СПОСОБ ЗАЧИСТКИ ОТВЕРСТИЙ В ТВЕРДОМ МАТЕРИАЛЕ Российский патент 1996 года по МПК B21D28/16 

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано для получения отверстий и наружных контуров в заготовках из твердых листовых материалов с высокой чистотой поверхности.

Известен способ получения отверстий с чистой поверхностью в листовом материале, при котором пробивают предварительное отверстие, затем вытесняют из зоны, охватывающей блестящий поясок, полученный при пробивке, в кольцевой участок, прилегающий к поверхности скола, такой объем металла, который необходим для заполнения кольцевого участка в зоне скола, и после этого калибруют отверстие [1]
Недостатком такого способа является высокий брак деталей, изготавливаемых из твердого материала. При обработке заготовок из твердого материала рабочий инструмент выполняет большую работу. В результате этого в зоне обработки выделяется большое количество тепла, что приводит к значительному нагреву обрабатываемой поверхности и рабочих поверхностей инструмента. Так как при зачистке поверхности между рабочей поверхностью инструмента и обрабатываемой поверхностью смазка отсутствует, то при высокой температуре происходит наваривание обрабатываемого материала на рабочие поверхности инструмента. Наваривание материала на рабочие поверхности инструмента приводит к появлению задиров и рисок на обрабатываемой поверхности деталей, из-за чего эти детали идут в брак.

Наиболее близким к изобретению является способ зачистки отверстий под отбортовку, включающий пробивку предварительного отверстия, осаживание прикромочной зоны предварительного отверстия с выведением ее в облой внутрь отверстия и зачистку отверстия удалением оставшегося на части толщины материала припуска по прикромочной зоне, на котором держится облой [2]
Недостатком такого способа зачистки является использование выдавливания материала при осаживании прикромочной зоны, что при обработке твердых материалов требует выполнения большой работы. В результате этого в зоне обработки материала выделяется большое количество тепла, что приводит к большому нагреву обрабатываемой поверхности и рабочих поверхностей инструмента. При сильном нагреве рабочих поверхностей инструмента и обрабатываемой поверхности материала возникают условия для наваривания материала на рабочие поверхности инструмента, которые в момент взаимодействия лишены смазки. Наваривание материала на рабочие поверхности инструмента приводит к появлению задиров и рисок на обрабатываемой поверхности отверстия, которые ухудшают чистоту поверхности зачищаемого отверстия вплоть до брака детали.

Другим недостатком этого способа зачистки является формирование конусного участка при осаживании материала на части толщины материала. При этом часть материала выдавливается, особенно при обработке твердого материала, вверх и формирует бугорок вокруг зачищенного отверстия, а само отверстие имеет с одной стороны размер больший, чем необходимо только для свободного прохода инструмента при зачистке оставшейся части отверстия. Таким образом, формирование конусного участка в зачищенном отверстии не позволяет изготавливать прецизионные отверстия.

Заявленный способ зачистки отверстий обеспечивает изготовление прецизионных отверстий в твердом материале.

Поставленная цель достигается тем, что в способе зачистки отверстий, включающем пробивку предварительного отверстия, начальное снятие прикромочной зоны предварительного отверстия на части толщины материала заготовки и окончательную зачистку предварительного отверстия удалением припуска по прикромочной зоне на оставшейся части толщины материала, начальное снятие прикромочной зоны предварительного отверстия на части толщины материала заготовки производят начальной зачисткой предварительного отверстия, а окончательная зачистка производится со срезанием меньшего припуска по сравнению с начальной зачисткой в пределах допуска на изготавливаемое отверстие.

Сущность изобретения заключается в последовательной ступенчатой зачистке отверстия.

Наличие указанной совокупности признаков изобретения обеспечивает повышение качества изготовления глубоких отверстий в твердом материале за счет разделения зачистки всей глубины отверстия в твердом материале на последовательно зачищаемые участки этого отверстия, которые имеют такую величину, для зачистки которой необходимо совершить такую работу, при которой выделяемое тепло не приводит к нагреву рабочих поверхностей инструмента до такой температуры, при которой возникают условия для наваривания материала на рабочие поверхности инструмента. При этом ступенчатая зачистка исключает нагрев рабочих поверхностей инструмента и снятие с них смазки до начала зачистки очередного участка отверстия, т.е. зачистка всех участков отверстия производится при одинаковых начальных условиях.

На фиг.1-3 показан технологический процесс зачистки отверстия с использованием заявленного способа зачистки отверстий: на фиг.1 пробивка предварительного отверстия; на фиг.2 начальная зачистка на части толщины материала заготовки; на фиг.3 окончательная зачистка на оставшейся части толщины материала заготовки.

На фиг.4-7 показан вариант технологического процесса зачистки отверстия с использованием заявленного способа зачистки: на фиг.4 пробивка предварительного отверстия; на фиг. 5 первая начальная зачистка; на фиг.6 вторая начальная зачистка; на фиг.7 окончательная зачистка.

На фиг.8-10 показан штамп для зачистки отверстия с использованием другого варианта заявленного способа зачистки: на фиг.8 операция пробивки предварительного отверстия; на фиг.9 операция двухсторонней начальной зачистки; на фиг.10 операция окончательной зачистки.

