Способ штамповки крупных деталей типа дисков

 

Сущность: способ штамповки крупных деталей типа дисков предполагает штамповку на гидравлическом прессе двойного действия. Заготовку первоначально деформируют одновременно верхней половиной штампа и прошивным пуансоном до высоты, регламентируемой предельным усилием, развиваемым на наружном ползуне пресса. Затем при постоянном воздействии верхней половины штампа прошивной пуансон периодически внедряют в заготовку и возвращают в исходное положение, оформляя центральную часть заготовки диаметром заданного размера. 1 с. и 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при получении крупногабаритных деталей типа дисков, колец, фланцев, бандажей и т.д.

Известен способ изготовления изделий типа конец с массивным ободом, предполагающий размещение в центральной части гравюры штампа для объемной штамповки съемного прошивня, предварительную деформацию заготовки на прошивне, удаление прошивня из штампа и деформирование периферийной части заготовки объемной штамповкой [1] Способ позволяет получать поковки большого диаметра с тонкой перемычкой при относительно небольших энергетических затратах.

В качестве недостатка следует отметить необходимость выполнения дополнительных операций, связанных с манипулированием съемным прошивнем и применением для этого средств механизации.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ штамповки крупных деталей типа дисков, предусматривающий последовательную штамповку вначале центральной части, а затем концентрических кольцевых участков [2] Способ обеспечивает снижение необходимого усилия пресса.

Недостатком данного способа является пониженная производительность, связанная с прерыванием процесса деформирования, необходимостью подъема верхней половины штампа после деформации очередного участка и выполнения операций по переналадке инструмента. Кроме того, способ допускает неравномерность высотных размеров и искажение формы поверхностей, не обжимаемых на последующих стадиях штамповки.

Заявляемое изобретение направлено на устранение указанных недостатков, а именно на повышение производительности процесса штамповки за счет непрерывного деформирования заготовки и повышение качества поковок путем обеспечения равной толщины центральной части.

Эта задача решается тем, что в способе штамповки крупных деталей типа дисков, включающем последовательную деформацию центральной и периферийной частей заготовки, согласно изобретению заготовку первоначально деформируют одновременно верхней половиной штампа и прошивным пуансоном до высоты, регламентируемой усилием, прикладываемым к верхней половине штампа, затем деформацию осуществляют при постоянном воздействии верхней половины штампа на периферийную часть заготовки и периодическом внедрении прошивного пуансона в центральную часть заготовки на диаметре D_B (0,22K.0,35)D, где D диаметр поковки, K коэффициент, учитывающий отношение номинальных усилий на верхней половине штампа P^н_н^ом и прошивном пуансоне P^y_в^jv,, . Наилучший эффект достигается при осуществлении деформации на гидравлическом прессе двойного действия. Фиг. 1 изображает штамп и заготовку в начальный (левая часть) и конечный (правая часть) моменты одновременного деформирования заготовки верхней половиной штампа и прошивным пуансоном; фиг. 2 штамп и заготовку в начальной и конечный моменты деформации прошивным пуансоном; фиг. 3 штамп и заготовку в начальный и промежуточный моменты обжатия верхней половиной штампа; фиг. 4 - штамп и заготовку в конечный момент обжатия верхней половиной штампа; фиг. 5 - результаты расчета напряженно-деформированного состояния; фиг. 6 - штампованная заготовка детали "венец тепловозной шестерни".

Способ осуществляется следующим образом.

Исходную заготовку 1 укладывают на нижнюю половину штампа 2. При опускании верхней половины штампа 3 происходит обжатие заготовки торцовыми поверхностями верхней половины штампа и прошивного пуансона 4 до момента достижения максимального усилия, развиваемого цилиндрами, приводящими верхнюю половину штампа, затем в заготовку внедряют прошивной пуансон, прикладывая усилие цилиндра внутреннего ползуна (фиг.2). При этом происходит перемещение металла на периферию. Усилие, прилагаемое к верхней половине штампа, предотвращает ее поднятие (раскрытие штампа) в процессе внедрения прошивного пуансона. После возвращения пришивного пуансона в исходное положение происходит эффективное обжатие заготовки верхней половиной штампа за счет возникновения двустороннего течения металла на периферию и в образовавшуюся под торцом прошивного пуансона полость. Деформирование заготовки продолжается до достижения заданных размеров путем нескольких внедрений прошивного пуансона при постоянном воздействии штампа.

