способ обратного выдавливания цилиндрических и призматических изделий и устройство для его осуществления

Классы МПК:B21D22/20 глубокая вытяжка
B21D24/00 Специальные устройства для глубокой вытяжки, конструктивно сопряженные с прессами или приспособленными к ним
Автор(ы):, ,
Патентообладатель(и):Товарищество с ограниченной ответственностью "Регул"
Приоритеты:
подача заявки:
1998-11-11
публикация патента:

Использование: обработка металлов давлением, в частности обратное выдавливание при изготовлении цилиндрических и призматических изделий. Сущность изобретения: заготовку для выдавливания выполняют с отверстием, которое заполняют шайбой из эластичной среды, а на торцовой поверхности заготовки образуют кольцевую канавку и заполняют ее смазкой, причем усилие выдавливания этой заготовки в изделие сопровождают противодавлением на наружной кромке выдавливаемого изделия. Даны расчетные формулы для определения толщины заготовки и диаметра отверстия в заготовке под эластичную шайбу в функции от наружного и внутреннего диаметров изделия и толщины изделия в его донной части. В устройстве для осуществления способа внутренняя полость матрицы снабжена буртиком с рабочей поверхностью последнего, выполненной заподлицо с донной частью пуансона, а рабочая поверхность матрицы выполнена более шероховатой, чем рабочие поверхности пуансона и донного стержня. Изобретение обеспечивает снижение усилия выдавливания, снижение энергетических затрат и расширение технологических возможностей. 2 с.п. ф-лы, 6 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6

Формула изобретения

1. Способ обратного выдавливания цилиндрических и призматических изделий, включающий силовое воздействие на заготовку, сопровождаемое созданием сил трения в направлении выдавливания металла, отличающийся тем, что заготовку для выдавливания выполняют с осевым отверстием, в которое устанавливают шайбу из эластичной среды, причем толщину заготовки, а также диаметр шайбы принимают согласно зависимостям

способ обратного выдавливания цилиндрических и   призматических изделий и устройство для его осуществления, патент № 2166398

где D0 - наружный диаметр изделия;

Dn - внутренний диаметр изделия;

Н - высота изделия;

Sд - толщина донной части изделия;

D - диаметр отверстия в донной части изделия;

dо - диаметр шайбы из эластичной среды;

Sо - толщина шайбы из эластичной среды;

а на торцовой поверхности заготовки, обращенной к пуансону, выполняют кольцевую канавку и заполняют ее смазкой, причем усилие выдавливания заготовки в изделие сопровождают противодавлением на его наружной кромке величиной до предела прочности способ обратного выдавливания цилиндрических и   призматических изделий и устройство для его осуществления, патент № 2166398в выдавливаемого металла.

2. Устройство для обратного выдавливания цилиндрических и призматических изделий, содержащее донный стержень, а также снабженные приводами перемещения матрицу и пуансон, отличающееся тем, что внутренняя полость матрицы снабжена ступенькой, рабочая поверхность которой в исходном положении устройства расположена заподлицо с донной частью пуансона, а ее боковая поверхность выполнена охватывающей боковую поверхность пуансона, причем шероховатость последней задана меньше шероховатости рабочей поверхности матрицы, контактирующей с наружной поверхностью стенки выдавливаемого изделия.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к обработке металлов давлением, а именно к способам изготовления цилиндрических и призматических изделий обратным выдавливанием и к устройствам для их осуществления.

Известен способ обратного выдавливания полых изделий преимущественно из листового металла [1, с. 345]. Недостаток этого способа заключается в значительных энергетических затратах на его осуществление.

