Матрица с переменным натягом Российский патент 2024 года по МПК B21J13/02 B21J5/08 

Изобретение относится к области штампов для обработки металлов давлением и может быть использовано при изготовлении деталей сложного профиля.

Известна матрица для выдавливания, состоящая из вставки, внешняя поверхность которой выполнена в виде двухстороннего усеченного конуса с меньшими основаниями на торцах, разрезного кольца из сегментов с ответными коническими поверхностями и обоймы (А.с. СССР №1398968, B21J 13/02, опубл. 30.05.1988).

За счет профиля вставки в виде двухстороннего усеченного конуса и подбора натягов, создается переменный по высоте вставки натяг между сопрягаемыми поверхностями и возможно достижение условия обеспечения в рабочем режиме всестороннего равномерного сжатия вставки по всей ее высоте.

Недостатком данной матрицы является высокая сложность и трудоемкость ее изготовления из-за вставки, выполненной в виде двухстороннего усеченного конуса с меньшими основаниями на торцах и разрезного кольца из сегментов с ответными коническими поверхностями. Также, недостатком данной матрицы являются ее большие габариты, вследствие необходимости применения разрезного кольца из сегментов для передачи несущего давления от обоймы к вставке, что не всегда допустимо из-за фиксированных габаритов посадочных мест матриц в оборудовании. Кроме того, при выполнении вставки в виде двухстороннего усеченного конуса, при динамических нагрузках имеется возможность саморазбора матрицы и корпуса путем выпрессовки вставки в продольном направлении, при этом, для предотвращения саморазбора большинство матриц, с данного типа вставками выполняют с дополнительным элементом, в виде гайки, свинчивающейся с корпусом и подпирающей вставку с торца противоположного зеркалу матрицы, что усложняет конструкцию матрицы.

Известна матрица с переменным натягом, содержащая цилиндрическую вставку и установленное на ней с натягом и сопряженное по поверхности бандажное кольцо, сопрягаемая поверхность вставки или бандажа выполнена криволинейной, при этом форма криволинейной поверхности определяется из условия обеспечения в рабочем режиме всестороннего равномерного сжатия матрицы по всей высоте, а величина натяга определяется из приведенных соотношений с переменным натягом по высоте (патент РФ № 2198761, B21J 13/02, В23Р 11/02, опубликовано 20.02.2003).

Недостатком данной матрицы является высокая сложность и трудоемкость ее изготовления, из-за технологической сложности обработки и контроля криволинейных поверхностей сопряжения вставки или бандажа. Также, недостатком данной матрицы является невысокая циклическая стойкость и прочность при высадке деталей сложного профиля, что делает невозможным ее применение, так как рассчитанный из приведенных соотношений переменный по высоте вставки натяг не обеспечивает всестороннее сжатие вставки, и не препятствует возможности возникновения трещин, как в продольном, так и в поперечном ее оси направлении, особенно при сложном профиле внутреннего отверстия вставки.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой является матрица с переменным натягом, содержащая корпус и вставку, запрессованную в корпус, наружная поверхность вставки и внутренняя поверхность корпуса выполнены конусными, переменный натяг между упомянутыми конусными поверхностями образован выполнением корпуса и вставки с различной на противоположных торцах матрицы величиной разности между внутренним диаметром корпуса и наружным диаметром вставки, при этом величина переменного натяга Δ выбрана из следующего выражения:

Δ=Δ1-Δ2=(0,02…0,34) мм,

где Δ1 - натяг между сопрягаемыми поверхностями вставки и корпуса со стороны зеркала матрицы, Δ1=(Dв-dб);

Dв - наружный диаметр вставки со стороны зеркала матрицы;

dб - внутренний диаметр корпуса со стороны зеркала матрицы;

Δ2 - натяг между сопрягаемыми поверхностями вставки и корпуса со стороны торца матрицы, противоположного зеркалу матрицы, Δ2=(D-d);

D - наружный диаметр вставки со стороны торца матрицы, противоположного зеркалу матрицы;

d - внутренний диаметр корпуса со стороны торца матрицы, противоположного зеркалу матрицы (патент РФ №2553736, B21J 13/02, B21J 5/08, опубл. 20.06.2015).

В данной матрице достигается относительная простота ее изготовления, при реализации переменного по высоте вставки натяга, однако недостатком является невысокая ее циклическая стойкость и прочность при высадке деталей сложного профиля, когда на внутренней поверхности вставки присутствуют ступенчатые перепады диаметров.

