Патент на изобретение №2318629

Предлагаемое изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано в кузнечных цехах металлургических и машиностроительных заводов при изготовлении колес транспортных средств и им подобных изделий.

Известен способ изготовления стакана-полуфабриката колеса транспортного средства, включающий два этапа, первый из которых выполняют осадкой заготовки, а на втором формируют выпукло-вогнутое дно стакана и его наклонную боковую стенку, сочлененную с дном в зоне ее минимальных диаметральных размеров (патент РФ №2053043, кл. В21К 1/28, публ. 1996 г.).

Недостатком этого способа является получение полуфабрикатов с недостаточно проработанной структурой, что ухудшает механические свойства готового изделия.

Известен способ изготовления стакана-полуфабриката колеса транспортного средства, включающий этапы: предварительный – формирование осадкой плоской исходной заготовки и заключительный – формирование стакана с дном и наклонной стенкой, сочлененной с дном в области ее минимальных диаметральных размеров, при этом дно формируют с образованием изнутри плоской поверхности, а снаружи – линейчатой поверхности (патент РФ №2042467, кл. В21К 1/28, публ. 1995 г. – прототип).

Недостатком известного способа является трудность обеспечения нужного качества готовых изделий из-за недостаточно рациональной структуры волокон при деформировании, что ухудшает прочностные характеристики в условиях нагружения при эксплуатации.

Предлагаемый способ изготовления стакана-полуфабриката колеса транспортного средства включает этапы: предварительный – формирование осадкой плоской исходной заготовки и заключительный – формирование стакана с дном и наклонной стенкой, сочлененной с дном в области ее минимальных диаметральных размеров. Дно формируют с образованием изнутри и снаружи плоских поверхностей. На упомянутом заключительном этапе исходную заготовку деформируют приложением в ее центре нормального усилия с одной ее плоской стороны с опорой на ее другую плоскую сторону. Диаметральные размеры формируемого стакана ограничивают изнутри. Размеры зоны приложения нормального усилия в начале упомянутого заключительного этапа и площади опирания исходной заготовки определены приведенными зависимостями.

Предлагаемый способ отличается от прототипа тем, что упомянутое дно формируют снаружи с образованием плоской поверхности, при этом на заключительном этапе исходную заготовку деформируют приложением в ее центре нормального усилия с одной ее плоской стороны с опорой на ее другую плоскую сторону, диаметральные размеры формируемого стакана ограничивают изнутри, а размеры зоны приложения упомянутого усилия в начале заключительного этапа и зоны опирания исходной заготовки определены зависимостями:

D=(1,4÷2)·h+d_п;

d_п=(3÷8)·h,

где: D – диаметр зоны приложения нормального усилия в начале заключительного этапа,

d_п – диаметр зоны опирания исходной заготовки;

h – высота исходной заготовки.

Технический результат предлагаемого изобретения – повышение качества готовых изделий благодаря рационализации структуры волокон при деформировании и, соответственно, улучшение прочностных характеристик в условиях нагружения при эксплуатации.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежами, где показаны:

На фиг.1 – формирование исходной заготовки на прошивне:

а – в начале стадии;

На фиг.2 – заключительный этап деформирования заготовки, показанной на фиг.1:

а – до начала «заворачивания» стенки стакана;

б – в начале «заворачивания» стенки стакана;

в – начало ограничения изнутри диаметральных размеров стакана;

г – завершение деформирования.

На фиг.3 – заключительный этап деформирования исходной заготовки прошивнем, диаметр опорной поверхности которого меньше диаметра этой заготовки:

а – до начала «заворачивания» стенки стакана;

б – ограничение изнутри диаметральных размеров стакана;

в – завершение деформирования.

Цилиндрическую заготовку 1 высотой Н_о и диаметром d₁ устанавливают на опорный торец прошивня 2, смонтированного на плоском бойке 3. Прошивень выполнен с конической боковой поверхностью с углом конусности , составляющим (30°÷50°), при этом диаметр опорного торца прошивня d больше диаметра d₁ (фиг.1, а).

