Способ изготовления пустотелых изделий

Изобретение относится к изготовлению пустотелых изделий из алюминиевых сплавов. Способ включает изготовление пустотелого полуфабриката и термообработку - старение для упрочняемых термообработкой сплавов или отжиг для неупрочняемых термообработкой сплавов. Термообработку осуществляют в приспособлении для термофиксации наружной и/или внутренней поверхностей полуфабриката на всей или части его длины, при этом при термофиксации наружной поверхности полуфабриката в качестве приспособления используют втулку, изготовленную из стали с малым коэффициентом термического линейного расширения с рабочим диаметром втулки, рассчитанным по формуле где D_в - рабочий диаметр втулки при нормальной температуре, D - наружный диаметр полуфабриката при нормальной температуре, α_а - коэффициент термического линейного расширения алюминиевого сплава, α_с - коэффициент термического линейного расширения стали, из которой изготовлена втулка, t_н - температура нагрева полуфабриката и втулки при окончательной термообработке (°С). При термофиксации внутренней поверхности полуфабриката в качестве приспособления используют оправку, изготовленную из материала с термическим коэффициентом линейного расширения, близким термическому коэффициенту линейного расширения металла полуфабриката с рабочим диаметром оправки, рассчитанным по формуле d≤d_оп≤(d+0,5·Δd), где d - внутренний диаметр полуфабриката при нормальной температуре, d_оп - рабочий диаметр оправки при нормальной температуре, Δd - допуск на внутренний диаметр полуфабриката. Повышается геометрическая точность пустотелых изделий из алюминиевых сплавов любой геометрической формы. 2 ил.

 

Изобретение относится к способу изготовления пустотелых изделий из алюминиевых сплавов.

Известен способ изготовления пустотелых изделий (труб, штамповок) из упрочняемых термообработкой алюминиевых сплавов (см. патент RU № 2312930, МПК C22F 1/04, публ. Бюл. № 35, 20.12.2007 г.), принятый за прототип. Способ включает изготовление пустотелого полуфабриката, закалку, обработку давлением непосредственно после закалки с изменением периметра поперечного сечения полуфабриката со степенью деформации, не превышающей допустимую для свежезакаленного состояния алюминиевого сплава, и последующее старение для придания металлу заданных механических свойств.

Недостатки прототипа заключаются в следующем:

- использование способа ограничено группой алюминиевых сплавов, упрочненных термообработкой;

- преимущества способа реализуются только при изготовлении пустотелых изделий простейшей геометрической формы типа отрезков труб, штамповок, достаточно жестких, не склонных к потере устойчивости при обработке давлением (обжиме или раздаче).

Задачей предлагаемого изобретения является: повышение качества и снижение себестоимости изготавливаемых в машиностроении изделий из алюминиевых сплавов всех групп (упрочняемых и неупрочняемых термообработкой).

Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в повышении геометрической точности пустотелых изделий из алюминиевых сплавов любой геометрической формы, включая тонкостенные оболочки с дном с переменной по длине толщиной стенки и с криволинейной образующей наружной и внутренней поверхностей.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе изготовления пустотелых изделий из алюминиевых сплавов, включающем изготовление пустотелого полуфабриката, термообработку - старение для упрочняемых термообработкой сплавов или отжиг для неупрочняемых термообработкой сплавов, новым является то, что термообработку осуществляют в приспособлении для термофиксации наружной и/или внутренней поверхностей полуфабриката на всей или части его длины, при этом при термофиксации наружной поверхности полуфабриката в качестве приспособления используют втулку, изготовленную из стали с малым коэффициентом термического линейного расширения с рабочим диаметром втулки, рассчитанным по формуле:

где

D_в - рабочий диаметр втулки при нормальной температуре;

D - наружный диаметр полуфабриката при нормальной температуре;

α_a - коэффициент термического линейного расширения алюминиевого сплава;

α_с - коэффициент термического линейного расширения стали, из которой изготовлена втулка;

t_н - температура нагрева полуфабриката и втулки при окончательной термообработке (°С),

при термофиксации внутренней поверхности полуфабриката в качестве приспособления используют оправку, изготовленную из материала с термическим коэффициентом линейного расширения, близким термическому коэффициенту линейного расширения металла полуфабриката с рабочим диаметром оправки, рассчитанным по формуле:

, где

d - внутренний диаметр полуфабриката при нормальной температуре;

d_оп - рабочий диаметр оправки при нормальной температуре;

Δd - допуск на внутренний диаметр полуфабриката.

Формула 1 выведена из условия равенства наружного диаметра полуфабриката и рабочего диаметра приспособления при температуре окончательной термообработки.

Оправка с полуфабрикатом перед термообработкой собирается с натягом или минимальным зазором. После термообработки полуфабрикат и приспособление разбираются.

Термофиксацию полуфабрикатов из упрочняемых алюминиевых сплавов осуществляют в процессе старения, а термофиксацию полуфабрикатов из неупрочняемых алюминиевых сплавов осуществляют в процессе окончательного отжига.

Термофиксацию осуществляют в зависимости от геометрической формы полуфабриката:

- наружной поверхности полуфабриката - схема наиболее предпочтительна, т.к. для реализации требуется приспособление из конструкционной стали, с малым термическим коэффициентом линейного расширения. Сборка с полуфабрикатом при нормальной температуре с зазором;

- внутренней поверхности полуфабриката;

- наружной и внутренней поверхностей одновременно.