Кроме того, недостатком является то, что при длине корпуса, составляющего более 1,5D1, где D1 - наружный диаметр вставки на торце со стороны зеркала матрицы, а также при наличии нескольких расположенных друг за другом вставок, выполнение отверстия под запрессовку вставки в корпус конусным, приведет к утонению стенок корпуса у торца расположенного на противоположной стороне от зеркала матрицы, что приводит к снижению его несущей способности и в свою очередь к снижению циклической стойкости матрицы за счет разрушения корпуса. При этом, увеличение толщины стенок корпуса за счет утонения стенок вставки, также повлечет снижение стойкости матрицы за счет разрушения вставки.

Кроме того, при выполнении сопрягаемой поверхности вставки и корпуса конусной, при динамических нагрузках имеется возможность саморазбора вставки и корпуса путем выпрессовки вставки в продольном направлении, при этом, для предотвращения саморазбора из-за отсутствия надежного упора вставки в корпус, большинство матриц с конусными вставками выполняют с дополнительным элементом, в виде гайки, что усложняет конструкцию матрицы.

Также, одним из основных недостатком данной матрицы является то, что переменный натяг реализован за счет различной на противоположных торцах матрицы величины разности между внутренним диаметром корпуса и наружным диаметром вставки, при выполнении наружной поверхности вставки конусной, что не может в полной мере соответствовать видам напряженного состояния в инструменте, возникающем как от натяга, так и при изготовлении деталей сложного профиля. Когда, напряженное состояние матрицы, а именно наведенное от натяга напряжение сжатия во вставке в некоторых поперечных сечениях по длине вставки недостаточно, при изготовлении деталей сложного профиля, а именно в результате формоизменения в полости вставки, давление от детали приводит к возникновению меридиональных растягивающих напряжений во вставке, приводящих, в свою очередь, к разрушению и низкой циклической стойкости инструмента.

Задачей изобретения является создание простой конструкции матрицы с переменным натягом, обеспечивающей благоприятное напряженное состояния сжатия во вставке матрицы.

Технический результат - повышение циклической стойкости и прочности матрицы с переменным по высоте вставки натягом между сопрягаемыми поверхностями, при сохранении относительной простоты ее изготовления, и тем самым возможность применения данной матрицы для высадки деталей сложного профиля с перепадом диаметров отверстий вставки.

Данная задача решается, а технический результат достигается тем, что в предлагаемой матрице, содержащей корпус и вставку, запрессованную в него с переменным по высоте вставки натягом между сопрягаемыми поверхностями корпуса и вставки, величина которого выбрана из выражения:

Δ=Δ1-Δ2,

где Δ1 - натяг между сопрягаемыми поверхностями вставки и корпуса со стороны зеркала матрицы;

Δ2 - натяг между сопрягаемыми поверхностями вставки и корпуса со стороны торца матрицы, противоположного зеркалу матрицы,

согласно изобретения, внутренняя сопрягаемая с наружной поверхностью вставки поверхность корпуса выполнена цилиндрической, а упомянутая наружная поверхность вставки выполнена в виде пересекающихся между собой на длине матрицы цилиндрической поверхности, расположенной со стороны зеркала матрицы, и конической поверхности.

Предлагаемая конструкция матрицы с переменным натягом для высадки деталей сложного профиля, за счет выполнения цилиндрической внутренней поверхности корпуса сопрягаемой с наружной поверхностью вставки, обеспечивает высокую несущую способность корпуса, т.к. цилиндрическая поверхность, в отличии от конусной, не приводит к утонению стенок корпуса у торца расположенного на противоположной стороне от зеркала матрицы.

Кроме того, преимуществом является то, что при выполнении внутренней поверхности корпуса цилиндрической, сопрягаемая поверхность с наружной поверхностью вставки с переменным натягом при динамических нагрузках исключает возможность саморазбора вставки и корпуса путем выпрессовки вставки в продольном направлении, при этом, для предотвращения саморазбора не требуется включение дополнительного элемента в виде гайки, что упрощает конструкцию.

Также, одним из основных преимуществ матрицы с переменным натягом является то, что наружный диаметр вставки состоит из пересекающихся между собой на длине L от зеркала матрицы, двух простых поверхностей цилиндрической и конусной, благодаря чему можно при достаточно простой наружной поверхности вставки состоящей из упомянутых двух простых поверхностей, реализовать сложный вид напряженного состояния сжатия в конструкции, обеспечивая при этом переменный натяг. При этом, реализуется напряженное состояние с наведенным от натяга вариативным по величине напряжением сжатия в поперечных сечениях по длине вставки. Данное различающееся по величине, в поперечном сечении по длине вставки, наведенное напряжение сжатия компенсирует давление от детали в полости вставки сложного профиля возникающее в результате формоизменения. При этом, предотвращается возникновение губительных для конструкции меридиональных растягивающих напряжений во вставке, циклически действующих при штамповке деталей. Таким образом, при высадке деталей сложного профиля, предотвращается разрушение вставки.

