RU2589963C2

RU2589963C2 - Method of producing composite part of type of forged piece plate valve of internal combustion engine

Info

Publication number: RU2589963C2
Application number: RU2014146158/02A
Authority: RU
Inventors: Михаил Иванович Поксеваткин; Светлана Викторовна Герман; Елена Михайловна Басова
Priority date: 2014-11-17
Filing date: 2014-11-17
Publication date: 2016-07-10
Also published as: RU2014146158A

Abstract

FIELD: technological processes.

SUBSTANCE: invention can be used in production of plastic deformation of composite parts like forging of internal combustion engine disk valve. One performs simultaneous formation of holes in head metal billet and its assembly with rod-shaped metal billet. For this purpose, rod workpiece is pressed into head piece heated to forging temperature. Then they are deformed to produce permanent joint. Indentation of rod workpiece is performed with application to head workpiece of counterpressure force, which is determined based on counter pressure tension. Tension value of counter pressure is selected from given range.

EFFECT: higher quality of composite parts.

1 cl, 3 dwg, 1 ex

Description

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к получению составных деталей посредством пластической деформации, и может быть использовано при штамповке поковок тарельчатых клапанов двигателей внутреннего сгорания. The invention relates to the processing of metals by pressure, in particular to the production of components by plastic deformation, and can be used for stamping forgings of poppet valves of internal combustion engines.

Известен способ получения составных деталей, включающий образование центрально расположенного глухого отверстия в шаровидной заготовке, плоскость дна которого перпендикулярна оси отверстия, путем механической или пластической обработки, формообразование торца стержневой заготовки посредством выполнения на нем в первом случае двух взаимно перпендикулярных углублений треугольного профиля глубиной 0,05-0,10 диаметра стержня или выполнения во втором случае скоса под углом 5-7°, сборку шаровидной заготовки со стержневой заготовкой путем установки последней обработанным торцом в отверстие шаровидной заготовки, нагрев собранных заготовок в печи с защитной атмосферой до ковочной температуры и совместное пластическое деформирование собранных заготовок. В процессе совместного деформирования головка стержневой заготовки в первом случае приобретает симметричную форму, состоящую из четырех полукруглых частей, во втором случае при наличии скоса торца образуется асимметричная головка тарельчатой формы. В обоих случаях дополнительно повышается качество и надежность получаемой детали за счет увеличения контактных поверхностей соединяемых заготовок (авторское свидетельство SU 1697973, кл. B21K 1/22).A known method for producing composite parts, including the formation of a centrally located blind hole in a spherical billet, the bottom plane of which is perpendicular to the axis of the hole, by mechanical or plastic processing, shaping the end face of the core blank by performing on it in the first case two mutually perpendicular deepenings of a triangular profile with a depth of 0.05 -0.10 diameter of the rod or execution in the second case of beveling at an angle of 5-7 °, assembly of the spherical billet with the rod billet by SETTING last processed into end bore spherical preform heating the collected workpieces in a furnace with a protective atmosphere to the forging temperature and the joint plastic deformation of collected blanks. In the process of joint deformation, the head of the core billet in the first case acquires a symmetrical shape, consisting of four semicircular parts, in the second case, in the presence of an oblique end, an asymmetric disk-shaped head is formed. In both cases, the quality and reliability of the resulting part is further enhanced by increasing the contact surfaces of the connected workpieces (copyright certificate SU 1697973, class B21K 1/22).

Однако известный способ не обеспечивает высокого качества получаемых составных деталей, так как стенка отверстия в одной из заготовок и поверхность стрежневой заготовки неизбежно загрязнены оксидами и другими адсорбатами, ухудшающими кузнечную сварку контактных поверхностей заготовок, что снижает механическую прочность соединения, особенно при нагреве заготовок перед сборкой.However, the known method does not provide high quality of the obtained component parts, since the wall of the hole in one of the blanks and the surface of the rod blank are inevitably contaminated with oxides and other adsorbates that impair the forging of the contact surfaces of the blanks, which reduces the mechanical strength of the joint, especially when heating the blanks before assembly.

