способ получения полых заготовок и штамп для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ получения полых заготовок путем свободного выдавливания материала заготовки пуансоном через зазор между торцевыми поверхностями контейнера и прошивного пуансона, отличающийся тем, что выдавливание осуществляют попутным перемещением прошивного пуансона и контейнера в направлении к пуансону, а формообразование стенок заготовки переменной толщины производят одновременно с выдавливанием путем изменения расстояния между торцевыми поверхностями прошивного пуансона и контейнера, обеспечивающего заданную форму и размеры формуемой полой заготовки.

2. Штамп для получения полых заготовок, содержащий верхнюю и нижнюю плиты, контейнер, закрепленный с возможностью осевого перемещения, прошивной пуансон, закрепленный в верхней плите, и пуансон, закрепленный в нижней плите, а также упоры, отличающийся тем, что он снабжен подпружиненными в радиальном направлении ползушками с торцевыми и опорными поверхностями и копирами, установленными на нижней плите параллельно наружной поверхности контейнера, в контейнере выполнены по крайней мере три радиальных глухих паза с профильным дном, ползушки установлены в указанных пазах с возможностью взаимодействия торцевыми поверхностями с копирами, одной опорной поверхностью с профильным дном соответствующего паза, а другой с упором, при этом упоры шарнирно закреплены на верхней плите.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при производстве полых изделий с помощью операции выдавливания.

Для получения полых заготовок со стенкой переменной толщины используется способ, включающий высадку головки и обратное выдавливание [1]

Недостатком указанного способа является невозможность получения за одну операцию полой заготовки со стенкой переменной толщины, поэтому применяют операции механической обработки, что требует значительных затрат рабочего времени и энергии. Возрастает металлоемкость, себестоимость получения заготовок.

Известен способ выдавливания (без матрицы) полых деталей, по которому получают заготовку с глубокой полостью с использованием схемы прямого выдавливания, при этом заготовка, перемещаясь вместе с пуансоном в полости контейнера, контактирует с прошивным пуансоном и свободно деформируется с получением глубокого полого изделия с наружным диаметром большим, чем диаметр исходной заготовки [2] Эксперименты показали преимущества свободного без матрицы выдавливания, заключающегося в значительном снижении энергозатрат, повышении стойкости инструмента, возможности получения глубоких полых заготовок за одну операцию.

Недостатком данного способа, принятого за прототип, является возможность получения только полых изделий со стенкой постоянной толщины.

Для получения полых заготовок со стенкой переменной толщины используются в большинстве случаев штампы для обратного выдавливания, в которых матрица и помещенная в ней прутковая заготовка неподвижны в процессе формообразования, а деформирование осуществляется подвижным в осевом направлении пуансоном для выдавливания [3]

Штамп состоит из нижней и верхней плит, направляющих колонок и втулок, прокладок. В нижней части штампа закреплен нижний пуансон, бандажированная матрица, а в верхней части стакан, внутри которого помещен верхний пуансон, палец и направляющая втулка. В зависимости от геометрической формы изделия его полость получают с использованием пуансона соответствующего профиля, а для получения внешних утолщений стенки изделия применяют несколько операций или переходов выдавливания. Это является недостатком конструкции. Кроме того, при выдавливании материала заготовок из углеродистых сталей и труднодеформируемых сплавов из-за больших удельных давлений на инструмент стойкость пуансонов и матриц низка.

Известна конструкция штампа на основе способа выдавливания, принятая за прототип [2] Штамп имеет нижнюю и верхнюю плиты, направляющие колонки и втулки, на нижней плите закреплен прошивной пуансон и контейнер, причем между контейнером и торцом прошивного пуансона имеется зазор, обеспечиваемый установкой контейнера на опорном кольце. На верхней плите установлен пуансон, который входит в полость контейнера с возможностью осевого перемещения. После установки заготовки в контейнер она под собственным весом переместится вниз до соприкосновения с пуансоном прошивки. Процесс вдавливания будет осуществляться при перемещении пуансона и заготовки в осевом направлении внутри контейнера, при этом металл потечет в зазор между торцами контейнера и прошивного пуансона. В результате деформирования произойдет формообразование полого изделия.

Недостатком конструкции штампа является невозможность получения полого изделия с внешними утолщениями на стенке за один ход пресса. Для этого необходимо на каждой операции выдавливания изменять величину зазора между прошивным пуансоном и торцом контейнера, что увеличивает трудоемкость изготовления таких изделий.

Техническим результатом изобретения является получение глубокого полого изделия со стенкой переменной толщины, а также снижение трудоемкости получения полых заготовок.

