RU2550477C1 - Method of fabrication of thick-walled large-size ogival shell from materials with intensive hardening - Google Patents

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: using one mandrel for obtaining a final shell profile, during the first pass the workpiece is rolled on the mandrel with a full profile of a final shell with a design gap until a certain height of a semi-finished product and obtaining of a part of the final cover profile. On the subsequent passes the obtained part of the profile is rolled with the design gap or with the gap exceeding the design gap up to the following height. Meanwhile the number of passes required for preliminary optimum dissecting of height of the shell profile obtained by rolling is pre-calculated.

EFFECT: accuracy of geometrical sizes of the shell is increased and the surface quality is improved.

1 dwg

Description

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к способу изготовления толстостенной крупногабаритной оболочки оживальной формы выдавливанием обкаткой без преднамеренного утонения из листовой заготовки.The invention relates to the processing of metals by pressure, in particular, to a method for manufacturing a thick-walled large-sized shell of an animated shape by extrusion by rolling without intentional thinning from a sheet stock.

Известен способ изготовления толстостенных оживальных деталей путем многопереходной давильной обработки всей заготовки на нескольких оправках с постепенным приближением профиля полуфабриката к требуемому профилю детали (М.А. Гредитор «Давильные работы и ротационное выдавливание» М., Машиностроение, 1971 г., стр.22-23, 27), включая межоперационный отпуск остаточного напряжения полуфабриката между переходами.A known method of manufacturing thick-walled animated parts by multi-jaw pressure processing of the entire workpiece on several mandrels with the gradual approximation of the semi-finished product profile to the desired part profile (M. A. Gredor "Pressure work and rotational extrusion" M., Mechanical Engineering, 1971, p. 22- 23, 27), including interoperational tempering of the residual stress of the semi-finished product between transitions.

Недостатком данного способа является длительный и дорогостоящий процесс подготовки производства, в т.ч. изготовление нескольких оправках. Кроме того, процесс расчета профилей промежуточных оправок не имеет расчетной методики, что приводит на практике к переточке готовых оправок в процессе внедрения деталей, а в серии дает различное качество готовых деталей в плане точности геометрических размеров и может приводить к разрывам или короблению фланца.The disadvantage of this method is the long and expensive process of preparation for production, including manufacturing multiple mandrels. In addition, the process of calculating the profiles of intermediate mandrels does not have a calculation method, which in practice leads to regrinding of finished mandrels during the implementation of parts, and in the series it gives different quality of finished parts in terms of accuracy of geometric dimensions and can lead to ruptures or warping of the flange.

Техническим результатом, на достижение которого направлено данное изобретение, является изготовление толстостенной крупногабаритной оболочки оживальной формы из материалов с интенсивным упрочнением, не зависящее от профиля детали, используемое при достаточно больших величинах деформации на одной оправке. Способ значительно увеличивает эффективность внедрения новых изделий и серийного производства деталей, а также позволяет осуществить расчет промежуточных операций.The technical result to which this invention is directed is the manufacture of a thick-walled large-sized shell of a lively shape from materials with intensive hardening, independent of the profile of the part, used for sufficiently large deformation values on one mandrel. The method significantly increases the efficiency of introducing new products and serial production of parts, and also allows for the calculation of intermediate operations.

Данный технический результат достигается с помощью способа изготовления толстостенной крупногабаритной оболочки оживальной формы из материалов с интенсивным упрочнением, включающий выдавливание листовой заготовки без преднамеренного утонения на вращающейся оправке давильным инструментом, установленным с зазором относительно оправки, за несколько проходов инструмента обкаткой по одной оправке, с промежуточными отжигами. Давильную обработку оболочки выполняют, используя одну оправку для получения окончательного профиля оболочки, причем за первый проход осуществляют обкатку заготовки по оправке, имеющей полный профиль конечной оболочки с расчетным зазором Z_p до высоты h₁ полуфабриката, с получением части профиля конечной оболочки, а за последующие проходы производят обкатку полученной части профиля с зазорами Z_o>Z_p и Z_p до следующей высоты hi с отводом давильного инструмента, при этом количество проходов, необходимое для предварительного оптимального разбиения высоты получаемого обкаткой профиля оболочки, рассчитывают по формулеThis technical result is achieved using a method of manufacturing a thick-walled large-sized shell of a lively shape from materials with intensive hardening, including squeezing a sheet blank without deliberate thinning on a rotating mandrel with a pressing tool installed with a gap relative to the mandrel, for several passes of the tool running in one mandrel, with intermediate annealing . Pressure shell processing is performed using one mandrel to obtain the final shell profile, and during the first pass, the workpiece is run in the mandrel having a complete profile of the final shell with a design clearance Z _p to a height h _{1 of the} semi-finished product, to obtain part of the final shell profile, and for subsequent the passages run in the obtained part of the profile with gaps Z _o > Z _p and Z _p to the next height hi with the removal of the pressing tool, while the number of passes required for preliminary optimal runout of the height obtained by running the profile of the shell, calculated by the formula

