заготовка для вытяжки цилиндрического полуфабриката

Формула изобретения

ЗАГОТОВКА ДЛЯ ВЫТЯЖКИ ЦИЛИНДРИЧЕСКОГО ПОЛУФАБРИКАТА в форме многогранника, имеющего в основании правильный многоугольник, отличающаяся тем, что в ней со стороны основания выполнены утонения в виде цилиндрических желобов, ориентированных по нормалям к серединам сторон многоугольника, глухой торец каждого желоба удален от оси заготовки на расстояние, равное среднему радиусу цилиндрической части полуфабриката, со стороны открытого края дно желоба в плане выполнено выступающим над стороной многоугольника в виде сегмента, при этом значения величин радиуса цилиндрической поверхности желоба R, глубины желоба C, радиуса сегмента R_с и высоты сегмента X ограничены следующими интервалами

R = 0,7 - 1,7 M,

где M - наибольшая диагональ многоугольника;

C = 0,1 - 0,25S,

где S - толщина заготовки;

R_с = 0,4 - 0,8 R_ср,

где R_ср - средний радиус цилиндрической части полуфабриката;

X = (0,085 ^oC 0,17) (d - 2R_ср),

где d - диаметр окружности, вписанной в многоугольник.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к обработке металлов давлением, а именно к использованию заготовки для вытяжки цилиндрических изделий.

При изготовлении цилиндрических полых изделий с помощью операции вытяжки в большинстве случаев используется кружок, вырубленный из листового проката, диаметр которого определяется в зависимости от размеров готовой детали [1]

Недостатком использования такой заготовки является значительный отход металла при ее получении, связанный с нерациональным раскроем полосы или ленты при вырубке.

Известна квадратная заготовка со скруглениями в угловых участках [2] Использование такой заготовки уменьшает отход металла при вырубке, но изделие получается с неровными краями-коронками. Это требует увеличения припуска на обрезку по высоте.

Известна также квадратная заготовка без скруглений в угловых участках [3] которая принята за прототип. Ее преимуществом является получение полого цилиндрического изделия большей на 12-15% высоты, чем при использовании кружка или квадратной заготовки со скруглениями в угловых участках. Это связано с влиянием угловых участков квадратной заготовки, которые при вытяжке являются "жесткими" зонами, изменяющими кинематику течения материала во фланце заготовки при вытяжке таким образом, что из угловых участков часть металла перетекает к середине сторон. В результате этого повышается высота полуфабриката. К недостаткам такой заготовки относится образование по краям детали неровностей-коронок, что требует увеличения припуска на обрезку по высоте.

Задачей изобретения является экономия металла при вытяжке изделий из многогранных заготовок.

При решении поставленной задачи используется заготовка для вытяжки цилиндрического полуфабриката в форме многогранника, имеющего в основании правильный многоугольник, в котором согласно изобретению со стороны основания выполнены утонения в виде цилиндрических желобов, ориентированных по нормали к серединам сторон многоугольника, глухой торец каждого желоба удален от оси заготовки на расстояние, равное среднему радиусу цилиндрической части полуфабриката, со стороны открытого края дно желоба в плане выполнено выступающим над стороной многоугольника в виде сегмента, при этом значения величин радиуса цилиндрической поверхности желоба R, глубины желоба С, радиуса сегмента R_c и высоты сегмента Х ограничены следующими интервалами:

R 0,7-1,7M, где М наибольшая диагональ многоугольника;

С 0,1-0,25S, где S толщина заготовки;

R_c 0,4-0,8R_cp, где R_cp средний радиус цилиндрической части полуфабриката;

Х (0,085-0,17) х (d 2R_cp), где d диаметр окружности, вписанной в многоугольник.

Приведенные соотношения взяты из экспериментов по вытяжке многогранных заготовок. Например, от величины радиуса желоба R зависят форма и размеры желоба, выступающего участка и склонность заготовки к складкообразованию. Такое же влияние оказывает глубина желоба С. Из приведенного диапазона значений радиуса R и глубины желоба С выбираются значения в зависимости от двух факторов: относительной толщины заготовки и от коэффициента вытяжки. Под относительной толщиной понимается отношение толщины заготовки к диагонали М правильного многоугольника, являющегося основанием многогранной заготовки в процентах 100S/M. Под коэффициентом вытяжки понимается отношение среднего диаметра (или радиуса R_cp) цилиндрического участка полуфабриката после вытяжки к диаметру (радиусу) окружности, вписанной в многоугольник m 2R_cp/d.

