RU2204449C1

RU2204449C1 - Method for making hollow blanks of high-strength materials

Info

Publication number: RU2204449C1
Application number: RU2002111230/02A
Authority: RU
Inventors: А.Ф. Лавров; Э.С. Дубровский; А.Ф. Толкачев; В.И. Кондрушин; О.В. Сажников; А.В. Гончарук; Б.А. Романцев; В.М. Кузнецов; Н.Н. Алешин; Е.В. Даева
Original assignee: Гончарук Александр Васильевич
Priority date: 2002-04-26
Filing date: 2002-04-26
Publication date: 2003-05-20

Abstract

FIELD: rolled stock production, namely plastic metal working, processes for making parts in machine engineering. SUBSTANCE: method comprises steps of heating blank, piercing it to sleeve, rolling out in helical rolling mill, sizing on mandrel at expanding by inner diameter by 3 -10%; shaping inner thickened portion between ends of two mandrels inserted to tube from different sides; rotary reducing at deformation degree consisting 0.5 -0.7 of percentage elongation value for used material; spinning at basing upon inner stop for making inner thickened portion and outer profile; heat treatment between two operations of reduction on austenite mandrel with thermic setting by inner diameter due to difference of heat expansion of mandrel and part. EFFECT: possibility for making high-accuracy shaped rolled blanks of high-strength materials. 2 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и касается получения полых заготовок из высокопрочных материалов, в том числе профилированных по наружной и внутренней поверхности. The invention relates to the field of metal forming and relates to the production of hollow billets from high strength materials, including profiled on the outer and inner surfaces.

В настоящее время известно получение полых заготовок повышенной точности методом дорнования [1] . Недостатком этого способа является необходимость длительной переналадки оборудования при переходе к получению другого типоразмера, необходимость наличия широкой гаммы типоразмеров дорогостоящего рабочего инструмента, невозможность получения профиля по наружной и внутренней поверхности заготовки. Currently, it is known to obtain hollow billets of increased accuracy by the burnishing method [1]. The disadvantage of this method is the need for a long readjustment of equipment upon transition to obtaining a different standard size, the need for a wide range of standard sizes of an expensive working tool, and the impossibility of obtaining a profile along the outer and inner surfaces of the workpiece.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному техническому решению является способ получения полых заготовок из высокопрочных материалов, включающий нагрев, прошивку заготовки в гильзу, калибровку на оправке и термообработку [2]. The closest in technical essence to the claimed technical solution is a method for producing hollow billets from high-strength materials, including heating, piercing the billet into a sleeve, calibration on a mandrel and heat treatment [2].

Недостатком данного способа является невозможность получения профилированного изделия, а также получения изделий с толщиной стенки менее 1,5 мм при высокой точности геометрических размеров. The disadvantage of this method is the inability to obtain a profiled product, as well as to obtain products with a wall thickness of less than 1.5 mm with high accuracy of geometric dimensions.

Задачей изобретения является получение профилированных тонкостенных корпусов повышенной точности и прочности. Поставленная цель достигается тем, что в известном способе перед калибровкой гильзу подвергают раскатке в стане винтовой прокатки, а после калибровки в гильзу вводят две оправки, между торцами которых формируют внутреннее утолщение ротационным обжатием со степенью деформации, равной 0,5-0,7 от величины относительного удлинения для данного материала, после чего ротационной вытяжкой с базированием на внутренний упор получают внутреннее утолщение и наружный профиль, а между операциями ротационной вытяжки проводят термообработку на аустенитной оправке с термофиксацией по внутреннему диаметру за счет разницы теплового расширения оправки и детали, прошивку осуществляют в стане винтовой прокатки, а калибровку выполняют раздачей по внутреннему диаметру на 3-10%. The objective of the invention is to obtain profiled thin-walled cases of increased accuracy and strength. This goal is achieved by the fact that in the known method, before calibration, the sleeve is subjected to rolling in a screw rolling mill, and after calibration, two mandrels are inserted into the sleeve, between the ends of which they form an internal thickening by rotational compression with a degree of deformation equal to 0.5-0.7 of relative elongation for a given material, after which an internal thickening and an external profile are obtained with a rotary hood based on an internal stop, and heat treatment is carried out for austen between operations of a rotational hood tnoj mandrel for heat-setting the inner diameter due to the difference of thermal expansion of the mandrel and the parts carried out in firmware helical rolling mill, and calibration is performed on the inner diameter distribution of 3-10%.