Термофиксация наружной и внутренней поверхностей полуфабриката одновременно позволяет получать полуфабрикат, наиболее приближенный к правильной геометрической форме.

Использование термофиксации при термообработке позволяет повысить точность диаметров полуфабриката, уменьшить отклонения от круглости и прямолинейности, что особенно важно при изготовлении тонкостенных полуфабрикатов с дном, переменной толщиной стенки по длине полуфабриката и криволинейной образующей наружной и внутренней поверхностей.

Способ поясняется чертежами, где на фиг.1 изображено пустотелое изделие с приспособлением в виде оправки; на фиг.2 - пустотелое изделие с приспособлением в виде втулки; левая сторона показана до термообработки, правая сторона - во время термообработки.

Способ реализуется следующим образом.

Методами пластической деформации и резания изготавливают пустотелый полуфабрикат из алюминиевого сплава, включая закалку на воду для упрочняемых термообработкой алюминиевых сплавов. В процессе изготовления внутренние напряжения искажают геометрическую форму, особенно тонкостенных оболочек с переменной толщиной стенки по длине оболочки до недопустимых.

Полуфабрикат с искаженной геометрической формой собирают с приспособлением и подвергают термообработке - старению для упрочняемых алюминиевых сплавов или отжигу для неупрочненных алюминиевых сплавов. В процессе сборки полуфабриката с приспособлением происходит полное или частичное (сборка с зазором) исправление искаженной геометрической формы полуфабриката, а в процессе окончательной термообработки происходит фиксация диаметров полуфабриката рабочими поверхностями приспособления с исправлением отклонений от круглости и прямолинейности до соответствующих параметров приспособления.

После выдержки и охлаждения полуфабрикат и приспособление разбирают. Полученная в процессе термообработки геометрическая форма полуфабриката сохраняется.

Примеры для осуществления

Пример 1. Из упрочняемого термообработкой алюминиевого сплава В95 методами пластической деформации и резания изготавливают тонкостенную оболочку 1 с дном (фиг.1), переменной толщиной стенки по длине оболочки и криволинейной образующей наружной поверхности с внутренним диаметром d=100^0,25 мм. Оболочку подвергают закалке на воду. После закалки оболочку 1 собирают с приспособлением - оправкой 2 (фиг.1) с рабочим диаметром 100≤d_оп≤100+0,5·0,25 мм. При сборке оправки с оболочкой устраняются отклонения от круглости и прямолинейности оболочки, образовавшиеся при предыдущей обработке.

Оправку изготавливают из стали 12Х18Н10Т, Х14Г14НЗТ, коэффициент термического линейного расширения которых близок коэффициенту термического линейного расширения сплава В95.

В процессе старения оболочка приобретает и после разборки с оправкой сохраняет геометрическую форму, близкую к правильной.

Пример 2. Из неупрочненного термообработкой алюминиевого сплава АМг6 методами пластической деформации и резания изготавливают тонкостенную оболочку 3 с дном (фиг.2), переменной толщиной стенки по длине оболочки и криволинейной образующей наружной и внутренней поверхностей с наружными диаметрами D₁=95 мм; D₂=100 мм. Оболочку собирают с приспособлением - втулкой 4 (фиг.2), изготовленной из стали 40Х с небольшим по величине термическим коэффициентом линейного расширения с диаметрами рабочих поверхностей D_в1=95,457 мм; D_в2=100,480 мм, рассчитанными согласно формуле 1.

Оболочку 3 собирают с приспособлением - втулкой 4, при этом полученные при предыдущей обработке отклонения от круглости, прямолинейности частично исправляются. Окончательное исправление вышеперечисленных отклонений происходит в процессе отжига. После отжига и охлаждения садки оболочку и втулку разбирают.

Способ изготовления пустотелых изделий из алюминиевых сплавов, включающий изготовление пустотелого полуфабриката и термообработку - старение для упрочняемых термообработкой сплавов или отжиг для неупрочняемых термообработкой сплавов, отличающийся тем, что термообработку осуществляют в приспособлении для термофиксации наружной и/или внутренней поверхностей полуфабриката на всей или части его длины, при этом при термофиксации наружной поверхности полуфабриката в качестве приспособления используют втулку, изготовленную из стали с малым коэффициентом термического линейного расширения, с рабочим диаметром втулки, рассчитанным по формуле
,
где Dв - рабочий диаметр втулки при нормальной температуре;
D - наружный диаметр полуфабриката при нормальной температуре;
αа - коэффициент термического линейного расширения алюминиевого сплава;
αс - коэффициент термического линейного расширения стали, из которой изготовлена втулка;
tн - температура нагрева полуфабриката и втулки при окончательной термообработке (°С),
при термофиксации внутренней поверхности полуфабриката в качестве приспособления используют оправку, изготовленную из материала с термическим коэффициентом линейного расширения, близким к термическому коэффициенту линейного расширения металла полуфабриката с рабочим диаметром оправки, рассчитанным по формуле
d≤dоп≤(d+0,5·Δd),
где d - внутренний диаметр полуфабриката при нормальной температуре;
dоп - рабочий диаметр оправки при нормальной температуре;
Δd - допуск на внутренний диаметр полуфабриката.