n=H/h₁, n = H / h ₁ ,

гдеWhere

H - общая высота оболочки, мм;H is the total height of the shell, mm;

h₁<h_кр1 - высота детали, выбираемая для обкатки за 1-й проход, мм;h ₁ <h _kr1 - the height of the part selected for break-in for the 1st pass, mm;

h_кр1=H/(k_выт×k₁) - первая критическая высота обкатки детали, мм; _KR1 h = H / (k × k _{drawing 1)} - the critical height of the first break, mm;

k_выт=D_заг/d, где D_заг - больший диаметр заготовки, мм; d - малый диаметр детали, мм;k = D _{drawing zag} / d, where D _zag - larger diameter preform mm; d is the small diameter of the part, mm;

hi=H/N, hi = H / N,

где N - количество проходов, полученное округлением n до большего целого;where N is the number of passes obtained by rounding n to a larger integer;

hi - высота профиля i-го прохода, мм;hi is the height of the profile of the i-th passage, mm;

1≤k₁≤1,2 - числовой коэффициент для материалов с σ_В/σ_О2=0,75;1≤k ₁ ≤1,2 - numerical coefficient for materials with σ _B / σ _O2 = 0.75;

σ_В, σ_О2 - табличные характеристики механических свойств материалов.σ _B , σ _O2 are tabular characteristics of the mechanical properties of materials.

Перед изготовлением детали производится расчет критических высот обработки, количество установок, требующееся для изготовления конкретной детали, и оптимальный выбор деформации для получения профиля полуфабриката для каждого постанова в соответствии с их количеством с целью разбить величину общей деформации на части. Так как при проходе от донышка к фланцу обкатываемой детали в процессе обработки напряжение не должно превышать предела текучести, то теоретическая величина предельного коэффициента вытяжки определяется по формулеBefore manufacturing the part, the calculation of critical processing heights, the number of installations required for the manufacture of a particular part, and the optimal choice of deformation to obtain the semi-finished product profile for each setting in accordance with their number are performed in order to break down the total strain into parts. Since when passing from the bottom to the flange of the part being rolled in during processing, the voltage should not exceed the yield strength, the theoretical value of the ultimate drawing coefficient is determined by the formula

k_выт=D_заг/d,k = D _{drawing zag} / d,

где D_заг - больший диаметр заготовки, мм;where D _zag - the larger diameter of the workpiece, mm;

d - малый диаметр детали, мм.d is the small diameter of the part, mm

Далее выбираем допустимую величину высоты профиля h₁<h_кp1 на первой установке в зависимости от h_кp1:Next, select the permissible value of the profile height h ₁ <h _kp1 in the first installation, depending on h _kp1 :

h_кp1=H/(k_выт×k₁), _kp1 h = H / (k × k _{drawing 1)}

где Н - общая высота детали, мм.where H is the total height of the part, mm

За первую установку производится обкатка части профиля с расчетным зазором Zp на высоту h₁ профиля оболочки без потери устойчивости формы фланца и отвод инструмента от полуфабриката. После каждой обработки производится снятие остаточного напряжения промежуточным отжигом полуфабриката для восстановления пластических свойств металла. Минимальное количество установок определяем по формулеFor the first installation, a part of the profile is run in with a design clearance Zp to a height of h _{1 of} the shell profile without loss of stability of the flange shape and the tool is removed from the semi-finished product. After each treatment, the residual stress is removed by intermediate annealing of the semi-finished product to restore the plastic properties of the metal. The minimum number of installations is determined by the formula

n=H/h₁,n = H / h ₁ ,

путем округления n до большего целого получаем количество установок N и определяем максимальную высоту профиля на i-й установке:by rounding n to a larger integer, we obtain the number of installations N and determine the maximum profile height on the ith installation:

hi=H/N.hi = H / N.

