способ получения глубоких тонкостенных цилиндрических изделий из многогранных заготовок

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГЛУБОКИХ ТОНКОСТЕННЫХ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ ИЗ МНОГОГРАННЫХ ЗАГОТОВОК, включающий операции отрезки или вырубки из полосы или ленты многогранной заготовки с основанием в виде правильного многоугольника и последующую многопереходную комбинированную вытяжку, при которой заключительную операцию осуществляют пуансоном с цилиндрической боковой поверхностью, отличающийся тем, что все операции вытяжки, за исключением последней, осуществляют пуансонами, на боковой цилиндрической поверхности которых выполнены лыски по числу боковых граней заготовки глубиной, равной 0,1 - 0,25 величины зазора между матрицей и цилиндрической поверхностью пуансона, причем на первой операции вытяжки заготовку относительно пуансона ориентируют так, чтобы максимальный зазор между лысками пуансона и матрицей имел место в направлениях от оси заготовки к ребрам ее боковых граней, а на последующих операциях вытяжки полученный полуфабрикат с "коронками" ориентируют так, чтобы упомянутый максимальный зазор имел место в направлениях от оси полуфабриката к вершинам его "коронок".

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к обработке металлов давлением, а именно к изготовлению глубоких тонкостенных цилиндрических изделий из многогранных заготовок.

Для получения глубоких цилиндрических изделий в большинстве случаев в качестве заготовки используется кружок, вырубленный из полосы или ленты, который в дальнейшем подвергают многопереходной комбинированной вытяжке [1]

При комбинированной вытяжке одновременно уменьшается диаметр заготовки или полуфабриката и толщина стенки. Это позволяет за меньшее число операций получать глубокое тонкостенное изделие. Однако использование кружка в качестве заготовки приводит к повышенному расходу металла.

Для экономии металла используют квадратную или многогранную заготовки. Однако при вытяжке таких заготовок на полуфабрикате возникают по краям неровности "коронки", которые увеличивают отход металла при обрезке. Это снижает эффект экономии металла от использования многогранных заготовок [2]

Задачей изобретения является экономия металла при получении глубоких тонкостенных цилиндрических изделий из многогранных заготовок.

Это решается тем, что в известном способе получения глубоких тонкостенных цилиндрических изделий из многогранных заготовок, включающем операции отрезки или вырубки из полосы или ленты многогранной заготовки с основанием в виде правильного многоугольника и последующую многопереходную комбинированную вытяжку при которой заключительную операцию осуществляют пуансоном с цилиндрической боковой поверхностью, все операции вытяжки за исключением последней осуществляют пуансоном, на боковой цилиндрической поверхности которого выполнены лыски, по числу боковых граней заготовки, глубиной, равной 0,1-0,25 величины зазора между матрицей и цилиндрической поверхностью пуансона, причем на первой операции вытяжки заготовку относительно пуансона ориентируют таким образом, чтобы максимальный зазор между лысками пуансона и матрицей имел место в направлениях от оси заготовки к ребрам ее боковых граней, а на последующих операциях вытяжки полученный полуфабрикат с "коронками" ориентируют так, чтобы упомянутый максимальный зазор имел место в направлениях от оси полуфабриката к вершинам его "коронок".

При таком способе комбинированной вытяжки происходит перераспределение металла из угловых участков многогранной заготовки к середине сторон, а также из образовавшихся "коронок" полуфабриката в направлении образования впадин, благодаря чему на последней операции получается изделие с ровным краем по высоте.

Рекомендуемая ориентация пуансона лысками в направлениях от оси заготовки к ребрам ее боковых граней взята по результатам экспериментов и теоретических расчетов, а глубина лысок устанавливалась экспериментально. Величина граничных значений интервала глубины лысок зависит от относительной толщины заготовки или полуфабриката. Для многогранной заготовки относительная толщина определялась как отношение толщины заготовки t к диагонали М правильного многоугольника, являющегося основанием многогранной заготовки. Причем диагональ М является также диаметром описанной окружности многоугольника.

Для полуфабриката относительная толщина определялась, как отношение минимальной толщины стенки t_min к среднему диаметру d_cp; = 100t_мин/d_ср Установлено, что для относительных толщин в 2% целесообразно использовать пуансон с лысками глубиной С 0,10 от величины зазора Z_i между матрицей и цилиндрической поверхностью пуансона, а для относительных толщин более 3% глубиной С 0,25 от Z_i, где i номер перехода.

Использование пуансона с лысками по числу граней правильного многоугольника приводит к получению полуфабриката, внутренняя поверхность которого имеет огранку, причем минимальная толщина совпадает с направлением нормали, проведенной к середине стороны основания многогранной заготовки, а максимальная в направлениях от оси заготовки к ребрам ее боковых граней. Неравномерность толщины по периметру полуфабриката приводит к тому, что при комбинированной вытяжке высота полуфабриката наиболее сильно увеличивается в направлении образующей, совпадающей с минимальным зазором между пуансоном и матрицей, т. е. в направлении образования впадины при вытяжке многогранной заготовки по известному способу. В результате этого будет уменьшаться "корончатость" полуфабриката.

