штамп для горячей объемной штамповки осесимметричных поковок с одним плоским торцом

Формула изобретения

Штамп для горячей объемной штамповки осесимметричных поковок с одним плоским торцом, содержащий верхнюю и нижнюю части, выполненные с рабочей поверхностью, имеющей ручей, а также размещенные в верхней части выталкиватель и подвижное подпружиненное кольцо, образующее вместе с указанными верхней и нижней частями полость штампа, причем поверхность ручья нижней части выполнена плоской, отличающийся тем, что нижняя часть выполнена в виде упругого элемента, имеющего возможность прогиба срединной поверхности ручья на величину в пределах допуска закрытой высоты полости штампа.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано, в частности, для горячей объемной штамповки осесимметричных поковок с одним плоским торцом типа ступиц колес, фланцев и других изделий.

Известен штамп для закрытой штамповки, содержащий верхнюю плиту с прикрепленной к ней матрицей, внутри которой вставлен съемник, промежуточную плиту, установленную на опорных брусьях с образованием балки на двух опорах, выполняющей функцию упругого элемента, пуансон, расположенный на промежуточной плите, вокруг которого размещен фиксатор-прижим, а также нижнюю плиту. Применение упругого элемента позволяет компенсировать излишек металла при колебании объема заготовки за счет увеличения в пределах допуска толщины штампуемой детали, что предотвращает перегрузку и повышенный износ штампа (авторское свидетельство СССР 782930, М.Кл.³ B21J 13/02).

Однако необходимость использования в штампе промежуточной плиты усложняет конструкцию штампа, а размещение фиксатора-прижима на промежуточной плите затрудняет очистку полости штампа от окалины и остатков смазки. В результате снижается работоспособность штампа и качество получаемых деталей.

Известен также штамп для горячей объемной штамповки осесимметричных поковок с одним плоским торцом, содержащий верхнюю и нижнюю части, выполненные с рабочей поверхностью, имеющей ручей, а также размещенные в верхней части выталкиватель и подвижное подпружиненное кольцо, образующее в месте с указанными верхней и нижней частями полость штампа, причем поверхность ручья нижней части выполнена плоской. В верхней части штампа расположены выталкиватель и подвижное подпружиненное кольцо. Использование подвижного подпружиненного кольца, размещенного в верхней части штампа, и плоской поверхности в нижней части штампа облегчает очистку поверхности ручьев штампа после каждой штамповки, что улучшает качество поковок. Это техническое решение является наиболее близким по совокупности существенных признаков и выбрано в качестве прототипа (авторское свидетельство СССР 1007816, М.Кл.³ B21J 13/02, B21J 5/02).

Основными недостатками вышеописанного штампа являются пониженные качество поковок по причине образования заусенцев и стойкость штампа вследствие повышенного износа сопрягаемых поверхностей и перегрузки штампа, обусловленных неизбежным выходом излишков металла при колебании объема заготовки в зазоры между контактными поверхностями верхней и нижней частей штампа и подвижного подпружиненного кольца с образованием заусенцев.

В основу изобретения поставлена задача повышения качества поковок и стойкости штампа.

Для решения поставленной задачи в штампе для горячей объемной штамповки осесимметричных поковок с одним плоским торцом, содержащем верхнюю и нижнюю части, выполненные с рабочей поверхностью, имеющей ручей, а также размещенные в верхней части выталкиватель и подвижное подпружиненное кольцо, образующее вместе с указанными верхней и нижней частями полость штампа, причем поверхность ручья нижней части выполнена плоской, согласно изобретению нижняя часть выполнена в виде упругого элемента, имеющего возможность прогиба срединной поверхности ручья на величину в пределах допуска закрытой высоты полости штампа.

Выполнение нижней части штампа в виде упругого элемента с возможностью прогиба срединной поверхности ручья на величину в пределах допуска закрытой высоты полости штампа обеспечивает компенсацию излишков металла при колебании объема заготовки за счет увеличения толщины штампуемой поковки, что позволяет избежать выход излишков металла в зазоры между контактными поверхностями верхней и нижней частей штампа и подвижного подпружиненного кольца, тем самым позволяя исключить образование заусенцев и перегрузку штампа, уменьшить износ штампа, - в результате повысить качество поковок и стойкость штампа.

На фиг.1 показано положение объектов предложенного штампа для горячей объемной штамповки в момент контакта верхней части штампа с исходной заготовкой; на фиг.2 - конечное положение объектов штампа.

