Способ получения полых изделий из трубчатых заготовок

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 19 1 Я)5 В 21 О 41/02 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ Н 00 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Институт физики металлов Уральскогоотделения АН СССР(56) Авторское свидетельство СССРМ 1407622, кл, В 21 0 26/02, 18.08.60,(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛЫХ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ТРУБЧАТЫХ ЗАГОТОВОК(57) Использование: обработка металловдавлением, например, при гидростатйческой раздаче трубчатых заготовок. Сущность изобретения: для расширениетехнологических возможностей за. счетобеспечения йзготовления изделий из мало-углеродистых низколегированных сталей сотношением длины к диаметру в пределах2,5 - 3,5 при отношениях толщины стенки кдиаметру в пределах 0,04-0,1, а диаметровна концах и в середине в пределах 1,5-2 и Изобретение относится к обработке металлов давлением,.в частности к способам гидростатического прессования полых йзделий из трубчатых заготовок, например ру- левых колонок мотоциклов.На практике рулевые колонки мотоциклов изготавливают из сварных заготовок, В этом случае чашки рулевой колонки, имеющие максимальный по диаметру размер, получают литьем или штамповкой, а среднюю часть детали изготавливают из трубы, Затем производят сварку двух чашек с трубой и последующую механическую обработку сварной заготовки,улучшения качества за счет устранения гофрообразования. В способе получения полых изделий йз трубчатых заготовок, включающем механическую раздачу калибрующими поясками оправок концевых"участков трубчатых заготовок "со "стейенью деформации ф=0,5-5% с герметизацией полости заготовки, обжим средней части заготовки произво.дят на оправке жидкостью поддавлением с приложением в начальный момент обжима к средней части заготовки внешнего радиального подпора,"раздачу трубы осуществляют путем ввода"сйравок двойной конусности с углами" а 1 = 15 - 25 иа 2 =2-3 на степень деформации на концах трубы ф=15 - 20%, затем оправки извлекают и в полость коническойзаготовки вводят цилиндрические оправки с калибрующими поясками и углом йз =- 90 О, после чего выполняют обжим жидкостью высокого давле- С- ния со степенью деформации ф= 15 - 20%, 17 ил,Указанная технология характеризуется высокой трудоемкостью, значительным расходамметалла и"налйчием ойераций литья (штамповки), сварки и нескольких переходов механической обработки. Для снижения трудоемкости изготовлейия деталей подобного типа целесообразно использовать процессы деформации с применением гидростатической сжатой среды.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ получения полых изделий из трубчатых заготовок, согласйо которому после установки трубной заготовки в контейнер выполняют раздачу концевых участков трубы, а затем1754289,ДОГ Я едактор трова орректор Е.Папп оизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 оставитель ехред М,Мо аказ 2845 Тираж ВНИИПИ Государственного комитета 113035, Москва, ЖКаменецкентал Подписноеобретениям и открытиям при ГКНТ СССРРаушская наб., 4/5ветствует предъявленным геометрическим требованиям.Цель изобретения - расширение технологических возможностей за счет обеспечения изготовления изделий из малоуглеродистых низколегированных сталей с отношением длины к диаметру в пределах 2,5 - 3,5 при отношениях толщины стенки к диаметру в пределах 0,04-0,1, а диаметров на концах и в середине - в пределах 1,5 - 2 и улучшения качества за счет устранения гофрообразования,Поставленйая цель достигается тем, что согласно способу получения полых изделий из трубчатых заготовок, включающему ме 45 50 55 обжим средней части на оправках жидкостью высокого давления, при этом изделие выполняют с периметром внутренней продольной части на 0,5 - 20 меньше периметра внутренней поверхности заготовки при отношении толщины стенки к диаметру заготовки Я/0,=0,035 - 0,044, В начальный момент обжима к средней части заготовки прикладйвают внешний радиальный механический подпор, Дробление огранки при обработке данным способом благоприятно сказывается на равномерности заполнения всех впадин профиля и снижении величины потребного давления жидкости, Данный способ позволяет изготавливать изделия сложного профиля (шлицевые и шестигранные и т.