Заявляемая совокупность отличительных признаков обеспечивает достижение цели изобретения, а именно получение тонкостенных профилированных изделий повышенной точности и прочности. Уменьшение степени деформации при ротационном обжатии для формирования внутреннего утолщения менее 0,5 от величины относительного удлинения для данного материала (которое определяется отношением приращения расчетной длины образца после разрушения к начальной расчетной длине в %) приводит к неполному оформлению профиля утолщения, при возрастании степени деформации свыше 0,7 от величины относительного удлинения на внутренней поверхности заготовки в районе утолщения стенки возникают трещины. Калибровка с раздачей по внутреннему диаметру свыше 10% приводит к уменьшению пластичности металла заготовок, при раздаче менее чем на 3% не достигается конечный уровень прочностных свойств металла. The inventive combination of distinctive features ensures the achievement of the purpose of the invention, namely the receipt of thin-walled profiled products of increased accuracy and strength. A decrease in the degree of deformation during rotational compression to form an internal thickening of less than 0.5 of the relative elongation for a given material (which is determined by the ratio of the increment in the calculated length of the sample after failure to the initial calculated length in%) leads to incomplete design of the thickening profile, with an increase in the degree of deformation over 0.7 of the relative elongation on the inner surface of the workpiece in the area of thickening of the wall cracks occur. Calibration with distribution over an internal diameter of more than 10% leads to a decrease in the ductility of the metal of the workpieces, with a distribution of less than 3%, the final level of the strength properties of the metal is not achieved.

Изобретение иллюстрируется чертежами. На фиг.1 изображена заготовка с внутренним утолщением, на фиг.2 - заготовка после ротационной вытяжки первой камеры, на фиг.3 - заготовка после первой ротационной вытяжки второй камеры, на фиг.4 - заготовка после второй ротационной вытяжки первой и второй камеры, на фиг.5 - окончательно сформированная заготовка. The invention is illustrated by drawings. Figure 1 shows the workpiece with an internal thickening, figure 2 - the workpiece after the rotational hood of the first chamber, figure 3 - the workpiece after the first rotational hood of the second chamber, figure 4 - the workpiece after the second rotational hood of the first and second chamber, figure 5 - finally formed blank.

Способ прокатки осуществляется следующим образом. Нагретая заготовка задается в рабочие валки, где обжимается ими в калибре, образованном за счет взаимного сближения контактных поверхностей валков, оси которых наклонены к оси заготовки. При обжатии заготовки валками металл заполняет очаг деформации и встречается с неподвижной в осевом направлении оправкой, на торце заготовки формируется углубление, которое по мере продвижения заготовки по очагу деформации превращается в полость, а при прохождении заднего конца заготовки через оправку - в отверстие. В случае получения гильз из жаропрочных материалов прошивка может осуществляться на прессе или пресс-валковом стане. Прошитая гильза подается к раскатному стану винтовой прокатки, где раскатывается на оправке в черновую трубчатую заготовку с уменьшением толщины стенки и снижением уровня разностенности, что крайне важно для прошивки на прессе. После этого трубу охлаждают и подвергают калибровке в холодном состоянии раздачей по внутреннему диаметру на 3-10% для повышения прочностных характеристик и обеспечения высокого качества внутренней поверхности, затем в полость гильзы с двух разных сторон вводят две оправки навстречу друг другу, между торцами которых формируют внутреннее утолщение ротационным обжатием со степенью деформации, равной 0,5-0,7 от величины относительного удлинения. Полученный полуфабрикат деформируют на оправке ротационной вытяжкой с базированием на внутренний упор (утолщение) для получения требуемого наружного и внутреннего профиля сначала в одну сторону, а затем на другой оправке - в другую. Между операциями ротационной вытяжки для релаксации пластических свойств металла заготовку подвергают термической обработке на аустенитной оправке с термофиксацией по внутреннему диаметру за счет разницы теплового расширения оправки и заготовки. В случае необходимости производят закатку концевой части роликом в холодном или теплом состоянии. The rolling method is as follows. The heated workpiece is set in the work rolls, where it is crimped by them in a gauge formed by the mutual contact of the contact surfaces of the rolls, the axes of which are inclined to the axis of the workpiece. When the workpiece is crimped by rolls, the metal fills the deformation zone and meets the mandrel stationary in the axial direction, a recess is formed at the end of the workpiece, which turns into a cavity as the workpiece moves along the deformation zone, and into the hole when the back end of the workpiece passes through the mandrel. In the case of receiving sleeves from heat-resistant materials, firmware can be carried out on a press or press-roll mill. The stitched sleeve is fed to a rolling mill for screw rolling, where it is rolled on a mandrel into a rough tubular blank with a decrease in wall thickness and a decrease in the level of difference, which is extremely important for firmware on the press. After that, the pipe is cooled and calibrated in the cold state by distributing by an internal diameter of 3-10% to increase the strength characteristics and ensure high quality of the inner surface, then two mandrels are introduced into the cavity of the liner from two different sides towards each other, between the ends of which they form the inner thickening by rotational compression with a degree of deformation equal to 0.5-0.7 of the relative elongation. The resulting semi-finished product is deformed on the mandrel with a rotary hood based on an internal stop (thickening) to obtain the desired external and internal profile, first in one direction, and then on the other mandrel in the other. Between rotational drawing operations to relax the plastic properties of the metal, the workpiece is subjected to heat treatment on an austenitic mandrel with heat setting along the inner diameter due to the difference in thermal expansion of the mandrel and the workpiece. If necessary, the end part is rolled with a roller in a cold or warm state.

