способ изготовления болтов из металлов с низкой теплопроводностью

Формула изобретения

Способ изготовления болтов из материала с малой теплопроводностью, включающий нагрев исходной заготовки до температуры формообразования и горячее формообразование, отличающийся тем, что формообразование производят по вертикальной схеме, при этом формообразование стержня болта осуществляют экструзией, обеспечивая равномерное истечение металла в экструдивную головку по воронкообразной поверхности, давление на заготовку осуществляют через пресс-шайбу, при этом оставляют в контейнере экструдера часть заготовки для последующего формообразования головки болта.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к обработке металлов давлением, а именно к способам производства крепежных деталей с головками, например, из титановых сплавов, и может быть использовано в машиностроении и авиационной технике.

В области обработки металлов давлением известен способ изготовления изделий, преимущественно крепежных, из труднодеформируемых малопластичных титановых сплавов, заключающийся в гидрировании заготовки и ее деформировании в нагретом состоянии путем выдавливания заготовки из (+)-титановых сплавов при температуре на 20-50С выше температуры начала рекристаллизации гидрированного сплава, после чего проводят вакуумный отжиг, совмещенный с рекристаллизационным отжигом, при температуре на 10-100С ниже температуры (+) перехода (а.с. №1821009, МПК B 21 J 5/06, опубл. 20.07.95). Недостатками данного способа являются сложность процесса и невозможность получения диаметра головок больше, чем (1,8...2) диаметра стержневой части заготовки болта.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является способ изготовления болтов из титановых сплавов, включающий отжиг, скоростной нагрев до температуры закалки, закалку в воде, горячее формообразование головки болта, охлаждение на воздухе и старение, а нагрев при старении проводят со скоростью 12010С до температуры 78010С, горячее формообразование головки болта осуществляют после старения при температуре, не превышающей температуру старения (а.с. №1233523, МПК C 22 F 1/18, опубл. 20.05.97). Недостатками этого способа являются сложность (или невозможность) подбора параметров процесса для сплавов, отличающихся от сплава ВТ16, невозможность получения диаметра головок больше, чем (1,8...2) диаметра стержневой части заготовки болта.

Задачей, решаемой с помощью настоящего изобретения, является увеличение технологически допустимого отношения диаметра (или массы) головки к диаметру (или массе) стержневой части болта, повышение стабильности механических свойств болтов, повышение циклической стойкости болтов.

При использовании настоящего изобретения достигаются следующие технические результаты:

- повысилось технологически допустимое отношение диаметра головки к диаметру стержневой части болта;

- повысилась стабильность механических свойств болтов;

- повысилась циклическая стойкость;

- повысилась производительность процесса;

- повысился коэффициент использования материала.

Для решения поставленной задачи и достижения указанного технического результата в известном способе изготовления болтов из титанового сплава, заключающемся в нагреве исходной заготовки до температуры формообразования и горячем формообразовании, согласно изобретению формообразование производят по вертикальной схеме, стержень формуют до формовки головки болта путем экструзии, металл направляют в экструдивную головку по воронкообразной поверхности, давление на заготовку осуществляют через пресс-шайбу, оставляя при этом в контейнере часть заготовки для последующего оформления головки.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известного тем, что горячее формообразование производят по вертикальной схеме, стержень болта получают путем экструзии, направляют металл по воронкообразной поверхности в экструдерную головку, давление на заготовку осуществляют через пресс-шайбу, а для формообразования головки болта в контейнере экструдера оставляют часть заготовки для последующего ее формообразования. Таким образом, заявляемый способ соответствует критерию изобретения “новизна”.

При анализе известных технических решений не выявлено способов, имеющих признаки, совпадающие с отличительными признаками заявляемого способа, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию “изобретательский уровень”.

Применяя вертикальную схему формообразования, локализуют зону теплопотерь от заготовки на детали экструдера в области контакта нижней торцевой поверхности заготовки с пресс-шайбой, что предотвращает захолаживание боковой и верхней поверхностей заготовки перед началом экструзии, тем самым избегают впоследствии поверхностных дефектов в виде трещин, закатов, расслоений и сохраняют равномерную структуру. Формируя стержень методом экструзии, обеспечивают осенаправленную текстуру заготовки, тем самым повышают циклическую стойкость болта. Направляя металл в экструдерную головку по воронкообразной поверхности, обеспечивают плавное, равномерное истечение материала, что исключает поверхностные дефекты и неравномерность механических характеристик по объему заготовки. Осуществляя давление на заготовку через пресс-шайбу, получают безоблойную заготовку, тем самым повышают коэффициент использования металла и снижают трудоемкость, поскольку не требуется удаление облоя (торцевого заусенца). Оставляя в контейнере часть заготовки для последующей формовки головки болта, получают для последующей формовки головки исходно больший диаметр пресс-остатка, что позволяет при его последующей осадке получать значительно большие отношения диаметров головки и стержня, чем в известных способах.

Предлагаемый способ изготовления болтов реализован следующим образом.

Заготовку 1 (фиг.1) диаметром D=10...30 мм и высотой H=(1...10)D мм из титанового сплава ВТ-16 нагревают до температуры 50...70C ниже температуры фазового (+) перехода, а именно 770...790С, переносят в контейнер 2, не допуская охлаждения, и устанавливают на пресс-шайбе 3, опирающейся на пресс-штемпель 4; сверху к контейнеру прижимают экструдерную головку 5 (фиг.2) и пресс-штемпелем 4 перемещают пресс-шайбу 3 вверх со скоростью 0,05...0,20 м/с относительно контейнера и прижатой к нему экструдерной головки, выдавливая часть заготовки в канал экструдерной головки, а другую часть оставляя в контейнере и входной воронке экструдерной головки. После остывания заготовки в экструдере вокруг нее образуется тепловой зазор и она извлекается из экструдера, после чего процесс повторяется со следующей заготовкой. В процессе экструзии в объеме заготовки действуют напряжения всестороннего сжатия, что препятствует развитию трещин в материале заготовки, несмотря на высокую степень сдвиговой деформации материала. При вертикальной схеме экструдера заготовка остывает до начала экструдирования только через поверхность контакта с пресс-шайбой, т.е. только через поверхность, которая не подвержена формоизменению при экструзии, благодаря этому на боковой поверхности не образуется захоложенных областей, которые при их появлении приводили бы к образованию поверхностных дефектов на заготовке. Влияние захолаживания проявляется тем сильнее, чем меньше теплопроводность материала, т.к. тепло, потерянное с поверхности в материале с низкой теплопроводностью, не компенсируется подводом тепла из объема заготовки. Эти переохлажденные области поверхности имеют более высокую прочность, свойственную низким температурам, и при экструдировании либо вдавливаются в области горячего материала, производя повреждения, и (или) повреждают поверхность канала экструдера.

Использование предлагаемого способа обеспечивает по сравнению с существующим способом следующие преимущества:

- повышение производительности;

- упрощение технологии за счет сокращения числа операций;

- повышение циклической стойкости болта.