Заготовку 1 начинают осаживать верхним бойком 4, прикладывая к заготовке по центру сверху нормальное усилие Р. При этом снизу заготовка опирается на прошивень 2. Когда величина диаметра заготовки достигает значения d (фиг.1,б) процесс осадки заканчивается. Исходная плоская заготовка высотой h сформирована, предварительный этап деформирования завершен. При дальнейшем опускании бойка 4 начинается заключительный этап деформирования. Прошивень 2 внедряется в заготовку (фиг.2,а), при этом на начальной стадии внедрения между опорным торцом прошивня 2 и верхним бойком 4 в заготовке образуется ограничивающий очаг деформации в заготовке усеченный конус с углом конусности, определяемый свойствами деформируемого материала. Диаметр меньшего основания этого конуса равен d, а объем металла, заключенный между наружной боковой поверхностью заготовки и боковой поверхностью конуса с углом (периферийная часть 5 заготовки) перемещается в стороны, растягиваясь вытесняемым из-под прошивня остальным металлом заготовки (в объеме усеченного конуса). «Заворачивание» заготовки в сторону прошивня (фиг.2,б) ограничивается профилированной боковой поверхностью последнего. Диаметральные размеры заготовки на этой стадии определяются формой этой поверхности прошивня. Процесс внедрения прошивня 2 в заготовку продолжается, периферийная часть 5 заготовки достигает плоского торца бойка 3, после чего происходит интенсивное увеличение диаметра заготовки до заданной величины (фиг.2,в), определяют диаметральным диаметром d_б бойка 3. Точка А периферийной части 5 заготовки, не имея опоры со стороны торца бойка 3, будет опускаться вниз. При этом диаметральные размеры заготовки при утонении ее донной части 6 ограничиваются боковой поверхностью 7 бойка 3. Если боковая поверхность 7 конусная, то при завершении процесса деформирования стакана-полуфабриката 8 его диаметральные размеры увеличиваются. Если поверхность 7 цилиндрическая, то увеличения диаметральных размеров не будет. Но в обоих случаях происходит интенсивное увеличение высоты Н полуфабриката 8 до ее конечного значения с приданием дну 9 стакана и его наклонной стенке 10 конечной формы. Стенка 10 сочленена с плоским дном 9 в области ее минимальных диаметральных размеров, а максимальный диаметр стакана D_макс – у его свободного торца.

Вариантом осуществления способа может быть выполнение исходной плоской заготовки 9 с диаметральными размерами D₁>d, где D₁ – диаметр обращенной к прошивню 2 поверхности заготовки 11 (фиг.3,а).

Боковая поверхность упругого конуса уже в начале заключительного этапа деформирования отсекает периферийную зону 12 заготовки 11 с объемом V_o. В дальнейшем процесс протекает аналогично описанному вышнее.

При дальнейшем деформировании и утонении данной части 13 заготовки 11 периферийная часть заготовки проходит за край плоского бойка 3 и опускается вниз (фиг.3,б). Диаметральные размеры ограничиваются боковой поверхностью 14 бойка 3 (фиг.3,в) с увеличением высоты образовавшегося стакана-полуфабриката 15 до ее конечного значения Н.

Примеры.

1. Стакан-полуфабрикат колеса размерами 11″×22″ (готового колеса) изготавливали из алюминиевого сплава осадкой – прошивкой заготовки на прошивне. За один ход пресса. Заготовка 280×190 мм (d₁×Н_о).

Исходная плоская заготовка h=60 мм.

Диаметр прошивня d=410 мм.

D=500 мм – диаметр зоны приложения деформируемого усилия в начале заключительного этапа.

2. Стакан-полуфабрикат колеса размерами 10″×20″ (готового колеса) изготавливали из алюминиевого сплава за два хода пресса.

На первом – осадка заготовки 280×205 мм на плоских бойках с получением исходной плоской заготовки 520 мм; h=58 мм.

На втором – прошивка на прошивне d_п=380 мм.., D=470 мм.

Предлагаемое изобретение позволяет повысить качество готовых колес благодаря рационализации структуры волокон при деформировании.

Формула изобретения

Способ изготовления стакана-полуфабриката колеса транспортного средства, включающий предварительный и заключительный этапы, на первом из которых производят формирование осадкой плоской исходной заготовки, а на втором – формирование стакана с дном и наклонной стенкой, сочлененной с дном в области ее минимальных диаметральных размеров, при этом дно формируют с образованием изнутри плоской поверхности, а снаружи – линейчатой поверхности, отличающийся тем, что снаружи дно формируют с образованием плоской поверхности, на заключительном этапе исходную заготовку деформируют путем приложения в ее центре нормального усилия с одной ее плоской стороны с опорой на другую ее плоскую сторону, при этом диаметральные размеры формируемого стакана ограничивают изнутри, а размеры зоны приложения упомянутого нормального усилия в начале заключительного этапа и зоны опирания исходной заготовки определены следующими зависимостями:

Д=(1,4÷2)·h+d_п;

d_п=(3÷8)·h,

где Д – диаметр зоны приложения нормального усилия в начале заключительного этапа;

d_п – диаметр зоны опирания исходной заготовки;

h – высота исходной заготовки.

РИСУНКИ