Сущность изобретения поясняется чертежом. На фиг. 1 показан пример матрицы с переменным натягом.

Матрица с переменным натягом, изображенная на фиг. 1 состоит из корпуса 1 и вставки 2. Корпус выполнен с цилиндрическим отверстием диаметром d. Вставка выполнена цилиндрической с длинной цилиндра L и наружным диаметром D1 на торце со стороны зеркала матрицы, после цилиндрической части на вставке выполнена коническая часть имеющая меньший диаметр усеченного конуса D2 на торце, противоположном зеркалу матрицы. Таким образом, две поверхности цилиндрическая и коническая пересекаются между собой на расстоянии L от зеркала матрицы. При сопряжении корпуса 1 и вставки 2 образуются натяги Δ1 и Δ2, разные в противоположных торцах матрицы. При этом возникает переменный натяг Δ, обеспечивающий в рабочем режиме всестороннее равномерное сжатие профиля вставки по всей ее высоте.

Пример конструкции матрицы с переменным натягом может быть реализован следующим образом.

Корпус матрицы наружным диаметром 70 мм и длиной 80 мм выполняется из стали 4Х5МФС, отверстие в корпусе выполняется цилиндрическим с диаметром 35 мм. Вставка выполняется из быстрорежущей стали либо из твердого сплава типа ВК. С целью технологичности и пригодности к контролю сначала наружный диаметр вставки путем шлифовки выполнятся конусным, с диаметром на торце со стороны зеркала матрицы равным 35,39 мм, при этом коническая часть наружного диаметра вставки имеющая меньший диаметр усеченного конуса D2 на торце противоположном зеркалу матрицы выполняется равной 35,1 мм. Далее со стороны зеркала матрицы конусный наружный диаметр вставки шлифуется цилиндрическим с диаметром D1 равным 35,3 мм длиной 25 мм. Затем после запрессовки при сопряжении корпуса и вставки образуются натяги, разные в противоположных торцах матрицы: Δ1=0,3 мм и Δ2=0,1 мм. При этом возникает переменный натяг Δ=0,2 мм, обеспечивающий в рабочем режиме всестороннее равномерное сжатие профиля вставки по всей ее высоте.

Преимуществом предлагаемой матрицы с переменным натягом, является повышенная циклическая стойкость и прочность, благодаря реализации переменного натяга по всей высоте запрессованной корпус вставки. Также, преимуществом предлагаемой конструкции является простота и низкая трудоемкость ее изготовления за счет выполнения внутренней полости корпуса цилиндрической, а сопрягаемой с ней наружной поверхности вставки в виде цилиндрической и конической поверхности.

Матрица с переменным натягом разработана на АО «УАПО» Технодинамика и предлагается к внедрению при изготовлении сложнопрофильных деталей.

Итак, предлагаемая матрица с переменным натягом имеет высокую циклическую стойкость и прочность, проста в изготовлении и сборке и особо эффективна с точки зрения ее применения при изготовлении деталей сложного профиля.

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано в штампах для изготовления деталей сложного профиля. Матрица содержит корпус и вставку, запрессованную в корпус с переменным по высоте вставки натягом. Величина переменного натяга Δ выбрана из выражения: Δ=Δ1-Δ2, где Δ1 - натяг между сопрягаемыми поверхностями вставки и корпуса со стороны зеркала матрицы, Δ2 - натяг между сопрягаемыми поверхностями вставки и корпуса со стороны торца матрицы, противоположного зеркалу матрицы. Внутренняя поверхность корпуса выполнена цилиндрической. Наружная поверхность вставки состоит из пересекающихся между собой на длине матрицы цилиндрической и конической поверхностей. В результате обеспечивается повышение циклической стойкости и прочности матрицы. 1 ил., 1 пр.

Матрица, содержащая корпус и вставку, запрессованную в него с переменным по высоте вставки натягом между сопрягаемыми поверхностями корпуса и вставки, величина которого выбрана из выражения:

Δ=Δ1-Δ2,

где Δ1 - натяг между сопрягаемыми поверхностями вставки и корпуса со стороны зеркала матрицы;

Δ2 - натяг между сопрягаемыми поверхностями вставки и корпуса со стороны торца матрицы, противоположного зеркалу матрицы,

отличающаяся тем, что внутренняя сопрягаемая с наружной поверхностью вставки поверхность корпуса выполнена цилиндрической, а упомянутая наружная поверхность вставки выполнена в виде пересекающихся между собой на длине матрицы цилиндрической поверхности, расположенной со стороны зеркала матрицы, и конической поверхности.