RU2167020C1

RU2167020C1 - Ball production method

Info

Publication number: RU2167020C1
Application number: RU99119246A
Authority: RU
Inventors: С.П. Буркин; Ю.Н. Логинов
Original assignee: Уральский государственный технический университет
Priority date: 1999-09-01
Filing date: 1999-09-01
Publication date: 2001-05-20

Abstract

FIELD: metallurgy. SUBSTANCE: method comprises steps of cutting round elongated rod blank by measured lengths; transmitting cut-measured blanks to die set and forming ball. Before cutting, round rod blank is reduced in direction normal relative to its lengthwise axis for making two planes. Then flat bank is subjected to periodical pinching in direction parallel relative to said planes and normal relative to lengthwise axis for forming convex surface portions and it is cut by measured blanks along surfaces in pinched zones in direction normal relative to planes and lengthwise axis in order to receive measured blanks elongated in direction parallel to said planes and normal relative to lengthwise axis. At further forming operation size of blank is lowered in said direction. Parallel planes are made on rod blank by lengthwise rolling, upsetting or broaching. EFFECT: enhanced accuracy of dimensions of products. 3 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к области металлургии, а именно к технике и технологии производства металлических шаров. The invention relates to the field of metallurgy, and in particular to engineering and technology for the production of metal balls.

Известны способы получения сферических тел из расплава, например, описанные в международной заявке [1]. Недостатком способов является низкая производительность из-за большой продолжительности времени кристаллизации расплава. Известны также способы получения металлических шаров из предварительно отлитых и деформированных цилиндрических заготовок, описанные в книге [2], а также в патентах [3-7]. Known methods for producing spherical bodies from a melt, for example, described in the international application [1]. The disadvantage of this method is the low productivity due to the long duration of the crystallization of the melt. There are also known methods for producing metal balls from pre-cast and deformed cylindrical blanks described in the book [2], as well as in patents [3-7].

Так, в охранных документах СССР, США и Великобритании [3-5] описан способ винтовой прокатки шаров из круглых прутков, который предусматривает вращение заготовки вокруг ее оси и ее прокату в винтовом калибре. Подобный способ нашел широкое применение при получении шаров винтовой прокаткой на отечественных и зарубежных предприятиях и считается одним из самых производительных. Однако существенным его недостатком является жесткая схема напряженного состояния с преобладанием растягивающих напряжений, что приводит к получению дефектов в виде несплошностей внутри объема шара, а также к возможности его разрушения в результате воздействия термических или иных напряжений. Подобным же недостатком обладает схема деформации в конических валках, снабженных дугообразными канавками, предложенная в патенте Швейцарии [6]. So, in the security documents of the USSR, the USA and Great Britain [3-5] a method of screw rolling of balls from round bars is described, which provides for the rotation of the workpiece around its axis and its rolling in a helical gauge. A similar method has found wide application in the production of balls by screw rolling at domestic and foreign enterprises and is considered one of the most productive. However, its significant drawback is a rigid stress state scheme with a predominance of tensile stresses, which leads to defects in the form of discontinuities inside the volume of the ball, as well as to the possibility of its destruction as a result of thermal or other stresses. A similar drawback has a deformation scheme in conical rolls equipped with arcuate grooves, proposed in the Swiss patent [6].

Иная схема деформации принята при получении шаров штамповкой заготовок, полученных из длинномерных прутков. Эта схема характеризуется преобладанием сжимающих напряжений и может быть применена в отношении металлов, не обладающих высокой пластичностью. Так, в патенте ФРГ [7] предложена схема получения шаров из отрезков проволоки деформацией их пуансоном, имеющим возможность возвратно-поступательного перемещения от кулачкового привода. Недостатком способа является нерешенность вопроса резки заготовки на мерные длины и формирования профиля торца, пригодного для формования полностью заполненных полюсов шара. A different deformation scheme is adopted upon receipt of the balls by stamping blanks obtained from long rods. This scheme is characterized by a predominance of compressive stresses and can be applied to metals that do not have high ductility. So, in the FRG patent [7] a scheme is proposed for producing balls from wire segments by deformation of them with a punch having the possibility of reciprocating movement from a cam drive. The disadvantage of this method is the unresolved issue of cutting a workpiece into measured lengths and forming an end profile suitable for forming completely filled ball poles.

