ОПРАВКА ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ ВНУТРЕННЕГО ШЛИЦЕВОГО ПРОФИЛЯ ДЕТАЛЕЙ ТИПА ВТУЛКИ Российский патент 1997 года по МПК B21D41/04 B21D17/00 

Изобретение относится к инструменту для изготовления деталей методом холодного пластического деформирования, а именно, к оправкам для формирования продольного профиля на внутренней поверхности детали типа втулки путем редуцирования трубной заготовки.

Известна оправка для формирования внутреннего шлицевого профиля деталей типа втулки методом холодного пластического деформирования, содержащая профильную цилиндрическую рабочую часть.

Заготовку устанавливают без зазора на профилирующую оправку (напрессовывают) и редуцируют через матрицу. На завершающем этапе оправку извлекают из готовой детали путем выпрессовки.

Задачей изобретения является обеспечение возможности снижения контактных давлений между оправкой и деталью при выпрессовке для повышения стойкости оправки.

Технический результат достигается за счет того, что в оправке для формирования внутреннего шлицевого профиля деталей типа втулки методом холодного пластического деформирования, содержащей профильную цилиндрическую рабочую часть, последняя выполнена в виде полого цилиндра с коническим отверстием, а оправка снабжена установленным в отверстии с возможностью осевого возвратно-поступательного перемещения коническим сердечником, конец меньшего диаметра которого выполнен в виде направляющей шейки и крепежного участка меньшего диаметра, направляющей втулкой, размещенной между полым цилиндром и направляющей шейкой и съемным упором, жестко закрепленный на крепежном участке, при этом сердечник соединен с полым цилиндром посредством упругой связи.

Упор может быть выполнен в виде колпачка, закрепленного на сердечнике промежуточной гайкой с внутренней и наружной резьбой.

Упругая связь сердечника с полым цилиндром может быть реализована в виде пружины сжатия, расположенной между гайкой и торцем направляющей втулки.

Конструкция оправки представлена на фиг.1.

Основной частью оправки является ее рабочая часть 1, выполненная в виде полого цилиндра с коническим отверстием и наружным шлицевым профилем, соответствующим деформируемому профилю детали. В отверстии полого цилиндра находится конический сердечник 2, образующий с ним разъемное соединение. С двух сторон сердечник 2 снабжен двумя крепежными резьбовыми участками 3 и 4. Со стороны меньшего диаметра сердечник имеет также гладкую направляющую шейку 5, примыкающую к крепежному участку 3. В торец полой рабочей части 1, расположенный со стороны меньшего диаметра сердечника, запрессована направляющая втулка 6, сопряженная с направляющей шейкой 5. Резьбовой участок 3 со стороны меньшего диаметра конического сердечника служит для присоединения съемного упора, состоящего из промежуточной гайки 7 с внутренней и наружной резьбой и буртом и колпачка 8. Между буртом промежуточной гайки 7 и торцем направляющей втулки 6 расположена пружина сжатия 9.

Оправку используют для редуцирования на гидропрессе с рабочим усилием свыше 1000 кН, а также при других процессах холодного пластического деформирования.

В процессе редуцирования пружина 9 прижимает конический сердечник 2 к полому цилиндру 1 таким образом, что эти детали образуют беззазорное соединение, обладающее радиальной жесткостью и прочностью сплошного вала, и оправка работает как цельная. После редуцирования усилие, создаваемое прессом, обеспечивает сжатие пружины 9 и выборку зазора между втулкой 6 и упором. При этом, в результате их относительного перемещения, между сердечником 2 и полым цилиндром 1 образуется радиальный зазор. Радиальная жесткость полого цилиндра 1, контактирующего с заготовкой (показана пунктиром), уменьшается в несколько раз, что сопровождается снижением контактного давления между деталью и оправкой и уменьшением усилия распрессовки.