На последующих переходах комбинированной вытяжки полуфабриката на участках с минимальной толщиной стенки происходит концентрация окружных сжимающих напряжений, вызывающих значительные пластические деформации, что приводит к перераспределению металла. В результате такого перераспределения получается полуфабрикат с ровным без "коронок" краем. На заключительной операции неравномерность толщины при необходимости устраняется путем использования пуансона с цилиндрической боковой поверхностью.

Таким образом, многопереходная комбинированная вытяжка с периодически изменяющимся по периметру зазором по числу боковых граней заготовки позволяет получать изделие с ровным краем, что приводит к значительной экономии металла.

На фиг. 1 и 2 даны две проекции пуансона; на фиг.3 последовательность получения полого изделия с ровным без "коронок" краем.

П р и м е р. Рассмотрим технологию комбинированной вытяжки квадратной заготовки со стороной а 100 мм, диагональю М 141 мм и толщиной t 3,0 мм. Определим относительную толщину заготовки

= 100 100 2,1%

Чтобы при заданной относительной толщине заготовки не наблюдалось складкообразования на первой операции комбинированной вытяжки используем пуансон (фиг. 2), имеющий цилиндрическую поверхность 1 и четыре лыски 2 глубиной С 0,1 Z₁, где Z зазор между матрицей и цилиндрической поверхностью 1 пуансона.

Пусть на первой операции вытяжка осуществляется через матрицу диаметром d_M1 60 мм с коэффициентом утонения стенки m_t1 0,70. Величина зазора между цилиндрической поверхностью пуансона и матрицей равна Z₁ m_t1 t 0,70 x 3,0 2,10 мм, следовательно диаметр пуансона равен d_n1 d_м1 2Z₁ 60 2 x 2,1 55,80 мм. На пуансоне изготавливаются четыре лыски глубиной С₁ 0,10 х Z₁ 0,1 x 2,1 0,21 мм.

Перед вытяжкой квадратная заготовка 3 (фиг.3,а) ориентируется в матрице относительно лысок пуансона таким образом, чтобы в направлении от оси заготовки к ребрам ее боковых граней зазор между пуансоном и матрицей был бы максимален (фиг.3,б). В процессе комбинированной вытяжки произойдет перераспределение металла как в окружном, так и в радиальном направлении и высота "коронки" 6 уменьшится на величину:

H 0,25-1 = 0,25-1 4 мм

На втором переходе (операции) заготовкой является полуфабрикат, у которого имеется заданная периодическая разнотолщинность по периметру. Максимальная толщина стенки равна t_max1 Z₁ + +C₁ 2,10 + 0,21 2,31 мм. Минимальная толщина равна t_min1 Z₁ 2,10 мм. Определим относительную толщину полуфабриката t₁ t_min1 100/d_cp1 2,10 x 100/57,90 3,7% Примем коэффициент уменьшения диаметра на втором переходе (операции) равным 0,80, а коэффициент утонения стенки m_t20,70. Тогда рабочий диаметр матрицы равен d_м2 d_cp1 m_d2 57,90 x 0,80 46,30 мм. Определим зазор между матрицей и цилиндрической поверхностью пуансона Z₂ m_t2 х х t_max1 0,70 x 2,31 1,62 мм. Следовательно, диаметр пуансона равен d_п2 d_м2 2Z₂46,3 2 x 1,62 43,1 мм.

На пуансоне также изготавливаются четыре лыски, глубина которых рассчитывается по выражению:

C₂ 0,25 x Z₂ 0,25 x 1,62 0,40 мм.

При вытяжке полуфабрикат ориентируется вершинами "коронок" так, чтобы максимальный зазор между пуансоном и матрицей имел место в направлении от оси полуфабриката к вершинам его "коронок" (фиг.3,б). В результате комбинированной вытяжки вновь происходит дополнительное перераспределение металла как в окружном, так и в радиальном направлениях. Высота "коронок" 6 уменьшится на величину:

H-1 -1

Таким образом, в результате двух операций комбинированной вытяжки высота "коронок" в сумме уменьшилась на 16 мм, т.е. "корончатость" практически исчезла, так как при комбинированной вытяжке по известному способу она равнялась 18 мм. Однако полученный полуфабрикат получил заданную периодическую разнотолщинность стенки по периметру. Максимальная толщина стенки оказалась равной t_max2 Z₂ + C₂ 2,02 мм, а минимальная t_min2 Z₂ 1,62 мм. Для ее устранения и получения изделия в соответствии с чертежом последнюю операцию комбинированной вытяжки проводят обычным пуансоном.

В соответствии с чертежом используется матрица диаметром d_м3 35 мм, а для получения изделия с толщиной стенки t₃1,5 мм используется цилиндрический пуансон диаметром d_п3 d_м3 2t₃ 32 мм. В процессе комбинированной вытяжки на этапе уменьшения диаметра полуфабриката произойдет выравнивание толщин стенки по периметру до входа металла в отверстие матрицы, поэтому на этапе утонения заходная часть полуфабриката будет иметь одинаковую толщину стенки по периметру и в результате вытяжки сохранится ровный край в изделии.

Проведенные эксперименты близки к расчетным.

Из рассмотренного примера видно, что при трехпереходном (трехоперационном) технологическом процессе комбинированной вытяжки квадратной заготовки возможна значительная до 30% экономия металла.

Изобретение может использоваться не только для изготовления круглых в плане изделий, как рассмотрено в примере, но и при изготовлении осесимметричных не круглых в плане полых изделий.