Для этого в способе получения полых заготовок путем свободного выдавливания материала заготовки пуансоном через зазор между торцовыми поверхностями контейнера и прошивного пуансона, выдавливание осуществляют попутным перемещением прошивного пуансона и контейнера в направлении к пуансону, а формообразование стенок заготовки в продольном сечении производят одновременно с выдавливанием путем изменения расстояния между торцовыми поверхностями прошивного пуансона и контейнера, обеспечивающего заданную форму и размеры полости и стенки полой заготовки.

Для осуществления данного способа в известном штампе, содержащем верхнюю и нижнюю плиты, контейнер, закрепленный с возможностью осевого перемещения, прошивной пуансон, закрепленный в верхней плите, и пуансон, закрепленный в нижней плите, а также упоры, на нижней плите имеются подпружиненные в радиальном направлении ползушки с торцовыми и опорными поверхностями и копиры, установленные параллельно наружной поверхности контейнера, в контейнере выполнены по крайней мере три радиальных глухих паза с профильным дном, ползушки установлены в указанных пазах с возможностью взаимодействия торцовыми поверхностями с копирами, одной опорной поверхностью с профильным дном соответствующего паза, а другой с упором, при этом упоры шарнирно закреплены на верхней плите.

В предлагаемом способе получение полой заготовки со стенкой переменной толщины в процессе выдавливания производится благодаря попутному перемещению прошивного пуансона и контейнера в осевом направлении с разной скоростью. Скорость перемещения пуансона равномерная, а скорость движения контейнера изменяется в соответствии с заданным законом перемещения. В результате этого изменяется зазор между торцами прошивного пуансона и контейнера в процессе формообразования полой заготовки. С увеличением зазора увеличивается толщина стенки, с уменьшением уменьшается. Это позволяет получать полые заготовки со стенкой переменной толщины за счет ее внешнего утолщения, что при других способах выдавливания невозможно.

Для осуществления данного способа используется штамп, в котором подвижный контейнер подпружинен и в нем изготовлены в радиальном направлении глухие пазы с профильным дном. В пазах перемещаются подпружиненные ползушки, контактирующие с копирами, профиль поверхности которых выполнен в соответствии с требуемым законом движения контейнера. Если поверхность копира параллельна направлению движения прошивного пуансона, то ползушки не перемещаются в радиальном направлении, а контейнер и прошивной пуансон перемещаются с одинаковой скоростью, зазор между торцовыми поверхностями не меняется и в полом полуфабрикате формируется стенка постоянной толщины и заданными размерами полости.

Одновременное перемещение контейнера и прошивного пуансона в процессе выдавливания обеспечивается взаимодействием шарнирно закрепленных упоров в верхней плите с опорной поверхностью ползушек. Как только ползушки достигнут профильной поверхности копира, произойдет их радиальное перемещение и взаимодействие с профильным дном паза в контейнере. В результате взаимодействия изменится скорость перемещения контейнера и зазор между торцами прошивного пуансона и контейнера.

Таким образом конструкция штампа обеспечивает осуществление предлагаемого способа получения полых изделий со стенкой переменной толщины в процессе выдавливания, что снижает трудоемкость изготовления полых заготовок со стенками переменной толщины.

На фиг. 1 приведена конструкция штампа для выдавливания перед началом (фиг.1,а) и в процессе формообразования полой заготовки (фиг.1,б); на фиг. 2 положение деталей штампа в момент окончания формообразования; на фиг. 3 этапы формообразования полой заготовки по предлагаемому способу.

Штамп для осуществления данного способа выдавливания (фиг.1) имеет прошивной пуансон 1, контейнер 2, в котором выполнены глухие радиальные пазы 3 с установленными в них ползушками 4 и пружинами 5. Контейнер 2 через специальные винты 6 взаимодействует с пружинным буфером, состоящим из шпильки 7, закрепленной в нижней плите 8 штампа, диска 9, пружины 10, опорного диска 11, закрепленных гайкой 12. На нижней плите 8 также установлены опорная плита 13, пуансон 14, закрепленные пуансонодержателем 15 и копиры 16. На верхней плите 17 установлены опорная плита 18, прошивной пуансон 1, закрепляемые в пуансонодержателе 19 конусной втулкой 20 и гайкой 21. С помощью осей 22 к пуансонодержателю крепятся шарнирно упоры 23, на копирах 16 имеются рельефные выступы 24.

Заготовка укладывается в контейнер 2 на пуансон 14. Включается пресс и верхняя плита по направляющим колонкам (не показаны) опускается до соприкосновения прошивным пуансоном 1 прутковой заготовки. Одновременно опускаются шарнирно закрепленные упоры 23, которые одновременно касаются опорной поверхности ползушек 4.

Для предотвращения проскальзывания упоров 23 относительно поверхности ползушек 4 последние имеют цилиндрическую впадину в месте соприкосновения с упором 23. Последние воздействуют через ползушки 4 на контейнер 2, который начинает перемещаться в попутном направлении с пуансоном, при этом сжимается пружинный буфер, а торец ползушек 4 скользит по поверхности копира 16.