д.).Однако известным способом можно изготавливать иэ труб изделия только с небольшим перепадом площади поперечного сечения по длине, так как процесс хорошего заполнения профиля или заданной формы оправки обеспечивается лишь при условии равенства или незначительного отличия (0,5 - 2%) периметров внутренней поверхности изделия и внутренней поверхности заготовки; поэтому иэделия с большой разницей периметров типа рулевых колонок мотоциклов, для которых характерны значительные перепады диаметров по длине, а отношение длины средней части детали к ее диаметру /О=2,5 - 3,5, не получают требуемой формы после обработки этим способом,Приложение в начальный момент обжима к средней части заготовки внешнего радиального механического подпора оказывает влияние на дробление огранки при деформации и позволяет управлять процессом поперечной устойчивости в определенных пределах, но не предотвращает образования продольных волн, благодаря чему изделия с отношением /О 0 в пределах 2,5-3,5 получают изгиб и их форма не соот 5 10 15 20 25 30 35 40 ханическую раздачу калибрующими поясками оправок концевых участков трубчатых заготовок со степенью радиальной деформации 0,5 - 5 и последующий обжим жидкостью высокого давления на цилиндрических оправках с механическим радиальным подпором средней части заготовки в начальный момент, раздачу трубы осуществляют в два этапа оправками двойной конусности с углами 2 - 3 на заходном участке и углами 15 - 20 - на участке, следующим за ним, на степень радиальной деформации на концах трубы 15-200 на первом этапе и цилиндрическими оправками с калибрующими поясками, перпендикулярными оси оправок, - на втором этапе, а обжим осуществляют со степенью радиальной деформации 15-20;/О,На фиг. 1 - 3 показаны трубная заготовка, схема процесса раздачи трубы оправками двойной конусности и форма заготовки после раздачи; на фиг. 4 - операция установки разьемной втулки на коническую заготовку; на фиг. 5 - 7 - схема процесса гидростатического обжима и фор-. ма готового изделия; на фиг, 8-12 - схема процесса гидростатического обжима изделий с относительной длиной участка, подвергаемого обжатию в пределах 1,5 - 2,0, /О 4 при диапазоне радиальных деформаций обжима в пределах 10 - 120/, и последовательность формообразования готового изделия(эти операции характерны для известного способа); на фиг. 13-17 - то же, но для изделий с относительной длиной участка, подвергаемого обжатию в пределах 2,5 - 3,5 при диапазоне радиальных деформации 15-200/, с последовательностью операций, характерных для известного способа.Устройство для осуществления способа (фиг, 1 - 7) состоит из заготовки 1, конических оправок 2 и 3, имеющих участки с разной конусностью а 1 и аг, конической заготовки 4 с участками разной конусности и с линейными размерами Ь 1 и Ь 2, разьемной втулки 5, цйлиндрических оправок б и 7, готового изделия 8, контейнера 9, соединительного штифта 10. Раэьемная втулка 5 снабжена радиальными отверстиями 11 и штифтами 12,Согласно этому способу в полость трубной заготовки диаметром 00 и длиной Ь вводят раздающие оправки 2 и 3 с углами конусности а 1 и а 2 на заданную длину 11 и 12, После раздачи заготовки оправки извлекают и получают коническую заготовку 4 длиной О Ь, форма и размера которой показаны на фиг. 3. Коническая заготовка 4на концах имеетнаружный диаметр О 1, а.