способ формирования плоского днища при обкатке трубчатой заготовки

Формула изобретения

СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ПЛОСКОГО ДНИЩА ПРИ ОБКАТКЕ ТРУБЧАТОЙ ЗАГОТОВКИ с переломом образующих под прямым углом плоским инструментом трения с линейчатой поверхностью, при котором осуществляют подачу энергии для деформирования металла к вращающейся заготовке и поворотному по дуге огибания деформирующему инструменту, отличающийся тем, что трубчатой заготовке на последовательных стадиях формирования днища сообщают перемещения во взаимно противоположных направлениях вдоль оси, причем направления перемещения заготовки согласуют с изменением направления вектора скорости перемещения центра приложения усилия деформирования к инструменту по дуге окружности, расположенной на заданном технологическими параметрами процесса деформирования расстоянии эквидистантно дуге огибания деформирующего инструмента.

Описание изобретения к патенту

Известен способ формирования днища трубчатых заготовок обкаткой инструментами трения с переломом образующих под прямым углом при подаче энергии для деформирования металла к вращающейся заготовке и поворотному по дуге огибания деформирующему инструменту. При этом реализуются различные кинематические схемы взаимного перемещения элементов кинематической пары "деформирующий металл инструмент" (см. источник).

Недостатком известного способа формирования днища обкаткой инструментом трения является узкий диапазон локализации зоны деформации, что существенно снижает технологические возможности способа.

Целью изобретения является расширение технологических возможностей и повышение эффективности способа формирования днища трубчатой заготовки за счет расширения диапазона управляемого перемещения локального очага деформации металла заготовки в зоне контакта инструмента с заготовкой.

Это достигается тем, что в известном способе формирования днища трубчатой заготовки обкаткой инструментом трения трубчатой заготовке сообщают перемещения во взаимно противоположных направлениях вдоль оси, причем направления перемещения заготовки согласуют с изменением направления вектора скорости перемещения центра приложения внешнего усилия деформирования к инструменту по дуге окружности, расположенной на заданном технологическими параметрами процесса деформирования расстоянии эквидистантно дуге огибания деформирующего инструмента.

Изобретение обеспечивает формирование днищ с центрально расположенным в торцевой части днища отверстием.

На фиг. 1 приведена схема взаимодействия заготовки с инструментом при взаимном обкатывании и осевой подаче трубчатой заготовки в сторону инструмента; на фиг.2 схема взаимодействия инструмента и заготовки в зоне контактной поверхности; на фиг.3 технологическая схема сил, действующих со стороны инструмента на заготовку в пространственной системе координат, поворотной вокруг оси У с центром, расположенным на контактной поверхности инстру- мента с металлом заготовки; на фиг.4 а схема последовательных стадий формирования днища с центральным отверстием при взаимном обкатывании и осевых перемещениях заготовки V"_з и V""_з и схема сил, приложенных извне к инструменту; на фиг. 4б схема расположения векторов скорости перемещения центра приложения усилия деформирования по дуге окружности, эквидистантной дуге огибания деформирующего инструмента на I и II стадиях формообразования днища; на фиг. 5 принципиальная конструктивная схема осуществления способа формирования днища с центральным отверстием.

По предложенному способу трубчатую заготовку 1 с нагретым до ковочной температуры концом вращают вокруг ее продольной оси с угловой скоростью _I и обкатывают плоским инструментом 2 с линейчатой поверхностью вокруг оси с центром O. Крутящий момент, необходимый для преодоления усилий деформации и сил трения, приложен со стороны заготовки, со стороны инструмента приложено усилие Р, обеспечивающее перемещение инструмента в процессе обкатки. Одновременно при взаимном обкатывании трубчатой заготовке 1 сообщают перемещение вдоль ее оси на стадии формообразования I на величину L в сторону инструмента со скоростью V"₃ (фиг.1-3). При одновременных перемещениях заготовки вдоль оси и перемещении инструмента по дуге обката в очаг деформации вводятся дополнительные объемы металла, происходит его дополнительный разогрев в наиболее напряженной зоне очага деформации, благодаря чему интенсифицируется процесс деформации изгиба в поперечном сечении трубчатой заготовки. При этом точка а на заготовке 1 перемещается в положение а", далее точка a" перемещается в точку a"" и далее в точку a""". Эти перемещения точек на заготовке и, соответственно, перемещения объемов металла в зону деформации осуществляются при перемещениях плоскости инструмента ehc последовательно в положение ea""c" и на конечной стадии формирования днища в положение ea"""c"". При этом инструмент скользит вдоль образующей, а заготовка деформируется по диаметру и в продольном направлении. Создаваемое локальное давление инструмента на металл заготовки обеспечивает в процессе трения-скольжения между инструментом и заготовкой раскатывание наружных слоев, что приводит к возникновению в полой заготовке радиальных растягивающих напряжений, обуславливающих утолщение стенки полой заготовки (фиг.4а).