Штамп для горячей объемной штамповки осесимметричных поковок с одним плоским торцом состоит из верхней 1 и нижней 2 частей, выполненных с рабочей поверхностью, имеющей ручей, причем поверхность ручья нижней 2 части штампа, на которой размещается исходная заготовка 3, выполнена плоской, а нижняя 2 часть штампа выполнена в виде упругого элемента, состоящего из корпуса 4 и стенки 5 ручья, представляющей собой упругую пластину с защемленным контуром (Безухов Н.И. Теория упругости и пластичности/Н.И. Безухов. - М: Госиздат. 1953. - С.267, рис.121), и имеющего возможность прогиба средней поверхности ручья на величину в пределах допуска закрытой высоты полости штампа (фиг.1, 2). На верхней 1 части штампа закреплены цилиндрические направляющие колонки 6 с установленным на них кольцом 7, которое в исходном положении штампа за счет пружин 8 прижимается к головкам 9 колонок 6 (фиг.1). При закрытом положении штампа (фиг.2) кольцо 7 фиксируется по цилиндрическому выступу 10, выполненному на нижней 2 части штампа, и вместе с верхней 1 и нижней 2 частями штампа образует замкнутую полость, соответствующую конфигурации поковки 11 (фиг.2). В отверстии верхней 1 части штампа размещен выталкиватель 12.

Штамп для горячей объемной штамповки работает следующим образом. Нагретая заготовка 3 устанавливается на плоскую поверхность ручья нижней 2 части штампа (фиг.1). При рабочем ходе ползуна пресса кольцо 7 опускается, заходит в цилиндрический выступ 10 нижней 2 части штампа и образует замкнутую полость, в которой формируется поковка 11 (фиг.2). После формирования поковки 11 (фиг.2) в полости штампа возникают напряжения, достигающие напряжений упругой деформации стенки 5 ручья нижней 2 части штампа. В результате срединная поверхность ручья прогибается на величину в пределах допуска закрытой высоты полости штампа, компенсируя излишки металла при колебании объема исходной заготовки 3. При обратном ходе ползуна пресса поковка 11 выталкивается из ручья верхней 1 части штампа выталкивателем 12.

Пример. Проведена опытная штамповка поковок ступицы колеса диаметром D_cm=144 мм, толщина полотна 15 мм, высота ступицы 36 мм. Размеры заготовки: диаметр (прокат обычной точности); высота заготовки Н _з=88^+1,5 мм (рубка на ножницах). Сталь 45. Температура окончания штамповки 900°С, предел прочности при этой температуре _в=77 МПа.

Толщина стенки 5 ручья нижней 2 части лабораторного штампа, выполненной в виде упругого элемента, получена из условия прочности и составила 21 мм. Материал нижней части штампа сталь 4Х4М2ВФС.

Расчеты проводятся в следующем порядке: 1) определяется давление р в конце штамповки по формуле (Ковка и объемная штамповка стали: справочник / В.А.Бабенко [и др.]; под ред. М.В.Сторожева. - М.: Машиностроение. 1968. - С.91):

МПа,

где F_n=12675 мм ² - площадь проекции поковки в направлении действия усилия;

V_n=262125 мм³ - объем поковки;

МПа;

2) определяют величину возможной по условию упругости прогиба срединной поверхности ручья (стенки 5 ручья) нижней 2 части штампа по формуле для пластинки с защемленным круглым контуром (Безухов Н.И. Теория упругости и пластичности / Н.И.Безухов. - М: Госиздат, 1953. - С.269):

мм,

где ₀ - величина прогиба срединной поверхности пластинки с защемленным круглым контуром (срединной поверхности ручья нижней части штампа);

r - радиус поковки;

- коэффициент Пуассона для стали;

Е - модуль упругости стали;

h - толщина стенки нижней части штампа;

r=0,50D _cm=72 мм;

=0,2;

E=2 10⁵ МПа;

h=21 мм.

Следовательно,

Согласно ГОСТ 7505-89 допустимое положительное отклонение толщины поковки размером до 40 мм при исходном индексе 15 равно 1,8 мм. С этим значением вполне согласуется расчетная величина прогиба ₀=1,85 мм;

3) определяют объем излишка металла, который может быть компенсирован при максимальном прогибе срединной поверхности ручья нижней 2 части штампа, по формуле для шарового сегмента толщиной ₀=1,85 мм:

V_изл/V _n=14386/262125=0,054 - что вполне приемлемо для горячей объемной штамповки;

4) определяют максимальное положительное отклонение объема исходной заготовки (максимально возможный излишек объема исходной заготовки):

где V_max - максимальное положительное отклонение объема исходной заготовки, обусловленное положительными допусками диаметра проката и длины заготовки после рубки;

V_max - максимальный объем исходной заготовки с учетом положительных допусков на размеры проката и длины заготовки;

V_н - объем исходной заготовки, рассчитанный по номинальным размерам;

D - максимальный положительный допуск на диаметр проката;

H - максимальный положительный допуск на длину исходной заготовки после рубки;

5) сопоставляют значения объемов излишка металла исходной заготовки: из сравнения значений V_изг =14386 мм³ и V_max=11379 мм³ видно, что фактическое максимальное положительное отклонение объема ( V_max) исходной заготовки существенно меньше объема излишка (V_изл), который может быть компенсирован при максимальном прогибе срединной поверхности ручья нижней части штампа.

Полученные поковки имели хорошее качество поверхности без заусенцев, что уменьшает износ сопрягаемых поверхностей верхней и нижней частей штампа и подвижного подпружиненного кольца.

Таким образом, выполнение нижней части штампа в виде упругого элемента повышает качество поковок и стойкость штампа.