Способ изготовления стаканов с двумя фланцами

 

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано в кузнечных цехах металлургических и машиностроительных заводов при изготовлении автомобильных колес и подобных им изделий. После подготовки исходной заготовки производят формирование промежуточного полуфабриката в виде чаши с фасонным дном, стенкой, утолщением при переходе стенки в дно, ограниченным с внутренней стороны чаши поверхностью вращения, кольцевым выступом на внешнем торце дна и фланцем на торце стенки. При этом внутреннюю поверхность кольцевого выступа на внешнем торце дна выполняют конусной. Фланец на торце стенки образуют путем приложения к этому торцу осевого усилия с увеличением толщины стенки у торца при ее постоянных диаметральных размерах с внутренней стороны. Затем производят окончательное формирование заготовки, при котором стенку промежуточного полуфабриката изнутри раздают в зоне, примыкающей к утолщению при переходе стенки в дно. При этом получают конус с вершиной, обращенной к дну чаши, а в зоне торца стенки образуют внутреннюю цилиндрическую поверхность. Угол конусности кольцевого выступа и угол конусности стенки в зоне, примыкающей к утолщению при переходе стенки в дно, выбирают из приведенных диапазонов. В результате обеспечивается повышение качества полученных изделий. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

Предлагаемое изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано в кузнечных цехах металлургических и машиностроительных заводов при изготовлении автомобильных колес и им подобных изделий.

Известен способ изготовления изделий типа колес, включающий подготовку исходной заготовки, формообразование промежуточного полуфабриката в виде чаши, образование кольцевого выступа и отростка на дне чаши, формовку на чаше реборды и дисковой части о рельефом, формирование обода и другой реборды из кольцевого выступа, а также термическую и механическую обработки (Патент РФ №2063838, кл. В 21 К 1/28, публ. 1996 г.).

Недостатком этого способа является сложность штамповой оснастки, а также низкая производительность из-за необходимости выполнения большого числа технологических переходов обработки давлением.

Известен способ изготовления стаканов с двумя фланцами, например, автомобильных колес, включающий подготовку исходной заготовки, формирование промежуточного полуфабриката в виде чаши с фасонным дном, стенкой, утолщением при переходе стенки в дно, ограниченным с внутренней стороны чаши, конусной поверхностью, кольцевым выступом на внешнем торце дна и отбортованным фланцем на стенке, окончательное формирование заготовки радиальной раздачей кольцевого выступа на дне чаши в другой фланец, термообработку и механическую обработку (Патент RФ №2135320, кл. В 21 K 1/28, публ. 1999 г. - прототип).

Недостатком известного способа является трудность обеспечения нужного качества готовых изделий из-за недостаточно рациональной структуры волокон при деформировании, что ухудшает прочностные характеристики в условиях циклического нагружения при эксплуатации.

Предлагаемый способ изготовления стаканов с двумя фланцами, например автомобильных колес, включает подготовку исходной заготовки и формирование промежуточного полуфабриката в виде чаши с фасонным дном, стенкой, утолщением при переходе стенки в дно, ограниченным с внутренней стороны чаши поверхностью вращения, кольцевым выступом на внешнем торце дна и фланцем на торце стенки. Затем окончательно формируют заготовку радиальной раздачей кольцевого выступа на дне чаши во второй фланец.

Кольцевой выступ изнутри выполняют конусным. При формировании промежуточного полуфабриката фланец на стенке образовывают, прикладывая осевое усилие к ее торцу, путем увеличения толщины стенки у торца при ее постоянных диаметральных размерах с внутренней стороны. При окончательном формировании заготовки стенку изнутри раздают: в зоне, примыкающей к утолщению при переходе стенки в дно, на конус с вершиной, обращенной к дну чаши, а в зоне торца стенки – с образованием внутренней цилиндрической поверхности.

После чего ведут термообработку и механическую обработку.

Предлагаемый способ отличается от прототипа тем, что кольцевой выступ изнутри выполнен конусным, при формировании промежуточного полуфабриката фланец на стенке образовывают, прикладывая осевое усилие к ее торцу, путем увеличения толщины стенки у торца при ее постоянных диаметральных размерах с внутренней стороны, а при окончательном формировании заготовки стенку изнутри раздают: в зоне, примыкающей к утолщению при переходе стенки в дно, на конус с вершиной, обращенной к дну чаши, а в зоне торца стенки – с образованием внутренней цилиндрической поверхности, при этом геометрические параметры стакана и полуфабриката выбирают из диапазонов:

5° ≤ α ≤ 45° и

3° ≤ β ≤ 20° ,

где α и β - соответственно углы конусности кольцевого выступа и стенки в зоне, примыкающей к утолщению при переходе стенки в дно.

Утолщение при переходе стенки в дно ограничено с внутренней стороны чаши конусной поверхностью с углом конусности γ в диапазоне 30° -60° или тороидальной поверхностью, размеры которой определены зависимостью:

1,1S_у ≤ R≤ 1,6H_К,

где R - радиус образующей тора,

Н_К и S_у - соответственно конечные толщины дна и стенки в зоне, примыкающей к утолщению.

Технический результат предлагаемого изобретения - повышение качества готовых изделий благодаря рационализации структуры волокон при деформировании и соответственно улучшения прочностных характеристик в условиях циклического нагружения при эксплуатации.