в волны(поз, 14 на фиг. 15) полностью исчезасередине - диаметр О, равный диметру за- ют при облегании материалом заготовки оп- готовки 1. Степень раздачи равок 6 и 7, Разница длин средних линийзаготовки 4 (00) и изделия 8 (О 0), равная 2 Ь,Р= 1 0100%5 может быть оцененапо формулеОобз - сИдля зэго о о из малоуглеродистых стэлЯ 2" 2 ;,(сов О 1 + 81 Й 1 - 1), составляет 15-20%. Углы оправок равны со-(1) ответственно; а 1 = 15-20; а 2= 2-30, При 10оуглах а 1 = 15 - 20 раздача трубы осуществ- . где бз - внутреннийдиаметр концаконйчеляется без нарушения ее формы в средней ской заготовки после ввода цйлиндричечасти (изгиб, осадка) в диапазоне степеней ских оправок (фиг. 4);радиальной деформации ф = 15-20%. За- д 4 - внутренний диаметр средйей части тем на коническую заготовку 4 надевается "5 готового изделия;разъемная втулка 5, снабженная штифтами а 1 - угол конусности раздавщих опра и радиальными отверстиями 11 (фиг, 4 и . вок.7), После этого в полость конической заго- Под действием давления жидкостй в товки 4 вводят оправки 6 и 7 с углами аз-материале прй обжиме возникают растя до соприкосновения торцами, осущест гивающие напряжения; вызывающие испвляя увеличение наружныхдиаметровкони- равление и родольных"волн, которые ческой заготовки 4 до величины Оз, При " появляются на стадйях малой деформации, этом степень раздачи незначительна, а дляТаким образом, при давлении жидкости обеспечения центрирования оправок 6 и 7 Р 2, величина которогосоставляет при обжииспользуется штифт 10. Оправки 6 и 7 име ме заготовок из мэлоуглеродистых сталей ют стержни диаметром б 4 и калибрующие 400-500 МПа,обеспечивается изготовление пояски диаметром бз, углы оправок пря- готовых изделий 8 заданной формы, Затем мые и скруглены радиусом г. Диаметр давлением сбрасывается, изделие 8 с опстЕржня б 4 мЕньшЕ внутреннега дйамвтра Равками и втулкой 5 извлекают из контейне.трубной заготовки 1 на 10-15%. Послеотво ра 9 и оправки 6 и 7 удаляют из полости да оправок 6 и 7 коническая заготовка 4 с детали.разъемнойвтулкой 5 устанавливаетсявкон- В результате описанйых оперЭцййго. тейнер 9 (фиг. 5), . товое изделие на концах имеет чашки диа-Втулка 5 устанавливается по каналу:метром Оз, в середине - дйаметр О 4, хотя контейнера с небольшим зазором (0.2-0,3 35 степень обжатия ф=15-20, причем отсутмм), По длине конической заготовки 4 между ствуют в средней части изделия складки и " ее внутренней поверхностью и стержнями волны (фиг, 6), При этом отношение диэметоправок диаметром б 4 имеется перемен- ров ОзИ 4 обеспечивается в пределах 1,5 - 2, ный зазор д, который меньше в середине и- а отношение длины средней частй изделия возрастает ближе к концам изделия (фиг. 5). 40 к диаметруИо=2,5 - 3,5 при относительной При подъеме давления жидкости начйнает- . толщине стенки Я/О 0 в пределах 0,04-0,1, ся обжим средней части конической заго-Эксперименты, выполненные при"получе- товки 4 и облегание материалом заготовки нии качественных полых" иЗделий описан- контура сомкнутых оправок 6 и 7 с образо-ным способом, показали, что Необходимо ванием готового изделия 8 длиной 2 , 45 обеспечить зазор д переменным подлййе, Так как степень обжатия средней частиза- Достижение переменного зазора д по длиготовки ф= 10-15%, то процесс формоиз-:. не обеспечивается за счет использОвания менения идет по схеме, показанной на фиг, оправок с углом а 2, г 1 ричем "чем меньше а1 (сечение А-А на фиг. 10), и достигается , тем плавнее измейяется зазорйо"Длине 1 иполучение круглого сечения готового изде лучше оформляются прямые углы на перлия. Обехолия. разование продольных волн 14 (фиг. дах от диаметров бз к б 4(фиг, 6). Наилучшие 15 и5) предотвращается благодаря тому, что: результаты в опытах получены при углахдлина средней линии 00 изделия 8 больше а 2 = 2-30. При а 23 не получаются прядлины средней лйнии 00 заготовки 4, гофры мые углы на переходах от диаметров бз к д, расправляются (фиг, 6). Несмотря на то, что 55 при а 22 возникают трудйости с извлечеу концов заготовки 4 зазор д значителен, нием оправок из готовогойзделия,поперечное гофрообразование (поз. 16 на Угол а 1 = 15 - 20 выбирается из нефиг. 