способ изготовления поковок типа стержня с фланцем

Формула изобретения

Способ изготовления поковок типа стержня с фланцем горячей объемной штамповкой на горизонтально ковочных машинах или высадочных автоматах, включающий отрезку заготовки, нагрев высаживаемой части заготовки до ковочных температур, первую и вторую наборные высадки в коническом пуансоне, предварительную формовку фланца и окончательную формовку поковки, отличающийся тем, что предварительную формовку фланца выполняют пуансоном и матрицей, имеющими конические или сферические, или тороидальные поверхности для обеспечения получения направленного волокнистого строения на верхней или на нижней торцовых поверхностях фланца и вблизи места перехода от стержня к фланцу и равномерного течения металла вблизи места перехода от стержня к фланцу.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при производстве поковок типа стержня с фланцем.

Известен способ изготовления поковок типа стержня с фланцем методами вальцовки на ковочных вальцах и штамповкой фланца на горизонтально-ковочной машине (ГКМ), включающий отрезку заготовки, нагрев заготовки до ковочных температур, вальцовку на автоматизированных девятиклетьевых ковочных вальцах, нагрев фланцевой части полуфабриката и окончательную штамповку фланца на ГКМ за несколько переходов (см. Шнейберг В.М., Акаро И.Л. Кузнечно-штамповочное производство Волжского автомобильного завода. - М.: Машиностроение, - 1977, 592 с. С.222-234).

Недостатками данного способа являются ограничение, накладываемое на габариты и массу изготовляемых поковок, а также экономически эффективное применение только при массовом производстве.

Известен способ изготовления поковок типа стержня с фланцем методами поперечно-винтовой прокатки роликами на специальном стане и штамповкой фланца на ГКМ, включающий отрезку заготовки, нагрев заготовки до ковочных температур, поперечно-винтовую прокатку роликами на специальном стане, нагрев фланцевой части полуфабриката и окончательную штамповку фланца на ГКМ за несколько переходов (см. Технологический справочник по ковке и горячей штамповке / под общ. ред. М.В.Сторожева. - М.: Машиностроение, - 1959, 598 с.).

Недостатками данного способа являются ограничение размеров изготовляемых поковок, а также целесообразность применения только при массовом производстве.

Известен способ изготовления поковок типа стержня с фланцем методами электровысадки, включающий отрезку заготовки, нагрев части заготовки, подлежащей высадке, до ковочных температур и одновременную высадку нагретой части заготовки, при этом холодную часть заготовки перемещают между радиальным электродом, увеличивая высаживаемую часть заготовки (см. Ковка и штамповка. Справочник. В 4-х т./Ред. совет: Е.И.Семенов (пред.) и др. - М.: Машиностроение, - 1986. - Т.2. Горячая штамповка / Под ред. Е.И.Семенова, - 1986, 592 с.).

Недостатками данного способа являются высокие требования к качеству поверхности заготовки и оснастки, повышенные требования к нагреву, получение неблагоприятного волокнистого строения.

Наиболее близким аналогом является способ изготовления поковок типа стержня с фланцем методом штамповки на горизонтально-ковочных машинах (ГКМ), заключающийся в отрезке заготовки, нагреве высаживаемой части заготовки до ковочных температур, первом наборном переходе в коническом пуансоне, втором наборном переходе, предварительной и окончательной штамповке (см. А.Н.Брюханов, А.В.Ребельский. Горячая штамповка. Конструирование и расчет штампов. - М.: МАШГИЗ, - 1952, с.388-408). На фиг.1 показана схема существующего технологического процесса (аналога) горячей объемной штамповки поковок типа стержня с фланцем на ГКМ и высадочных автоматах:

а - исходная цилиндрическая заготовка;

б - первый наборный переход в коническом пуансоне;

в - второй наборный переход;

г - предварительная формовка;

д - окончательная формовка.

От исходного прутка отрезают заготовки длиной l_заг и диаметром d. При соотношении размеров длины высаживаемой части прутка l_в к диаметру d на первом переходе выполняют первую наборную высадку в коническом пуансоне с получением конической части поковки с размерами D_к 1,5d, d_к d+0,05d и высотой l_к. При соотношении размеров поковки после первого конического набора металла , где средний диаметр d_c=(D_к+d _к)/2, на втором переходе выполняют вторую наборную высадку в коническом пуансоне с получением конической части с размерами диаметров D_к1 1,5d_c, d_к1=d[(1,03 1,05)+(0,03 0,05)] и длиной l_к1.

При соотношении размеров поковки после второго конического набора металла , где средний диаметр d_c1=(D_к1+d _к1)/2, на третьем переходе выполняют предварительную формовку поковки с получением фланца с размерами фланца D_флф , D_1ф, D_2ф и h_ф, h_1ф . На четвертом переходе выполняют окончательную формовку поковки с размерами фланца D_фл, D₁, D₂ , D₃, d_cm и h, h₁, h₂ , l_cm.

Недостатками данного способа являются недостаточное качество поковок типа стержня с фланцем вследствие неблагоприятного волокнистого строения на верхней и нижней торцовой поверхности фланца поковки, а также неблагоприятное волокнистое строение в месте перехода от стержня к фланцу, снижающее прочность и износостойкость изготовленной из поковки детали.

Заявляемое изобретение решает задачу повышения качества поковок типа стержня с фланцем путем создания направленного волокнистого строения на верхней или на нижней торцовых поверхностях фланца и в месте перехода от стержня к фланцу применением для предварительной формовки пуансона и матрицы, имеющими конические, или сферические, или тороидальные поверхности.