Известен также способ обратного выдавливания цилиндрических и призматических изделий, при котором воздействие усилием со стороны пуансона на центральную часть заготовки сопровождают созданием полезных сил трения, направленных в сторону течения металла при его выдавливании [2]. Этот способ, выбранный в качестве прототипа, позволяет снизить усилие выдавливания на 20-30%, но удельные давления течения металла при выдавливании остаются по-прежнему высокими и достигают при обратном способе до (8-10)способ обратного выдавливания цилиндрических и   призматических изделий и устройство для его осуществления, патент № 2166398в штампуемого материала (где способ обратного выдавливания цилиндрических и   призматических изделий и устройство для его осуществления, патент № 2166398в - предел прочности штампуемого материала) [см. 3, с. 239, табл. 119] . Отмеченный способ обратного выдавливания был реализован на (выбранном в качестве прототипа) устройстве для обратного выдавливания цилиндрических и призматических изделий, которое содержит подвижную верхнюю плиту с пуансоном и закрепленную на промежуточной плите матрицу, состоящую из элементов формовки стенок изделия, а также из размещенного на нижней плите стержня для формовки донной части изделия, причем привод перемещения промежуточной плиты с матрицей выполнен в виде шарнирно связанных средними своими частями с нижней плитой двуплечих рычагов, взаимно действующих одними плечами с промежуточной плитой, а другими - с упором на подвижной верхней плите.

Технический результат, достигаемый при использовании предложенного технического решения, заключается в существенном снижении усилия выдавливания, что наряду со снижением энергетических затрат на изделия позволяет расширить технологические возможности обратного выдавливания изделий, в том числе и из высокопрочных материалов, а также исключить подрезку торца изделия и снизить расход металла.

Достижение указанного технического эффекта от использования предложенного изобретения основывается на том, что обратное выдавливание металла осуществляют в закрытый зазор между рабочими цилиндрическими поверхностями матрицы и пуансона с использованием заготовки с центральным отверстием и размещенной в нем шайбой, а также выполнением в кольцевой заготовке канавки со смазкой, при этом усилие выдавливания заготовки в изделие сопровождают противодавлением на его наружной кромке до предела прочности способ обратного выдавливания цилиндрических и   призматических изделий и устройство для его осуществления, патент № 2166398в выдавливаемого металла.

Этот способ реализуется при использовании устройства для обратного выдавливания цилиндрических и призматических изделий и отличается от прототипа тем, что внутренняя полость матрицы снабжена ступенькой, рабочая поверхность которой в исходном положении устройства расположена заподлицо с донной частью пуансона, а ее боковая поверхность выполнена охватывающей боковую поверхность пуансона, причем шероховатость последней задана меньше шероховатости рабочей поверхности матрицы, контактирующей с наружной поверхностью стенки выдавливаемого изделия. Осуществление способа обеспечивает:

- снижение удельных давлений течения металла в закрытый зазор между матрицей и пуансоном в 1,3-2,2 раза;

- исключение неуправляемого (одностороннего) истечения металла за счет более эффективного использования полезных сил трения между заготовкой и матрицей;

- получение цилиндрических и призматических изделий заданной формы с большим коэффициентом использования металла.

Сущность предложенного технического решения поясняется чертежами, где изображено:

на фиг. 1 - исходное положение заготовки в устройстве;

на фиг. 2 - положение устройства перед началом выдавливания заготовки;

на фиг. 3 - положение устройства после окончания выдавливания изделия;

на фиг. 4 - положение устройства в промежуточный момент съема с пуансона выдавленного изделия;

на фиг. 5 - сечение устройства А-А;

на фиг. 6 - исходная заготовка из АМЦМ с центральным отверстием и канавкой для смазки; б) - заготовка из АМЦМ в начальный момент выдавливания; в) - заготовка из стали 08КП в промежуточный момент выдавливания.

Устройство для осуществления способа обратного выдавливания включает в себя следующие основные детали:

- на столе пресса 1 закреплен донный стержень 2;

- на внутреннем ползуне пресса (условно не показан) установлен пуансон 3;

- на наружном ползуне пресса 4 установлена матрица 5, во внутренней полости которой выполнена ступенька 6, рабочая поверхность которой выполнена заподлицо с донной поверхностью 7 пуансона 3 (см. фиг. 2).

Согласно предлагаемому способу обратного выдавливания заготовку 8 (с кольцевой канавкой 9 и размещенной в ней смазкой) вместе с резиновой шайбой 10 устанавливают на торец 11 донного стержня 2 (см. фиг. 1), после чего включают рабочий ход пресса, при котором сначала опускается наружный ползун пресса 4 с матрицей 5 до соприкосновения рабочей поверхности ступеньки 6 с торцовой поверхностью заготовки 8, а затем опускается пуансон 3 до соприкосновения с заготовкой 8 (см. фиг. 2).