Пример осуществления способа
Способ прокатки осуществляется следующим образом. Заготовка из сплава СП-28 диаметром 90 мм нагревается до температуры 1200^oС. Нагретая заготовка задается в рабочие валки, где обжимается ими в калибре, образованном за счет взаимного сближения контактных поверхностей валков, оси которых наклонены к оси заготовки под углом подачи 16^o. При обжатии заготовки валками металл заполняет очаг деформации и встречается с неподвижной в осевом направлении оправкой диаметром 50 мм, на торце заготовки формируется углубление, которое по мере продвижения заготовки по очагу деформации превращается в полость, а при прохождении заднего конца заготовки через оправку - в отверстие.An example of the method
The rolling method is as follows. The billet from the SP-28 alloy with a diameter of 90 mm is heated to a temperature of 1200 ^o C. The heated billet is set in the work rolls, where it is crimped by them in a gauge formed by the mutual contact of the contact surfaces of the rolls, the axes of which are inclined to the billet axis at a feed angle of 16 ^o . When the workpiece is crimped by rolls, the metal fills the deformation zone and meets a mandrel with a diameter of 50 mm fixed in the axial direction, a recess is formed at the end of the workpiece, which turns into a cavity as the workpiece moves along the deformation zone, and into the hole when the back end of the workpiece passes through the mandrel.

Прошитая гильза размерами 93•52 подается к раскатному стану винтовой прокатки, где раскатывается на оправке в черновую трубчатую заготовку наружным диаметром 95,25 мм, внутренним диаметром 74,25 мм и толщиной стенки 10,5 мм с уменьшением толщины стенки и снижением уровня разностенности. После этого трубу охлаждают и подвергают калибровке в холодном состоянии раздачей по внутреннему диаметру на 6,4%, т.е. до 79 мм, для повышения прочностных характеристик и обеспечения высокого качества внутренней поверхности, затем в полость гильзы с двух разных сторон вводят две оправки навстречу друг другу, между торцами которых формируют внутреннее утолщение ротационным обжатием с помощью приводного ролика со степенью деформации, равной 0,5-0,7 от величины относительного удлинения, полученной при испытаниях стандартных образцов из стали СП-28. Величина относительного удлинения для стали СП-28 составляет 12...25%, следовательно, степень деформации по диаметру при ротационном обжатии равна 6,0. . .12,5%, выбираем величину степени деформации 6,1%. A stitched sleeve with dimensions 93 • 52 is fed to a helical rolling mill, where it is rolled on a mandrel into a rough tubular workpiece with an outer diameter of 95.25 mm, an inner diameter of 74.25 mm and a wall thickness of 10.5 mm with a decrease in wall thickness and a decrease in the level of difference. After that, the pipe is cooled and calibrated in the cold state by distributing 6.4% in the inner diameter, i.e. up to 79 mm, to increase the strength characteristics and ensure high quality of the inner surface, then two mandrels are introduced into the cavity of the liner from two different sides towards each other, between the ends of which they form an internal thickening by rotational compression using a drive roller with a degree of deformation equal to 0.5 -0.7 of the relative elongation obtained when testing standard samples of steel SP-28. The relative elongation for SP-28 steel is 12 ... 25%, therefore, the degree of deformation in diameter during rotational compression is 6.0. . .12.5%, select the magnitude of the degree of deformation of 6.1%.

