RU2604548C1

RU2604548C1 - Method of valve-type articles production

Info

Publication number: RU2604548C1
Application number: RU2015125659/02A
Authority: RU
Inventors: Виталий Вениаминович Девятов; Кирилл Константинович Лелетко
Priority date: 2015-06-29
Filing date: 2015-06-29
Publication date: 2016-12-10

Abstract

FIELD: metal processing.

SUBSTANCE: invention relates to metal forming and can be used in producing of valve type rod products. Cut from bar billet is installed on female die in movable hub hole, arranged in die housing. Initially between female die and hub working surfaces cavity is formed, which height is not exceeding two billet diameters. Then, billet is extruded under male die action with fixed hub. At that, extrusion is carried out simultaneously into female die aperture and into said cavity. Then, under hub and male die action valve plate and stem are simultaneously formed.

EFFECT: result is higher efficiency of production and improved strength and operational properties of finished products.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к процессам обработки металлов давлением и может быть использовано при изготовлении стержневых изделий типа клапанов, изделий с пустотелой головкой и др. за один переход.The invention relates to metal forming processes and can be used in the manufacture of core products such as valves, products with a hollow head, etc. in one transition.

Стержневые изделия типа клапанов характеризуются наличием длинного стержня небольшого диаметра и головки большого диаметра, расположенного на конце стержня. Значительная разница диаметров стержня и головки не позволяет изготавливать подобные изделия прямым выдавливанием за один переход из-за возникновения больших усилий деформирования и степеней деформаций. В большинстве случаев клапаны изготавливают прямым выдавливанием за два перехода. В первом переходе выдавливают стержень из заготовки, отрезанной от проката, диаметром, меньшим диаметра тарелки клапана, во втором переходе формируют тарелку клапана путем осадки оставшейся части заготовки в контейнере.Valve-type rod products are characterized by the presence of a long rod of small diameter and a head of large diameter located at the end of the rod. A significant difference in the diameters of the rod and the head does not allow to manufacture such products by direct extrusion in one transition due to the occurrence of large deformation forces and degrees of deformation. In most cases, the valves are made by direct extrusion in two transitions. In the first transition, the rod is squeezed out of the billet cut off from the rolled stock with a diameter smaller than the diameter of the valve plate; in the second transition, the valve plate is formed by depositing the remaining part of the billet in the container.

Известен способ изготовления горячим выдавливанием на прессах с подвижным контейнером, включающий подачу заготовки в контейнер, распрессовку заготовки в контейнере, выдавливание части заготовки в очко матрицы с формированием штамповки с частью постоянного сечения и формирование на указанной штамповке утолщения путем осадки оставшейся части заготовки, при этом выдавливание части заготовки в стержень осуществляют прямым выдавливанием, а осадку оставшейся части заготовки осуществляют в полость, которую образуют путем перемещения матричного узла относительно контейнера перед формированием утолщения [1].A known method of manufacturing hot extrusion on presses with a moving container, comprising feeding the preform into the container, extruding the preform in the container, extruding part of the preform into a matrix point with forming a stamping with a part of a constant cross-section and forming thickening on said stamping by settling the remaining part of the preform, while extruding parts of the workpiece into the rod is carried out by direct extrusion, and the remaining part of the workpiece is sedimented into the cavity, which is formed by moving the mat egg container assembly with respect to the formation of thickenings [1].

Недостатками прототипа являются трудности широкого использования приведенного способа выдавливания, связанные с необходимостью применения специальных гидравлических прессов с подвижным контейнером, имеющих скорость перемещения траверсы, недостаточную для выдавливания стальных поковок с тонкими элементами при температурах нагрева заготовок 1100-1200°C из-за быстрого понижения температуры тонких элементов. Гидравлические прессы с подвижным контейнером и большей скоростью отсутствуют. На первом этапе выдавливание стержня производят по традиционной схеме прямого выдавливания, характеризующемся возникновением высоких (пиковых) удельных давлений при распрессовке и выдавливании заготовки, что вызывает увеличение энергетических затрат и снижение стойкости инструмента. Производительность процесса выдавливания сравнительно низкая.The disadvantages of the prototype are the difficulties of widespread use of the extrusion method associated with the need to use special hydraulic presses with a movable container having a traverse speed insufficient to extrude steel forgings with thin elements at heating temperatures of 1100-1200 ° C due to the rapid decrease in the temperature of thin elements. There are no hydraulic presses with a moving container and higher speed. At the first stage, the extrusion of the rod is carried out according to the traditional direct extrusion scheme, characterized by the occurrence of high (peak) specific pressures during extrusion and extrusion of the workpiece, which causes an increase in energy costs and a decrease in tool life. Extrusion process performance is relatively low.