Основной недостаток описанного способа устраняется наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату (прототипом), в качестве которого использован способ получения составных деталей, включающий предварительную подачу стержневой заготовки в полость матрицы с упором в торец выталкивателя и размещение в полости матрицы нагретой до ковочной температуры головной заготовки, образование глухого отверстия в головной заготовке путем вдавливания в нее стержневой заготовки с одновременной сборкой ее со стержневой заготовкой и последующее их совместное деформирование с получением неразъемного соединения (патент RU 2056209, МПК⁶ B21K 1/22).The main disadvantage of the described method is eliminated by the closest in technical essence and the achieved result (prototype), which is used as a method for producing composite parts, including pre-feeding the core blank into the die cavity with an emphasis on the end face of the ejector and placing the head blank heated in the die cavity in the matrix cavity , the formation of a blind hole in the head blank by pressing a core blank into it while assembling it with the core blank and subsequent deformation of the joint to obtain a permanent connection (patent RU 2056209, IPC ⁶ B21K 1/22).

Однако при вдавливании стержневой заготовки в нагретую до ковочной температуры головную заготовку неизбежно образование утяжины, поверхность которой, загрязненная оксидами и другими адсорбатами, участвует в получении неразъемного сварного соединения заготовок при последующем их совместном деформировании, в результате чего снижается качество составных деталей.However, when a core billet is pressed into a head billet heated to forging temperature, a formation of inevitability is inevitable, the surface of which, contaminated with oxides and other adsorbates, is involved in obtaining an inseparable welded joint of the billets during their subsequent joint deformation, as a result of which the quality of component parts decreases.

В основу изобретения поставлена задача повышения качества составных деталей путем повышения качества неразъемного соединения заготовок.The basis of the invention is the task of improving the quality of composite parts by improving the quality of one-piece connection of the workpieces.

Для решения поставленной задачи в способе получения составной детали типа поковки тарельчатого клапана двигателя внутреннего сгорания, включающем одновременное образование отверстия в головной металлической заготовке и сборку ее со стержневой металлической заготовкой путем вдавливания стержневой заготовки в нагретую до ковочной температуры головную заготовку и последующее их совместное деформирование с получением неразъемного соединения, согласно изобретению вдавливание стержневой заготовки в головную заготовку осуществляют с приложением к последней усилия противодавленияTo solve the problem in a method for producing a component such as forging a poppet valve of an internal combustion engine, including the simultaneous formation of a hole in the head metal billet and assembling it with the rod metal billet by pressing the rod billet into the head billet heated to forging temperature and their subsequent deformation to obtain one-piece connection, according to the invention, the indentation of the core blank into the head blank is carried out with application to the last counterpressure effort

где σ_пр - напряжение противодавления, МПа;where σ _CR - pressure back pressure, MPa;

F_к - площадь приложения усилия противодавления, мм²;F _to - the area of application of the back pressure, mm ² ;

при этом величину напряжения противодавления σ_пр выбирают из следующего диапазона:wherein the value of the backpressure stress σ _{pr is} selected from the following range:

где σ_cp=0,72σ_bt - сопротивление срезу металла головной заготовки, МПа;where σ _cp = 0.72σ _bt is the shear resistance of the metal of the billet, MPa;

σ_bt - предел прочности металла головной заготовки при температуре среза, МПа.σ _bt is the tensile strength of the metal of the head billet at a shear temperature, MPa.

Повышение качества неразъемного соединения заготовок и, в итоге, качества получаемых составных деталей объясняется, во-первых, тем, что приложение к головной заготовке усилия противодавления в процессе вдавливания в нее стержневой заготовки, создающего сжимающие напряжения в кромке прошиваемого отверстия, большие, чем напряжение среза металла при прошивке отверстия, исключает образование утяжины при прошивке отверстия и, следовательно, обеспечивает полное удаление оксидов и других адсорбатов с контактной поверхности внедряемой стержневой заготовки; во-вторых, тем, что создание гидростатического напряжения сжатия по контуру прошиваемого отверстия обеспечивает вязкое разрушение материала по плоскости скольжения, исключающее скол или разрыв межатомных связей в кристаллической решетке (Бэкофен В. А. Процессы деформации. / В.А. Бэкофен. - М: Металлургия, 1977. - С. 210-229).The improvement in the quality of the one-piece connection of the workpieces and, as a result, the quality of the obtained composite parts is explained, firstly, by the fact that the back pressure is applied to the head workpiece when the core workpiece is pressed into it, which creates compressive stresses in the edge of the hole being sewn, greater than the shear stress metal when piercing the hole, eliminates the formation of weights when piercing the hole and, therefore, provides complete removal of oxides and other adsorbates from the contact surface of the introduced ster Neva preform; secondly, the fact that the creation of a hydrostatic compression stress along the contour of the stitched hole provides viscous destruction of the material along the slip plane, eliminating cleavage or breaking of interatomic bonds in the crystal lattice (V. Bakofen. Deformation processes. / V. A. Bakofen. - M : Metallurgy, 1977 .-- S. 210-229).

