СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ПОЛОСТИ В ДЕТАЛЯХ Российский патент 1997 года по МПК B21K21/00 B21K1/64 

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при изготовлении деталей типа гаек или втулок.

Известен способ формирования полости с использованием гидродинамического эффекта, создаваемого технологической смазкой, заключающийся в формировании заготовки с предварительной осевой полостью на всю глубину изготовления окончательной полости, заливании в предварительную полость жидкости (масло, вода и др.), выдавливании пуансоном окончательной полости большего диаметра [1]
Недостатки способа:
1. Необходима предварительная полость, сформированная на всю глубину окончательной полости.

2. Способ предназначен лишь для увеличения исходного диаметра полости без увеличения ее глубины.

3. Качество формирования полости зависит от скорости деформации. При большой скорости возможен жидкостный взрыв, поскольку жидкость в начальный момент запирается в полости между заготовкой и инструментом, а с приложением нагрузки к инструменту жидкость под давлением, деформируя заготовку, вытекает в зазор, который она образует между деформируемым металлом и инструментом. Интенсивность выдавливания смазки при больших скоростях деформации является величиной переменной, зависящей от множества факторов, в том числе и неуправляемых, таких как неоднородность металла. С ростом давления увеличиваетсяа вязкость смазки, в результате она выдавливается порцией в зону с меньшей плотностью металла. При существующих скоростях деформирующего оборудования жидкость выдавливается в виде взрыва, направленной струей в штамповое пространство, причем, не равномерно по всему периметру деформирующего инструмента, а локальной направленной струей, что приводит к неуправляемой деформации полости и поломке инструмента.

Известен способ формирования полости в деталях путем отрезки заготовки, формирования предварительной полости, выдавливания окончательной полости с использованием жидкостного буфера, замкнутого между деформирующим инструментом и деформируемым материалом, в процессе всего выдавливания [2]
К недостаткам способа можно отнести формирование предварительного отверстия в форме цилиндра глубиной, близкой к глубине окончательного отверстия. При обратном выдавливании стенки стакана, в месте контакта деформирующего инструмента и деформируемого материала, за счет сил трения образуется заусенец, который закатывается при дальнейшем деформации. В этом месте либо возникает дефект сплошности материала изделия, либо происходит жидкостный взрыв.

Технический результат, достигаемый изобретением, состоит в снижении контактного трения в зоне наибольшей деформации и, как следствие, повышении стойкости инструмента и снижении металлоемкости производства.

Это обеспечивается тем, что в способе формирования полости в деталях путем отрезки заготовки, формирования предварительной полости, выдавливания окончательной полости с использованием жидкостного буфера, замкнутого между деформирующим инструментом и деформируемым материалом в процессе всего выдавливания, образующая предварительной полости имеет в месте сопряжения с замыкающим инструментом угол наклона к плоскости сопряжения меньше 90^o. Формирование полости с использованием жидкостного буфера под последующую прошивку отверстия производят одновременно с двух противоположных сторон, при этом суммарная глубина полостей не превышает 0,85 от высоты изделия.

В жидкости, запертой между деформирующим инструментом и деформируемой заготовкой, при приложении нагрузки к инструменту повышается давление, которое достигает значения сопротивления деформации металла и превышает его. Жидкость начинает пластически деформировать металл, выравнивания сопротивление деформации металла в зоне контакта с жидкостью, поскольку плотность жидкости распределена равномерно по всему объему, а металл деформируется в режиме жидкостного трения. Деформируя металл, жидкость распределяется по торцевой плоскости деформирующего инструмента и создает жидкостной буфер между торцевой частью инструмента и деформируемым металлом. Трение металла о жидкостной буфер при деформации снижается до величины, равной трению жидкости о металл. В этом случае существенно падает температура в зоне деформации, уменьшается разогрев, износ и разрушение инструмента. Снижение трения приводит к уменьшению зоны затрудненной деформации (металл упрочняется равномернее), сохраняется пластичность металла, то есть появляется возможность деформировать металл в большей степени при тех же самых нагрузках на инструмент, или при тех же деформациях снижается нагрузка на инструмент. Эффект жидкостного трения зависит от площади, разделяющей торцевую рабочую часть инструмента и деформирующий металл. Максимальный эффект может быть достигнут, когда пуансон полностью отделен жидкостным буфером от деформируемого металла.

Но при больших скоростях деформации (30-200 с^-1), соответствующих скоростях деформации на холодновысадочных автоматах, установлено: при просачивании жидкости с торцевой части пуансона на боковую, образующую окончательно внутренний диаметр полости, происходит резкий локальный выброс жидкости в штамповое пространство (жидкостной взрыв), который искажает форму и размеры формируемой полости. Циклически повторяющиеся жидкостные взрывы разрушают инструмент, поэтому процесс выдавливания полости с использованием жидкостного буфера производят с учетом двух граничных условий:
1. Обеспечения максимально возможного распределения жидкостного буфера по торцевой плоскости деформирующего инструмента.

2. Исключения выдавливания жидкости из зоны интенсивной деформации на боковую поверхность инструмента в процессе выдавливания полости.

Перечисленные условия выполняют путем подбора геометрии и размеров предварительно выдавленной полости и рабочей части инструмента, выдавливающего окончательную полость.

Установлено, если в момент замыкания инструментом жидкости в предварительной полости образующая предварительной полости по отношению к линии замыкания составляет угол около 90 градусов в начальный момент выдавливания на поверхности, образующей предварительную полость, формируется складка, которая сохраняется на поверхность готовой полости (фиг. 3) в виде дефекта нарушения сплошности тела изделия. В случае нарезания резьбы в области складки образуется канавка, резьба неполная или отсутствует. Образование складки сопровождается масляным взрывом. Формирование предварительной полости с образующей, составляющей в месте сопряжения с замыкающим пуансоном, формирующим окончательную полость, угол менее 90 градусов, исключает образование складки.

