[1] Изобретение относится к области обработки металлов давлением, в частности к объемной штамповке, и может быть использовано при изготовлении поковок с ребрами.
[2]Известен способ для штамповки поковок с ребрами, при котором поковку штампуют в предварительном ручье и за один рабочий ход формируют одну сторону поковки, а вторая сторона заготовки выдавливается в свободную полость штампа, затем поковку штампуют в окончательном штампе, при этом формируется вторая сторона заготовки одновременно с правкой первой стороны (Патент CN 104439001 A, B21J /02, опубл. 25.03.2015).
[3]Недостатком такого способа являются значительные усилия при штамповке крупногабаритных поковок с ребрами для формирования ребер поковки в заготовительных штампах с одновременной калибровкой уже сформированной стороны, что приводит к дополнительной штамповке в окончательных штампах и требует использования кузнечно-прессового оборудования значительной мощности.
[4]Известен способ секционной штамповки коленчатых валов (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., ил., с. 31-32). Такой способ заключается в нагреве заготовки и штамповке в блоке штампов последовательно каждой секцией блока штампов, усилие на которые передается через подкладную пластину, подставляемую между бойком пресса и секцией штампа на каждом рабочем ходе пресса. Способ снижает силовое воздействие при формоизменении заготовки и позволяет штамповать поковки с удлиненной осью.
[5]Недостатком данного способа являются высокие усилия при штамповке вследствие охлаждения материала заготовки из-за длительного контакта с инструментом, что требует применения сложной сборной конструкции штампа.
[6]Известен штамп для штамповки поковок с ребрами, содержащий верхнюю и нижнюю половины, площадку для осадки, предварительный ручей и окончательный ручей. Вершины ребер предварительного ручья выполнены с компенсаторами ввиде вписанного радиуса, а ребра предварительного ручья выполнены выше ребер окончательного. Такую схему предложено использовать для закрытой штамповки и штампов с поперечным заусенцем (Патент RU 2450884, опубл. 20.05.2012, B21K 1/76, B21J 13/02).
[7]Недостатком известного устройства является большое усилие формования заготовки на предварительном переходе, сложность оформления кромок ребра с малым радиусом скругления в окончательном ручье из предварительной поковки с вписанным радиусом на вершине ребер и большое усилие в окончательном штамповочном переходе из-за необходимости деформирования одновременно двух ребер поковки.
[8]Известен штамп для штамповки поковок с ребрами, содержащий верхнюю и нижнюю половины, площадку для осадки, открытые предварительные и окончательные ручьи с заусенечными канавками, при этом с целью экономии металла путем уменьшения расхода металла, идущего в облой, и повышения стойкости штампа путем снижения усилия штамповки, предварительный ручей выполнен высотой, превышающей высоту окончательного ручья на определенную величину, а предварительный ручей в зоне под вершины ребер выполнен по радиусу, определяемому по заданному выражению, причем высота заусенечной канавки превышает высоту предварительного ручья в 1,5-2 раза (а.с. СССР №1234031, B21J 13/02, опубл. 30.05.1986) - прототип.
[9]Использование прототипа не обеспечивает стабильного получения заданной формы полотна при жестких требованиях к форме поковки. Кроме того, прототип не позволяет снизить усилие штамповки при увеличении площади межреберного участка, т.к. распределение металла осуществляется только в области ребер.
[10]Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является разработка конструкции штампа и способа, расширяющих технологические возможности горячей штамповки в открытых штампах и позволяющих получить крупногабаритные поковки с ребрами на прессовом оборудовании меньшей мощности.
[11]Техническим результатом, достигаемым при осуществлении данного изобретения, является снижение усилия при штамповке поковки в предварительном и окончательном ручье штампа, уменьшение количества комплектов штампового инструмента.
