Штамп для изготовления изделий из труднодеформируемых материалов Советский патент 1983 года по МПК B21J5/04 B21J13/02 

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при изготовлении изделий сложной формы из труднодеформируемых, малопластичных материалов.

Известен штамп для изготовления изделий из труднодеформируемых материалов, содержащий контейнер с камерой высокого давления, состоящей из двух полостей одинакового сечения, сообщенных между собой посредством выполненных в контейнере каналов, расположенный в контейнере плавающий плунжер и закрепленный на нем деформирующий инструмент 1.

Недостатками известного щтампа являются высокие нагрузки при деформировании заготовки, поскольку 30-40/о затрачиваемого усилия расходуется на преодоление трения плавающего плунжера о стен, ни контейнера; сложность конструкции и трудность извлечения изделия из щтампа.

Известен штамп для изготовления изделий из труднодеформируемых материалов, содержащий контейнер с камерой высокого давления, состоящей из двух полостей неравного поперечного сечения, сообщенных , между собой посредством каналов, и входящие в камеру с противоположных сторон контейнера плунжеры, а также размещенный внутри контейнера на подвижном плунжере деформирующий инструмент. Известный щтамп обеспечивает плавное регулирование давления жидкости в процессе деформирования заготовки 2.

Недостатками данного щтампа являются повышенные энергозатраты на осуществление его работы, поскольку значительная часть нагрузки затрачивается на преодоление трения подвижного плунжера о стенки контейнера; сложность конструкции и связанное с этим отсутствие достаточной надежности штампа в работе.

Цель изобретения - снижение энергозатрат, упрощение конструкции и повыщение надежности щтампа в работе.

Поставленная цель достигается тем, что в штампе для изготовления изделий из труднодеформируемых материалов, содержащем контейнер с камерой высокого давления, состоящей из полостей неравного поперечного сечения, сообщенных между собой посредством каналов, и входящие в камеру с противоположных сторон контейнера плунжеры, а также размещенный внутри контейнера деформирующий инструмент, контейнер выполнен с внутренней поперечной перегородкой и установлен с возможностью осевого перемещения относительно плунжеров, две упомянутые полости камеры высокого давления образованы перегородкой контейнера, а де,формирующий инструмент установлен в полости меньщего поперечного сечения.

Каналы для сообщения полостей могут быть выполнены в перегородке контейнера.

Деформирующий инструмент, в частности, может быть установлен на перегородке контейнера.

На фиг. 1 показан вариант щтампа при получении полого изделия прощивкой; на фиг. 2 - вариант щтампа при получении изделия осадкой заготовки в матрице (высадкой); на фиг. 3 - вариант щтампа для формовки полой детали из листовой заготовки.

Штамп содержит (см. фиг. 1) контейнер высокого давления 1, разделенный внутренней поперечной перегородкой 2 на две д полости А и Б, сообщенные между собой каналом 3, проложенным в теле контейнера, и запираемые плунжерами 4 и 5. Полости А и Б образуют в совокупности камеру высокого давления. Площадь S поперечного сечения верхнего плунжера 5 и полости А 0 меньше площади поперечного сечения S нижнего плунжера 4 и полости Б. Внутри контейнера в полости А находится деформирующий инструмент 6.

Когда деформирующий инструмент 6, сочлененный с верхним плунжером 5, еще не упирается в заготовку 7, расположенную на перегородке 2, весь объем контейнера 1 (обе его полости) заполнен жидкостью (например, маслом) под давлением, созданным за счет сжатия плунжеров осевым усили,. «м F, прикладываемым от пресса. В этом случае на контейнер 1 из-за разности (S -s) вверх действует усилие Г(.определяемое соотнощением

fc,i (S-S)

(1)

За счет этого при приложении внешнего усилия (от плунжера пресса) к верхнему плунжеру 5 последний перемещается вниз, выталкивая часть жидкости из верхней полости в нижнюю через перепускной канал 3, вследствие чего контейнер 1 поджимается вверх по плунжеру 4. Из этого следует, что при осевом сдавливании системы прессом в рассматриваемом случае верхний плунжер

или инструмент 6, с ним сочлененный, может соверщать работу против сил упругопластической деформации (равно как и против сил трения, возникающих при это.м), например, твердого деформируемого тела (заготовки 7), помещенной между перегородкой 2 и инструментом 6; при этом также одновременно во всем объеме жидкости создается гидростатическое давление всестороннего сжатия (на фиг. 1 показано маленькими стрелками), способствующее деформированию заготовки и снижению сил

трения.