Воздействие усилием P со стороны пуансона 3 на заготовку 8 с резиновой шайбой 10 обеспечивает выдавливание металла в зазор между матрицей 5 и пуансоном 3 при заданном усилии противодавления Pм со стороны матрицы 5, причем выдавливание изделия 12 сопровождается подъемом матрицы 5, и при достижении глубины выдавливания H (см. фиг. 3) процесс формообразования изделия прекращают.

Удаление выдавленного изделия 12 из штампа осуществляется в следующей последовательности:

- усилие на пуансоне снижают до нуля;

- наружный ползун 4 с матрицей 5 поднимают в крайнее верхнее положение, в результате чего штамп принимает положение согласно фиг. 4;

- на пуансон 3 устанавливают съемник, состоящий из двух дужек 13 и 14, которые выполнены поворотными относительно оси 15 и охватывающими пуансон 3 (см. фиг. 5);

- подъем пуансона в крайнее верхнее положение сопровождается стягиванием изделия 12 дужками 13 и 14 съемника с пуансона 3;

- после съема с пуансона 3 изделия 12 последнее удаляют из рабочей зоны штампа.

Выполнение в матрице 5 ступеньки 6 и создание усилия противодавления Pм со стороны последней приводит к возникновению напряжения сжатия в стенке выдавливаемого изделия 12, что сопровождается возникновением полезных сил трения между стенкой изделия 12 и рабочей поверхностью 16 матрицы 5 и противоположно направленных вредных напряжений от трения между той же стенкой изделия и цилиндрической поверхностью 17 пуансона 3, значения которых зависят от коэффициентов трения металла по матрице fм и по пуансону fп.

Для предложенного способа выдавливания изделия суммарное давление определяется по формуле

Pспособ обратного выдавливания цилиндрических и   призматических изделий и устройство для его осуществления, патент № 2166398= P+Pспособ обратного выдавливания цилиндрических и   призматических изделий и устройство для его осуществления, патент № 2166398.п.-Pспособ обратного выдавливания цилиндрических и   призматических изделий и устройство для его осуществления, патент № 2166398.м.(1)

где P - давление на установившейся стадии обратного выдавливания, определяемое согласно формуле на с. 239 [2];

Pспособ обратного выдавливания цилиндрических и   призматических изделий и устройство для его осуществления, патент № 2166398.п. - давление, затрачиваемое на преодоление сил трения между заготовкой и пуансоном;

Pспособ обратного выдавливания цилиндрических и   призматических изделий и устройство для его осуществления, патент № 2166398.м. - давление, учитывающее действие полезных сил трения между заготовкой и матрицей.

С учетом изложенного формулу (1) перепишем в следующем виде

способ обратного выдавливания цилиндрических и   призматических изделий и устройство для его осуществления, патент № 2166398 (2)

где F - площадь поперечного сечения заготовки;

Fп - площадь поперечного сечения пуансона;

Kс - коэффициент, имеющий значения: для алюминия Kс = 3,5-4,0; для меди, латуни и малоуглеродистой стали Kс = 2,5-3,0;

Fк.п = способ обратного выдавливания цилиндрических и   призматических изделий и устройство для его осуществления, патент № 2166398Dпспособ обратного выдавливания цилиндрических и   призматических изделий и устройство для его осуществления, патент № 2166398Hп - поверхность контакта заготовки с пуансоном;

Fк.м = способ обратного выдавливания цилиндрических и   призматических изделий и устройство для его осуществления, патент № 2166398D0способ обратного выдавливания цилиндрических и   призматических изделий и устройство для его осуществления, патент № 2166398Hм - поверхность контакта заготовки с матрицей;

H - высота зоны контакта стенки выдавливаемой заготовки с цилиндрической поверхностью пуансона и матрицы.