Наиболее близким по технической сущности является способ, описанный в патентной заявке Великобритании [8], выбранный в качестве прототипа. Способ включает резку круглой прутковой длинномерной заготовки на мерные длины, передачу разрезанных заготовок в штамповый блок и штамповку шаров. The closest in technical essence is the method described in the patent application of the United Kingdom [8], selected as a prototype. The method includes cutting a round bar lengthy workpiece into measured lengths, transferring the cut workpieces to a die block and stamping the balls.

Недостатком способа по прототипу является невозможность правильного оформления шара за один переход штамповки. Многочисленные эксперименты, выполненные как авторами данного изобретения [9], так и другими исследователями [2] , показывают, что при штамповке цилиндрической заготовки с плоскими торцами добиться полного заполнения металлом всей гравюры штампа без переполнения или незаполнения отдельных его областей практически невозможно. При безоблойной штамповке незаполненными остаются области, примыкающие к полюсам шара, что приводит к необходимости реализации создания большого подпора металла при облойной штамповке, последняя схема требует приложения больших напряжений, усилий и в целом повышенных энергозатрат, а также применения операции вырубки облоя, что не позволяет обеспечить высокий выход годного. The disadvantage of the prototype method is the inability to properly design the ball in a single stamping transition. Numerous experiments performed both by the authors of this invention [9] and other researchers [2] show that when stamping a cylindrical workpiece with flat ends, it is almost impossible to completely fill the entire engraving of the stamp with metal without overfilling or not filling its individual areas. During trouble-free stamping, the areas adjacent to the poles of the ball remain unfilled, which leads to the necessity of realizing the creation of a large back-up of metal during flash stamping; the latter scheme requires the application of large stresses, efforts and generally increased energy costs, as well as the use of the cutting-off operation, which does not allow high yield.

Предлагается осуществить резку круглой прутковой длинномерной заготовки на мерные и передавать полученные разрезанные заготовки в штамповый блок, в котором штамповать шары. При этом в отличие от прототипа предлагается перед резкой круглую прутковую длинномерную заготовку обжимать в направлении, перпендикулярном продольной оси, с получением двух плоскостей. Затем полученную плоскую заготовку подвергают периодическим пережимам в направлении, параллельном полученным плоскостям и перпендикулярном продольной оси, с образованием в этом направлении выпуклых цветков поверхности. Затем выполняют разрезку полученной полосы на заготовки по поверхностям в местах пережимов в направлении, перпендикулярном плоскостям и продольной оси, причем заготовкам придают форму, удлиненную в направлении, параллельном полученным плоскостям и перпендикулярном продольной оси, последующую штамповку осуществляют с уменьшением размера заготовки в указанном направлении. It is proposed to carry out the cutting of round bar lengthy workpieces into dimensional ones and transfer the resulting cut workpieces to a stamping block in which to stamp the balls. In this case, in contrast to the prototype, it is proposed to compress a round, long, long bar stock to squeeze in a direction perpendicular to the longitudinal axis to obtain two planes. Then, the obtained flat billet is subjected to periodic pinching in the direction parallel to the obtained planes and perpendicular to the longitudinal axis, with the formation of convex surface flowers in this direction. Then, the resulting strip is cut into blanks on surfaces at the pinch points in the direction perpendicular to the planes and the longitudinal axis, and the blanks are shaped elongated in the direction parallel to the obtained planes and perpendicular to the longitudinal axis, subsequent stamping is performed with a decrease in the size of the blank in the indicated direction.

Обжатие круглой заготовки для создания двух плоскостей может производиться методами осадки, прокатки на гладких валках или методом кузнечной протяжки. Compression of a round billet to create two planes can be performed by methods of upsetting, rolling on smooth rolls or by forging.

Сказанное поясняется схемами, изображенными на фиг. 1-5. В качестве заготовки используют пруток круглого поперечного сечения (фиг. 1), который обжимают (фиг. 2) в направлении B, перпендикулярном продольной оси заготовки AA, с получением двух плоскостей C. Боковая поверхность заготовки D унаследует от цилиндрической поверхности круглого прутка выпуклую форму, что является существенным фактором, позволяющим получить полное заполнение гравюры штампов в районе будущих полюсов шара. Величина обжатия зависит от способа его осуществления (прокатка, кузнечная протяжка). При прокатке соотношение между вытяжкой и уширением зависит от условий трения и от диаметра валков. Аналогичный показатель при кузнечной протяжке зависит от величины подачи, обжатий, условий трения. Поэтому величина обжатия является предметом инженерных расчетов и может быть рекомендована только для частного случая деформации. The foregoing is illustrated by the diagrams shown in FIG. 1-5. As a workpiece, a bar of circular cross section (Fig. 1) is used, which is crimped (Fig. 2) in the direction B perpendicular to the longitudinal axis of the workpiece AA, to obtain two planes C. The side surface of the workpiece D will inherit a convex shape from the cylindrical surface of the round bar, which is a significant factor in obtaining a complete filling of the engraving of stamps in the region of future poles of the ball. The amount of compression depends on the method of its implementation (rolling, blacksmith broaching). When rolling, the ratio between the hood and the broadening depends on the friction conditions and on the diameter of the rolls. A similar indicator for blacksmith broaching depends on the amount of feed, compression, friction conditions. Therefore, the amount of compression is the subject of engineering calculations and can only be recommended for a particular case of deformation.