Зачистка отверстий в твердом материале с использованием заявленного способа зачистки отверстий производится следующим образом. Вначале в исходной ленте пробивают предварительное отверстие диаметром dпред, далее производят начальную зачистку предварительного отверстия на глубину h₁. После начальной зачистки получают отверстие диаметром
d_{нач.зач.}≥d_ок.зач.+ Δ (1) глубиной h₁, причем d_{наз.зач.} и d_ок.зач. лежат в пределах допуска. Глубину h₁, на которую производят начальную зачистку задают исходя из твердости обрабатываемого материала так, чтобы тепла, выделяемого при совершении этой операции, было недостаточно для возникновения условий для наваривания материала на рабочие поверхности инструмента.

Материал, срезаемый при начальной зачистке, снимается, например, в облойный поясок внутри предварительного отверстия. При этом минимальную высоту (толщину) облойного пояска h_ок выбирают, например, исходя из надежного удерживания облойного пояска внутри предварительного отверстия, при этом максимальная величина h_ок должна быть меньше или равна h₁. Высота облойного пояска h_ок может быть задана, например, исходя из требований обеспечения наиболее оптимальных условий срезания этого облойного пояска при окончательной зачистке.

Затем смазывают внутреннюю поверхность отверстия и производят окончательную зачистку. Так как при окончательной зачистке срезают меньший припуск, то соответственно получают отверстие диаметром
d_ок.зач.≅d_{нач.зач.}- Δ (2) При этом, задавая соответствующее Δ обеспечивают свободный проход рабочего инструмента, выполняющего окончательную зачистку через участок h₁. Таким образом, при выполнении окончательной зачистки рабочий инструмент находится в таких же или более легких условиях, как и рабочий инструмент на операции предварительной зачистки, если h_ок≅h₁. Поэтому на операции окончательной зачистки также не возникает условий для наваривания материала на рабочие поверхности инструмента.

Таким образом получают защищенное отверстие с высоким качеством поверхности, состоящее из двух цилиндрических поверхностей с диаметрами d_{нач.зач.} и d_ок.зач., отличающимися на величину Δ Соответственно ступенька между этими цилиндрическими поверхностями составляет . Так как величина Δ выбирается, только исходя из требований свободного прохода рабочего инструмента для окончательной зачистки через зачищенный ранее участок отверстия, то величина Δ в основном определяется модулем упругости обрабатываемого материала и позволяет изготавливать прецизионные отверстия, например, с допуском ±0,01 мм.

Для уменьшения или полного снятия ступеньки между цилиндрическими поверхностями зачищенного отверстия дополнительно можно произвести калибровку отверстия до диаметра d_{нач.зач.} (например) с помощью дорна.

В случае, если h_ок получается больше h₁ начальная зачистка может быть произведена за N операций, где N=2,3, Причем N задается таким, чтобы h_ок была меньше или равна h₁. При этом на каждой из начальных операций зачисток производится зачистка участка глубиной h₁, причем при каждой последующей начальной зачистке получают отверстие диаметром
d_п.зач.= d_n-1.зач.- Δ. При этом допуск на отверстие должен быть больше или равен N·Δ. Таким образом, зачистку, например, с двумя начальными зачистками производят следующим образом. Вначале пробивают предварительное отверстие диаметром d_пред. Далее производят первую начальную зачистку на глубину h₁' и получают участок диаметром d_1.зач., затем производят вторую начальную зачистку на глубину h ₂ и получают участок диаметром d_2.зач, равный d_1.зач. Δ. После этого производят окончательную зачистку оставшегося участка глубиной h_ок.зач. Причем h_ок.зач. меньше или равен h₁. При окончательной зачистке получают участок диаметром d_ок.зач.=d_2.зач- Δ
Перед выполнением каждой операции зачистки производят смазывание как отверстия, так и рабочих поверхностей инструмента, например вручную. Таким образом, рабочий инструмент на каждой последующей операции зачистки свободно проходит через участки отверстия, зачищенные перед ним. Поэтому при выполнении всех операций зачистки рабочие инструменты находятся в таких условиях, при которых не возникает условий для наваривания материала на рабочие поверхности инструмента. Соответственно получается зачищенное отверстие с высоким качеством поверхности, состоящее из (N+1) цилиндрических поверхностей диаметрами d_1.зач, d_2.зач, d_ок.зач., лежащими в пределах допуска и отличающимися на величину Δ Общая ступенька между цилиндрическими поверхностями составляет .

Для уменьшения общей ступеньки между цилиндрическими поверхностями и сокращения количества операций на начальной зачистке начальная зачистка отверстия может производится одновременно с обеих сторон ленты, например, с помощью штампа. В этом случае, например, зачистка отверстия производится за три операции. Штамп содержит матрицы 1,2,3, прижимы-съемники 4,5,6, и пуансоны 7,8,9 соответственно, а также нижний пуансон 10.