За следующую (i-ю) установку производится проход вдоль полученной части профиля с зазором Zo>Zp и обкатка без преднамеренного утонения с зазором Zp на высоту hi профиля оболочки, что обеспечивает процесс деформации без складкообразования и коробления заготовки. На последнем проходе производится обкатка оставшейся части профиля оболочки из полуфабриката.For the next (i-th) installation, a passage is made along the obtained part of the profile with a gap Zo> Zp and run-in without deliberate thinning with a gap Zp to the height hi of the shell profile, which ensures the deformation process without folding and warping of the workpiece. At the last pass, the remaining part of the shell profile is pre-tested.

Способ поясняется чертежом. На чертеже показана схема обкатки без преднамеренного утонения из листовой заготовки.The method is illustrated in the drawing. The drawing shows a break-in diagram without deliberate thinning from a sheet blank.

Процесс изготовления оболочки по предлагаемому способу легко контролируется и поддается коррекции посредством изменения зазоров в ходе обработки или уменьшением hi в случае необходимости, в частности, для этого на практике выбирали hi>h_i+1. Способ позволяет экономить дорогостоящую оснастку за счет использования одной оправы и гибко варьировать величины деформации на промежуточных операциях с целью получения стабильного процесса обкатки без брака при повышении точности геометрических размеров и улучшении прочности полуфабрикатов, а также избежать переточку готовых оправ для изготовления ранее внедренных серийных изделий при изменении механических свойств материала оболочки.The manufacturing process of the shell according to the proposed method is easily controlled and can be corrected by changing the gaps during processing or by reducing hi if necessary, in particular, for this, in practice, hi> h _{i + 1 was} chosen. The method allows to save expensive tooling due to the use of a single frame and to flexibly vary the deformation values in intermediate operations in order to obtain a stable rolling process without defects while increasing the accuracy of geometric dimensions and improving the strength of semi-finished products, as well as to avoid regrinding of finished frames for manufacturing previously introduced serial products when changing mechanical properties of the shell material.

Пример осуществления способаAn example of the method

Заготовку из стали 12Х18Н10Т-Ш толщиной 12 мм в форме диска закрепляют на торце оправки. Устанавливают два давильных инструмента с радиусом рабочей поверхности 150 мм с зазором относительно оправки, диаметрально противоположно.A blank of steel 12X18H10T-Sh with a thickness of 12 mm in the form of a disk is fixed at the end of the mandrel. Install two pressing tools with a radius of the working surface of 150 mm with a gap relative to the mandrel, diametrically opposite.

Параметры новой детали имеют угол образующей к оси вращения от 90° до 32°:The parameters of the new part have a generatrix angle to the axis of rotation from 90 ° to 32 °:

D_заг=1150 мм, d=507 мм, H=197 мм, k₁=1.D _zag = 1150 mm, d = 507 mm, H = 197 mm, k ₁ = 1.

Вычисляем k_выт=D_заг/d=2,27 иCompute k = D _{drawing zag} / d = 2,27 and

h_кр1=H/(k_выт×k₁)=197/2,27×1=86,78 мм и при h₁=80 мм < h_{кр1 KR1} h = H / (k × k _{drawing 1)} = 197 / 2,27 × 1 = 86.78 mm and h ₁ = 80 mm <h _KR1

n=H/h₁=2,46 и принимаем количество установок N=3n = H / h ₁ = 2.46 and accept the number of settings N = 3