Наибольший эффект использования жидкостного буфера наблюдается при двухстороннем встречном выдавливании полости под последующую прошивку отверстия. Жидкостной буфер гасит жесткий удар деформируемого металла об инструмент. При этом можно получить перемычку минимального объема.

В опытном порядке выдавливали с двух сторон заготовок полости суммарной глубиной, составляющей 0,85 высоты гайки. При этом в перемычке образовано сквозное отверстие. Инструмент не разрушается, залипание заготовок на инструменте не наблюдалось. Увеличивать глубину выдавливания полости под прошивку отверстия свыше 0,85 от высоты изделия не целесообразно. Указанный размер обеспечивает минимальный гарантированный зазор между пуансоном, даже в случае отсутствия между ними деформируемой заготовки.

Таким образом, используя эффект жидкостного трения путем замыкания жидкости между инструментом и деформируемым металлом в процессе всего формирования полости, удается снизить контактное трение металла о деформирующий инструмент до величины трения жидкости о металл по всей площади деформируемого металла, контактирующего с жидкостным буфером, за счет этого снизить нагрузку на инструмент и уменьшить объем металла, уходящего в отходы при прошивке.

На фиг. 1 показан начальный момент запирания жидкости в предварительных полостях заготовки инструментом на 4 операции; на фиг. 2 масляный буфер на конечном этапе формирования полостей инструментом в заготовке гайки на 4 операции; на фиг. 3 представлена схема формирования складки на образующей боковой поверхности выдавливаемой полости; а. момент замыкания жидкости; б. начальный момент выдавливания полости; в. конечный момент выдавливания полости.

Способ формирования полости осуществляют при изготовлении шестигранной гайки М16 по DIN934 на пятипозиционном холодновысадочном автомате AA1822 из стали 10 кп и 20 кп.

Предварительно отрезанную заготовку осаживают за две операции с целью выравнивания торцов и формирования предварительного шестигранника. Заготовку передают на третью операцию, где формируют предварительные полости в форме (фиг. 1):
со стороны задающего пуансона усеченного конуса, сопряженного по меньшему диаметру с большим диаметром, равным 14 мм, второго усеченного конуса высотой 1,0 мм, с образующей, расположенной под углом 10^o к большему основанию, переходящего меньшим основанием в конус с углом при вершине 140^o;
со стороны выталкивающего пуансона конуса, с диаметром основания 11 мм и углом при вершине 120^o.

Полученную заготовку передают в матрицу четвертой операции, где из предварительно выдавленных полостей формируют окончательные полости под прошивку отверстия со стороны задающего и выталкивающего пуансонов, одинаковых по форме, отличающихся лишь некоторыми размерами.

Полость в форме наружного усеченного конуса с размерами, равными размерам внутренней фаски готовой гайки, сопряженного по меньшему диаметру, равному 14,45 мм, с большим диаметром второго усеченного конуса высотой 3,1 мм со стороны задающего пуансона и 1,5 мм со стороны выталкивающего пуансона, с образующими, расположенными под углом 10^o к большему основанию, со стороны задающего пуансона, переходящего по меньшему основанию в конус с углом при вершине 170^o (фиг. 2). С выдавливанием полостей производят окончательное формирование шестигранника и опорных плоскостей. На пятой операции прошивают отверстие и передают заготовку на нарезку резьбы.

На заготовку и инструмент при выталкивании из матрицы третьей операции и задаче в матрицу четвертой операции подают охлаждающую смазку, которая попадает в предварительные полости, и замыкают инструментом четвертой операции при контакте его с заготовкой (фиг. 1). В процессе деформации образуется жидкостной буфер, который сохраняется до конца штамповки (фиг. 2). Установлено, что масляный буфер снижает усилие при выдавливании полости на 20% при выдавливании полости с осадкой заготовки до 16% При длительной работе на инструменте отсутствуют следы нагрева (чернота), характерные для штамповки без масляного буфера. Увеличилось заполнение шестигранника гайки. Готовая гайка соответствует требованиям DIN.

Сущность: способ формирования полости в деталях осуществляют следующим образом. На предварительно отрезанной заготовке, в предварительно сформированную полость подается жидкость, которую замыкают инструментом, выдавливающим окончательную полость, в процессе всего выдавливания полости. Между деформируемым металлом и инструментом образуется масляный буфер. Течение деформируемого металла в зоне масляного буфера происходит в режиме жидкостного трения, которое снижает неравномерность деформации в зоне деформации, способствует сохранению пластичности металла, то есть при том же удельном давлении на инструмент повышает степень деформации заготовки, или при той же деформации снижает удельное давление на инструмент. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ формирования полости в деталях путем отрезки заготовки, формирования предварительной полости, выдавливания окончательной полости с использованием жидкостного буфера, замкнутого между деформирующим инструментом и деформируемым материалом в процессе всего выдавливания, отличающийся тем, что образующая предварительной полости имеет в месте сопряжения с замыкающим инструментом угол наклона к плоскости сопряжения меньше 90^o. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что формирование полости с использованием жидкостного буфера под последующую прошивку отверстия производят одновременно с двух противоположных сторон. 3. Способ по п.2, отличающийся тем, что формирование двухсторонней полости под последующую прошивку отверстия производят суммарной глубиной не более 0,85 от высоты изделия.