[1]Изобретение относится к машиностроению, в частности, к области обработки металлов давлением и может быть использовано при изготовлении плоских деталей из высокопрочного чугуна для дальнейшего изготовления из них штампованных изделий.
[2]Высокопрочный чугун характеризуется повышенными литейными свойствами, более плотной структурой, высокой теплостойкостью, хладостойкостью, коррозионной стойкостью. Он может подвергаться сварке и автогенной резке и обладает высоким сопротивлением износу. Из высокопрочного чугуна изготавливают такие изделия, как станины станков, прессов и прокатных станов, корпуса редукторов, гильзы двигателей внутреннего сгорания и компрессоров, распределительные и коленчатые валы, пальцы траков гусеничных машин, крупномодульные шестерни, зубчатые колеса. Благодаря перечисленному комплексу технологических и эксплуатационных свойств изделия из высокопрочного чугуна пользуются повышенным спросом при производстве транспортеров, а также в сельскохозяйственном машиностроении при производстве комбайнов, сеялок, косилок и других уборочных машин, в которых получили распространение цепные передачи. Традиционной технологией изготовления чугунных деталей является литье с последующей механической обработкой, к недостаткам которой относится газовая пористость, снижающая механические характеристики, кроме того, изделия небольших размеров литьем получать экономически не выгодно.
[3]Наиболее уязвимыми звеньями привода цепных передач являются собственно цепь и звездочки. Согласно ГОСТ 592-81 «Звездочки для пластинчатых цепей. Методы расчета и построения профиля зубьев. Предельные отклонения» одноходовые звездочки представляют собой плоские детали, которые целесообразно изготавливать с помощью разделительных операций листовой штамповки: вырубкой наружного контура с зубчатым венцом и пробивкой центрального отверстия для установки на вал. Для этой цели в качестве исходного металла используют плоские заготовки в виде полос или листов.
[4]Поиск показал, что в настоящее время листовые заготовки из чугунов необходимой толщины промышленностью не выпускаются.
[5]Плоские детали можно получить по технологии, предложенной в НИТУ МИСиС [Кобелев О.А. Моделирование и совершенствование клинового инструмента для развертки кованных труб большого диаметра // Кузнечно-штамповочное производство. Обработка металлов давлением. 2010. №7. С. 27-29], согласно которой полученную ковкой крупногабаритную полую заготовку разрезают и разворачивают с помощью клинового фигурного инструмента. Недостатком технологии является то, что она реализуется с применением большого количества переходов (9-10) и пригодна, в основном, для получения плоских плит больших размеров (до 5000 мм).
[6]Известен другой способ получения крупногабаритных плит из алюминиевых сплавов [Буркин С.П., Разинкин А.В., Исхаков Р.В., Бабайлов Н.А. Анализ новой технологии ковки крупногабаритных плит из алюминиевых сплавов. Металлофизика, механика материалов, наноструктур и процессов деформирования: В 2-х томах. Т. 2. С. 38-49. Труды международной научно-технической конференции. Металлдеформ-2009 (Самара, 3-5 июня 2009 г.). Самара: СГАУ, издательство учебн. литературы, 2009. 366 с], заключающийся в поперечной осадке предварительно надрезанной в 2-х местах кованой трубной заготовки в несколько этапов. Недостатком способа является большая трудоемкость способа, включающего 8-10 переходов.
[7]Из уровня техники известен способ прокатки листовых заготовок из чугуна с шаровидным графитом [Патент №2137560 RU.Способ производства листового проката из чугуна. Опубл. 20.09.1999]. Недостатками известного способа прокатки являются многопереходность процесса (более 5) с необходимостью поворота длинномерной заготовки на 90° и последующей прокаткой за 4-5 переходов, а также недопустимо большой разброс температурно-скоростных режимов прокатки.
[8]К числу немногих известных, принятому за прототип, относится способ изготовления плоских деталей из высокопрочного чугуна, согласно которому предварительно нагретую до 900…1100°C трубную заготовку осаживают на прессе в поперечном направлении за два перехода без нагрева инструмента с получением сдвоенной плоской заготовки и последующим срезанием зон перегиба [Пономарев А.С, Сосенушкин Е.Н. Исследование технологических возможностей разделительных операций для получения полуфабрикатов из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом // Состояние, проблемы и перспективы развития кузнечно-прессового машиностроения и кузнечно-штамповочных производств: Сб. докладов и материалов X Конгресса «Кузнец-2010». Рязань, 2010. С. 226-229].
[9]К недостаткам прототипа следует отнести низкую производительность, обусловленную количеством переходов (два) формирования сдвоенной плоской заготовки.
[10]Задачей изобретения является снижение количества переходов без снижения стабильных гарантированных физических и эксплуатационных показателей.
[11]Технический результат - повышение производительности способа изготовления плоских деталей из высокопрочного чугуна за счет снижения количества переходов.
[12]Поставленная задача решается, а заявленный технический результат достигается тем, что в способе изготовления плоских деталей из высокопрочного чугуна, согласно которому предварительно нагретую трубную заготовку осаживают на прессе плоскими бойками в поперечном направлении с получением сдвоенной плоской заготовки и последующим срезанием зон перегиба, нагрев трубной заготовки осуществляют до температуры Т1, удовлетворяющей неравенству 950°c<Т1<TC, а плоские бойки нагревают до температуры Т2, удовлетворяющей неравенству ТМн<Т2<Т1, где TC - температура солидус высокопрочного чугуна, ТМн - температура начала фазовых превращений аустенита в мартенсит в высокопрочном чугуне.