H-h₁=197-80=117 ммHh ₁ = 197-80 = 117 mm

hi=H/N=197/3=66 ммhi = H / N = 197/3 = 66 mm

Из расчета видно, что раскатка будет проходить за 3 установки. В соответствии с этим за первую установку обкатывалась часть профиля до h₁=80 мм, а за следующие две обкатывались примерно равные части профиля, меньшие h_кр1, величины деформации по предложенному принципу hi>h_i+1 делят оставшуюся высоту профиля оболочки 117 мм по h₂=60 мм и h₃=57 мм соответственно. Процесс обкатки первой оболочки проходил устойчиво и не потребовал уточнения hi. Полученные оболочки отвечали требованиям точности к профилю и качеству внутренней и внешней поверхности, разрывов по основному материалу и фланцу не наблюдалось.From the calculation it can be seen that the rolling will take place in 3 installations. In accordance with this, for the first installation, part of the profile was run in to h ₁ = 80 mm, and for the next two, approximately equal parts of the profile, smaller _than h _cr1 , were _{rolled in} , the strain values according to the proposed principle hi> h _{i + 1} divide the remaining height of the shell profile 117 mm by h ₂ = 60 mm and h ₃ = 57 mm, respectively. The process of running in the first shell was stable and did not require specification hi. The resulting shells met the accuracy requirements for the profile and quality of the inner and outer surfaces; there were no gaps in the base material and flange.

Таким образом, получили толстостенную крупногабаритную оболочку оживальной формы с высокой степенью точности геометрических размеров, лучшего качества поверхности со значительным сокращением и удешевлением цикла подготовки производства, а также с сокращенным циклом изготовления самой оболочки.Thus, we obtained a thick-walled large-sized shell of a lively shape with a high degree of accuracy of geometric dimensions, better surface quality with a significant reduction and cheapening of the production preparation cycle, as well as with a shortened production cycle of the shell itself.

Claims (1)

Способ изготовления толстостенной крупногабаритной оболочки оживальной формы из материалов с интенсивным упрочнением, включающий выдавливание листовой заготовки без преднамеренного утонения на вращающейся оправке давильным инструментом, установленным с зазором относительно оправки, за несколько проходов обкаткой с промежуточными отжигами, отличающийся тем, что используют одну оправку для получения окончательного профиля оболочки, причем за первый проход осуществляют обкатку заготовки с расчетным зазором Z_p до высоты h₁ полуфабриката, с получением части профиля конечной оболочки, а за последующие проходы производят обкатку полученной части профиля с зазорами Z_o>Z_p и Z_p до следующей высоты hi с отводом давильного инструмента, при этом количество проходов, необходимое для предварительного оптимального разбивания высоты получаемого обкаткой профиля оболочки, рассчитывают по формуле
n=H/h₁,
где
H - общая высота оболочки, мм;
h₁<h_кр1 - высота детали, выбираемая для обкатки за 1-й проход, мм,
причем
h_кр1=Н/(k_выт×k₁) - первая критическая высота обкатки детали, мм;
k_выт - коффициент вытяжки, равный D_заг/d,
hi=H/N,
1≤k₁≤1,2 - числовой коэффициент для материалов с σ_В/σ₀₂ =0,75;
где
k_выт - предельный коэффициент вытяжки;
d - меньший диаметр детали, мм;
D_заг - больший диаметр заготовки, мм;
N - количество проходов, полученное округлением n до большего целого;
hi - высота профиля i-го прохода, мм;
σ_В, σ₀₂ - табличные характеристики механических свойств материалов. A method of manufacturing a thick-walled large-sized shell of a lively shape from materials with intensive hardening, including extruding a sheet blank without deliberate thinning on a rotating mandrel with a pressing tool installed with a gap relative to the mandrel, for several passes by rolling with intermediate annealing, characterized in that they use one mandrel to obtain the final profile shell, the first pass is performed with the calculated running-workpiece gap Z _p to a height h ₁ polufabri atm, to give the profile the final shell, and for subsequent passes produce run-derived parts of the profile with clearances Z _o> Z _p and Z _p to the next height hi with tap davilnjami tool, the number of passes required for preliminary optimum breaking height obtained burnishing shell profile, calculated by the formula
n = H / h ₁ ,
Where
H is the total height of the shell, mm;
h ₁ <h _kr1 - the height of the part selected for break-in for the 1st pass, mm,
moreover
h _KP1 = H / (k × k _{drawing 1)} - the critical height of the first break, mm;
k _stretch - stretching koffitsient equal _zag D / d,
hi = H / N,
1≤k ₁ ≤1,2 - numerical coefficient for materials with σ _B / σ ₀₂ = 0.75;
Where
k _drawing - the limit drawing ratio;
d is the smaller diameter of the part, mm;
D _zag - the larger diameter of the workpiece, mm;
N is the number of passes obtained by rounding n to a larger integer;
hi is the height of the profile of the i-th passage, mm;
σ _B , σ ₀₂ - tabular characteristics of the mechanical properties of materials.