Штамп для открытой объемной штамповки с расширяющимся облойным мостиком Российский патент 2021 года по МПК B21J13/02 

Изобретение относится к обработке металлов давлением, и может быть использовано во всех отраслях машиностроения при изготовлении штампов для открытой объемной штамповки осесимметричных кольцевых поковок, штампуемых в торец из кольцевой заготовки, например, кольца синхронизатора коробки передач автомобиля КАМАЗ.

Известен способ изготовления штампованных поковок (Патент 2275271, кл. B21J 5/02, B21K 1/28, B21K 21/02, 2004), включающий резку и нагрев исходной заготовки, предварительное профилирование, окончательную штамповку в открытом штампе, имеющем верхнюю и нижнюю половины, с вытеснением избытка металла в зазор между указанными верхней и нижней половинами, расположенный в области поковки, формируемой в последнюю очередь, а размеры контактирующих с металлом поверхностей гравюр указанных половин не превышают соответствующих размеров поковки для исключения деформирования вытесненного избытка метала (Фиг. 1а).

Способ применим для поковок, при штамповке которых окончательный ручей заполняется полностью до начала вытеснения лишнего объема металла в зазор между половинами штампа. Такое не всегда возможно. В случае более сложной поковки, для полного заполнения окончательного ручья штампа подпор со стороны облойного мостика необходим хотя и меньший, чем в традиционном способе открытой объемной штамповки поковок (Семенов Е.И. и др. Ковка и штамповка, справочник, т. 2. Горячая штамповка / Е.И. Семенов и др. // М.: Машиностроение. - 1986. С. 183-184), с объемом облоя необходимым для формирования трудно заполняемых частей поковки за счет подпора (запирающего действия) металла в облойном мостике (Фиг. 1б).

Известна статья (Борисевич В.В. Выбор рациональных параметров мостика облойной канавки при моделировании открытой штамповки [Текст] / В.В. Борисевич, З.Б. Мохсен // Открытые информационные и компьютерные интегрированные технологии №71, 2016. С. 136-144), авторы утверждают, что профиль образующегося облоя может быть получен путем рассмотрения уравнения расхода металла через цилиндрическую поверхность радиуса R_o (Фиг. 2). Если профиль щели облойной канавки выполнить по полученному уравнению

то облой, при смыкании штампов до принятого в уравнении значения начального зазора h_н на пороге мостика, отслаивается от поверхности порога мостика и перестает деформироваться инструментом. При дальнейшем уменьшении начальной высоты щели происходит свободное вытекание металла за пределы гравюры штампа.

Данное техническое предложение приемлемо только для осесимметричных поковок без внутренней полости, штампуемых в торец с двухсторонним расширением облойного мостика. Не установлены значения параметров расширяющегося облойного мостика и границы их изменения для практического использования. Требуется расширение области применения данного технического предложения для других типов поковок и облойных канавок.

Поставлена задача разработать открытый штамп с расширяющими внутренним и наружным облойными мостиками, позволяющий получать осесимметричные кольцевые поковки, штампуемые в торец из кольцевой заготовки, установить значения параметров расширяющихся облойных мостиков и границы их изменения, расширить область применения, сохраняя преимущества бесподпорной и традиционной штамповки, снизить расход металла и силу штамповки, повысить стойкость штамповой оснастки.

Технический результат в штампе для открытой объемной штамповки осесимметричных кольцевых поковок, штампуемых в торец из кольцевой заготовки, содержащий верхнюю и нижнюю половины, выполненные с гравюрами, образующими окончательный ручей с внутренней и наружной облойными канавками для вытеснения избытка металла в окончательном ручье, имеющими магазин и расширяющийся облойный мостик, выполненные с разъемом в месте ручья, заполняемом в последнюю очередь, согласно изобретению расширяющиеся облойные мостики выполнены с односторонним расширением, имеющим профиль криволинейной формы, который определен с учетом равенства объема металла, вытесняемого из окончательного ручья в облой на последней стадии доштамповки (V_дш), сумме объемов наружного облойного мостика (V_ном) и внутреннего облойного мостика (V_вом), при начальной высоте облойных мостиков h_нм, равной толщине облоя h_з, принятой с учетом усилия пресса, при (V_дш) не больше половины объема облоя (V_об), при этом форма профиля наружного облойного мостика описана уравнением:

где R_o - наружный радиус поковки,

h_дш - разность между начальной высотой облойного мостика h_нм и конечной высотой облойного мостика h_км,

R_p - радиус границы раздела потоков металла, вытесняемого из ручья во внутренний и наружный облойные мостики,

а форма профиля внутреннего облойного мостика описана уравнением:

где R_в - внутренний радиус поковки.

При этом х не превышает ширину облойного мостика. Радиус границы раздела потоков металла R_p, равен радиусу до середины торцевой части кольцевой поковки.

Если профиль облойного мостика выполнен по уравнениям (1) (Фиг. 3а), то при вытеснении объема металла из ручья штампа в процессе доштамповки V_дш в окончательном ручье штампа при h_нм=h_з и V_дш не больше половины V_об происходит отлипание металла от поверхности облойного мостика, давление в облойном мостике снизится до нуля и подпора не будет. Ограничение V_дш связано с соблюдением ширины облойного мостика b принятой с учетом усилия пресса (Семенов Е.И. и др. Ковка и штамповка, справочник, т. 2. Горячая штамповка / Е.И. Семенов и др. // М.: Машиностроение. - 1986. С. 183-184).

При отсутствии технической возможности изготовления криволинейного профиля облойного мостика, последний легко преобразуется в прямолинейный профиль, при этом отлипание облоя от облойного мостика будет происходить несколько ранее, что незначительно скажется на изменение результата, (Фиг. 3б). При этом угол расширения α рассчитывают по уравнению:

h_дш находят подстановкой в уравнение (1) вместо х принятого значения ширины облойного мостика b с учетом усилия пресса.

Отлипание облоя может произойти сверху, снизу или сверху и снизу одновременно, что позволяет снизить контактные напряжения и силу штамповки, так как на стадии доштамповки вытесненный металл не имеет деформационного контакта с инструментом, пластически не деформируется и не создает подпора. Реализуется штамповка без подпора со стороны облоя. На предыдущей же стадии вытеснения металла из ручья штампа в облойную канавку, отлипания облоя не произойдет, и облойный мостик будет выполнять функцию подпора, обеспечивая качественное заполнение ручья штампа. Очевидно, что подпор металла в расширяющемся облойном мостике в начале его вытеснения будет расти, ближе к середине достигнет максимального значения, а к концу уменьшится до нуля.

Необходимо отметить, что в случае сложной поковки, при продолжающемся заполнении ручья штампа на последней стадии доштамповки, отлипания металла в облойном мостике не произойдет и реализуется подпорная штамповка, то есть присутствует элемент саморегулирования подпора.

Преимущество такого подхода в том, что становится возможным снизить массу облоя, отодвинув начало вытеснения металла в облойную канавку на более позднюю стадию штамповки, сохранить необходимый подпор для качественного заполнения ручья штампа для более сложных поковок, чем при бесподпорной штамповке, уменьшить силу на последней стадии штамповки за счет снижения давления в ручье штампа и отсутствия давления на облойном мостике штампа. При этом обеспечивается допустимая кривизна профиля облоя для обеспечения технологичности обрезки его на обрезном прессе, как и с облойной канавкой Фиг. 1б.

Снижение контактных напряжений на поверхности гравюры уменьшает теплообмен между заготовкой и штампом, что также благоприятно влияет на стойкость инструмента.

Такой подход обладает преимуществами традиционной и бесподпорной штамповки.

Сопоставительный анализ заявляемого технического решения с прототипом показывает, что заявляемый штамп для открытой объемной штамповки с расширяющимся облойным мостиком отличается от прототипа.

В прототипе отсутствуют.

В предлагаемом штампе для открытой объемной штамповки осесимметричных кольцевых поковок, штампуемых в торец из кольцевой заготовки, содержащий верхнюю и нижнюю половины, выполненные с гравюрами, образующими окончательный ручей с внутренней и наружной облойными канавками для вытеснения избытка металла в окончательном ручье, имеющими магазин и расширяющийся облойный мостик, выполненные с разъемом в месте ручья, заполняемом в последнюю очередь, достигается тем, что расширяющиеся облойные мостики выполнены с односторонним расширением, имеющим профиль криволинейной формы, который определен с учетом равенства объема металла, вытесняемого из окончательного ручья в облой на последней стадии доштамповки (V_дш), сумме объемов наружного облойного мостика (V_ном) и внутреннего облойного мостика (V_вом), при начальной высоте облойных мостиков h_нм, равной толщине облоя h_з, принятой с учетом усилия пресса, при (V_дш) не больше половины объема облоя (V_об), при этом форма профиля наружного облойного мостика описана уравнением:

где R_o - наружный радиус поковки,

h_дш - разность между начальной высотой облойного мостика h_нм и конечной высотой облойного мостика h_км,

R_p - радиус границы раздела потоков металла, вытесняемого из ручья во внутренний и наружный облойные мостики,

а форма профиля внутреннего облойного мостика описана уравнением:

где R_в- внутренний радиус поковки.

При этом х не превышает ширину облойного мостика. Радиус границы раздела потоков металла R_p, равен радиусу до середины торцевой части кольцевой поковки.

Таким образом, данное техническое решение соответствует критерию "новизна".

Анализ авторских свидетельств, патентов и научно-технической информации не выявил использования новых существенных признаков предлагаемого изобретения по их функциональному назначению. Таким образом, предлагаемое техническое решение соответствует критерию "изобретательский уровень".

На фиг. 1 - представлена схема штампов: а - бесподпорная; б - традиционная с облойной канавкой I типа.

На фиг. 2 - представлена схема отслоения облоя, боковой вид.

На фиг. 3 - представлена схема штампа с односторонним наружным расширяющимся облойным мостиком: а - криволинейным; б - прямолинейным.

Штамп для открытой объемной штамповки поковок с расширяющимся облойным мостиком реализуется следующим образом.

Расположение облойных мостиков между верхней и нижней половинами штампа в области ручья штампа, заполняемой в последнюю очередь, позволяет сэкономить металл. При расположении большей части поковки в верхней половине штампа, формируют в последнюю очередь область поковки в зоне перехода донной поверхности в боковую. В этой же области располагают облойный мостик. При расположении большей части поковки в нижней половине штампа формируют в последнюю очередь область поковки в зоне перехода верхней торцевой поверхности в боковую. В этой же области располагают разъем между половинами штампа.

Штамп работает следующим образом.

Исходную кольцевую заготовку, полученную отрезкой от трубы, устанавливают в матрицу нижнего окончательного ручья штампа. При движении ползуна пресса вниз, верхний штамп деформирует заготовку и формирует поковку с вытеснением лишнего объема металла в наружную и внутреннюю облойные канавки. С помощью выталкивателей поковку извлекают из нижнего ручья штампа.

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при открытой объемной штамповке осесимметричных кольцевых поковок, штампуемых в торец из кольцевой заготовки. Штамп содержит верхнюю и нижнюю половины, выполненные с гравюрами. Гравюры образуют окончательный ручей с внутренней и наружной облойными канавками, имеющими магазин и расширяющийся облойный мостик. Облойные мостики выполнены с односторонним расширением, имеющим профиль криволинейной формы. Форма профиля определена с учетом равенства объема металла, вытесняемого из ручья в облой на последней стадии доштамповки, сумме объемов наружного и внутреннего облойных мостиков при начальной высоте облойных мостиков, равной толщине облоя. Форма профиля наружного и внутреннего облойных мостиков описана приведенными уравнениями. В результате обеспечивается снижение усилия силы деформирования и нормы расхода металла и повышение стойкости штампа. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Штамп для открытой объемной штамповки осесимметричных кольцевых поковок, штампуемых в торец из кольцевой заготовки, содержащий верхнюю и нижнюю половины, выполненные с гравюрами, образующими окончательный ручей с внутренней и наружной облойными канавками для вытеснения избытка металла в окончательном ручье, имеющими магазин и расширяющийся облойный мостик, выполненные с разъемом в месте ручья, заполняемом в последнюю очередь, отличающийся тем, что расширяющиеся облойные мостики выполнены с односторонним расширением, имеющим профиль криволинейной формы, который определен с учетом равенства объема металла, вытесняемого из окончательного ручья в облой на последней стадии доштамповки (V_дш), сумме объемов наружного облойного мостика (V_ном) и внутреннего облойного мостика (V_вом) при начальной высоте облойных мостиков h_нм, равной толщине облоя h_з, принятой с учетом усилия пресса, при V_дш не больше половины объема облоя (V_об), при этом форма профиля наружного облойного мостика описана уравнением:

где R_о - наружный радиус поковки,

h_дш - разность между начальной высотой облойного мостика h_нм и конечной высотой облойного мостика h_км,

R_p - радиус границы раздела потоков металла, вытесняемого из ручья во внутренний и наружный облойные мостики,

а форма профиля внутреннего облойного мостика описана уравнением:

где R_в - внутренний радиус поковки.

2. Штамп по п. 1, отличающийся тем, что x не превышает ширину облойного мостика.

3. Штамп по п. 1, отличающийся тем, что радиус границы раздела потоков металла R_p равен радиусу до середины торцевой части кольцевой поковки.