Штамп работает следующим образом. На первой операции, исходную ленту 11 с помощью прижима-съемника 4 прижимают к матрице 1 и пуансоном 7 пробивают предварительное отверстие 12 диаметром d_пред. Отход 13 проваливается в отверстие 14 матрицы 1. На второй операции ленту 11 с пробитым предварительным отверстием с помощью прижима-съемника 5 прижимают к матрице 2 и пуансонами 8 и 10 диаметром d_{нач.зач.} производят начальную зачистку предварительного отверстия 12 на глубину h_1верх. и h_1.нижн. соответственно с обеих сторон отверстия 12. Величину h_1.верх и h_1.нижн. определяют исходя из твердости обрабатываемого материала и других конкретных параметров изготавливаемого отверстия, например опытным путем, так, чтобы в процессе выполнения операции начальной зачистки не возникало условий для наваривания материала на рабочие поверхности пуансонов 8 и 10.

Центрирование пуансонов 8 и 10 производится с помощью направляющих колонок штампа и ловителей (на чертеже не показаны). Облойный поясок 15 получается внутри посредине отверстия. На третьей операции ленту 11 с отверстием, зачищенным на глубину h_1.верх.+h_1.нижн. с помощью прижима-съемника 6 прижимают к матрице 3 и с помощью пуансона 9 диаметром d_ок.зач. производят окончательную зачистку отверстия. Причем
d_ок.зач. ≅d_{нач.зач.}- Δ (3) Δ задается таким образом, чтобы пуансон 9 свободно проходил через участки h_1.верх. и h_1.нижн. Смазка отверстия и пуансонов может производится, например, вручную.

Однако, учитывая ход пуансона 9 через обрабатываемый участок h_ок на величину h_1.нижн. для выталкивания срезаемого кольца 16 материала, величина h_ок должна быть несколько меньше величины h₁, чтобы возникали условия для наваривания материала на рабочие поверхности пуансона 9 при выполнении окончательной зачистки. Отход проваливается через отверстие 17 в матрице 3.

Таким образом, получается зачищенное отверстие с высоким качеством поверхности, состоящее из трех цилиндрических поверхностей, две из которых имеют диаметр d_{нач.зач.} и одна имеет диаметр d_ок.зач, лежащие в пределах допуска и отличающиеся на величину Δ Общая ступенька между цилиндрическими поверхностями составляет , т.е. меньше, чем при двухоперационной последовательной начальной зачистке с одной стороны отверстия.

Заявленный способ зачистки может быть использован для зачистки наружных контуров заготовок из твердого материала. При этом технологический процесс обработки заготовок такой же как описано выше за исключением того, что вместо предварительного отверстия вырубается предварительный наружный контур детали, а затем производятся начальная и окончательная зачистки.

Технический результат от использования изобретения получается за счет изготовления прецизионных практически цилиндрических отверстий с высоким качеством поверхности при массовом производстве деталей из твердых материалов. Например, для изготовления соединительных звеньев шарнирных соединений, имеющих толщину около 2 мм и изготавливаемых из легированных сталей использование данного способа позволяет получать в массовом производстве цилиндрическое отверстие со ступенькой порядка 0,01 мм, а при использовании дополнительной калибровки дорном практически цилиндрическое отверстие.

Для повышения точности изготовления отверстий и качества поверхности отверстий в соединительных звеньях шарнирных соединений используется механическая доработка отверстий, что приводит удорожанию стоимости изделий в несколько раз и используется только для изготовления качественных шарнирных соединений. Таким образом изобретение позволяет отказаться от механической доработки отверстий в соединительных звеньях шарнирных соединений и изготавливать только высококачественные детали, в несколько раз дешевле.

Изобретение относится к обработке металлов давлением. Сущность изобретение заключается в последовательной ступенчатой зачистке отверстия. Способ зачистки отверстий в твердом материале включает пробивку предварительного отверстия, начальную зачистку предварительного отверстия на части толщины материала заготовки и окончательную зачистку предварительного отверстия на оставшейся части толщины материала. Окончательная зачистка производится со срезанием меньшего припуска по сравнению с начальной зачисткой. 3 з. п. ф-лы, 10 ил.

1. СПОСОБ ЗАЧИСТКИ ОТВЕРСТИЙ В ТВЕРДОМ МАТЕРИАЛЕ, включающий пробивку предварительного отверстия, начальное снятие прикромочной зоны предварительного отверстия на части толщины материала заготовки и окончательную зачистку предварительного отверстия удалением припуска по прикромочной зоне на оставшейся части толщины материала, отличающийся тем, что начальное снятие прикромочной зоны предварительного отверстия на части толщины материала заготовки производят начальной зачисткой предварительного отверстия, а окончательная зачистка производится со срезанием меньшего припуска по сравнению с начальной зачисткой. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что начальная зачистка предварительного отверстия на части толщины материала заготовки производится за несколько операций, причем на каждой операции производится зачистка следующего участка части толщины материала со срезанием меньшего припуска по сравнению с предыдущей зачисткой. 3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что начальную зачистку производят одновременно с обеих сторон предварительного отверстия. 4. Способ по пп. 1 - 3, отличающийся тем, что дополнительно производят калибровку зачищенного отверстия.