочняющийся материал). Длина заготовки составляла 79,5 мм.

При штамповке заготовки в сферическое изделие конические торцевые поверхности заготовки вступали в контакт с цилиндрической поверхностью упора при зазоре между полусферическими матрицами 0,8 мм, определенным опытным путем, и при дальнейшем сближении матриц формовали сферическое изделие, имеющее диаметр отверстий 43 мм. Штамп имел рабочий диаметр полусферических матриц - 82,5 мм и цилиндрический упор диаметром 43 мм. Отштампованные сферические пробки имели отклонения от сферичности до 0,15...0,25 мм, диаметры отверстий 43 мм, и после выполнения операции чистовой токарной обработки сферической поверхности на сферотокарном станке и алмазном выглаживании полностью отвечали требованиям технических условий.

Полученная высокая точность цилиндрических отверстий в пробке позволила использовать их в качестве установочных баз при дальнейшей обработке сферической поверхности изделия и обеспечить высокую равномерность снимаемого припуска. При этом качество изделия повышено за счет обеспечения стабильных условий обработки сферической поверхности, которые обеспечивают, в свою очередь, стабильность создаваемых при обработке поверхностных остаточных напряжений, ответственных среди прочих факторов за стабильность геометрической формы изготавливаемого изделия.

Формула изобретения

Способ изготовления полых сферических изделий, при котором трубную заготовку, наибольший диаметр которой составляет 0,93-1,0 от диаметра сферической полости матрицы, а толщина стенки 0,05-0,08 диаметра сферической полости матрицы, устанавливают в штамп между двумя полусферическими матрицами соосно с цилиндрическим упором и деформируют заготовку путем сближения матриц с обеспечением контакта ее торцов с упором, отличающийся тем, что контакт торцов заготовки с упором обеспечивают при наличии зазора между матрицами, величину которого определяют опытным путем, длину заготовки выбирают из условия равенства объемов заготовки и изготавливаемого изделия, при этом торцы заготовки выполняют в виде конических поверхностей с вершинами конусов, расположенными на оси заготовки и обращенными друг к другу, а угол при вершинах конусов определяют по формуле

где R_ср - радиус трубной заготовки по средней линии;

R - радиус цилиндрического отверстия после обжима заготовки;

К=(1,01...1,1) - эмпирический коэффициент, учитывающий механические свойства трубной заготовки и влияние трения между поверхностями заготовки и матрицами штампа.

РИСУНКИРисунок 1, Рисунок 2

QZ4A - Регистрация изменений (дополнений) лицензионного договора на использование изобретения

Лицензиар(ы): Закрытое акционерное общество "Индустрия-Сервис"

Вид лицензии*: ИЛ

Лицензиат(ы): Общество с ограниченной ответственностью "ТЕХАРМКОМПЛЕКТ"

Характер внесенных изменений (дополнений):Срок действия изменен. Договор действует до 02.07.2008. Внесены изменения в положения договора, касающиеся платежей.

Дата и номер государственной регистрации договора, в который внесены изменения: 02.11.2006 № РД0013861

Извещение опубликовано: 20.03.2007        БИ: 08/2007

* ИЛ - исключительная лицензия НИЛ - неисключительная лицензия