способ изготовления полупустотелых стержневых ступенчатых деталей

Формула изобретения

Способ изготовления полупустотелых стержневых ступенчатых деталей, включающий отрезку заготовки мерной длины и последовательно осуществляемые калибровку заготовки с выдавливанием наметки, прямое выдавливание заготовки с получением на одном конце ее стержня глухой полости, редуцирование в матрице, выполненной с конической деформирующей и выходной калибрующей частями, с получением ступенчатого полуфабриката с глухой полостью, расположенной на торце меньшей ступени, и обжимом стенки упомянутой глухой полости, а также окончательное формирование головки на другом торце полуфабриката, при этом глухую полость ступенчатого полуфабриката получают со следующим соотношением размеров:

S/D_дет>0,2,

где S - толщина стенки глухой полости детали;

D_дет - наружный диаметр стенки глухой полости детали,

отличающийся тем, что обжим стенки глухой полости полуфабриката осуществляют на калибрующей оправке, которую располагают со стороны торца меньшей ступени вне конической деформирующей части матрицы, при этом задают осевое течение металла стенки глухой полости и ее форму путем изменения контактного трения или конфигурации выходной калибрующей части матрицы.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при изготовлении полупустотелых стержневых деталей ступенчатой формы типа заклепок, корпусов шипа, валов, осей и пальцев на холодновысадочных автоматах.

Известен способ изготовления полупустотелых заклепок, предусматривающий высадку головки, образование наметки и набор металла в конической матрице под действием высадочного пуансона и протягивание набранного металла через цилиндрическую часть матрицы с окончательным формированием полости под действием выталкивателя /Холодная объемная штамповка: Справочник/ Под ред. Г.А. Навроцкого. - М., Машиностроение, 1973, с. 264 - 265, рис. 3/.

Недостатком данного способа является невысокая стойкость высадочного пуансона при обратном выдавливании глухой полости с относительной толщиной стенки S/D_дет > 0,2 и глубиной h_дет/d_дет > 2,5, где S, D_дет, h_дет, d_дет - соответственно толщина стенки, наружный диаметр, глубина и внутренний диаметр глухой полости детали при выдавливании. Кроме того, данный способ не позволяет обеспечить высокую стойкость пуансона при окончательном формировании полости обратным выдавливанием из-за отсутствия на нем рабочего пояска.

Для реализации данного способа требуется холодновысадочный автомат специальной конструкции.

Известен способ изготовления сердечника, имеющего ступенчатую форму с глухой полостью, включающий отрезку заготовки, осадку заготовки с выравниванием торцов, прямое выдавливание ступени малого диаметра, прямое выдавливание глухой полости на торце меньшей ступени и окончательное формирование головки и фасок сердечника /Холодная объемная штамповка ступенчатых крепежных и фасонных деталей. РД 37.002.0465-83.- Горький: 1986, с. 72, рис. 76/.

Недостатком известного способа является невысокая стойкость высадочного пуансона при прямом выдавливании глухой полости на третьей позиции, по причине предварительного упрочнения металла ступенчатого полуфабриката при прямом выдавливании ступени малого диаметра на второй позиции. Применение данного способа ограничено тем, что глубина выдавленной глухой полости не превышает 2,5 ее внутреннего диаметра.

Кроме того, данный способ не позволяет обеспечить высокую стойкость холодновысадочного инструмента при выдавливании глухих полостей при относительной толщине стенки глухой полости детали S/D_дет > 0,2. При выдавливании полости с соотношением S/D_дет > 0,2 степень деформации соответствует значениям меньше 0,36, что выходит за пределы оптимальной области истинных деформаций 0,36 - 0,51, назначаемых при выдавливании полостей /Ковка и штамповка: Справочник /Под ред. Г.А. Навроцкого. М.: Машиностроение, т. 3, - 1987, с. 140/.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому и достигаемому результату является способ изготовления полупустотелых заклепок, включающий отрезку заготовки мерной длины и последовательно осуществляемые калибровку заготовки с выдавливанием наметки, прямое выдавливание заготовки с получением на одном конце ее стержня глухой полости, редуцирование в матрице, выполненной с конической деформирующей и выходной калибрующей частями, с получением ступенчатого полуфабриката с глухой полостью, расположенной на торце меньшей ступени, и обжимом стенки упомянутой глухой полости, диаметр, глубина и толщина стенки которой равны соответствующим параметрам готовой детали, и окончательное формирование головки заклепки на другом торце полуфабриката, при этом глухую полость ступенчатого полуфабриката получают со следующим соотношением размеров: S/D_дет > 0,2, где S - толщина стенки глухой полости детали, D_дет - наружный диаметр стенки глухой полости детали /Лавриненко Ю. А. , Литвиненко С. А., Гильманов Ф.С. и др. Патент Российской Федерации, N 2107574, кл. В 21 К 1/60, Б.И. N 9, 1998/.