17) подавляется из-за близости калиб- скольких взаимодопол- Ющиня" щ х другдругарующих поясков оправбк, а продольные условий:20 30 35 40 50 55 из условия раздачи концов заготовки из малоуглеродистой стали на диаметр бз (фиг, 6) со степенью радиальной деформации ф=15-20% без образования трещин и нарушения формы заготовки в средней части (изгиб, осадка);иэ условия создания растягивающих напряжений при облегании материалом заготовки оправок 6 и 7 (фиг, 5) во время деформации; в этом случае продольные волны устраняются; от угла а 1 при заданном перепаде диаметров бз и б 4 зависит величина 2 Ь (см, формулу 1), которая определяет разницу длин средней линии 00 заготовки 4 (фиг, 3) и средней линии изделия 8 00 (фиг.6); так как длина 0 О больше длины 00 на 2 Ь, то эта величина определяет значения растягивающих деформаций и качество изделия;углы а 1 =15 - 20 иа =2-3 всовокупности определяют величину удлинения материала при облегании им контура оправок, а следовательно, и окончательную форму готового изделия; так как теоретически очень сложно описать формообразование при наступлении потери устойчивости в началь.ный момент гидрообжима и в процессе его развития; тосочетание значений углов а и а наряду с приведенными факторами оптимизируется экспериментально,Экспериментально лучшие результаты получены при а 1 = 15-20 и а 2 =2-30. Следовательно, выполнение операций раздачи оправками с двойной конусностью и последующая раздача на цилиндрических оправках в сочетании с обжимом на этих оправках с аз = 90 обеспечивает получение изделий с /00=2,5 - 3,5, Я/О 0=0,04 - 0,1 и Оз/04=1,5-2 заданного качества.Если изготавливать детали типа рулевой колонки, используя режимы, применяемые в прототипе, то невозможно получить иэделия заданного качества,Ниже описываются особенности деформирования деталей с различными относительными высотами среднего участка и диапазонами обжатий.На фиг, 8 - 12 показана схема деформации трубной заготовки диаметром Ос и длиной0 на оправках 2 и 3 при диапазоне обжатий ф=10-120 ь. В этом случае зазор д небольшой 2-3 мм), а изделия имеют незначитЕльную относительную высоту среднего участка ( /Оо=1,5 - 2,0). Разьемная втулка 5 устанавливается в канал контейнера 9 с небольшим зазором (0,2 - 0,3 мм), а ее внутренняя поверхность плотно прилегает к заготовке после раздачи концов. В опытах исг ользовали трубные заготовки с толстостейностью Я/00=0,04 - 0,1, Раздача концов трубы составляет 0,5-5,4, а оправки 2 и 3 имеют углы, близкие к прямым, После установки заготовки с оправками и втулкой 5 в контейнер 9 и подъема давления процесс 5 деформации осуществляется по следующейсхеме,на стадиях малой деформации образуется ромб 13 с округленными углами и максимальным размером Н, который оп ределяется внутренним диметром втулки 5(поз, 13 на фиг, 11), до величины давления жидкости Р 1,по мере развития деформации размер Нуменьшается, ромб изменяет. Свою форму, 15 его внутренняя поверхность касается поверхности оправки;при дальнейшем повышении давлениядо величины Р 2 происходит скольжение материала по поверхности оправки, и изделие 8 приобретает круглую форму, следовательно, достигается получение детали заданного контура.На фиг. 13-17 показана схема формоизменения трубной заготовки 1 при относи тельной длине деформируемого участкаИ 0=2,5-3,5 для труб с ЮО 0=0,04-0,1 в диапазоне обжатий ф =-15 - 20, зазор д =5 - 7 мм.При гидростатическом обжиме таких изделий, близких по размерам к рулевым колонкам мотоциклов, наряду с поперечной потерей устойчивости наблюдается образование продольных волн 14. В этом случае на ранних стадиях деформации при давлении жидкости Р 1 круглое сечение заготовки 1 преобразуется в треугольное сечение 15 с максимальным размером Н, Затем при по-. вышении давления материал заготовки касается поверхности оправок, но не приобретает круглой формы даже при Р 2=1000 УПа, В сечении получается округлый треугольник с размером Н 1 и жесткими гофрами 16, причем форма сечения по длинесреднего участка иэделия различна (у концов она цилиндрическая, а в середине наиболее искажена). Этот вид дефектов показан на фиг 15-17,Следовательно, при изготовлении удлиненных изделий с разницей сечений по ди-,аметру в пределах 1,5-2 на концах Оэ и всередине детали - 04 выполнение известных приемов осуществления процесса необеспечивает получения заданной формы.