Задачей изобретения является повышение производительности, стойкости инструмента, качества продукции, расширение номенклатуры изделий, снижение энергозатрат и трудоемкости при изготовлении изделий.The objective of the invention is to increase productivity, tool life, product quality, expanding the product range, reducing energy consumption and labor intensity in the manufacture of products.

Поставленную задачу достигают путем сокращения числа переходов при изготовлении стержневых изделий с утолщением до одного, использования традиционных механических прессов, скорости которых выше скорости гидравлических, изменением схемы напряженного состояния и последовательности проведения этапов формообразования.The task is achieved by reducing the number of transitions in the manufacture of core products with a thickening of up to one, using traditional mechanical presses whose speeds are higher than hydraulic presses, by changing the stress state scheme and the sequence of stages of shaping.

Сущность предлагаемого способа изготовления стержневых изделий типа клапанов заключается в следующем: заготовку, отрезанную от прутка, устанавливают на матрицу в отверстие подвижной ступицы, размещенной в корпусе штампа таким образом, чтобы первоначально между поверхностями матрицы и ступицы была образована полость (зазор), высота h которой, в области касания матрицы с поверхностью заготовки, не превышала величины двух диаметров заготовки (по условию возможной потери устойчивости при выдавливании). Затем заготовку под действием пуансона, при ступице, зафиксированной в положении максимально допустимой высоты зазора, выдавливают одновременно в двух направлениях - в боковом, в зазор между рабочими поверхностями ступицы и матрицы, и осевом, в очко матрицы, далее формуют тарелку клапана под действием ступицы и пуансона путем осадки, выдавленного в боковом направлении, металла.The essence of the proposed method of manufacturing rod-shaped products of the valve type is as follows: a workpiece cut off from the bar is mounted on the matrix in the hole of the movable hub located in the die body so that initially a cavity (gap) is formed between the surfaces of the matrix and the hub, the height of which , in the area of contact of the matrix with the surface of the workpiece, did not exceed the value of two diameters of the workpiece (under the condition of a possible loss of stability during extrusion). Then, the workpiece under the action of the punch, with the hub fixed in the position of the maximum allowable clearance height, is squeezed simultaneously in two directions - laterally, into the gap between the working surfaces of the hub and the matrix, and axial, into the matrix point, then form the valve plate under the action of the hub and a punch by upsetting laterally extruded metal.

При одновременном выдавливании металла заготовки в боковом и осевом направлениях и последующей доштамповке меняется схема напряженно-деформированного состояния по объему заготовки, увеличивается число плоскостей сдвига, в результате чего происходит интенсивное дробление зерен, повышение температуры и пластичности металла, снижение усилия деформирования по сравнению с традиционным прямым выдавливанием и осадкой. Мелкозернистая структура, полученная в результате применения предложенного способа изготовления стержневых изделий, обеспечивает значительное повышение прочностных и эксплуатационных свойств изделий.With simultaneous extrusion of the workpiece metal in the lateral and axial directions and subsequent stamping, the stress-strain state diagram changes over the workpiece volume, the number of shear planes increases, as a result of which the grains are intensively crushed, the temperature and ductility of the metal increase, and the strain force decreases compared to traditional direct extrusion and sediment. The fine-grained structure obtained as a result of the application of the proposed method for the manufacture of core products provides a significant increase in the strength and operational properties of the products.

Величина зазора h оказывает существенное влияние на энергосиловые параметры и структуру изделий и зависит от материала заготовки, соотношения размеров элементов изделий и других факторов, поэтому оптимальную величину зазора h целесообразно устанавливать для изготовления конкретных изделий и оборудования расчетно-экспериментальным путем.The size of the gap h has a significant impact on the power parameters and structure of the products and depends on the material of the workpiece, the ratio of the sizes of the elements of the products and other factors; therefore, it is advisable to set the optimal value of the gap h for the manufacture of specific products and equipment by calculation and experimental means.