Поставленная задача решена таким образом, что в способе изготовления поковок типа стержня с фланцем методом горячей объемной штамповки на ГКМ или на высадочных автоматах, включающем отрезку заготовок, нагрев высаживаемой части заготовки до ковочных температур, первую и вторую наборную высадку в коническом пуансоне, предварительную формовку фланца пуансоном и матрицей, имеющими конические, или сферические, или тороидальные поверхности и окончательную формовку поковки, что обеспечивает получение направленного благоприятного волокнистого строения на верхней или на нижней торцовых поверхностях фланца и в месте перехода от стержня к фланцу.

Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг.2 показана схема предлагаемого технологического процесса горячей объемной штамповки поковок типа стержня с фланцем на ГКМ и высадочных автоматах:

а - исходная цилиндрическая заготовка;

б - первый наборный переход в коническом пуансоне;

в - второй наборный переход в коническом пуансоне;

г - предварительная формовка;

д - окончательная формовка.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом. От исходного прутка отрезают заготовку длиной l_заг и диаметром d. При соотношении размеров длины высаживаемой части прутка l_в к диаметру d на первом переходе выполняют первую наборную высадку в коническом пуансоне с получением конической части поковки с размерами D_к 1,5d, d_к d+0,05d и высотой l_к. При соотношении размеров поковки после первой высадки , где средний диаметр d_c=(D_к+d _к)/2, на втором переходе выполняют вторую наборную высадку в коническом пуансоне с получением конической части с размерами диаметров D_к1 1,5d_c, d_к1=d[(1,03 1,05)+(0,03 0,05)] и длиной l_к1. Матрица на втором переходе может быть плоской или иметь коническую поверхность с углом _м. При соотношении размеров поковки после второй высадки , где средний диаметр d_c1=(D_к1+d _к1)/2, на третьем переходе выполняют предварительную формовку фланца с размерами D_флф, h_ф, h_1ф пуансоном и матрицей, имеющими конические (или сферические, или тороидальные) поверхности с углами _n и _м соответственно. На четвертом переходе выполняют окончательную формовку поковки с размерами фланца D_фл , D₁, D₂, D₃, d_cm и h, h₁, h₂, l_cm.

Использование данного изобретения позволяет повысить качество поковок типа стержня с фланцем при горячей объемной штамповки на ГКМ и высадочных автоматах за счет создания направленного благоприятного волокнистого строения на верхней или на нижней торцовых поверхностях фланца и в месте перехода от стержня к фланцу, формирующегося при предварительной формовке фланца пуансоном и матрицей, имеющими конические, или сферические, или тороидальные поверхности.

Пример. Горячую объемную штамповку поковки полуоси заднего моста автомобилей ЗИЛ 130 (деталь 130Г-1203070) по существующему технологическому процессу (фиг.1) выполняют на горизонтально-ковочной машине номинальной силой 12,50 МН (ГКМ 1250) из стали марки 47ГТ. От прутка отрезают исходную заготовку диаметром d=48,0 мм и длиной l_заг=1359±5 мм. Т.к. в первом наборном переходе в коническом пуансоне получают коническую заготовку с диаметрами d_к= 50 мм, D_к= 68 мм и длиной l_к=223 мм. Во втором наборном переходе, т.к. , получают коническую заготовку с размерами d_к1 = 55 мм, D_к1= 85 мм и длиной l_к1=166 мм. На третьем переходе, т.к. осуществляют предварительную формовку поковки с диаметром D_флф= 196 мм и толщиной h_ф=18 мм. На четвертом переходе получают поковку с окончательными размерами: с подъемом стержневой части длиной l_cm=79,2 мм на диаметр d_сm = 49,7 мм; с фланцем диаметром D_фл= 197,9 мм, толщиной h=16,7 мм и конической частью на толщине h₁=19,3 мм, с диаметрами D₁= 126,4 мм и D₂= 78 мм.

Предлагаемый способ горячей объемной штамповки поковки полуоси заднего моста автомобилей ЗИЛ130 (деталь 130Г-1203070) осуществляют аналогично существующему на ГКМ 1250 из стали марки 47ГТ (фиг.2). От прутка отрезают исходную заготовку с размерами d=48,0 мм и l_заг=1359±5 мм, выполняют первую и вторую наборную высадку, матрицы имеют конусную воронку с углом 10°. На первом переходе получают заготовку с размерами d_к= 50 мм, D_к= 68 мм и l_к=223 мм, во втором переходе получают заготовку с размерами d_к1= 55 мм, D_к1= 85 мм и l_к1=166 мм.

На третьем переходе проводят предварительную формовку фланца пуансоном, имеющим коническую поверхность с углом 10°, а матрица имеет конусную воронку с углом 10°. На третьем переходе получают заготовку с размерами D_флф= 159,7 мм, h_ф=34 мм, h_1ф=31 мм.

На четвертом переходе проводят окончательную формовку фланца и получают поковку со следующими размерами: длина l _cm=79,2 мм, диаметр d_cm= 49,7 мм; диаметр фланца D_фл= 197,9 мм, толщина h=16,7 мм и толщина h₁=19,3 мм, диаметр d₁= 126,4 мм и диаметр D₂= 78 мм.

Полученные детали имеют направленное благоприятное волокнистое строение на верхней и нижней торцовых поверхностях фланца и в месте перехода от стержня к фланцу вследствие более равномерного течения металла в этих частях поковки.