Процесс ротационного обжатия представляет собой деформирование надетой на оправку заготовки вращающимся роликом (или роликами), при этом оправка с заготовкой принудительно перемещается вдоль оси ролика, который своей боковой поверхностью воздействует на боковую поверхность заготовки, поскольку в рассматриваемом варианте заготовка надета на две оправки так, что между торцами оправок имеется зазор, то при совмещении ролика с торцем оправки металл течет в зазор между торцами оправок внутрь заготовки, формируется утолщение стенки. Такой процесс называют ротационным обжатием. Полученный полуфабрикат деформируют на оправке ротационной вытяжкой с базированием на внутренний упор (утолщение) для получения требуемого наружного и внутреннего профиля сначала в одну сторону, а затем на другой оправке - в другую. В этом случае происходит утонение стенки и увеличение длины заготовки. На первой операции патрубок размерами 99•10 обжимается со степенью деформации по стенке 45% до размеров 96•5,5 (правая половина патрубка) и на 52,5% до размеров 92•4,75 (левая половина патрубка). Между операциями ротационной вытяжки для релаксации пластических свойств металла заготовку подвергают термической обработке на оправке из аустенитной стали (например, 12Х18Н10Т) с термофиксацией по внутреннему диаметру за счет разницы теплового расширения оправки и заготовки. В этом случае при нагревании в процессе термообработки имеющая больший коэффициент линейного расширения заготовка стремится уменьшить свой внутренний диаметр, т.к. толщина ее стенки увеличивается из-за температурного расширения, однако имеющая значительно меньший коэффициент температурного расширения оправка препятствует уменьшению внутреннего диаметра, обеспечивая его постоянное значение. Это необходимо для сохранения заданной степени деформации при ротационной вытяжке и обеспечения возможности использования оправки одинакового диаметра. Всего осуществляют 4 перехода со степенью деформации от 10 до 64% за проход. По окончании процесса ротационной вытяжки получают заготовку заданной длины с требуемой толщиной стенки. В случае необходимости производят закатку концевой части роликом в холодном или теплом состоянии. The process of rotational compression is the deformation of the workpiece worn on the mandrel by a rotating roller (or rollers), while the mandrel with the workpiece is forced to move along the axis of the roller, which acts on its side surface on the side surface of the workpiece, since in the considered embodiment the workpiece is worn on two mandrels so that there is a gap between the ends of the mandrels, when the roller is combined with the end of the mandrel, the metal flows into the gap between the ends of the mandrels inside the workpiece, a wall thickening is formed. Such a process is called rotational compression. The resulting semi-finished product is deformed on the mandrel with a rotary hood based on an internal stop (thickening) to obtain the desired external and internal profile, first in one direction, and then on the other mandrel in the other. In this case, there is a thinning of the wall and an increase in the length of the workpiece. In the first operation, a pipe with dimensions of 99 • 10 is crimped with a degree of deformation along the wall of 45% to sizes 96 • 5.5 (the right half of the pipe) and 52.5% to sizes 92 • 4.75 (the left half of the pipe). Between rotational drawing operations to relax the plastic properties of the metal, the workpiece is subjected to heat treatment on an austenitic steel mandrel (for example, 12X18H10T) with heat setting along the inner diameter due to the difference in thermal expansion of the mandrel and the workpiece. In this case, when heated during the heat treatment, the billet having a greater coefficient of linear expansion tends to reduce its inner diameter, because the thickness of its wall increases due to thermal expansion, however, having a significantly lower coefficient of thermal expansion, the mandrel prevents the reduction of the inner diameter, ensuring its constant value. This is necessary to maintain a given degree of deformation during rotational drawing and to ensure the possibility of using mandrels of the same diameter. In total, 4 transitions are carried out with a degree of deformation from 10 to 64% per pass. At the end of the rotational drawing process, a workpiece of a given length with the required wall thickness is obtained. If necessary, the end part is rolled with a roller in a cold or warm state.

Предлагаемый способ прокатки обеспечивает получение изделий высокой точности по геометрическим размерам из высокопрочных сплавов, профилированных по внутренней и наружной поверхности. The proposed rolling method provides high-precision products in geometric dimensions from high-strength alloys profiled on the inner and outer surfaces.

Источники информации
1. Проскуряков Ю.Г., Романов В.Н., Исаев А.Н. Объемное дорнование отверстий. - М.: Машиностроение, 1984, стр.12-17.Sources of information
1. Proskuryakov Yu.G., Romanov V.N., Isaev A.N. Volume burning of holes. - M.: Mechanical Engineering, 1984, pp. 12-17.

2. Авторское свидетельство СССР 1616733, В 21 В 19/02, 23/00, опубл. БИ 48, 1990 г. 2. Copyright certificate of the USSR 1616733, 21 V 19/02, 23/00, publ. BI 48, 1990

Claims

1. A method of obtaining hollow billets from high-strength materials, including heating, piercing the billet into the sleeve, calibration on the mandrel and heat treatment, characterized in that before calibration the sleeve is rolled in a screw rolling mill, after calibration two mandrels are inserted into the sleeve, between the ends of which they form internal thickening by rotational compression with a degree of deformation equal to 0.5-0.7 of the relative elongation for a given material, after which a rotational hood based on an internal stop is obtained morning thickening and external profile, and between operations of rotational drawing, heat treatment is carried out on an austenitic mandrel with heat setting along the inner diameter due to the difference in thermal expansion of the mandrel and the part.

2. The method according to p. 1, characterized in that the firmware is carried out in a screw rolling mill, and the calibration is performed by distributing an internal diameter of 3-10%.