Стойкость оправки зависит от уровня контактных давлений на ее поверхности, определяющих интенсивность адгезионного взаимодействия и износа. Усилие распрессовки Qр при прочих равных условиях характеризует величину средних контактных давлений q кг/мм², входящую в формулу:
Q_p= fqπd_эк•k•L (кг) (1),
где f коэффициент трения,
d_эк диаметр условной эквивалентной поверхности контакта, мм;
k отношение величины фактической площади контакта по шлицевой поверхности к условной поверхности контакта диаметром d_эк;
L длина поверхности контакта оправки с деталью вдоль оси, мм;
Согласно зависимости Ляме для упругого взаимодействия цилиндров для нашего случая контакта шлицевых поверхностей имеем:

где δ натяг детали на оправку, мм;
Е модуль упругости, кг/мм²;
C_o, C_q коэффициенты Ляме для оправки и детали.

Из (1) и (2) следует, что при изменении жесткости оправки, определяемой коэффициентом С_о, будут меняться контактные давления и усилие при распрессовке в К раз (q',Qp', C_q' значения величин для сборной оправки):

Для цельной стальной оправки:
C_o= 1-μ (4)
где μ коэффициент Пуассона (m=0,3 0,3 для стали).

Для полой оправки:

где: d средний диаметр конического отверстия полой рабочей части оправки, мм
Для детали:

где D наружный диаметр детали, мм.

Рассчитаем эффективность применения сборной оправки при получении методом редуцирования шлицевого профиля втулки кардана грузового автомобиля ГАЗ при следующих условиях:
диаметр окружности выступов шлицев Da 54 мм;
диаметр окружности впадин Df 62 мм;
эквивалентный диаметр d_эк 57,2 мм;
наружный диаметр детали D 73 мм;
материал детали углеродистая сталь, μ=0,3;
средний диаметр конического отверстия оправки d 46 мм.

По формуле (4):
C_o= 1-μ=1-0,3=0,7
По формуле (5):

По формуле (6):

По формуле (3) находим, во сколько раз уменьшается усилие распрессовки и контактные давления на поверхностиданной оправки при переходе от цельного к ее сборному варианту:

Зависимость стойкости от контактных давлений не является линейной, поэтому уменьшение давлений в К раз вызывает повышение стойкости в К.К³, т.е. в 1,71. 5 раз. Это приводит к значительной экономии быстрорежущей стали, идущей на изготовление оправки. Поскольку оправка выполнена сборной, то после полного износа замене подлежит только полая нагружная часть, что также сокращает расход быстрорежущей стали.

Использование: изобретение относится к инструменту для изготовления деталей методом холодного пластического деформирования, а именно к оправкам для формирования продольного профиля на внутренней поверхности детали типа втулка путем редуцирования трубной заготовки. Сущность изобретения: оправка содержит профильную цилиндрическую рабочую часть, выполненную в виде полого цилиндра, внутренняя поверхность которого имеет коническую форму, и сопряженный с ней конический сердечник, который имеет возможность перемещения вдоль оси полого цилиндра и соединен с ним упругой связью. Со стороны меньшего диаметра сердечник имеет направляющую шейку, сопряженную с направляющей втулкой, закрепленной в торце полой части оправки и переходящую в крепежный участок меньшего диаметра, на котором жестко закреплен съемный упор. Упор выполнен в виде колпачка, закрепленного на гайке, установленной на крепежном участке сердечника. Такая конструкция оправки существенно повышает ее стойкость. 2 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Оправка для формирования внутреннего шлицевого профиля деталей типа втулки методом холодного пластического деформирования, содержащая профильную цилиндрическую рабочую часть, отличающаяся тем, что профильная рабочая часть выполнена в виде полого цилиндра с коническим отверстием, а оправка снабжена установленным в отверстии с возможностью осевого возвратно-поступательного перемещения коническим сердечником, конец меньшего диаметра которого выполнен в виде направляющей шейки и крепежного участка меньшего диаметра, направляющей втулкой, размещенной между полым цилиндром и направляющей шейкой, и съемным упором, жестко закрепленным на крепежном участке, при этом сердечник соединен с полым цилиндром посредством упругой связи. 2. Оправка по п.1, отличающаяся тем, что съемный упор выполнен в виде установленной на крепежном участке промежуточной гайки с наружной и внутренней резьбой и закрепленного на ней колпачка. 3. Оправка по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что упругая связь сердечника с полым цилиндром выполнена в виде пружины сжатия, расположенной между торцом направляющей втулки и съемным упором.