СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СТУПЕНЧАТЫХ ОТВЕРСТИЙ В ДЕТАЛЯХ Российский патент 1994 года по МПК B21J5/06 

Изобретение относится к обработке металлов давлением, а точнее к способу получения ступенчатых отверстий в листовых деталях, в том числе и под потайные механические точечные соединения.

Известен способ получения ступенчатых отверстий, при котором заготовку фиксируют на подкладной плите прижимом и с помощью режущего инструмента производят удаление требуемого объема материала [1].

Однако известный способ не позволяет повышать прочностные характеристики деталей со ступенчатыми отверстиями, поскольку не сопровождается упрочнением обрабатываемого материала по периметру ступенчатого отверстия.

Известен способ получения ступенчатых отверстий, при котором выполняют предварительное отверстие, производят его заполнение, осуществляют образование ступени путем выдавливания материала по периметру предварительного отверстия и одновременным формированием кольцевого выступа с последующей пробивкой чистового отверстия [2].

Известный способ не обеспечивает достаточного упрочнения обрабатываемого материала ввиду отсутствия замкнутости объема деформирования и, естественно, его локализации.

В основу изобретения положена задача создания способа получения ступенчатых отверстий в деталях, который обеспечивает требуемую прорабатываемость структуры обрабатываемого материала посредством формирования локального упрочненного слоя, состоящего из двух частей с различной интенсивностью упрочнения.

Эта задача решается способом получения ступенчатых отверстий в деталях, при котором выполняют предварительное отверстие, производят его заполнение, осуществляют образование ступени путем выдавливания материала по периметру предварительного отверстия и одновременным формированием кольцевого выступа с последующей пробивкой чистового отверстия, согласно изобретению производят частичное заполнение отверстия вкладышем со стороны, противоположной прикладываемому усилию, кольцевой выступ формируют выдавливанием со стороны ступени диаметром, равным диаметру ступени, с одновременным образованием над торцом вкладыша упрочненного слоя и глухой полости. Затем, прикладывая осевое усилие сжатия к торцу кольцевого выступа, производят заполнение полости с формированием опорной поверхности ступени и далее, удалив вкладыш, прикладывают осевое усилие к опорной поверхности ступени.

Осуществление предлагаемого способа получения ступенчатых отверстий в деталях позволяет повысить прочностные характеристики деталей с профилированными полостями за счет интенсификации знакопеременной деформацией процесса прорабатываемости структуры обрабатываемого материала.

Технический результат обеспечиваемый заявленным способом определяется тем, что процессе формирования кольцевого выступа над поверхностью детали реализуется схема, близкая к схеме обратного выдавливания. При этом течение материала локализуется на поверхностях сдвига, причем преобладающий здесь деформацией является деформация растяжения. В процессе же сжатия обрабатываемого материала, когда деформирующее усилие прикладывают к кольцевой поверхности выступа, преобладающей деформацией будет деформация сжатия. И эффект здесь в том, что будет иметь место возрастание накапливаемых искажений структурой обрабатываемого материала как по имеющимся поверхностям сдвига, а также и в близлежащих слоях. Таким образом, наличие двух частей упрочненного слоя и обеспечит возрастание прочности как формируемого упрочненного слоя, а также детали с профилированной полостью.

На фиг.1 показано исходное положение штамповой оснастки перед приложением осевого усилия на диаметре, меньшем диаметра ступени; на фиг.2 - стадия окончания приложения осевого усилия на диаметре, меньшем диаметра ступени, с образованием кольцевого выступа над поверхностью детали; на фиг.3 - исходное положение штамповой оснастки перед приложением осевого усилия к торцовой поверхности кольцевого выступа; на фиг.4 - стадия окончания процесса формирования упрочненного слоя; на фиг. 5 - стадия окончания процесса образования ступени; на фиг.6 - исходное положение штамповой оснастки перед пробивкой чистового отверстия; на фиг. 7 - фрагмент детали со ступенчатым отверстием.

Листовую металлическую деталь 1, например из сплава В95 с предварительно полученным отверстием диаметром d размещают на плите 2. В отверстие детали устанавливают вкладыш 3 с длиной, меньшей толщины Н детали 1, так что над свободным торцом вкладыша 3 образуется полость диаметром d и длиной h. Деталь 1 фиксируют прижимом 4 с усилием Р_пр.

В прижиме 4 выполнено ступенчатое отверстие с геометрическими размерами: диаметром ступени - D₁, равным требуемому диаметру будущей ступени в детали 1, глубиной ступени h₁ и диаметром отверстия D_о. Причем ступень обращена к поверхности заготовки, а при установке прижима 4 обеспечивает соосность оси ступенчатого отверстия по отношению к оси вкладыша 3. В отверстие прижима 4 диаметром D_о устанавливают по посадке движения пуансон 5 (фиг.1).

Реализация изобретения осуществляется следующим образом.

При воздействии импульсным усилием P_τ на пуансон 5 на первом этапе формирования упрочненного слоя имеет место осевое пластическое сжатие материала детали по кольцевой поверхности, охватываемой диаметрами d и D_о.

Поскольку диаметр D_о пуансона 5 меньше диаметра D₁ ступени в прижиме 4, то обеспечивается возможность истечения выдавливаемого материала заготовки как в направлении полости с диаметром d, а также в направлении свободного объема, образуемого ступенью в прижиме 4.

На окончательной стадии первого этапа (фиг.2) формируются упрочненный слой толщиной h, располагаемый между вкладышем 3 и пуансоном 5, а также кольцевой выступ с геометрическими размерами: внешним диаметром D₁; внутренним диаметром D_о и высотой l, рассматриваемой от плоскости заготовки.