Сопоставление силовых параметров для обратного выдавливания по прототипу [2, с. 239] и по аналогу [1, с. 345] показывает следующее:

- при обратном выдавливании по прототипу высота зоны контакта заготовки с матрицей Hкм соответствует исходной толщине заготовки S0, что при высоте зоны контакта заготовки с пуансоном H = 0, F = способ обратного выдавливания цилиндрических и   призматических изделий и устройство для его осуществления, патент № 2166398D0S0 и F-Fп= способ обратного выдавливания цилиндрических и   призматических изделий и устройство для его осуществления, патент № 2166398DoSспособ обратного выдавливания цилиндрических и   призматических изделий и устройство для его осуществления, патент № 2166398 приводит к следующему:

способ обратного выдавливания цилиндрических и   призматических изделий и устройство для его осуществления, патент № 2166398 (3)

что при способ обратного выдавливания цилиндрических и   призматических изделий и устройство для его осуществления, патент № 2166398 и fм = 0,15 позволяет установить P по формуле (при S0, стремящейся к Sспособ обратного выдавливания цилиндрических и   призматических изделий и устройство для его осуществления, патент № 2166398, т.е. при S0 ---> Sспособ обратного выдавливания цилиндрических и   призматических изделий и устройство для его осуществления, патент № 2166398 ):

Pспособ обратного выдавливания цилиндрических и   призматических изделий и устройство для его осуществления, патент № 2166398.пр.= Pанал.(1-0,15) = Pанал.способ обратного выдавливания цилиндрических и   призматических изделий и устройство для его осуществления, патент № 21663980,85. (4)

Значит, суммарные давления обратного выдавливания по прототипу Pспособ обратного выдавливания цилиндрических и   призматических изделий и устройство для его осуществления, патент № 2166398.пр. на 15% ниже соответствующих давлений обычного обратного выдавливания по аналогу Pанал.

Выдавливание же изделия по предложенному в заявке способу обеспечивает снижение давления выдавливания в 1,3-2,2 раза по сравнению с прототипом:

а) за счет более эффективного использования полезных сил трения между матрицей и выдавливаемым металлом, благодаря чему снижаются на предел прочности нагартованного металла или почти на 1,5способ обратного выдавливания цилиндрических и   призматических изделий и устройство для его осуществления, патент № 2166398в исходного металла;

б) за счет сокращения очага деформирования F, получаемого при образовании центрального отверстия в заготовке;

в) снижением напряжений от трения в зоне контакта выдавливаемого металла с рабочей поверхностью пуансона, что реализуется смазкой, размещенной в кольцевой канавке заготовки;

г) возникновением со стороны осаживаемой резиновой шайбы радиального подпора в заготовке, направленного от оси выдавливаемого изделия к зазору между матрицей и пуансоном.

Таким образом, разработанный способ обратного выдавливания снижает давления течения металла в 1,3-2,2 раза по сравнению с прототипом [2] и в 1,5-2,5 раза - по сравнению с аналогом [1]. Это наряду со снижением энергозатрат на осуществление способа и повышением качества изготавливаемой продукции расширяет технологические возможности изготовления полых изделий из листового металла, в том числе и из высокопрочных металлов и сплавов. Это положение подтверждается постановочными экспериментами по осуществимости предложенного технического решения: на фиг. 6 а и б показаны образцы из АМЦМ соответственно перед выдавливанием и после начального этапа выдавливания, а на фиг. 6в - после осуществления промежуточного этапа выдавливания образца из стали 08КП.

Теперь установим связь геометрических параметров исходной заготовки и выдавливаемого изделия при осуществлении разработанного способа обратного выдавливания цилиндрических изделий из листового металла.