Полученные таким образом стаканы имеют минимальные припуски на механическую обработку, что позволяет снижать расход дорогих материалов заготовок и, следовательно стоимость готовых изделий.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежом, где показаны:

на фиг.1 - формирование промежуточного полуфабриката;

на фиг.2 - окончательное формообразование стакана - вариант с коническим утолщением при переходе стенки в дно;

на флг.3 - то же - вариант с утолщением при переходе стенки в дно, ограниченным тороидальной поверхностью.

ПРИМЕРЫ.

1. Изготавливалось спортивное колесо размерами 13″ × 19″ из алюминиевого сплава типа 6061. Исходная заготовка 1 (фиг.1) размерами ⊘ 500 мм × 110 мм массой 60 кг нагревалась и укладывалась в полость штампа 2 с фасонным выталкивателем 3 и пуансоном 4. Прикладывали деформирующее усилие Р и обратным выдавливанием образовывали полуфабрикат в виде чаши высотой Н=400 мм, наружным диаметром Д₁=505 мм и толщиной стенки 5 S=10 мм. Одновременно, так как осевое усилие воздействовало на открытый торец чаши, формируется фланец 6 путем увеличения толщины стенки 5 у торца до S_ф=25 мм, сохраняя внутренний диаметр Д₂ постоянным. При этом на внешней поверхности донной части образовывали кольцевой выступ 7 с внутренней конусной поверхностью. Зону перехода от дна 8 к стенке 5 выполнили утолщенной. Утолщение 9 изнутри ограничено поверхностью вращения. Угол конусности поверхности кольцевого выступа 7 α =7° (фиг.2). При окончательном формировании готового изделия стенку 5 изнутри раздавали в зоне, примыкающей к утолщению 9, на конус с углом конусности β =5° , а в зоне торца - с образованием внутренней цилиндрической поверхности диаметром Д₃=501 мм, что позволило образовать фланец - заднюю реборду 10 колеса диаметром Д₄=526 мм. Утолщение 9 изнутри ограничено конусной поверхностью с углом конусности γ =31° . При соприкосновении торцем утолщенной части 11 и конусной частью 12 пуансона 4 соответственно с ребордой 10 и утолщением 9 продолжили окончательное формообразование. Стакан перемещали вдоль оси, деформируя кольцевой выступ 7. При этом металл смещается в радиальном направлении, образуя второй фланец - переднюю реборду 13, диаметр которого Д₅=528 мм ограничивается кольцевым упором 14. После чего вели термообработку и механическую обработку.

2. Изготавливалось такое же колесо 13″ × 19″ , но из сплава системы магний-литий. Утолщение 9 (фиг.3) ограничено изнутри образующей R=28 мм, так как на пуансоне 4 выполнена тороидальная часть 15 соответствующих размеров. Толщина дна стакана в зоне, примыкающей к утолщению при переходе стенки в дно, Н_К =20 мм. Толщина стенки в зоне, примыкающей к этому утолщению S_у~ 9,5 мл. Остальные размеры, соответственно, как в примере 1.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет повысить качество готовых изделий, преимущественно автомобильных колес спортивных автомобилей, благодаря рационализации структуры волокон при деформировании и предотвращению растрескивания при формировании реборд. Последнее особенно значимо при производстве изделий из сплавов системы магний-литий.

Формула изобретения

1. Способ изготовления стаканов с двумя фланцами, включающий подготовку исходной заготовки, формирование промежуточного полуфабриката в виде чаши с фасонным дном, стенкой, утолщением при переходе стенки в дно, ограниченным с внутренней стороны чаши поверхностью вращения, кольцевым выступом на внешнем торце дна и фланцем на торце стенки, окончательное формирование заготовки радиальной раздачей упомянутого кольцевого выступа на внешнем торце дна промежуточного полуфабриката с получением второго фланца, термообработку и механическую обработку, отличающийся тем, что при формировании промежуточного полуфабриката внутреннюю поверхность кольцевого выступа на внешнем торце дна выполняют конусной, а фланец на торце стенки образуют путем приложения к этому торцу осевого усилия с увеличением толщины стенки у торца при ее постоянных диаметральных размерах с внутренней стороны, а при окончательном формировании заготовки стенку промежуточного полуфабриката изнутри раздают в зоне, примыкающей к утолщению при переходе стенки в дно, с получением конуса с вершиной, обращенной к дну чаши, а в зоне торца стенки - с образованием внутренней цилиндрической поверхности, при этом угол α конусности кольцевого выступа и угол β конусности стенки в зоне, примыкающей к утолщению при переходе стенки в дно, выбирают из следующих диапазонов:

5° ≤ α ≤ 45° ;

3° ≤ β ≤ 20° .

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что он предназначен для изготовления автомобильных колес.

3. Способ по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что поверхность вращения утолщения промежуточного полуфабриката при переходе его стенки в дно формируют конусной с углом конусности γ , величину которого выбирают в диапазоне от 30 до 60° .

4. Способ по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что поверхность вращения утолщения промежуточного полуфабриката при переходе его стенки в дно формируют тороидальной с радиусом R, величину которого определяют из следующего диапазона:

1,1S_у ≤ R≤ l,6H_к,

где Н_к - толщина дна стакана в зоне, примыкающей к утолщению;

S_у - толщина стенки стакана в зоне, примыкающей к утолщению.

РИСУНКИ