При вращении заготовки по часовой стрелке (фиг.2) и взаимном обкатывании у границы АС очага деформации происходит изгиб стенки оболочки, на границе БС происходит выпрямление оболочки, между границами АС и БС спрямленный элемент оболочки перемещается, преодолевая силы трения на контактной поверхности, на границе БС вновь изгибается. В процессе изгибов и перемещения металла протяженность участка очага деформации за счет перемещения заготовки вдоль ее оси в сторону инструмента на стадии I формирования днища (фиг.2 и 4а) изменяется по величине, при этом происходит сдвиг поверхностных слоев металла в сторону торца, происходит деформация по торцу заготовки с уменьшением радиуса торцовой части d_т.

Технологическая схема сил, действующих со стороны инструмента на заготовку (фиг.3), в пространственной системе координат представлена нормальной силой N и ее составляющими, влияние которых на процесс деформации изменяется во времени с изменением величины и направления составляющих силы N_z, N_y, N_x по мере формирования днища сообразно повороту системы координат вокруг оси У с центром поворота в контактной зоне инструмента с заготовкой. На стадии I формирования днища тангенциальная составляющая N_z направлена вдоль формируемой образующей и суммируется с силой, обеспечивающей перемещение заготовки вдоль ее оси в сторону инструмента со скоростью V"_з.

На стадии II формирования днища (фиг.4а) заготовке сообщают осевые перемещения вдоль ее оси на расчетную величину в сторону от инструмента. На стадии II формирования днища при соответствующем повороте системы координат в зоне деформации вокруг оси У возрастают значения составляющих N_x, величина которых суммируется с силой, обеспечивающей перемещение заготовки вдоль оси со скоростью V""_з. При этом зона деформации локализуется с приближением ее к оси заготовки, благодаря чему интенсифицируется процесс формирования центральной части плоского днища.

На последовательных стадиях формирования плоского днища (фиг.4а) возрастает утолщение стенки в зоне максимальной ширины площадки контакта инструмента с заготовкой, перемещающейся в сторону центрального отверстия днища.

Направления перемещения трубчатой заготовки вдоль оси согласуют на I и II стадиях формирования днища с изменением направления векторов скоростей перемещения центра О_ц.э. приложения усилия деформирования Р к инструменту по дуге окружности О_ц.э.О_ц.э.^V ( фиг.4а) эквидистантно дуге огибания деформирующего инструмента.

На стадии I формирования днища векторы скорости перемещения центра О_ц.э. приложения усилия деформирования суммируются с вектором скорости перемещения заготовки V"_з. В точке О_ц.э.""" направление векторов V_ц-V_ц""" изменяется, соответственно этому изменяют направление перемещения заготовки на противоположное V""_з. На стадии II формирования днища векторы скорости перемещения центра приложения силы Р суммируются с вектором скорости перемещения заготовки V""_з (фиг.4б). Стадиям I и II формирования днища соответствуют последовательные положения деформирующего инструмента 0-3 и соответственно 4-5 (фиг. 4а). На стадии II с выходом центра приложения усилия деформирования к инструменту в положение 0_ц.э. ^V (фиг.4а) завершается формирование днища, чему соответствует положение деформирующего инструмента в позиции 5 (фиг. 4а).

Осуществление предложенного способа формирования плоского днища с центральным отверстием реализуется по принципиальной схеме, приведенной на фиг.5. Энергия для деформирования подводится к вращающейся заготовке I и инструменту трения 2. При вращении заготовки с угловой скоростью _I осуществляют взаимное обкатывание инструмента и заготовки вокруг оси с центром O, причем на последовательных стадиях формирования днища заготовке одновременно с ее вращением сообщают перемещения вдоль ее оси во взаимно противоположных направлениях. Инструмент 2 закрепляют в поворотной обойме 3 и осуществляют обкатку заготовки 1 на первой стадии формирования днища (фиг.4) при одновременном перемещении заготовки вдоль ее оси в сторону инструмента на расчетную величину L, при этом центр 0_ц.э. приложения усилия Р деформирования 4 перемещают по дуге 0_ц.э.0_ц.э.^III расположенной эквидистантно дуге обката инструмента вокруг заготовки. На стадии формирования II заготовке сообщают перемещение вдоль ее оси в направлении от инструмента, при этом центр приложения усилия Р деформирования перемещают по дуге 0_ц.э.^III0_ц.э.^V (фиг.4), расположенной эквидистантно дуге обката инструмента вокруг заготовки. Гидроцилиндр 5 создает постоянное усилие Р через шток 6 и вилку 7 на цапфу 8, причем направление приложения силы Р в разных точках на дуге обката О_ц.э.0_ц.э. ^V характеризуется углом _i относительно плоскости, перпендикулярной оси заготовки. Поворот оси гидроцилиндра в процессе формирования днища осуществляется вокруг цапфы 9.

При изменении усилия Р, cкорости _I скорости перемещения центра приложения силы Р по дуге огибания, скоростей осевого перемещения заготовки обеспечивается изменение в широком диапазоне напряженно-деформированного состояния металла и диапазона перемещения центра локализации зоны деформации.

Технико-экономическая эффективность использования предложенного способа достигается за счет расширения технологических возможностей способа и повышения эффективности формирования днища.