Причем пластическое течение материала заготовки 1 при формировании 1-й части упрочненного слоя локализовано на поверхности второго порядка с образующей аб.

Затем прижим 4 заменяют на прижим 6 с отверстием, имеющим диаметр D₁, а пуансон 5 заменяют пуансоном 7, имеющим диаметр, выполненный по посадке движения по отношению к диаметру отверстия в прижиме 6. Таким образом, пуансон 7 располагают на торцовой поверхности кольцевого выступа (фиг.3). После удаления пуансона 5 из заготовки 1 в последней имеет место глухая полость над упрочненным слоем толщиной h.

Далее формируют вторую часть упрочненного слоя, для чего прикладывают импульсное усилие к торцу пуансона 7.

В результате наблюдается пластическое сжатие обрабатываемого материала на кольцевой поверхности выступа. В силу наличия одной степени свободы для течения материала заготовки, а именно в сторону оси глухой полости, она на определенной стадии процесса осуществляется по той же поверхности второго порядка с образующей аб. Заполнение объема глухой полости обусловливает формирование упрочненного слоя толщиной h** (фиг.4). Другими словами на конечной стадии второго этапа формирования упрочненного слоя общая его толщина составляет h* + h**), но в силу знакопеременной деформации обрабатываемого материала интенсивность его упрочнения будет различной. Очевидно, в слое толщиной h** она выше, чем в слое толщиной h*.

Тем самым достигается интенсификация процесса упрочнения материала заготовки при сохранении той же толщины, что и в процессе, предусмотренном прототипом.

Далее заменяют плиту 2 на матрицу 8, обеспечивамя соосность ее отверстия оси пуансона 7. Из заготовки удаляют стержень 3 и, прикладывая импульсное усилие P_τ к торцу пуансона 7, производят образование ступени требуемой глубины h₂ (фиг.5) в процессе выдавливания обрабатываемого материала в отверстие матрицы 8.

После чего приступают к пробивке чистового отверстия. С этой целью заменяют прижим 6 на прижим 9 и пуансон 7 на пуансон 10. Ось последнего соосна оси отверстия в матрице 8. Воздействием усилия P_τ на пуансон 10 обеспечивают получение высококачественного отверстия пробивкой (фиг.6), что завершит технологию получения ступенчатого отверстия (фиг.7).

П р и м е р. Способ прошел опытно-промышленную проверку при получении ступенчатых отверстий под механические точечные соединения в листовых заготовках из сплава В95АТ, толщиной 6,0 мм. Ступенчатые отверстия имели следующие геометрические размеры: диаметр отверстий 4,0 мм; диаметр ступеней 8,0 мм; глубина ступеней 2,4 мм.

Штамповку ступенчатых отверстий осуществляли при формировании упрочненного слоя в два этапа: на первом этапе формировали упрочненный слой диаметром 6,0 мм и толщиной 1,0 мм. При этом образовывали кольцевой выступ с геометрическими размерами: внешним диаметром 8,0 мм; внутренним диаметром 6 мм; высотой (длиной) 0,6 мм. На втором этапе производили окончательное формирование упрочненного слоя с максимальным диаметром, равным 8,0 мм. Штамповку ступенчатых отверстий производили в стальной оснастке (сталь У8А), изготовленной по 7-му квалитету точности и имевшей твердость HRCэ 56-58 ед.

В качестве исполнительного органа применялась инструментальная головка с размещаемым в ней ударником массой 450 г.

Энергоприводом являлась магнитно-импульсная установка МИУ-10.

Фиксацию заготовки в штамповой оснастке осуществляли на гидравлическом прессе, развивающим максимальное усилие в 40 кН.

Первый, второй этапы формирования упрочненного слоя, штамповку ступени и пробивку чистового отверстия выполняли при энергиях разряда магнитно-импульсной установки (МИУ) соответственно в 1,6, 2,2, 2,5 и 2,0 кДж.

Металлографический анализ очага деформации (область упрочненного слоя) подтвердил возрастание интенсивности упрочнения обрабатываемого материала в среднем на 23% по отношению к интенсивности упрочнения этого же материала при получении таких же по геометрии ступенчатых отверстий, но по технологии, предусмотренной прототипом.

Изобретение применимо при выполнении потайных механических точечных соединений при изготовлении ответственных силовых наборов в конструкциях летательных аппаратов, судовых конструкций и т.д.

Сущность изобретения: способ получения ступенчатых отверстий в деталях осуществляют следующим образом. Производят частичное заполнение отверстия вкладышем со стороны, противоположной прикладываемому усилию. Кольцевой выступ формируют выдавливанием со стороны ступени диаметром, равным диаметру ступени, с одновременным образованием над торцом вкладыша упрочненного слоя и глухой полости. Затем, прикладывая осевое усилие сжатия к торцу кольцевого выступа, производят заполнение полости с формированием опорной поверхности ступени и далее, удалив вкладыш, прикладывают осевое усилие к опорной поверхности ступени. 7 ил.

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СТУПЕНЧАТЫХ ОТВЕРСТИЙ В ДЕТАЛЯХ, при котором выполняют предварительное отверстие, производят его заполнение, осуществляют образование ступени путем выдавливания материала по периметру предварительного отверстия с одновременным формированием кольцевого выступа с последующей пробивкой чистого отверстия, отличающийся тем, что производят частичное заполнение отверстия вкладышем со стороны, противоположной прикладываемому усилию, кольцевой выступ формируют выдавливанием со стороны ступени диаметром, равным диаметру ступени, с одновременным образованием над торцом вкладыша упрочненного слоя и глухой полости, затем, прикладывая осевое усилие сжатия к торцу кольцевого выступа, производят заполнение полости с формированием опорной поверхности ступени и далее, удалив вкладыш, прикладывают осевое усилие к опорной поверхности ступени.