Следующим этапом способа является осуществление периодических пережимов в направлении оси E (фиг. 3), параллельной полученным на заготовке плоскостям C и перпендикулярной продольной оси AA, с образованием в этом направлении выпуклых цветков поверхности F. Оформление этих выпуклых участков позволяет предварительно сформировать контур будущего шара и облегчить заполнение гравюры в районе полюсов. Здесь специально следует отметить, что выпуклость боковой поверхности будущего шара к концу этого этапа сформирована в двух взаимно перпендикулярных направлениях, что создает условия для наилучшего заполнения гравюры при последующей штамповке. Параметры кривизны поверхности заготовки задаются с учетом объема шара и характера течения металла при последующих операциях. Этот характер обусловлен влиянием коэффициента трения, распределением температур, анизотропией свойств металла и др. The next step of the method is the implementation of periodic clamps in the direction of the E axis (Fig. 3), parallel to the C planes obtained on the workpiece and perpendicular to the longitudinal axis AA, with the formation of convex flowers of the surface F. The design of these convex sections allows you to pre-shape the contour of the future ball and facilitate the filling of the engraving in the region of the poles. It should be specially noted here that the convexity of the lateral surface of the future ball at the end of this stage is formed in two mutually perpendicular directions, which creates the conditions for the best filling of the engraving during subsequent stamping. The surface curvature parameters are set taking into account the volume of the ball and the nature of the metal flow during subsequent operations. This character is due to the influence of the coefficient of friction, temperature distribution, anisotropy of the properties of the metal, etc.

Затем выполняют разрезку полученной полосы на заготовки по поверхностям в местах пережимов в направлении B, перпендикулярном плоскостям и продольной оси (фиг. 4), причем заготовкам придают форму, удлиненную в направлении E, параллельном полученным плоскостям и перпендикулярном продольной оси, последующую штамповку осуществляют с уменьшением размера заготовки в указанном направлении (фиг. 5). Изложенные приемы отличаются от используемых традиционно приемов тем, что обычно (в том числе в прототипе) длинномерную заготовку режут на мерные длины таким образом, что направление длинной оси мерной заготовки совпадает с направлением оси длинномерной заготовки. В предлагаемой технологической схеме эти направления взаимно перпендикулярны. Then, the resulting strip is cut into blanks on the surfaces at the clamps in the direction B, perpendicular to the planes and the longitudinal axis (Fig. 4), and the blanks are shaped in an elongated direction E, parallel to the obtained planes and perpendicular to the longitudinal axis, the subsequent stamping is carried out with a decrease the size of the workpiece in the indicated direction (Fig. 5). The above methods differ from the traditional methods used in that usually (including in the prototype) a long workpiece is cut into measured lengths so that the direction of the long axis of the measured workpiece coincides with the direction of the axis of the long workpiece. In the proposed technological scheme, these directions are mutually perpendicular.

На фиг. 1 и 2 изображены соответственно исходная круглая заготовка и полученные на ней продольные плоскости. На фиг. 3-5 изображены этапы деформации заготовки: получение пережимов, разрезки и уменьшения размера заготовки до образования шара. In FIG. 1 and 2 respectively show the initial round billet and the longitudinal planes obtained on it. In FIG. 3-5 depict the stages of deformation of the workpiece: obtaining clamps, cutting and reducing the size of the workpiece to form a ball.

