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 горячей объемной штамповкой формируют промежуточный полуфабрикат в виде чаши со стенкой, переходящей в дно, а также передней ребордой в зоне дна и задней ребордой у свободного торца чаши. Полученный полуфабрикат калибруют на окончательный размер расстояния между ребордами путем изменения глубины чаши. Для этого прилагают деформирующее усилие вдоль оси стакана к одному из элементов пары: задняя реборда - часть стакана в зоне его дна. При этом другой элемент пары удерживают неподвижно. Затем производят термообработку и механическую обработку откалиброванного полуфабриката. В результате обеспечивается возможность получения полуфабрикатов колес с различными расстояниями между ребордами при использовании универсальной оснастки, которую подвергают минимальной переналадке. 4 з.п. ф-лы, 2 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 стаканов с двумя фланцами (автомобильных колес), включающий обработку горячей раскаткой (прокаткой) исходной заготовки с формированием промежуточного полуфабриката в виде чаши со стенкой, переходящей в дно, а также передней реборды в зоне дна и задней реборды у свободного торца чаши (Л.Голованов. Завод BBS в Шилтахе. Автомобильное ревю. №1. 2008, стр.2).

Недостатками известного способа являются относительно невысокие прочностные характеристики готовых колес.

Известен способ изготовления стаканов с двумя фланцами, преимущественно автомобильных колес, включающий подготовку исходной заготовки, формирование горячей объемной штамповкой промежуточного полуфабриката в виде чаши со стенкой, переходящей в дно, а также передней реборды в зоне дна и задней реборды у свободного торца чаши, термообработку и механическую обработку (см. патент РФ №2063837, кл. В 21 К 1/28, опубл. 1996 - прототип).

Недостатками известного способа являются высокая удельная стоимость (на одно колесо) специализированной штамповой оснастки для конкретного типоразмера колес при изготовлении их малыми партиями, а также значительные трудозатраты при переходе на другие колеса. Технологическая подготовка производства колес этим способом занимает много времени.

Предлагаемый способ изготовления стаканов с двумя фланцами, преимущественно автомобильных колес включает подготовку исходной заготовки и формирование горячей объемной штамповкой промежуточного полуфабриката в виде чаши со стенкой, переходящей в дно, а также передней реборды в зоне дна и задней реборды у свободного торца чаши. Затем полуфабрикат калибруют на окончательный размер расстояния между ребордами путем изменения глубины чаши, прилагая деформирующее усилие вдоль оси стакана к одному из элементов пары: задняя реборда - часть стакана в зоне его дна и удерживая другой элемент упомянутой пары неподвижно.

Расстояние между ребордами могут уменьшать, прилагая усилие сжатия к задней реборде и удерживая часть стакана в зоне его дна неподвижно, либо увеличивать, прилагая усилие растяжения к части стакана в зоне его дна и удерживая заднюю реборду неподвижно.

После упомянутой калибровки могут чеканить дно стакана. Затем ведут термообработку и механическую обработку.

Предлагаемый способ отличается от прототипа тем, что полуфабрикат калибруют на окончательный размер расстояния между ребордами путем изменения глубины чаши, прилагая деформирующее усилие вдоль оси стакана к одному из элементов пары: задняя реборда - часть стакана в зоне его дна и удерживая другой элемент упомянутой пары неподвижно.

Расстояние между ребордами уменьшают, прилагая усилие сжатия к задней реборде и удерживая часть стакана в зоне его дна неподвижно, либо увеличивает, прилагая усилие растяжения к части стакана в зоне его дна и удерживая заднюю реборду неподвижно. После упомянутой калибровки могут чеканить дно стакана.

Технический результат предлагаемого изобретения - возможность групповой обработки близких по геометрическим параметрам колес в универсальной оснастке, пригодной как для уменьшения, так и для увеличения расстояния между ребордами при минимальной переналадке в рамках концепции "гибкого" производства.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежами, где показано взаимное расположение полуфабриката и частей инструмента: слева - до калибровки, справа - по ее завершению.

На фиг.1 - уменьшение расстояния между ребордами;

на фиг.2 - увеличение расстояния между ребордами.

Подготовленную исходную цилиндрическую заготовку (не показана) горячей объемной штамповкой деформируют с образованием промежуточного полуфабриката в виде чаши со стенкой 1, переходящей в дно 2, а также передней реборды 3 в зоне дна 2 и задней реборды 4 у свободного торца 5 чаши.

Оснастка для калибровки сжатием полуфабриката (фиг.1) включает два полукольца 6 и 7, размещаемые в круглой оправке 8. Последняя смонтирована с возможностью осевого перемещения в вертикальном отверстии стойки 9, закрепленной на столе 10 пресса. С деталями 8 и 9 сочленен упругий элемент 11. Осевое перемещение оправки 8 ограничено упором 12. На столе 10 закреплена опорная плита 13 о отверстием 14 для прохода выталкивателя 15. На ползуне 16 пресса закреплен калибровочный пуансон с цилиндрическим 17 и конусным 18 участками. Круглая обойма 19 центральным отверстием охватывает цилиндрический участок 17 пуансона. Обойма 19 закреплена на ползуне 16 через дистанционное кольцо 20.