[13]Изобретение основано на следующем.
[14]Экспериментально установлено, что высокопрочный чугун (в определении и номенклатуре действующего в РФ на момент подачи заявки ГОСТ 7293-85. Чугун с шаровидным графитом для отливок. Марки) обладает пластичностью, достаточной для его пластической деформации в изделие с сохранением сплошности материала и его физико-механических характеристик у изделия не хуже, чем в литом изделии, в интервале температур горячей штамповки (ГШ) от 950°C до температуры солидус. При этом, как показывают эксперименты, попытки штамповки выше температуры солидус приводят к разрушению заготовки и/или ее элементов ввиду собирательной рекристаллизации и/или оплавления по границам зерен. При температуре ниже 950°C резко увеличивается сопротивление деформированию высокопрочного чугуна с одновременным снижением пластичности, что приводит к появлению трещин и иного рода разрушений в изделии.
[15]При этом контакт заготовки с инструментом (плоскими бойками пресса), имеющим температуру ниже температуры начала фазовых превращений аустенита в мартенсит в высокопрочном чугуне, инициирует появление в - месте контакта термически напряженной зоны - концентратора напряжений - источника трещинообразования. Причем, как показали эксперименты, нагрев инструмента (плоских бойков пресса) выше температуры начала фазовых превращений аустенита в мартенсит в высокопрочном чугуне, полностью исключает возникновение означенной напряженной зоны, что позволяет осуществить осадку трубной заготовки до сдвоенной плоской заготовки за один переход.
[16]Верхняя граница нагрева инструмента (плоских бойков пресса) обуславливается термостойкостью самого инструмента и температурой солидус высокопрочного чугуна, нагрев заготовки выше которой приводит к разрушению заготовки и/или ее элементов ввиду собирательной рекристаллизации и/или оплавления по границам зерен.
[17]Изобретение поясняется изображениями:
[18]Фиг. 1 - изделие одноходовая звездочка цепной передачи с зубчатым венцом;
[19]Фиг. 2 - микрошлиф качественной поверхности разделения (без трещин) при соблюдении температурных режимов;
[20]Фиг. 3 - микрошлиф поверхности разделения при нарушении температурных режимов (с трещинами).
[21]Пример осуществления способа изготовления плоских деталей из высокопрочного чугуна.
[22]В технологическом процессе штамповки плоской детали из высокопрочного чугуна типа одноходовой звездочки цепной передачи, имеющей сложный наружный контур с зубчатым венцом, согласно которому предварительно нагретую трубную заготовку осаживают на прессе плоскими бойками в поперечном направлении с получением сдвоенной плоской заготовки и последующим срезанием зон перегиба, нагрев трубной заготовки осуществляют до температуры Т1, удовлетворяющей неравенству 950°С<Ti<TC, а плоские бойки нагревают до температуры Т2, удовлетворяющей неравенству ТМн<Т2<Т1, где TC - температура солидус высокопрочного чугуна, ТМн - температура начала фазовых превращений аустенита в мартенсит в высокопрочном чугуне.
[23]Далее полученную плоскую заготовку нагревают до температуры Т1, удовлетворяющей неравенству 950°C<Т1<TC, а рабочие детали штампа - пуансон и матрицу нагревают до температуры Т2, удовлетворяющей неравенству ТМн<Т2<Т1. Затем в штампе для осуществления разделительных операций из плоской заготовки вырубкой получают плоское изделие (Фиг. 1) со сложным наружным контуром. Операция вырубки осуществлялась на гидравлическом прессе П3234А со стандартными технологической силой Рн=2 МН и скоростью деформирования 4 мм/с.
[24]Экспериментальные исследования показали, что если строго выдерживать указанные температурные интервалы нагрева заготовки и инструмента, то трещин на поверхности разделения в изделии не возникает, что подтверждается микроструктурным анализом (Фиг. 2).И наоборот, если указанные температурные интервалы не выдерживать, то на поверхности разделения появляются нежелательные трещины (Фиг. 3), распространяющиеся вглубь изделия и приводящие к браку.
[25]Из рассмотренных примеров следует, что при соблюдении заявленных в формуле изобретения параметров качество получаемой заготовки полностью удовлетворяет общим требованиям заготовок из высокопрочного чугуна (ГОСТ 7293-85), а выход за пределы заявленных диапазонов ведет к появлению брака.
[26]Изложенное позволяет сделать вывод о том, что при реализации изобретения поставленная задача - снижение количества переходов без снижения стабильных гарантированных физических и эксплуатационных показателей - решена, а заявленный технический результат - повышение производительности способа изготовления плоских деталей из высокопрочного чугуна за счет снижения количества переходов - достигнут.
[27]Анализ заявленного технического решения на соответствие условиям патентоспособности показал, что указанные в формуле изобретения признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности необходимых признаков, неизвестной на дату приоритета из уровня техники и достаточной для получения требуемого технического результата.
[28]Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного технического решения следующей совокупности условий:
[29]- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении относится к машиностроению, в частности, к области обработки металлов давлением и может быть использовано при получении плоских деталей из высокопрочного чугуна;
[30]- для заявленного объекта в том виде, как он охарактеризован в формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке или известных из уровня техники на дату приоритета средств и методов;
[31]- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.
[32]Следовательно, заявленный объект соответствует критериям патентоспособности «новизна» и «промышленная применимость» по действующему законодательству.