Так, при относительных толщинах в 1% рекомендуется радиус цилиндрической поверхности желоба R 1,3 диагонали М; 2% R M; 3% и выше R 0,7 M. Глубину желоба С выбирают в зависимости от коэффициента вытяжки m. Если m 0,55 рекомендуется выполнять глубину желоба С 0,1 S, a при коэффициенте вытяжки m 0,85 C 0,25 толщины заготовки S. Желоба в заготовке изготавливаются, например, осадкой с использованием пуансона, торец которого имеет выпуклые выступы, зеркально отображающие размеры желобов. После осадки в направлении середины сторон образуются утонения в заготовке в виде желобов, при этом глухой торец желоба отстоит от центра заготовки на расстоянии, равном среднему радиусу цилиндрической части полуфабриката, а со стороны открытого края дно желоба выступает над стороной многоугольника в виде сегмента радиусом 0,4-0,8 от среднего радиуса цилиндрической части полуфабриката R_cp. Высота сегмента равна Х (0,085-0,17) х (d 2R_cp).

Положительный эффект достигается благодаря тому, что при вытяжке на участке образования желобов возникает концентрация сжимающих напряжений в окружном направлении, что способствует более интенсивному течению металла из угловых участков ("жестких зон") к середине сторон. В результате этого увеличивается высота полуфабриката на 10-20% больше, чем в прототипе при тех же размерах заготовки. Повышению высоты и уменьшению корончатости способствует также форма открытого края желоба. Это приводит к экономии металла как при обрезке по высоте полуфабриката, так и при получении заготовки благодаря рациональному раскрою полосы или ленты при вырубке или отрезке.

На фиг.1 приведена квадратная заготовка; на фиг.2 шестигранная заготовка.

Квадратная заготовка (фиг.1) имеет четыре утоненных участка 1, выполненных по форме желобов, ориентированных по нормали к середине сторон квадрата. Глухой торец желоба 2 отстоит от центра заготовки на расстоянии, равном среднему радиусу цилиндрической части полуфабриката R_cp, а со стороны открытого края заготовки дно желоба выступает над стороной многоугольника 4 в виде сегмента 3 радиусом (0,4-0,8)R_cp. Глубина желоба 1 равна С 0,1-0,25 толщины заготовки, а высота сегмента 3 колеблется в пределах Х (0,085-0,17) х (d 2R_cp). Аналогичные формы желобов изготавливаются на шестигранной заготовке (фиг.2), только число их увеличивается до шести.

П р и м е р. Необходимо получить полуфабрикат диаметром 58 мм, высотой 30 мм, толщиной дна 3 мм и с радиусом перехода дна в стенку 3 мм. Используя методику расчета размеров заготовки (1), получим диаметр кружка 100 мм и толщиной 3 мм. Для получения полуфабриката с заданными размерами требуется одна операция вытяжки. Найдем средний диаметр полуфабриката после вытяжки d_cp d_л S 58 3 55 мм. Рассчитаем коэффициент вытяжки m d_cp/d 55/100 0,55. Площадь круглой заготовки равна 0,25 x 3,14 x 10000 7854 мм².

По равенству площадей кружка и квадратной заготовки определим размеры последней.

a 0,5D= 0,5100 89 мм.

В результате использования квадратной заготовки изменится коэффициент вытяжки, который станет равным: m d_cp/D₃ 55:890,62. Относительная толщина квадратной заготовки равна: 100S/M 3 x 100 126 2,4%

В соответствии с этими факторами определяем размеры желоба 1 (фиг.1). Принимаем радиус цилиндрической поверхности желоба R 0,9 M 0,9 x 126 113 мм, глубину желоба С 0,15 S 0,15 x 3 0,45 мм. Глухой торец желоба должен располагаться от центра заготовки на расстоянии, равном среднему радиусу цилиндрической части полуфабриката, т.е. на расстоянии R_cp 0,5 x 55 27,5 мм. Для получения желобов данных размеров изготавливается кольцевой пуансон, внутренний диаметр которого равен среднему диаметру цилиндрической части полуфабриката, т.е. 55 мм, а внешний должен быть не меньше диаметра вписанной в многоугольник окружности с добавлением размеров сегмента 3 по высоте, равной Х 0,115 х (d 2R_cp) 0,115 x 34 3,91 мм.

Таким образом наружный диаметр кольцевого пуансона должен быть не меньше 89 + 2 Х 89 + 7,82 96,92 мм. На рабочих торцах пуансона в двух диаметральных направлениях изготавливаются выпуклости радиусом R 113 мм и высотой С 0,45 мм. После осадки получается квадратная заготовка в соответствии с требуемыми расчетами. Из примера видно, что достигается значительная экономия металла по сравнению с использованием круглой заготовки, которая составляет более 30% а по сравнению с прототипом около 20%