П р и м е р, В качестве заготовок использовали холоднотянутые трубы из стали 20длиной0=180 мм с наружным диаметромОс,= 45 мм и внутренним диаметром 00=37 мм.В полость трубной заготовки вводили нагидравлическом прессе оправки с углами конусности ар =2 и углами перехода к цилиндрическим пояскам а 1 =20. Оправки имели диаметр стержня в наименьшем сеченйи до=37 мм и диаметр цилиндрического по-. яска с 11=45 мм, Оправки вводили на глубину 11=70 мм и 12=50 мм. Затем оправки извлекали из полости трубы и получали коническую заготовку с размерами: 0=175 мм; 01= 53 мм;02=45 мм. Степень раздачи концевых учаСтков трубной заготовки ф= 14%,10 В дальнейшем на пОверхность конической заготовки устанавливали разъемную втулку и вводили формующие оправки до соприкосновения торцами; осуществляя увеличение наружных диаметров концов ко 15 нической заготовки, При этом степень раздачи ф, = 2,5%, но достигается герметизация полости конической заготовки. Формующие оправки имели диаметр стержня с 14=31 мм и диаметры калибрующих поясков 20 с 1 з=47 мм, Углы оправок прямые и скруглены радиусом г=1 мм, Затем заготовку с формующими оправками иразъемной втулкой ус. танавливалив контейнер с диаметром канала 0=65 мм, который установлен на пресс усилием 10000 кН. В контейнересоздавали давление жидкостидо Р 2=400-500 МПа и осуществляли обжим конической заготовки на оправках, После этой операциИ получали изделие с размерами: 0 з=55 мм; 30 Из=47 мм; 12=170 мм; ба=31 мм; 1=137 мм- Форма изделия и обозначения размеров показаны на фиг. 6, После снятия давления иэделие с разъемной втулкой извлекали из канала контейнера, оправки удаляли иэ по 35 лости изделия и снимали разъемную втулку Готовое иэделие имело цилиндрическую форму и из него за одну операцию механической обработки, связанную с расточкой внутренней поверхности чашек под под 40 шипники, получали готовую деталь - рулевую колонку мотоцикла "ИЖ-Планета". Таким образом, использование предлагаемого способа позволяет изготавливатьточную заготовку детали с большим перепа- -дом площади поперечного сечения по длине из трубной заготовки за две операции деформирования.По сравнению с известными предлагаемый способ обеспечивает: снижение трудоемкости в 3 - 5 раз; сокращение расхода металла на 25 - 30%; улучшение внешнего вида изделий эа счет ликвидации операции сварки чашек,Ожидаемый экономический эффект за счет использованйя+Сйособа при годовой программе 400000 шт. попредварительным оценкам составит 250 тыс. руб, в год.Формула изобретения Способ получения полых изделий из трубчатых заготовок, включающий механическую раздачу калибрующими поясками оправок концевых участков трубчатых заготовок со степенью радиальной деформации 0,5-5% и последующий обжим жидкостью высокого давления на цилиндрических оправках с механическим радиальным подпором средней частй заготовки в начальный момент, о т л и.ча ю" щ и йс я тем, что, с целью расширения технологических возможностей за счет обеспечения изготовле- ния изделий из мал оуглеродистых низколегированных сталей с отношением длины к диаметру в пределах 2,5 - 3,5 при отношениях толщины стенки к диаметру в пределах 0,04 - 0,1, а диметров на концах и в середине в пределах 1,5 - 2 и улучшения ачества за счет устранейия гофрообразвания, раздачу трубы осуществляют .в два этапа оправками двойной конусности с углами 2-3 на заходном участке и углами 15- 25 - на участке, следующим за ним, .на степень радиальной деформации на концах трубы 15 - 20% на первом этапе и цилиндрическими оправками с калибрующими поясками, перпендикулярными оси оправок, - йа втором этапе, а обжим осуществляют со степенью радиальной деформации 15 - 20%.