Калибровку сжатием полуфабриката выполняют следующим образом. Выдвигают стол 10 пресса. Полуфабрикат в виде чаши со стенкой 1, дном 2 и ребордами 3 и 4 опускают в отверстие оправки 8 примерно на половину высоты полуфабриката. С двух сторон перемещают с охватом стенки 1 горизонтально до смыкания полуколец 6 и 7 и опускают их в оправку 8. После этого опускают полностью полуфабрикат до касания реборды 4 с полукольцами 6 и 7. При этом между торцом полуфабриката со стороны его дна 2 и обращенной к полуфабрикату поверхностью плиты 13 предусмотрен зазор Δ₁.

Стол 10 перемещают в рабочее положение. При опускании ползуна 16 вниз поверхность 21 обоймы 19 прижимает торец 5 реборды 4 к полукольцам 6 и 7. На реборду 4 воздействует осевое усилие, полуфабрикат перемещается вниз. Упругий элемент 11 деформируется. При дальнейшем опускании ползуна 16, выборке зазора Δ₁ и упоре части стакана в зоне его дна в плиту 13 расстояние между ребордами 3 и 4 уменьшается путем уменьшения глубины чаши, так как часть стакана в зоне его дна неподвижна, а к задней реборде 4 через поверхность 19 передается деформирующее усилие сжатия.

Глубина чаши до калибровки Н₁, после - Н₂, причем Н₁>Н₂. При этом внутренняя поверхность стенки 1 опирается на конусный участок 18 пуансона.

Уменьшение расстояния между ребордами 3 и 4 сопровождается утолщением стенки 1.

Расстояние между ребордами до калибровки - K₁, после - K₂, причем К₁>К₂.

Толщина стенки до калибровки - S₁, после - S₂, причем S₁<S₂.

Процесс калибровки может быть завершен до того, как торец 22 пуансона коснется дна 2. Если пуансон опускать дальше, то при касании торца 22 с внутренней поверхностью дна 2 начинается процесс чеканки с окончательным оформлением рельефа дна 2.

Оснастка для калибровки растяжением полуфабриката (фиг.2) содержит те же элементы, что и описанная ранее. Только вместо упругого элемента 11 и упора 12 устанавливается дистанционное кольцо 23. Оправка 8 через кольцо 23 закреплена на стойке 9. На ползуне вместо дистанционного кольца 20 монтируется упругий элемент 24, сочлененный с ползуном 16 и обоймой 19. Обойма смонтирована с возможностью осевого перемещения относительно ползуна 16 на цилиндрическом участке 17 пуансона, ограниченного упором 25.

Калибровку растяжением полуфабриката выполняют следующим образом. Полуфабрикат загружают в оснастку для калибровки растяжением аналогично описанному выше. При этом между дном 2 и поверхностью плиты предусмотрен зазор Δ₂. При опускании ползуна 16 поверхность 21 обоймы 19 прижимает торец 5 реборды 4 к полукольцам 6 и 7, обеспечивая ее неподвижность.

Упругий элемент 24 деформируется. Дальнейшее опускание ползуна 16 сопровождается его относительным перемещением относительно неподвижной обоймы 19. Пуансон своим торцом 22 касается дна 2 полуфабриката и, опускаясь, увеличивает расстояние между ребордами 3 и 4 путем увеличения глубины чаши, так как задняя реборда 4 неподвижна, а к дну 2 через торец 22 передается деформирующее усилие растяжения.

Глубина чаши до калибровки - Н₃, после - Н₄, причем Н₃<Н₄. При этом внутренняя поверхность стенки 1 обтягивает конусный участок 18 пуансона.

Увеличение расстояния между ребордами сопровождается утонением стенки 1. Расстояние между ребордами до калибровки - К₃, после - К₄, причем К₃<К₄.

Толщина стенки до калибровки - S₃, после - S₄, причем S₃>S₄.

Процесс калибровки может быть завершен до того, как дно 2 коснется плиты 13. Если пуансон опускать дальше, выбирается зазор Δ₂ и при касании дна 2 с плитой 13 начинается процесс чеканки с окончательным оформлением рельефа дна 2.

Процесс калибровки как сжатием, так и растяжением может быть выполнен более чем однократно.

Откалиброванный полуфабрикат извлекали из оснастки для калибровки как сжатием, так и растяжением следующим образом.

Перемещали ползуном пуансон вверх, выводя его из полуфабриката. Выталкивателем поднимали последний так, что передняя реборда 3 выталкивала полукольца 6 и 7 из оправки 8, так как перемещение последней ограничено либо закреплением ее на стойке 9 (фиг.1), либо - упором 12 (фиг.2).

Полукольца 6 и 7 отделяли от полуфабриката. Затем опускали полуфабрикат перемещением вниз выталкивателя до укладки полуфабриката на плиту 13.