Недостатком данного способа является невысокая стойкость инструмента на операциях прямого выдавливания глухой полости, редуцирования в матрице и в особенности на операции окончательного формирования головки заклепки на другом торце полуфабриката, обусловленная неоптимальными истинными деформациями при предварительном прямом выдавливании глухой полости, которая достигает 0,69, и при последующем редуцировании в матрице, которая не превышает 0,31. Кроме того данный способ не обеспечивает равномерную толщину стенки по глубине глухой полости, расположенной на торце меньшей ступени, при ее формообразовании на операции редуцирования без калибрующей оправки за счет свободного обжима стенки полости в конической деформирующей части матрицы. В результате свободного обжима стенки при редуцировании глухая полость приобретает форму усеченного конуса за счет сжимающих меридиальных и тангенциальных напряжений и изгиба стенки при выходе из конической деформирующей части матрицы в ее недеформирующую выходную калибровочную часть. Производственные испытания показали, что при деформировании по данному способу максимальная толщина стенки глухой полости наблюдается в сечении, проходящем по дну полости перпендикулярно оси симметрии, и соответственно минимальная - на торце меньшей ступени. Неравномерность толщины стенки по глубине полости достигает 0,15 мм.

На операции окончательного формирования головки заклепки на другом торце ступенчатого полуфабриката глухая полость цилиндрической формы формируется со стороны торца его меньшей ступени за счет сдвиговых неравномерных деформаций в радиальном и осевом направлениях стенки предварительно выдавленной глухой полости конусообразной формы. Это приводит к разрывам и закатам упрочненного металла на готовой детали и снижению стойкости инструмента.

Задачей изобретения является повышение стойкости инструмента и качества полупустотелых стержневых ступенчатых деталей, у которых относительная толщина стенки глухой полости S/D_дет > 0,2 и относительная глубина полости h_дет/d_дет > 2,5.

Данная задача решена так, что в предлагаемом способе изготовления полупустотелых стержневых ступенчатых деталей, включающем отрезку заготовки мерной длины и последовательно осуществляемые калибровку заготовки с выдавливанием наметки, прямое выдавливание заготовки с получением на одном конце ее стержня глухой полости, редуцирование в матрице, выполненной с конической деформирующей и выходной калибрующей частями, с получением ступенчатого полуфабриката с глухой полостью, расположенной на торце меньшей ступени, и обжимом стенки упомянутой глухой полости, а также окончательное формирование головки на другом торце полуфабриката, при этом глухую полость ступенчатого полуфабриката получают со следующим соотношением размеров:

S/D_дет > 0,2,

где S - толщина стенки глухой полости детали;

D_дет - наружный диаметр стенки глухой полости детали,

в отличие от прототипа, обжим стенки глухой полости полуфабриката осуществляют на калибрующей оправке, которую располагают со стороны торца его меньшей ступени вне конической деформирующей части матрицы, при этом задают осевое течение металла стенки глухой полости и ее форму путем изменения контактного трения или конфигурации выходной калибрующей части матрицы.

Сущность изобретения поясняется чертежом.

На чертеже показана технологическая схема процесса пластического деформирования заготовки при многооперационной обычной штамповке на холодновысадочных автоматах полупустотелых стержневых деталей с относительной толщиной стенки 0,24.

Истинную деформацию при прямом выдавливании назначают в пределах 0,36-0,51 и получают глухую полость с относительной толщиной стенки S/D_дет в пределах 0,185 - 0,225, обеспечивая минимальный уровень интенсивности осевых напряжений на торце деформирующего пуансона и как следствие его максимальную стойкость. При обжиме стенки глухой полости полуфабриката на калибрующей оправке, которую располагают со стороны торца его меньшей ступени вне конической деформирующей части матрицы, происходит равномерное осевое течение металла и уменьшение внутреннего диаметра полости по всей ее глубине при относительной толщине стенки S/D_дет = 0,24. Уменьшение контактного трения /за счет смазки/ улучшает условия течения металла в осевом направлении и позволяет увеличить глубину калиброванной полости, величина которой может превышать 2,5 ее диаметра. Истинную деформацию при редуцировании с обжимом стенки глухой полости полуфабриката на калибрующей оправке назначают в пределах 0,36 - 0,51, что обеспечивает максимальную стойкость пуансона на данной операции, устойчивость процесса и высокое качество полуфабриката по геометрическим размерам. Применение фасонных форм внутренней поверхности выходной калибрующей части матрицы обеспечивает получение на стержневых деталях меньшей ступени, отличной от круглой в плане, например, квадратной, шестигранной или восьмигранной. На операции окончательного формирования головки детали толщина стенки сохраняется постоянной, нагрузка на торец деформирующего пуансона снижается, так как происходит только калибровка заготовки осадкой ее большей ступени с одновременным формированием головки и фасок.

Предлагаемый способ повышает стойкость инструмента на всех технологических переходах деформирования заготовки улучшает условия течения металла и качество готовых деталей.

Способ осуществляют следующим образом.

От прутка или бунта стали 10 с пределом прочности 400 МПа отрезают заготовку мерной длины и последовательно осуществляют калибровку заготовки осадкой до наружного диаметра 6,65 мм с выравниванием торцев и выдавливанием наметки, прямое выдавливание глухой полости внутренним диаметром стенки 4,22 мм, наружным диаметром стенки 6,8 мм, глубиной 4,7 мм с истинной деформацией 0,482, редуцирование в матрице с обжимом стенки глухой полости на калибрующей оправке, расположенной со стороны торца меньшей ступени заготовки вне конической деформирующей части матрицы, с истинной деформацией 0,51, внутренним диаметром стенки глухой полости 2,5 мм, наружным диаметром стенки 4,82 мм, соответствующим параметрам готовой детали, затем калибруют заготовку с одновременным окончательным формированием головки и фасок на размеры готовой детали.

Итак, заявленное изобретение позволяет повысить стойкость инструмента и качество полупустотелых стержневых деталей ступенчатой формы при изготовлении на холодновысадочных автоматах.