Способ осуществляется следующим образом. Для получения шаров диаметром 10 мм используют длинномерную заготовку диаметром 11,6 мм. Прокаткой на прокатном стане приток обжимают в направлении, перпендикулярном продольной оси заготовки, с получением двух плоскостей при толщине 5,5 мм. Боковая поверхность заготовки унаследует от цилиндрической поверхности круглого прутка выпуклую форму, характеризуемую максимальной шириной 14,5 мм и минимальной шириной по контактной поверхности 9,0 мм. The method is as follows. To obtain balls with a diameter of 10 mm, a long workpiece with a diameter of 11.6 mm is used. By rolling on a rolling mill, the inflow is squeezed in the direction perpendicular to the longitudinal axis of the workpiece to obtain two planes with a thickness of 5.5 mm. The lateral surface of the workpiece will inherit a convex shape from the cylindrical surface of the round bar, characterized by a maximum width of 14.5 mm and a minimum width along the contact surface of 9.0 mm.

Следующим этапом способа является осуществление периодических пережимов на глубину 3,0 мм в направлении оси, параллельной полученным на заготовке плоскостям и перпендикулярной продольной оси, с образованием в этом направлении выпуклых участков поверхности. The next step of the method is the implementation of periodic clamps to a depth of 3.0 mm in the direction of the axis parallel to the planes obtained on the workpiece and perpendicular to the longitudinal axis, with the formation of convex surface sections in this direction.

Затем выполняют разрезку полученной полосы на заготовки по поверхностям в местах пережимов в направлении, перпендикулярном плоскостям и продольной оси, причем заготовкам придают форму, удлиненного в направлении, параллельном полученным плоскостям и перпендикулярном продольной оси. Окончательный размер заготовок под штамповку составил ⌀ 7,0х15 мм. Последующую штамповку осуществляют с уменьшением размера заготовки в указанном направлении с получением шара диаметром 10 мм. Колебания размеров шара по диаметру составили ±0,1 мм или 2%. Then, the resulting strip is cut into blanks on the surfaces in the clamping points in the direction perpendicular to the planes and the longitudinal axis, and the blanks are shaped elongated in the direction parallel to the obtained planes and perpendicular to the longitudinal axis. The final size of the blanks for stamping was ⌀ 7.0x15 mm. Subsequent stamping is carried out with a decrease in the size of the workpiece in the specified direction to obtain a ball with a diameter of 10 mm Fluctuations in the size of the ball in diameter were ± 0.1 mm or 2%.

Для сравнения получали шар резкой прутка на мерные длины и получением цилиндрических заготовок, имеющих размеры: диаметр 7,0 мм и длину 13,6 мм с осью цилиндра, ориентированных вдоль оси прутка. For comparison, we obtained a ball of a sharp bar at measured lengths and the production of cylindrical billets having dimensions: diameter 7.0 mm and length 13.6 mm with the axis of the cylinder oriented along the axis of the bar.

Полученные цилиндры, имеющие плоские торцы, подвергали безоблойной штамповке в штампе со сферической гравюрой до момента начала образования заусенца. Получали шар диаметром 10 мм, у которого в районе полюса имелась плоская поверхность, что говорило о неполном заполнении гравюры штампа. Шар имел максимальный диаметр 10,8 мм по экватору и минимальный размер (высоту) 9,2 мм от полюса до полюса. Колебания размеров шара составили 16%. The resulting cylinders having flat ends were subjected to a seamless stamping in a stamp with spherical engraving until the onset of the formation of a burr. A ball with a diameter of 10 mm was obtained, which had a flat surface in the region of the pole, indicating that the engraving of the stamp was incomplete. The ball had a maximum diameter of 10.8 mm at the equator and a minimum size (height) of 9.2 mm from pole to pole. Fluctuations in ball size accounted for 16%.

По предлагаемому методу форма торцов предназначенной для штамповки заготовки приближена к радиальной, что способствует более полному заполнению гравюры штампа и обеспечивает большую точность оформления изделия. Сравнение точности получения заготовки по предлагаемому методу и методу по прототипу покрывает улучшение этого показателя на 14%. According to the proposed method, the shape of the ends of the workpiece intended for stamping is close to radial, which contributes to a more complete filling of the engraving of the stamp and provides greater accuracy in the design of the product. Comparison of the accuracy of obtaining the workpiece by the proposed method and the method of the prototype covers an improvement of this indicator by 14%.

Техническим результатом от применения заявляемого способа является повышение точности получаемых изделий. The technical result from the application of the proposed method is to increase the accuracy of the resulting products.