Свободное перемещение вверх контейнера 1, о котором щла речь при выводе соотношения (1), продолжается до упора формующего инструмента 6 в заготовку 7. При этом выполняется соотношение баланса сил li-S (s-Дз) + RAs, где S S.D2/4, S std2/4. As ,- площади поперечного сечения нижнего плунжера 4 (с диаметром D), верхнего плунжера 5 (с диаметром d) и пуансона . В случае деформирующего инструмента в форме цилиндрического пуансона (с диаметром&AS РЖ - давление жидкости в контейнере 1; РЗ - удельное давление пуансона на заготовку;в равенстве (2) слева стоит величина усилия F, действующего со стороны жидкости на нижний плунжер 4, F справа от знака равенства - суммарное усилие, действующее на верхний плунжер со стороны жидкости и заготовки, равное по существу той же величине силы F, развиваемой,прессом. Отсюда также ясно, что р - F ж - S Простое преобразование соотношения (2) дает Ра 1 4- -SjiSL 1 + Таким образом, при заданном & , варьируя величины D и d, можно добиться необ ходимого соотношения между давлением жидкости и давлением пуансона на заготовку. Из соотношения (3) и (4) получается для величины усилия f I|As, действующего на заготовку, следующее выражение f F(i F(l - ).(5) При деформации заготовки 7 усилие f R раскладывается на две составляющие: 10 As -- усилие деформирования и ж- усилие, противодействующее давлению жидкости и совершающее работу против гидравлических сил, давящих на заготовку. На основании этого 1 f;, As.( + Р;), Т. е Р, здесь 1 - удельное усилие (давление), определяющее, собственно, деформирование заготовки. Из соотношений (4) и (6) следует, что давление Ра , идущее на деформ-ирование заготовки, выражается через геометрические параметры схемы таким образом (7) Р| жШтамп работает следующим образом. Заготовку 7 помещают на перегородку 2 контейнера высокого давления 1, надвинутого на нижний с уплотнением 8 плунжер 4 с диаметром D, стоящий на столе пресса. Возможны варианты, когда заготовка 7 помещается в матрицу, предварительно расположенную на перегородке 2. Далее в контейнер 1 в обе его сообщающиеся полости А и Б заливают рабочую жидкость, например, масло. В верхнее отверстие контейнера 1 вставляют с уплотнением 9 плунжер 5 с диаметром d, сочлененный с деформирующим инструментом б, например пуансоном диаметром 6. В осевом направлении прикладывают на плунжер 5 внешнее усилие F от пресса. В силу того, что , и соотношения (1) контейнер 1 передвигается вверх, а масло из верхней полости А через канал 3 выталкивается в нижнюю полость Б, происходит сближение заготовки 7 с инструментом 6. После того, как инструмент 6 приходит в контакт с заготовкой 7, в контейнере 1 высокого давления между давлением 1 и удельным давлением Pj пуансона на заготовку устанавливается соотношение, определяемое равенством (4), а на-заготовку действует со стороны инструмента 6 усилие . f, направленное против сил выдавливания, создаваемых сжатой жидкостью, и определяемое равенством (5). При этом в ходе деформирования заготовки излишек жидкости из верхней полости А продожает через канал 3 перераспределяться в нижнюю полость Б с одновременным движением контейнера вверх, в ходе деформирования всю массу заготовки локализуют внутри полости А, запираемой плунжером 5 меньшего диаметра, т. е. препятствуют выходу массы заготовки за пределы стенок полости А, так что конец заготовки 7, который противоположен деформирующему инструменту 6, неизменно перемещают со скоростью, совпадающей со скоростью перемещения контейнера 1 (или матрицы). Возможен вариант штампа для изготовления изделия осадкой деформирующим инструментов 6 (плоским бойом) цилиндрической заготовки 7 в матрице 10 с получением детали типа болта с конической головкой. В перегородке 2 выполнено большое отверстие 11, перекрываемое опорной шайбой 12, на которой и располагается матрица 10. Отверс;тие 11 предназначено для прохождения через него выталкивателя 13, который служит для более оперативного извлечения изделия с матрицей 10 из