Реализация способа получения составной детали типа поковки тарельчатого клапана двигателя внутреннего сгорания поясняется чертежами, где на фиг. 1 показано исходное положение заготовок перед прошивкой и сборкой, на фиг. 2 - положение заготовок после сборки; на фиг. 3 - соединение заготовок, полученное после их совместного деформирования с получением составных деталей.The implementation of a method for producing a component such as a forged valve plate of an internal combustion engine is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows the initial position of the blanks before flashing and assembling, in FIG. 2 - the position of the workpieces after assembly; in FIG. 3 - connection of the blanks obtained after their joint deformation with the receipt of composite parts.

Способ получения составной детали типа поковки тарельчатого клапана двигателя внутреннего сгорания включает одновременное образование отверстия в головной металлической заготовке и сборку ее со стержневой металлической заготовкой путем вдавливания стержневой заготовки в нагретую до ковочной температуры головную заготовку с приложением к ней усилия противодавления (1) и последующее их совместное деформирование с получением неразъемного соединения. Величину напряжения противодавления выбирают из диапазона (2).A method of obtaining a component such as a forged valve plate of an internal combustion engine includes the simultaneous formation of a hole in the head metal billet and its assembly with the rod metal billet by pressing the rod billet into the head billet heated to forging temperature with the application of back pressure (1) to it and their subsequent joint deformation to obtain an integral connection. The value of the backpressure voltage is selected from the range (2).

Способ получения составной детали типа поковки тарельчатого клапана двигателя внутреннего сгорания осуществляют следующим образом.A method of obtaining a component such as forging a poppet valve of an internal combustion engine is as follows.

Стержневую заготовку 1 подают в полость 2 матрицы 3 с упором в торец 4 выталкивателя 5. Затем в полости 2 матрицы 3 размещают нагретую до ковочной температуры головную заготовку 6 на поверхности 7 устройства противодавления 8, содержащего упорную плиту 9 и упругий элемент 10, который предварительно сжимают до усилия противодавления (1), обеспечивающего напряжение противодавления на поверхности 7 согласно диапазону (2) (фиг. 1).The rod blank 1 is fed into the cavity 2 of the matrix 3 with an emphasis on the end face 4 of the ejector 5. Then, in the cavity 2 of the matrix 3, the head blank 6 is heated to forging temperature on the surface 7 of the backpressure device 8, which contains the thrust plate 9 and the elastic element 10, which is pre-compressed before the back pressure (1), providing back pressure on the surface 7 according to the range (2) (Fig. 1).

Далее, посредством пуансона 11 вдавливают стержневую заготовку 1 в головную заготовку 6, за счет чего производят прошивку глухого отверстия 12 и одновременную сборку заготовок 1 и 6 (фиг. 2). При этом осуществляют нагревание внедренного в головную заготовку 6 элемента 13 стержневой заготовки 1 за счет теплопередачи до ковочной температуры.Further, by means of the punch 11, the core blank 1 is pressed into the head blank 6, due to which the blind hole 12 is pierced and the blanks 1 and 6 are simultaneously assembled (Fig. 2). In this case, the element 13 of the core blank 1, introduced into the head billet 6, is heated by heat transfer to the forging temperature.

После совместного деформирования заготовок 1 и 6 в известном штампе (на чертеже не показан) получают составную деталь 14 (фиг. 3).After the joint deformation of the blanks 1 and 6 in a known stamp (not shown in the drawing), a composite part 14 is obtained (Fig. 3).