[12]Указанный технический результат достигается тем, что в способе штамповки поковки удлиненной формы с двумя симметричными продольными ребрами, включающем деформирование исходной заготовки в предварительном и окончательном ручьях штампа, выполненных с полостями для формирования ребер, согласно изобретению осуществляют деформирование нагретой до температуры пластичности исходной заготовки в предварительном ручье штампа за два рабочих хода штампа, во время первого из которых одно ребро поковки формируют в полости для формирования ребер, повторяющей форму соответствующей полости окончательного штампа, а второе ребро формируют в полости, имеющей компенсатор, полученный путем превышения высоты указанной полости высоты полости окончательного штампа, без полного заполнения ее металлом заготовки, после чего заготовку переворачивают на 180° вдоль ее продольной оси, укладывают в предварительный ручей с расположением ребра, сформированного в полости, повторяющей форму полости окончательного штампа, в полости с компенсатором и производят второй рабочий ход штампа, а в окончательном ручье осуществляют формирование плавного перехода от ребер к межреберному участку, окончательное формирование межреберного участка и калибровку ребер поковки.
[13]Также технический результат достигается тем, что штамп для штамповки поковки удлиненной формы с двумя симметричными продольными ребрами, содержащий верхнюю и нижнюю половины с предварительным и окончательным ручьями, каждый из которых выполнен с полостями для формирования ребер и межреберного участка поковки, согласно изобретению в предварительном ручье высота одной полости для формирования ребер поковки в каждой половине штампа составляет 1,2-1,5 высоты одной полости для формирования ребер поковки в каждой половине штампа окончательного ручья, а высота второй полости для формирования ребер поковки предварительного ручья в каждой половине штампа равна высоте второй полости для формирования ребер поковки в каждой половине штампа окончательного ручья, при этом высота полости для формирования межреберного участка поковки предварительного ручья штампа составляет 0,8-1,0 высоты полости для формирования межреберного участка поковки окончательного ручья, а между уклоном полостей для формирования ребер и основаниями полости для формирования межреберного участка предварительного ручья выполнен уклон с углом от 5 до 45°, длина которого составляет 0,2-0,5 длины полости для формирования межреберного участка.
[14]Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 приведен предварительный ручей штампа с уложенной в него заготовкой перед первой штамповкой; на фиг. 2 показаны штамп с заготовкой в конце первой штамповки в предварительном ручье; на фиг. 3 показан штамп с заготовкой перед второй штамповкой в предварительном ручье; на фиг. 4 представлен предварительный ручей штампа с заготовкой по окончании стадии формоизменения заготовки; на фиг. 5 приведен окончательный ручей штампа с полученной поковкой в момент полного смыкания обеих половин.
[15]Штамп для изготовления штампованных поковок удлиненной формы с двумя симметричными продольными ребрами содержит верхнюю 1 и нижнюю 2 половины, в которых расположены предварительный и окончательный ручьи. В нижнюю половину предварительного и окончательного ручьев штампа укладывают заготовку 3. Предварительный ручей содержит полость для формирования межреберного участка 4 и полости для формирования ребер 5 и 6. Окончательный ручей, содержащий полости для формирования ребер, межреберный участок, полностью повторяют конфигурацию поковки.
[16]В предлагаемом изобретении высота полости 5 предварительного ручья штампа (H1ф.пр) выполнена размером, равным высоте полости окончательного ручья для формирования вершины ребра поковки, а высота полости 6 (H2ф.пр) выполнена с увеличенной высоты, составляющей 1.2-1.5 высоты полости 5 и исполняет роль компенсатора избытка материала заготовки. Указанный диапазон выбран таким образом, чтобы полость 6 оказалась гарантированно незаполненной, увеличение данного значения приводит к увеличению расходов на механическую обработку более глубокой гравюры штампа.
[17]В предварительном ручье штампа каждая полость 5 и 6 плавно переходит в полость для формирования межреберного участка 4. Для изменения характера течения металла между полостями для формирования ребер и межреберных участков имеется плавный переход в виде уклона под углом от 5 до 45°, что способствует бездефектному заполнению ребер, вызванных перетеканием металла из одной стороны ручья в другую. Уменьшение величины рассматриваемого угла приводит к образованию дефектов в основании ребер. Увеличение угла приводит к смятию плавных переходов предварительной поковки при штамповке в гравюре окончательного ручья с образованием складок в межреберной части окончательной поковки. Длина данного уклона составляет 0,2-0,5 длины межреберного участка (Lм.y), что позволяет создать благоприятные условия для истечения металла заготовки в полости для формирования ребер и улучшить структуру поковки.