полости А после штамповки; в ходе деформирования заготовки выталкиватель непрдвижен, обжат уплотнением 14 и упирается своим нижним концом в выталкиватель пресса, либо в неподвижную задвижку. В рассматриваемом случае перепускной канал 3, соединяюший полости А и Б контейнера 1, образован каналом в перегородке 2, а также системой проточек и фасок на наружной поверхности матрицы 10 и опорной шайбы 12. При необходимости таких каналов может быть проложено несколько (как, впрочем, и в варианте, показанном на фиг. 1). В случае деформирования осадкой подЛб во всех выражениях (2-7) следует понимать площадь поперечного сечения заготовки (а под &- диаметр цилиндрической заготовки) или площадь контакта деформируемого инструмента 6 (бойка) с заготовкой 7. В описываемом щтампе удельное усилие деформирования должно превосходить силы давления жидкости, т. е. . Вместе с тем возможен и такой вариант, когда 1 6,,поскольку именно в этом случае обеспечивается нахождение всего объема заготовки в состоянии пластичности. Во всех рассмотренных случаях реализации технического решения возможен вариант, когда заготовка (с матрицей) и деформирующий инструмент (пуансон) поменены местами, т. е. пуансон расположен, на перегородке 2, а матрица (с заготовкой) сочленена с плунжером 5. Выше были рассмотрены реализации предлагаемого изобретения как при прошивке, так и при осадке заготовки: в принципе возможна его реализация в любой комбинации этих двух основных видов деформирования. Так, например, возможен вариант, когда используется заготовка 7 диаметром, превышающим внутренний диаметр матрицы 10 и проталкивается вниз инстру//менточ Сулибо одновременно прошивается им (в случае цилиндрического пуансона с диаметром менее внутреннего диаметра матрицы 10) с получением детали типа втулки. На фиг. 3 представлен вариант штампа для формовки изделия типа стакана из листовой заготовки. В этом случае в матрице 10 и перегородке 2 имеется также дополнительное технологическое отверстие 15, препятствующее запиранию рабочей жидкости между матрицей и телом деформируемой детали. Такого рода отверстия могут предусматриваться и в других схемах формообразования деталей особо сложной формы, когда создается угроза запирания рабочей жидкости, при этом матрица может быть не только цилиндрической, но и конической, иметь фасонный профиль, а деформируюший инструмент 6 снабжаться выступами, оребрениями и т. п. В случае горячего гидропрессования в качестве рабочей жидкости может быть применен расплавленный металл (например, олово) или смесь порошка графита с жидким стеклом и т. п. Предлагаемый штамп прост по конструкции, достаточно надежен в работе, а при деформировании заготовки не требуется дополнительной нагрузки на преодоление трения всей боковой поверхности плунжера о стенки контейнера. Извлечение изготовленного изделия из штампа осунХествляется достаточно просто выталкивателем 13 без разборки контейнера.

1. ШТАМП Д;ПЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ТРУДНОДЕФОРМИРУЕМЫХ МАТЕРИАЛОВ, содержащий контейнер с камерой высокого давления, состоящей из двух полостей неравного поперечного сечения, сообщенных между собой посредством каналов, и входящие в камеру с ffl-.:,3 противоположных сторон контейнера плунжеры, 2 также размещенный внутри контейнера деформирующий инструмент, отличающийся тем, что, с целью снижения энергозатрат, упрощения конструкции и повышения надежности в работе, контейнер выполнен с внутренней поперечной перегородкой и установлен с возможностью осевого перемещения относительно плунжеров, две упомянутые полости камеры высокого давления образованы перегородкой контейнера, а деформирующий инструмент установлен в пoлocVи меньщего поперечного сечения. 2.Штамп по п. 1, отличающийся тем, что каналы для сообщения полостей выполнены в перегородке контейнера. 3.Штамп по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что деформирующий инструмент уста(Л новлен на перегородке контейнера. о о 4: