СПОСОБ ВЫРУБКИ ДЕТАЛЕЙ ИЗ ЛИСТОВЫХ МНОГОСЛОЙНЫХ МАТЕРИАЛОВ С ЦЕНТРАЛЬНЫМ МЕТАЛЛИЧЕСКИМ СЛОЕМ И НАРУЖНЫМИ ЭЛАСТИЧНЫМИ СЛОЯМИ Российский патент 2013 года по МПК B21D28/02 

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано в условиях серийного и мелкосерийного производства.

Известен штамп (а.с. №2103155, Трусковский В.И. и др., МПК⁶ B24D 18/00, 1998) для вырубки кольцевых заготовок абразивных кругов, в котором реализуется способ вырубки-пробивки плоских кольцевых деталей из композитного материала кольцевыми клиновыми пуансонами с использованием кольцевой секционной матрицы с переменной величиной зазора для опускающихся клиновых пуансонов.

Известен также способ чистовой вырубки, пробивки круглых деталей из листовых заготовок (а.с. №1393505, Богоев B.C., Тимощенко В.А., МПК⁶ B21D 35/00, 1975), в котором на заготовку воздействуют эластичным пуансоном, а матрица имеет кольцевой клиновой выступ, непосредственно осуществляющий отделение отхода. Отличительной особенностью данного способа является то, что, с целью снижения трудоемкости процесса и повышения качества изделий за счет исключения шероховатой зоны скола, выдавливание и осадку отхода осуществляют непрерывно до полного отделения детали сдвигом, при этом осуществляют местную упругую деформацию инструмента в зоне осадки.

Известен способ (а.с. №475193, Бадыров O.К., МПК⁶ B21D 28/10, 1975) вырезки деталей из листовых заготовок, принятый в качестве прототипа и заключающийся в том, что материал надрезают по контуру получаемой детали, а затем вырезают и в процессе вырезки прилагают силу прижима. В данном способе клиновые кольцевые выступы выполнены на пуансоне и прижиме. Отличительной особенностью данного способа является то, что, с целью получения скругленных кромок на обоих торцах вырезанной детали, для надрезки, вырезки и прижима прилагают одинаково направленные усилия к одной плоскости заготовки, при этом силу прижима прилагают по линии надрезки прилежащему к ней участку материала, находящемуся вне контура получаемой детали.

Основным общим недостатком данных изобретений является невозможность с помощью их использования изготавливать плоские круглые и кольцевые в плане детали из многослойных материалов, имеющих центральный несущий металлический слой и наружные эластичные слои.

Задачей настоящего изобретения является расширение технологических возможностей применения операции вырубки кольцевых деталей применительно к листовым многослойным материалам на металлической основе, имеющим наружные эластичные слои. Изготовление таких деталей высокого качества другими традиционными способами не представляется возможным, поскольку наличие в листовой заготовке эластичных наружных слоев не позволяет осуществить жесткий прижим центрального металлического слоя перед пробивкой, что неизбежно приводит к его изгибу в зоне среза и разрушению наружных слоев, что недопустимо. Чрезмерное сжатие наружных эластичных слоев при избыточном прижиме приводит либо к их разрушению, либо к необратимым деформациям, не позволяющим возвратить первоначальную форму при снятии нагрузки.

Технический результат, достигаемый изобретением, состоит в том, что за счет выполнения клиновых выступов с экспериментально установленными на пуансоне и матрице удается осуществить предварительные надрезы эластичных наружных слоев без ухудшения качества изделий и обеспечить жесткий прижим центрального металлического слоя перед окончательной вырубкой, предотвращающий его изгиб.

Сущность предлагаемого способа вырубки деталей из листовых многослойных материалов с центральным металлическим слоем и наружными эластичными слоями заключается в том, что осуществляется прижим листового многослойного материала к матрице, предварительное надрезание наружных слоев пуансоном и матрицей, выполненных с клиновыми кольцевыми выступами, которые внедряют в наружные слои до упора в центральный металлический слой с обеспечением прижима листового многослойного материала в зоне последующего отделения отхода, и последующую вырубку детали, при этом клиновые кольцевые выступы пуансона имеют внутренний угол 40-60°, внешний угол 3-7°, опорную площадку при вершине клинового выступа 1-3 мм, а клиновые кольцевые выступы матрицы - внутренний угол 0-1°, внешний угол 20-30°, опорную площадку при вершине клинового выступа 0,5-1,5 мм, причем наименьшая высота клиновых выступов на пуансоне и матрице составляет 0,95-0,65 от исходной толщины соответствующих наружных слоев.

Указанный технический результат обеспечивается также тем, что при внедрении клиновых выступов материал наружных слоев упруго сжимается поперек этих слоев и по завершении операции восстанавливает форму, а наименьшая (с двух сторон) высота клиньев, равная 0,95-0,65 от исходной толщины соответствующих наружных слоев, обеспечивает равномерный прижим многослойной листовой заготовки в целом на необходимом участке, предотвращая ее расслоение.

Изобретение иллюстрировано эскизом, где на фиг.1 показана схема процесса пробивки детали из многослойной листовой заготовки инструментом с клиновыми выступами.

Способ осуществляют следующим образом: при вырубке (фиг.1) предварительно прижим 1 прижимает многослойную листовую заготовку к матрице 6, при этом клиновой выступ 7 матрицы внедряют в нижний эластичный слой 5 до упора в центральный металлический слой 4, а клиновой выступ 2 пуансона аналогично внедряют в верхний эластичный слой, жестко прижимая центральный металлический слой в зоне последующего отделения отхода. При этом за счет установленной высоты клиновых выступов наружные эластичные слои также дозированно упруго сжимаются. Последующим перемещением пуансона 3 осуществляют операцию пробивки.

Пример. Проведены планируемые многофакторные экспериментальные исследования по установлению рациональных геометрических размеров инструмента с клиновыми выступами при пробивке опытных партий трехслойных уплотнителей толщиной S=3,0…4,0 мм, наружным диаметром в диапазоне D=30…70 мм, толщиной центрального металлического перфорированного слоя S₀=0,3 мм из нержавеющей стали, наружными эластичными слоями из терморасширенного графита (пенографита), допускающего упругие сжимающие деформации не более 40%.

Предварительными исследованиями было установлено, что основными дефектами являются: изгиб центрального металлического слоя в зоне среза в направлении перемещения пуансона, разрушающий в этой зоне наружные слои и искажающий форму уплотнителя в целом, и отклонение образующих наружной торцевой поверхности уплотнителя и торцевой поверхности отверстия от общей оси симметрии (косина торцов).

В конце обработки результатов многофакторных экспериментов установлены следующие рациональные размеры клиновых выступов при пробивке, внешний угол клинового выступа на матрице - 3,5°, внутренний угол клинового выступа на пуансоне - 50°, ширина опорной площадки в вершине клина на матрице - 1,0 мм.

В результате использования предлагаемого способа расширилась техническая возможность применения операции вырубки для многослойного материала.

Сравнительный анализ полученных величин с дефектами, соответствующими пробивке обычным инструментом без клиновых выступов, показал, что на операции пробивки отверстия величина изгиба металлического слоя уменьшилась в 1,7 раза, косина внутреннего торца - в 1,5 раза.

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к производству шайб из листовых многослойных материалов с центральным металлическим слоем и наружными эластичными слоями. Предварительно материал надрезают по контуру получаемой детали, а затем вырубают, прилагая силу прижима. При этом перед окончательной вырубкой детали для обеспечения жесткого прижима центрального металлического слоя осуществляют внедрение в периферийные эластичные слои материала клиновых кольцевых выступов, выполненных на пуансоне и на матрице. При этом выбор определенных соотношений размеров упомянутых клиновых выступов пуансона и матрицы предотвращает разрушение наружных слоев. Расширяются технологические возможности. 1 ил.

Способ вырубки деталей из листовых многослойных материалов с центральным металлическим слоем и наружными эластичными слоями, включающий прижим листового многослойного материала к матрице, предварительное надрезание наружных слоев пуансоном и матрицей, выполненных с клиновыми кольцевыми выступами, которые внедряют в наружные слои до упора в центральный металлический слой с обеспечением прижима листового многослойного материала в зоне последующего отделения отхода, и последующую вырубку детали, при этом клиновые кольцевые выступы пуансона имеют внутренний угол 40-60°, внешний угол 3-7°, опорную площадку при вершине клинового выступа 1-3 мм, а клиновые кольцевые выступы матрицы - внутренний угол 0-1°, внешний угол 20-3°, опорную площадку при вершине клинового выступа 0,5-1,5 мм, причем наименьшая высота клиновых выступов на пуансоне и матрице составляет 0,95-0,65 от исходной толщины соответствующих наружных слоев.