При обратном выдавливании изделия с наружным диаметром стенки и с ее внутренним диаметром при высоте H, толщине донной части изделия и при диаметре отверстия толщину исходной заготовки определяем из условия постоянства объема материала до и после его деформирования, записываемого в виде

способ обратного выдавливания цилиндрических и   призматических изделий и устройство для его осуществления, патент № 2166398 (5)

откуда

способ обратного выдавливания цилиндрических и   призматических изделий и устройство для его осуществления, патент № 2166398

а диаметр d0 устанавливаемой в отверстие заготовки шайбы из эластичной среды определяется из условия постоянства объема шайбы до и после ее осадки, записываемого в виде

способ обратного выдавливания цилиндрических и   призматических изделий и устройство для его осуществления, патент № 2166398 (6)

способ обратного выдавливания цилиндрических и   призматических изделий и устройство для его осуществления, патент № 2166398

Осуществление предложенного способа обратного выдавливания рассмотрим на примере изготовления цилиндрической втулки из стали Ст 08КП при D0 = 35 мм, Dп = 30 мм, H = 40 мм, Sспособ обратного выдавливания цилиндрических и   призматических изделий и устройство для его осуществления, патент № 2166398 = 2,5 мм и D = 25 мм.

Толщину заготовки S0 устанавливаем по формуле (5)

способ обратного выдавливания цилиндрических и   призматических изделий и устройство для его осуществления, патент № 2166398

а диаметр отверстия d0 в заготовке для размещения в нем резиновой шайбы устанавливаем по формуле (6)

способ обратного выдавливания цилиндрических и   призматических изделий и устройство для его осуществления, патент № 2166398

Усилие обратного выдавливания по предложенному способу устанавливаем из условия снижения удельных давлений течения металла в два раза по сравнению с обычным обратным выдавливанием, что согласно [2, табл. 119] приводит к p = 250/2 = 125 кгс/мм2. В этом случае усилие выдавливания по предложенному способу будет

способ обратного выдавливания цилиндрических и   призматических изделий и устройство для его осуществления, патент № 2166398

С учетом преодоления усилия противодавления P полное усилие выдавливания рассматриваемой втулки (при 0 = 34 кгс/мм) составит

способ обратного выдавливания цилиндрических и   призматических изделий и устройство для его осуществления, патент № 2166398

Таким образом, для обратного выдавливания изделия установлены геометрические параметры листовой заготовки и усилие выдавливания Pвыд при заданном усилии противодавления Pм со стороны матрицы.

Снижение удельных давлений течения при осуществлении предложенного способа обратного выдавливания в 1,5-2,5 раза по сравнению с обычным выдавливанием согласуется с тем положением, что для глубокой вытяжки с осадкой фланца заготовки и с радиальным давлением подпором его со стороны эластичной среды (являющейся обратной схемой для рассматриваемого процесса) удельные давления течения металла также в 1,5-2,5 раза ниже, чем при обычном прямом выдавливании [3, с. 24-27].

Источники информации

1. Малов А.Н. Технология холодной штамповки.- M.: Машиностроение, 1969.

2. Романовский В.П. Справочник по холодной штамповке.- Л.: Машиностроение, Ленинградское отделение, 1979.

3. Сизов Е.С. и др. Сверхглубокая вытяжка полых листовых деталей.- Кузнечно-штамповочное производство, H1, 1996, с. 24-27.

Класс B21D22/20 глубокая вытяжка

универсальный штамп для формообразования листовых деталей с двоякой кривизной поверхности -  патент 2522973 (20.07.2014)
листовая сталь для горячего штампования и способ изготовления горячештампованной детали с использованием листовой стали для горячего штампования -  патент 2520847 (27.06.2014)
способ и устройство для формирования корпуса консервной банки -  патент 2506137 (10.02.2014)
штамп для вытяжки сложного крупногабаритного полуфабриката из листовой заготовки на прессе (варианты) -  патент 2501618 (20.12.2013)
способ технологического испытания листов из титановых сплавов при глубокой вытяжке и устройство для его осуществления -  патент 2497621 (10.11.2013)
штамп для глубокой вытяжки осесимметричных деталей -  патент 2494830 (10.10.2013)
штамп для вытяжки деталей сложной формы -  патент 2492956 (20.09.2013)
способ изготовления полых цилиндрических изделий -  патент 2491144 (27.08.2013)
способ изготовления полых деталей -  патент 2486025 (27.06.2013)
способ вытяжки сложного крупногабаритного полуфабриката из листовой заготовки на прессе (варианты) -  патент 2481913 (20.05.2013)

Класс B21D24/00 Специальные устройства для глубокой вытяжки, конструктивно сопряженные с прессами или приспособленными к ним

Наверх