Начальный этап формообразования приведен на фиг. 1а. При дальнейшем опускании контейнера 2 торец ползушек 4 контактирует с рельефным выступом 24 копиров 16 и ползушка 4 начинает радиально перемещаться по пазу 3. Так как дно паза 3 имеет рельефную форму с углом наклона, например, 30^о, то ползушки 4 начинают перемещать контейнер 2 вниз с большей скоростью, чем перемещается пуансон 1. В результате этого зазор между торцами прошивного пуансона 1 и контейнера 2 увеличивается.

Этот этап деформирования показан на фиг.1б. В результате происходит утолщение стенки в полом полуфабрикате. После прохождения ползушками 4 выступа 24 на копире 16 восстанавливается первоначальный зазор между торцом прошивного пуансона и контейнера 2, а полая заготовка имеет стенку переменной толщины. После выдавливания пружинный буфер через специальные винты 6 поднимает контейнер 2 в исходное положение, а полая заготовка удаляется. Далее цикл повторяется.

Для обеспечения надежности работы штампа, следует внутреннюю полость контейнера 2 выполнять с конусностью 15-30". Это будет способствовать уменьшению усилия выталкивания полой заготовки, а при выдавливании контейнера 2 воспримет нагрузку реакции сил выдавливания, что позволит подобрать пружинный буфер с меньшим усилием пружин.

В соответствии с предлагаемым способом в момент подхода прошивного пуансона 1 к контейнеру 2 на величину требуемого зазора h (фиг.3,а) происходит одновременное попутное перемещение прошивного пуансона 1 и контейнера 2 с одинаковой скоростью V. Начнется формообразование полой заготовки с постоянной толщиной стенки (фиг.3,б). Затем изменяется скорость перемещения контейнера 2 до V₁, например, она увеличивается. В результате этого возрастает зазор до h₁ и происходит формообразование более толстого участка стенки полой заготовки (фиг.3,в). При уменьшении скорости перемещения контейнера 2 до величины V зазор уменьшается и происходит формообразование с уменьшением толщины стенки в полой заготовке (фиг.3,г). Таким образом, в процессе выдавливания получается полое изделие со стенкой переменной толщины.

П р и м е р. Рассмотрим получение полой заготовки со стенкой переменной толщины из алюминиевого сплава АОО. В качестве исходной заготовки используем пруток диаметром d₃ 20 мм. В процессе выдавливания необходимо получить полую заготовку со стенкой толщинами 2 и 4 мм, причем утолщение должно располагаться на расстоянии 10 мм от верхнего торца заготовки. Длина утолщенного участка равна 5 мм. На фиг.2 показана требуемая конфигурация полой заготовки после выдавливания, диаметр полости которой равен 23 мм, толщина стенки дна 3 мм. По размерам полой заготовки определяется объем и размеры исходной загоотовки-прутка, ее длина равна 34 мм. Такую заготовку удобно получать отрезкой в штампе.

Исходя из равенства объемов заготовки и полуфабриката определяется необходимый путь перемещения прошивного пуансона на начальном участке выдавливания и на утолщенном участке. Расчеты дают возможность построить профиль копира, в котором выступ должен начинаться на расстоянии 5 мм ниже верхнего торца прутковой заготовки. При угле подъема выступа в 45^о участок подъема составит 7,68 мм. Вершина выступа будет длиной 6 мм, далее проходит спуск длиной 7,68 мм. После этого прошивной пуансон проходит путь, равный 5 мм.

Для определения величины аззора между торцами прошивного пуансона 1 и контейнера 2 использовались уравнения регрессии [2] На начальном этапе выдавливания величина зазора h 2,4 мм, на участке образования утолщения в стенке h₁ 6,24 мм. Эти же уравнения позволили рассчитать диаметр прошивного пуансона, который оказался равным 20 мм.

Пример показывает возможность получения полой заготовки со стенками переменной толщины за один ход пресса.

Таким образом заявляемый способ и устройство позволяют получать полые заготовки со стенками переменной толщины с утолщенными и утоненными участками, расположенными на заданном расстоянии по высоте заготовки за один ход пресса без использования разъемных матриц, со значительно меньшим усилием выдавливания, что снижает трудоемкость получения таких заготовок, повышает стойкость инструмента. Это связано с тем, что при свободном выдавливании отсутствует контакт между стенками полой заготовки и инструментом.

В устройстве (фиг.1) копиры 16 и прошивные пуансоны могут быть сменными. Это дает возможность получать полые заготовки с различными диаметрами и разнообразными по толщине стенками при исходных заготовках одного и того же диаметра, т. е. технологические возможности устройства более широкие, чем в известных.