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): | Спирин В.И., Бабурин М.А., Сизов Е.С. |
Патентообладатель(и): | Товарищество с ограниченной ответственностью "Регул" |
Приоритеты: |
подача заявки:
1998-11-11 публикация патента:
10.05.2001 |
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](/images/patents/305/2166398/2166398-13t.gif)
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 № 2166398](/images/patents/305/2166117/963.gif)
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 № 2166398](/images/patents/305/2166117/963.gif)
![способ обратного выдавливания цилиндрических и призматических изделий и устройство для его осуществления, патент № 2166398](/images/patents/305/2166117/963.gif)
![способ обратного выдавливания цилиндрических и призматических изделий и устройство для его осуществления, патент № 2166398](/images/patents/305/2166117/963.gif)
- 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
P
![способ обратного выдавливания цилиндрических и призматических изделий и устройство для его осуществления, патент № 2166398](/images/patents/305/2166388/931.gif)
![способ обратного выдавливания цилиндрических и призматических изделий и устройство для его осуществления, патент № 2166398](/images/patents/305/2166069/964.gif)
![способ обратного выдавливания цилиндрических и призматических изделий и устройство для его осуществления, патент № 2166398](/images/patents/305/2166069/964.gif)
где P - давление на установившейся стадии обратного выдавливания, определяемое согласно формуле на с. 239 [2];
P
![способ обратного выдавливания цилиндрических и призматических изделий и устройство для его осуществления, патент № 2166398](/images/patents/305/2166069/964.gif)
P
![способ обратного выдавливания цилиндрических и призматических изделий и устройство для его осуществления, патент № 2166398](/images/patents/305/2166069/964.gif)
![способ обратного выдавливания цилиндрических и призматических изделий и устройство для его осуществления, патент № 2166398](/images/patents/305/2166398/2166398-2t.gif)
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 № 2166398](/images/patents/305/2166094/960.gif)
![способ обратного выдавливания цилиндрических и призматических изделий и устройство для его осуществления, патент № 2166398](/images/patents/305/2166003/183.gif)
Fк.м =
![способ обратного выдавливания цилиндрических и призматических изделий и устройство для его осуществления, патент № 2166398](/images/patents/305/2166094/960.gif)
![способ обратного выдавливания цилиндрических и призматических изделий и устройство для его осуществления, патент № 2166398](/images/patents/305/2166003/183.gif)
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 № 2166398](/images/patents/305/2166094/960.gif)
![способ обратного выдавливания цилиндрических и призматических изделий и устройство для его осуществления, патент № 2166398](/images/patents/305/2166094/960.gif)
![способ обратного выдавливания цилиндрических и призматических изделий и устройство для его осуществления, патент № 2166398](/images/patents/305/2166074/916.gif)
![способ обратного выдавливания цилиндрических и призматических изделий и устройство для его осуществления, патент № 2166398](/images/patents/305/2166398/2166398-3t.gif)
что при
![способ обратного выдавливания цилиндрических и призматических изделий и устройство для его осуществления, патент № 2166398](/images/patents/305/2166398/2166398-4t.gif)
![способ обратного выдавливания цилиндрических и призматических изделий и устройство для его осуществления, патент № 2166398](/images/patents/305/2166074/916.gif)
![способ обратного выдавливания цилиндрических и призматических изделий и устройство для его осуществления, патент № 2166398](/images/patents/305/2166074/916.gif)
P
![способ обратного выдавливания цилиндрических и призматических изделий и устройство для его осуществления, патент № 2166398](/images/patents/305/2166388/931.gif)
![способ обратного выдавливания цилиндрических и призматических изделий и устройство для его осуществления, патент № 2166398](/images/patents/305/2166003/183.gif)
Значит, суммарные давления обратного выдавливания по прототипу P
![способ обратного выдавливания цилиндрических и призматических изделий и устройство для его осуществления, патент № 2166398](/images/patents/305/2166388/931.gif)
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 1,5
![способ обратного выдавливания цилиндрических и призматических изделий и устройство для его осуществления, патент № 2166398](/images/patents/305/2166117/963.gif)
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](/images/patents/305/2166398/2166398-5t.gif)
откуда
![способ обратного выдавливания цилиндрических и призматических изделий и устройство для его осуществления, патент № 2166398](/images/patents/305/2166398/2166398-6t.gif)
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](/images/patents/305/2166398/2166398-7t.gif)
![способ обратного выдавливания цилиндрических и призматических изделий и устройство для его осуществления, патент № 2166398](/images/patents/305/2166398/2166398-8t.gif)
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, S
![способ обратного выдавливания цилиндрических и призматических изделий и устройство для его осуществления, патент № 2166398](/images/patents/305/2166074/916.gif)
![способ обратного выдавливания цилиндрических и призматических изделий и устройство для его осуществления, патент № 2166398](/images/patents/305/2166398/2166398-9t.gif)
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](/images/patents/305/2166398/2166398-10t.gif)
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](/images/patents/305/2166398/2166398-11t.gif)
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](/images/patents/305/2166398/2166398-12t.gif)
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
Класс B21D24/00 Специальные устройства для глубокой вытяжки, конструктивно сопряженные с прессами или приспособленными к ним