ВОЗВРАТНАЯ ПОЛИМЕРНАЯ ПРУЖИНА ПРЕССА ДЛЯ ШТАМПОВКИ ДЕТАЛЕЙ Российский патент 1996 года по МПК F16F1/36 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к возвратным полимерным пружинам прессов для штамповки деталей, выполненным, например, из полиуретана.

Известные конструкции отечественных и зарубежных полимерных возвратных пружин прессов для штамповки деталей выполнены из упругого полимерного материала, имеют цилиндрическую форму с центральным цилиндрическим каналом и плоскими торцами, эксплуатируются, например, на прессовых заводах КАМАЗа и ВАЗа.

Недостатком данной конструкции пружины является малый ресурс работы на осевое циклическое сжатие. Анализ характера разрушения полиуретановых пружин известной конструкции показывает, что одной из наиболее частых причин разрушения являются трещины, имеющие форму конической поверхности, основанием которой является плоский торец пружины. При этом образующая конической поверхности составляет с вертикальной осью пружины угол, близкий к 45^o. Анализ напряженно-деформированного состояния пружины показывает, что по указанной конической поверхности действуют максимальные касательные напряжения, которые имеют место во всем диапазоне рабочих деформаций пружины при осевом сжатии (до 30). Неизменность положения поверхности, по которой действуют максимальные напряжения независимо от величины деформации пружины, обусловленная постоянством площади контакта плоского торца пружины и плоской плиты пресса, приводит к неравномерности нагружения материала пружины и ее преждевременному разрушению по указанной конической поверхности.

Задача изобретения увеличение ресурса работы пружины за счет повышения ее циклической стойкости.

Задача решается следующим образом. Рабочему торцу пружины придается форма криволинейной поверхности. При этом в процессе осевой деформации пружины под действием плоской поверхности плиты пресса происходит увеличение площади контакта торца пружины и плоской плиты, что обуславливает образование нескольких поверхностей, по которым внутри пружины распределяются максимальные касательные напряжения. Причем эти поверхности в процессе деформации пружины изменяют свое положение, чем и обеспечивается более равномерное распределение напряжений по объему пружины и в конечном итоге, повышение ее циклической стойкости.

При этом криволинейной поверхности рабочего торца пружины, при котором достигается наилучший технический результат, является часть поверхности тора, геометрические параметры которого удовлетворяют условию
(фиг. 1)
где r радиус круга, вращением которого вокруг центральной оси образован тор;
R расстояние от центральной оси до оси круга радиусом;
d диаметр внутреннего цилиндрического канала пружины;
D диаметр наружной цилиндрической поверхности пружины.

Выбор величины значительно ослабляет силу упругости пружины, что является регламентируемым параметром, и нарушает плавность перехода торцовой поверхности к боковым, чем может быть вызвана нежелательная концентрация напряжений на поверхности пружины. Приторцовая поверхность пружины будет незначительно отличаться от плоской, что приведет к снижению положительного эффекта за счет формы торца. Оптимальность соотношения также подтверждена методами математического моделирования. При этом математическая модель деформирования пружины принята по экспериментальным данным испытаний большой номенклатуры пружин различных типоразмеров.

На чертеже показана конструкция полиуретановой пружины в исходном недеформированном состоянии (продольный разрез), установленная в гнездо пресса для штамповки деталей. Возвратная полимерная пружина содержит пружину 1, установленную в гнездо 2 и подвижную плиту 3 пресса пуансона.

Пружина работает следующим образом.

Под действием пуансона пресса подвижная плита 3 перемещается вниз.

При этом пружина 1, взаимодействуя с неподвижным гнездом 2, снижается на величину зазора между плитой 3 и гнездом 2. При подъеме пуансона сдеформированная пружина под действием сил упругости поднимает плиту 3 в прежнее положение, при этом отштампованная деталь выталкивается из матрицы.

Конструкция данной пружины позволяет обеспечить более высокую циклическую стойкость пружины на сжатие (порядка в 1,3 1,45 раза).

(57) Использование: в машиностроении при изготовлении возвратных полимерных пружин прессов для штамповки деталей. Сущность изобретения: возвратная пружина выполнена из упругого полимерного материала, имеет форму цилиндра с центральным цилиндрическим каналом, а торцевые рабочие поверхности пружины выполнены в виде части поверхности тора. Геометрические параметры тора удовлетворяют условию:

r - радиус круга, вращением которого вокруг центральной оси образован тор; R - расстояние от центральной оси до оси круга радиусом; d - диаметр внутреннего цилиндрического канала пружины; D - диаметр наружной цилиндрической поверхности пружины. 1 ил.

Возвратная полимерная пружина пресса для штамповки деталей, выполненная в форме цилиндра с центральным каналом, отличающаяся тем, что торцовые поверхности пружины выполнены в виде части тора с геометрическими параметрами, выбранными из условия


где r радиус круга, вращением которого вокруг центральной оси образован тор;
R расстояние от центральной оси до оси круга радиусом;
d диаметр внутреннего цилиндрического канала пружины;
D диаметр наружной цилиндрической поверхности пружины.