[18]Высота межреберного участка предварительного ручья штампа (Нм.у.пр) выполнена величиной, составляющей 0,8-1,0 высоты межреберного участка окончательного ручья штампа (Нм.уж.ок), что позволяет снизить усилие для формирования межреберного участка в окончательном ручье и в полной мере обеспечить заполнение ребер, т.к. формирование межреберного участка в окончательном ручье достигается только за счет деформации плавных переходов от межреберного участка к ребрам предварительной поковки. Увеличение верхней границы данного интервала требует большего усилия при штамповке. Однако чрезмерное занижение межреберного участка в предварительном ручье приводит к нехватке металла для формирования межреберного участка окончательной поковки и неполному заполнению окончательного ручья.
[19]Способ реализуется следующим образом.
[20]Исходную заготовку, нагретую до температуры пластичности металла, деформируют в предварительном ручье штампа, получая переходную поковку. При этом в полости 5 предварительного ручья, которая полностью повторяет форму окончательного ручья, формируется ребро поковки. Другое ребро поковки, формирующееся в полости 6 предварительного ручья с увеличенной высотой, остается несформированным, и металл, затекая в полость, не заполняет ее полностью. Усилие при штамповке снижается за счет того, что избыток металла течет не только в облой, но и в компенсатор полости 6. На предварительно сформированной заготовке обрезают облой, нагревают ее до необходимой температуры и выполняют вторую штамповку в предварительном ручье, перевернув заготовку на 180° вдоль продольной оси и уложив ее в штамп таким образом, чтобы сформированное при первой штамповке ребро было уложено в компенсатор. При этом сформированное ребро увеличивается по высоте в полости 6, а в полости 5 формируется второе ребро, которое при первой штамповке затекало в полость 6, т.е. ребра поковки формируются поочередно в одном предварительном ручье. После второй штамповки в предварительном ручье обрезают облой, нагревают и штампуют поковку в окончательном ручье. В окончательном ручье штампа осуществляется обжатие элементов поковки, полученных в предварительном ручье штампа. При этом деформируется плавный переход от ребер к межреберному участку, окончательно формируется межреберный участок, и калибруются ребра поковки. При штамповке в окончательном ручье осуществляется только калибровка ребер, деформация межреберного участка минимальна, за счет чего снижается требующееся усилие штамповки.
[21]При необходимости предварительный и окончательный ручей могут быть выполнены в разных штампах. Штамп может быть использован для штамповки симметричных поковок с ребрами с односторонним и двухсторонним оребрением.
[22]Промышленную применимость способа подтверждает пример его конкретного выполнения.
[23]Предлагаемый способ был реализован при получении сложноконтурной поковки массой 19 кг из титанового сплава Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr, содержащей симметричные продольные ребра высотой 90 мм.
[24]Заготовку высотой 120 мм нагревали в печи до температуры 810°С, укладывали в предварительный ручей штампа, нагретого до температуры 250°С и установленного на винтовой штамповочный пресс усилием 6300 тс. Производили предварительную штамповку, при которой формовали заготовку до высоты ребра 98 мм, при этом усилие штамповки составляло 5700 тс.
[25]Полученную заготовку извлекали из штампа, обрезали облой и нагревали до температуры деформации. Далее заготовку укладывали в предварительный штамп, перевернув заготовку на 180° градусов вдоль продольной оси, и штамповали с усилием 6300 тс до полного формирования предварительной конфигурации поковки. Затем после второй штамповки переходную поковку размещали в окончательном ручье штампа и деформировали ее до заданной высоты ребер. После извлечения из штампа осуществляли контроль геометрических размеров и качества поверхности полученной поковки. В результате контроля выявлено, что дефекты в зоне основания ребер отсутствуют, ребра имеют полное оформление, а геометрические размеры поковки соответствуют предъявленным требованиям.
[26]Таким образом, предлагаемый способ расширяет технологические возможности изготовления крупногабаритных поковок с ребрами, что позволяет применять для их изготовления штамповочного оборудования меньшей мощности.