В процессе внедрения прошивного пуансона недопустимо раскрытие штампа (подъем верхней половины штампа). Условие нераскрытия можно сформулировать неравенством P_н P^y_н^jv , где P_н нагрузка, действующая на верхнюю половину штампа со стороны заготовки.

Методом численного решения дифференциальных уравнений пластического течения выполнен расчет напряженно-деформированного состояния металла на этапах внедрения прошивного пуансона и обжатия верхней половиной штампа заготовки с центральной полостью. Согласно выполненным расчетам напряженно-деформированного состояния (фиг.5) условие нераскрытия штампа выполняется при отношении Расчетная картина формоизменения металла в процессе деформирования верхней половиной штампа заготовки с образованной на предыдущей стадии центральной полостью (фиг.5) показывает нежелательное уменьшение интенсивности течения металла в радиальном направлении на периферию при значениях отношения D_в/D > 0,35 (2), о чем судили по положению границы раздела металла и скоростям перемещений металла V_r и V_z (например, на фиг.5). Так, при значении D_в/D 0,37 интенсивность течения металла на периферию снижается согласно расчетным данным на 4% по сравнению с интенсивностью при значении D_в/D 0,35, что ведет к снижению эффективности процесса.

Выражения определяют целесообразность ограничения отношения D_в/D диапазоном 0,22 K.0,35, где .

Данный способ предназначен для изготовления крупногабаритных поковок типа дисков диаметром свыше 600 мм из стали и цветных сплавов, требующих значительных усилий деформирования.

Способ опробован на Нижнеднепровском трубопрокатном заводе им К. Либкнехта для изготовления заготовки детали "венец тепловозной шестерни" (300.30.55.103-3) из стали 40X (фиг.6). Использовали гидравлический пресс двойного действия конструкции УЗТМ, характеризующийся усилиями цилиндров наружного и внутреннего ползунов соответственно 40 и 20 мн. Диаметр прошивного пуансона составлял 250 мм.

Предварительно осаженную до размеров 620 ⁺⁵_-5 145 заготовку, нагретую до температуры 1200^oC, укладывали на нижнюю половину штампа и центрировали при помощи специального устройства. Заготовку деформировали при помощи цилиндров, приводящих верхнюю половину штампа, до достижения ими предельного усилия. Толщина перемычки при этом составила 91.93 мм. Затем, включая центральный рабочий цилиндр, в заготовку внедряли прошивной пуансон на глубину 18.20 мм. После возвращения прошивного пуансона в исходное положение верхняя половина штампа производила дальнейшую деформацию заготовки на высоту 14.16 мм. Повторно внедряли пуансон на указанную выше глубину. После возвращения пуансона в исходное положение верхней половиной штампа производилась окончательная деформация заготовки. Поковка удалялась из штампа при помощи нижнего выталкивателя. Размеры отштампованной заготовки соответствовали приведенным на чертеже. По сравнению с действующим процессом достигнуто уменьшение толщины перемычки с 80 до 60 мм, что определило снижение расхода металла и трудоемкости механической обработки, повысило производительность процесса.

Использование предлагаемого способа штамповки для изготовления крупногабаритных поковок типа дисков в сравнении с прототипом позволяет повысить производительность на 30.60% Предлагаемый способ может быть использован в прессовых производствах предприятий металлургии и машиностроения для получения заготовок крупногабаритных в плане деталей, изготовление которых известными способами неэффективно или невозможно. Кроме того, способ позволяет получать неосесимметричные детали с тонкой центральной частью, штамповка которых требует приложения значительных усилий.

Формула изобретения

1. Способ штамповки крупных деталей типа дисков, включающий последовательную деформацию центральной и периферийной частей заготовки, отличающийся тем, что заготовку первоначально деформируют одновременно верхней половиной штампа и прошивным пуансоном до высоты, регламентируемой усилием, прикладываемым к верхней половине штампа, затем деформацию осуществляют при постоянном воздействии верхней половины штампа на периферийную часть заготовки и периодическом внедрении прошивного пуансона в центральную часть заготовки на диаметре D_в (0,22К 0,35) D, где D диаметр поковки, K - коэффициент, учитывающий отношение номинальных усилий на верхней половине штампа P_н^ном и прошивном пуансоне P_в^ном 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что деформацию осуществляют на гидравлическом двойного действия прессе.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6