Выдвигали стол 10 из рабочей зоны пресса и извлекали откалиброванный полуфабрикат из оснастки.

Примеры осуществления способа.

Пример 1.

Цилиндрическая заготовка из алюминиевого сплава 6061 одним из известных методов горячей объемной штамповки превращена в промежуточный полуфабрикат колеса 7,5×17" в виде конусной чаши с дном 2, фланцем (передней ребордой 3) в зоне дна, конической стенкой 1 для обода и вторым фланцем (задней ребордой 4) у свободного торца чаши. Общая высота чаши h₁=220 мм.

Диаметр фланцев D=478 мм. Толщина стенки S₁=12 мм. Угол α конусности стенки переменный от 1 до 3°.

Полуфабрикат нагревали и устанавливали описанным выше методом в оснастку для калибровки сжатием. Деформировали полуфабрикат со средней степенью деформации 17% до размера h₂=182,4 мм, что соответствует размером колеса 6×17". В процессе осадки стенка 1 начинает опираться на конусный 18 участок пуансона, сохраняя устойчивость и приобретая на внутренней поверхности форму последнего.

После калибровки дно полуфабриката чеканили пуансоном на плите 10.

В дальнейшем производили полную термическую и механическую обработку по получению колеса 6×17".

Пример 2.

Для особо точных изделий, например, высокооборотных колес для спорта высших достижений процесс калибровки сжатием для того же полуфабриката разделяли на стадии:

а) предварительная - со степенью деформации ~(14-16)%;

б) окончательная - со степенью деформации ~(0,5-3)% в свежезакаленном состоянии с последующей завершающей термообработкой (старением).

В дальнейшем проводили механическую обработку по получению такого же колеса 6×17″.

Такой вариант процесса резко снижает величину остаточных напряжений, что исключает коробление готового колеса.

Пример 3.

Из магниевого сплава типа АZ80 А аналогично описанному в примере 1 изготавливали промежуточный полуфабрикат колеса 6×17" в виде чаши c внутренним диаметром у задней реборды 4 d=420 мм и углом конусности стенки α=4°. Толщина стенки S₃=15 мм и общая высота чаши h₃=190 мм.

Полуфабрикат нагревали и устанавливали описанным выше методом в оснастку для калибровки растяжением. Деформировали полуфабрикат до конечного размера h₄=237 мм, что соответствовало размерам готового колеса 8×17".

При этом средняя степень деформации по высоте чаши составляла ~25%, a фактическая по стенке ~31%.

В процессе растяжения стенка 1 чаши обтягивала конусный 18 участок пуансона, приобретая на внутренней поверхности стенки форму последнего, то есть предотвращая искажения геометрической формы стенки.

Пример 4.

Аналогичный описанному в примере 3 полуфабрикат, но из менее пластичного магниевого сплава МА14. Размеры и форму пуансона и полуколец 6 и 7 выбрали такими, что после соприкосновения торца 22 пуансона с дном 2 полуфабриката происходило радиальное защемление полуфабриката между поверхностью конусного участка 18 и внутренней поверхностью полуколец 6 и 7 сначала по максимальному диаметру пуансона и при дальнейшем опускании пуансона к усилию растяжения стенки добавляется усилие сдвига по мере обтягивания стенкой 1 конусного участка 18. Такая схема деформации позволила существенно оптимизировать процесс калибровки и получить откалиброванный полуфабрикат тех же размеров, что и в примере 3.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет в рамках концепции "гибкого" производства калибровать "универсальные" полуфабрикаты колес на различные расстояния между ребордами, то есть широкая гамма типоразмеров колес может быть получена групповой обработкой. Это особенно значимо для получения горячей объемной штамповкой опытных образцов и малых (предсерийных) партий автомобильных колес из алюминиевых и магниевых сплавов со структурой, обеспечивающей оптимальные характеристики прочности колес в условиях их динамического нагружения при эксплуатации.

1. Способ изготовления стаканов с двумя фланцами, преимущественно автомобильных колес, включающий подготовку исходной заготовки, формирование горячей объемной штамповкой промежуточного полуфабриката в виде чаши со стенкой, переходящей в дно, а также передней ребордой в зоне дна и задней ребордой у свободного торца чаши, термообработку и механическую обработку, отличающийся тем, что полуфабрикат калибруют на окончательный размер расстояния между ребордами путем приложения деформирующего усилия вдоль оси стакана к одному из элементов пары задняя реборда - часть стакана в зоне его дна и удержания другого элемента упомянутой пары неподвижно с изменением глубины чаши.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что расстояние между ребордами уменьшают путем приложения усилия сжатия к задней реборде и удержания части стакана в зоне его дна неподвижно.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что расстояние между ребордами увеличивают путем приложения усилия растяжения к части стакана в зоне его дна и удержания задней реборды неподвижно.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что после упомянутой калибровки чеканят дно стакана.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что полуфабрикат калибруют более чем однократно.