Пример. Получена опытная партия поковок тарельчатых клапанов ДВС. Материал головной заготовки сталь 40Х9С2; диаметр D₂=32 мм, высота Н₂=18 мм. Стержневая заготовка из стали 40Х9С2 диаметром 18 мм, длиной 120 мм.Example. An experimental batch of forgings of ICE poppet valves was obtained. Material of the head billet steel 40X9C2; diameter D ₂ = 32 mm, height H ₂ = 18 mm. A core billet made of steel 40X9C2 with a diameter of 18 mm and a length of 120 mm.

Температура нагрева головной заготовки 1100°C, σ_bt=23 МПа.The heating temperature of the head billet is 1100 ° C, σ _bt = 23 MPa.

Расчет технологических параметров:Calculation of technological parameters:

1) определяют сопротивление срезу, используя выражение (1)1) determine the shear resistance using the expression (1)

σ_cp=0,72σ_bt=16,6 МПа;σ _cp = 0.72σ _bt = 16.6 MPa;

2) принимают напряжение противодавления равным2) take the back pressure equal

σ_пр=1,25σ_cp=1,25·16,6=20,8 МПа;σ _pr _{= 1,25σ cp = 1,25 · 16,6 =} 20,8 MPa;

3) проверяют условие диапазона (2)3) check the condition of the range (2)

16,6<20,8<23,16.6 <20.8 <23,

то есть условие выполняется;that is, the condition is satisfied;

4) затем подают стержневую заготовку в полость 2 матрицы 3 лабораторного штампа (на чертеже не показан), нагревают головную заготовку 6 до температуры 1100°C и размещают ее в полости 2 матрицы 3 на поверхности 7 упорной плиты 9 устройства противодавления 8.4) then the core blank is fed into the cavity 2 of the matrix 3 of the laboratory stamp (not shown in the drawing), the head blank 6 is heated to a temperature of 1100 ° C and placed in the cavity 2 of the matrix 3 on the surface 7 of the thrust plate 9 of the backpressure device 8.

Посредством пуансона 11 вдавливают стержневую заготовку 1 в головную заготовку 6 и тем самым осуществляют прошивку глухого отверстия 12 и одновременную сборку заготовок 1 и 6.By means of the punch 11, the core blank 1 is pressed into the head blank 6 and thereby the blind hole 12 is pierced and the blanks 1 and 6 are simultaneously assembled.

Собранный полуфабрикат нагревают до температуры 1100°C и осуществляют совместную деформацию полуфабриката в лабораторном штампе (на чертеже не показан). Полученная поковка тарельчатого клапана ДВС имела правильную симметричную форму без внешних дефектов. Металлографические исследования показали качественную механическую связь контактных поверхностей на всем протяжении линии их сварки в плоскости разреза. Результаты прочностных испытаний на разрыв также отвечают требованиям к детали.The assembled semi-finished product is heated to a temperature of 1100 ° C and joint deformation of the semi-finished product is carried out in a laboratory stamp (not shown in the drawing). The resulting forging of the ICE poppet valve had the correct symmetrical shape without external defects. Metallographic studies showed a high-quality mechanical connection of the contact surfaces along the entire line of their welding in the section plane. The tensile strength test results also meet the requirements for the part.

Claims

A method for producing composite parts, including the simultaneous formation of a blind hole in the head billet and its assembly with the core workpiece by pressing the core workpiece into the head workpiece heated to forging temperature, and their subsequent joint deformation to obtain an integral connection, characterized in that the formation of a blind hole in the head the workpiece is carried out with the application to the last back pressure, and the back pressure is determined from the ratio:
σ _avg <σ _ol <σ _d
where σ _cp = 0,72σ _bt - shear resistance parent metal preform, MPa;
σ _bt is the tensile strength of the metal of the head billet at shear temperature, MPa;
σ _CR - pressure back pressure, MPa ,;
_Ave σ = P _ave / F _k,
P _CR - back pressure force, MN;
F _to - the area of application of the back pressure, mm ² ;
σ _d - deformation resistance of the metal of the head billet, MPa.