Источники информации
1. Международная заявка PCT (WO) N 89/02324. Способ и устройство для получения сферических тел. МКИ B 21 H 1/12. C 22 C, B 29 B 9/00, C 21 D 1/62, C 21 B 7/00, C 21 C 5/42, B 22 F 1/00. Заявл. 21.09.87. опубл. 23.03.89.Sources of information
1. International application PCT (WO) N 89/02324. Method and device for producing spherical bodies. MKI B 21 H 1/12. C 22 C, B 29 B 9/00, C 21 D 1/62, C 21 B 7/00, C 21 C 5/42, B 22 F 1/00. Claim 09.21.87. publ. 03/23/89.

2. Северденко А.П., Мурac B.C., Олендер Р.А. Штамповка шариков. Минск: Наука и техника, 1972, 208 с. 2. Severdenko A.P., Muros B.C., Olender R.A. Stamping balls. Minsk: Science and Technology, 1972, 208 p.

3. Заявка Великобритании N 1389417. Установка для получения металлических шаров из штанг или прутков. МКИ B 21 H 1/16, НКИ ВЗМ. Опубл. 05.04.75. 3. UK application N 1389417. Installation for receiving metal balls from rods or rods. MKI B 21 H 1/16, NCI VZM. Publ. 04/05/75.

4. Патент США N 3621692. Устройство для формовки и калибровки шариков. МКИ B 21 H 1/14. 3аявл. 12.06.69, опубл. 23.11.71. 4. US patent N 3621692. Device for forming and calibrating balls. MKI B 21 H 1/14. 3App. 06/12/69, publ. 11/23/71.

5. А. С. СССР N 1794566. Способ изготовления шариков поперечно-винтовой прокаткой. МКИ B 21 H 1/14. 3аявл. 30.03.89. опубл. 15.02.93, БИ N 06. 5. A. S. USSR N 1794566. A method of manufacturing balls by helical rolling. MKI B 21 H 1/14. 3App. 03/30/89. publ. 02/15/93, BI N 06.

6. Патент Швейцарии N 680774. Способ и устройство для формования почти шаровидных тел. МКИ B 21 H 1/14, B 29 C 67/24, B 44 C 3/04. Заявл. 26.02.90, опубл. 13.11.92. 6. Switzerland patent N 680774. Method and device for forming almost spherical bodies. MKI B 21 H 1/14, B 29 C 67/24, B 44 C 3/04. Claim 02.26.90, publ. 11/13/92.

7. Патент ФРГ N 3825128. Пресс для осадки кусков проволоки определенной длины для производства шаров. МКИ B 21 J 9/06. Заявл. 23.07.88, опубл. 25.01.90. 7. German patent N 3825128. Press for precipitation of pieces of wire of a certain length for the production of balls. MKI B 21 J 9/06. Claim 07.23.88, publ. 01/25/90.

8. Заявка Великобритании N 1459698. Пресс для производства шаров. /Messerschmidt МКИ B 21 K 1/02, B 21 J 9/18, НКИ B3H, B3W. Заявл. 06.02.74. опубл. 22.12.76. 8. UK application N 1459698. Press for the production of balls. / Messerschmidt MKI B 21 K 1/02, B 21 J 9/18, NCI B3H, B3W. Claim 02/06/74. publ. 12/22/76.

9. Логинов Ю. Н. , Буркин С.П., Луканихин Н.Ю. Исследование штамповки шаров из цилиндрических заготовок. Известия вузов. Черная металлургия, 1998, N 10, с 34-37. 9. Loginov Yu. N., Burkin SP, Lukanikhin N.Yu. The study of stamping balls from cylindrical billets. University News. Ferrous metallurgy, 1998, N 10, s 34-37.

Claims

1. A method of producing balls, including cutting a round bar lengthy workpiece into measured lengths, transferring the cut workpieces to a stamping unit and stamping balls, characterized in that before cutting the round bar long workpiece is crimped in a direction perpendicular to the longitudinal axis to obtain two planes, then the resulting flat billet is subjected to periodic pinching in a direction parallel to the obtained planes and perpendicular to the longitudinal axis, with the formation of convex surface webs, cut the resulting strip into blanks on the surfaces in the pinch points in a direction perpendicular to the planes and the longitudinal axis, the blanks being shaped elongated in a direction parallel to the obtained planes and perpendicular to the longitudinal axis, and subsequent stamping is performed with decreasing the size of the workpiece in the indicated direction .

2. The method according to claim 1, characterized in that two parallel planes on a round long bar stock receive longitudinal rolling.

3. The method according to claim 1, characterized in that two parallel planes on a round bar lengthy workpiece receive draft or forge broaching.