Предложенный способ можно применять и при изготовлении стержневых изделий с пустотелой головкой, а также головок ступенчатой и других форм. Для этого предусматривают устройство дополнительных полостей для формирования головки. Например, для изготовления пустотелой головки цилиндрической формы, дополнительную полость образуют путем уменьшения наружного диаметра концевой части ступицы до требуемых размеров (на фиг. 1 дополнительная полость обозначена пунктиром). Наличие дополнительной полости существенно меняет схему напряженного состояния, при такой схеме металл под действием пуансона течет в трех направлениях, прямом осевом, боковом и обратном, что способствует снижению усилий деформирования и дроблению зерен. В целом использование предлагаемого способа изготовления изделий типа клапанов, в том числе и на традиционных механических прессах, позволяет повысить производительность процесса изготовления изделий, прочностные характеристики, стойкость инструмента, снизить усилия выдавливания, энергозатраты и расширить сортамент изделий, изготавливаемых выдавливанием.The proposed method can also be used in the manufacture of core products with a hollow head, as well as step heads and other shapes. To do this, provide a device for additional cavities for forming the head. For example, for the manufacture of a cylindrical hollow head, an additional cavity is formed by reducing the outer diameter of the end part of the hub to the required dimensions (in Fig. 1, the additional cavity is indicated by a dotted line). The presence of an additional cavity significantly changes the stress state scheme, in this case the metal flows in three directions under the action of the punch, direct axial, lateral and reverse, which helps to reduce the deformation forces and grain crushing. In general, the use of the proposed method of manufacturing products such as valves, including on traditional mechanical presses, allows to increase the productivity of the manufacturing process of products, strength characteristics, tool life, reduce extrusion efforts, energy consumption and expand the range of products manufactured by extrusion.

Этапы осуществления предлагаемого способа показаны в разрезе на фиг. 1. На левой стороне фигуры 1 показан промежуточный этап формования изделия. Первоначально в отверстие корпуса штампа 1 устанавливают ступицу 2 с фланцем таким образом, чтобы величина зазора h ориентировочно была не более двух диметров d заготовки 4. Величину зазора h регулируют при помощи пружин и болтов 3. Далее исходную заготовку 4 (показана пунктиром) устанавливают в отверстие ступицы 2 на матрицу 5 и под действием пуансона 6 одновременно выдавливают металл заготовки в полость между рабочими поверхностями матрицы и ступицы и в очко матрицы до момента соприкосновения выступа на пуансоне 6 с фланцем ступицы 2, а затем, под действием пуансона и ступицы осуществляют формообразование тарелки клапана и стержня (правая сторона фиг. 1).Stages of the proposed method are shown in section in FIG. 1. On the left side of figure 1 shows an intermediate stage of forming the product. Initially, a hub 2 with a flange is installed in the hole of the die body 1 so that the gap h is approximately no more than two dimeters d of the workpiece 4. The gap h is adjusted using springs and bolts 3. Then, the initial workpiece 4 (shown by a dotted line) is installed in the hole the hub 2 onto the die 5 and under the action of the punch 6 simultaneously squeeze the workpiece metal into the cavity between the working surfaces of the die and the hub and into the die of the die until the protrusion on the punch 6 contacts the flange of the hub 2, and then under the action of the punch and the hub, the valve plates and the stem are formed (the right side of Fig. 1).

Возможность осуществления предложенного способа установлена экспериментально при изготовлении опытных образцов поковок впускных клапанов с диаметрами тарелки 38 мм, стержня 8,4 мм, высотой 110 мм из стали 40ХН.The possibility of implementing the proposed method was established experimentally in the manufacture of prototypes of forgings of intake valves with a plate diameter of 38 mm, a rod of 8.4 mm, a height of 110 mm from 40XH steel.

Источники информацииInformation sources

1. Патент РФ №2259897, МПК В21С 23/03, B21J 5/06, опубл. 10.09.2005.1. RF patent No. 2259897, IPC VC 23/03, B21J 5/06, publ. 09/10/2005.

Claims

A method of manufacturing a valve-type product, including installing a workpiece cut from a rod onto a die matrix, extruding the workpiece under the action of a punch and then forming the valve disc by upsetting, characterized in that the workpiece is used with a diameter smaller than the diameter of the valve disc, before moving the movable hub into the die body with the formation between the surfaces of the matrix and the hub of the cavity, the height of which is from one to two diameters of the workpiece, then the workpiece is installed on the matrices hole in the hub and squeezing it is carried at a fixed point simultaneously in the hub of the matrix and into said cavity between the mold surface and the hub, and subsequent shaping of the valve disc is made simultaneously with shaping of the valve stem under the action of the hub and plunger.