Узел штампа для выдавливания Советский патент 1987 года по МПК B21J13/02 

Изобретение относится к обработке металлов давлением, а именно к штампам для вьщавливания изделий типа стаканов.

Цель изобретения - повышение качества получаемых изделий путем увеличения их ударной вязкости.

На фиг. 1 схематически показан предлагаемый узел с изделием, на котором показано типовое воЛокно макроструктуры, получаемое при выдавливании изделия типа стакана , на фиг. 2 пуансон с рабочим концевым участком в виде части сферической поверхнос- ти, соответствующим меньшему из указанных пределов; на фиг, 3 - зависимости угла выхода волокна макроструктуры ° на внутреннюю поверхность изделия от отношения ралиуса рабочей полости матрицы R к радиусу калибрующего пояска пуансона г и геометрии торца.

Уезл штампа для вьщавлинвания (фиг. 1) содержит пуансон 1 с калиб- рующим пояском, переходящим в рабочи торец, матрицу 2 с рабочей полостью, дно которой образует выталкиватель 3

Узел работает следующим образом. В рабочую полость матрицы загру- жается заготовка 4, которая выдав- «ливается пуансоном 1. В результате выдавливания в изделии волокна макроструктуры, образующие стенку стакана которые до выдавливания были прямыми и параллельными оси пуансона, искривляются, как показано на фиг. 1, и выходят на внутреннюю поверхность изделия под углом (р к ее образующей (или к оси пуансона). Затем изделие извлекается из матрицы выталкивателем Зо

Угол С|) сильно влияет на ударную вязкость стенок изделия. Чем этот угол меньше, чем больше ударная вяз- кость, т.е. динамическая прочность изделия. Установлено, что независимо от материала заготовки (вьщавливали заготовки из меди, алюминиевых сплавов АД-0, АВ, Д 16Т, сталей 3, 10, 20, 30, 45) наибольший угол выхода волокна tf наблюдается у пуансонов с опоским торцом (г 00 ), а при уменьшении радиуса сферической поверхности торца этот угол также уменьшается, причем наиболее резко это уменьшение происходит (фиг. 4) в интервале значений г t г. 1,42г (это соответствует углам об (фиг. 1),

с

5 0

5

о g 0

5 Q

5

расположенным в интервале 45°(У, 90f Наименьший угол образует пуансон в виде полусферы (фиг. 2), т.е. когда г г. Если г,г, то это означает, что между калибрующим пояском и рабочим торцом имеется плоский уступ, который приводит к задирам и трещи- нообразованию на внутренней поверхности изделия, а это резко снижает ударную вязкость (т.е. динамическую прочность) и потому недопустимо. . Вместе с тем, нельзя для всех случаев выдавливания считать пуансон в виде полусферы наилучшим, поскольку, например, при выдавливании таким пуансоном изделий большой глубины полости из алюминиевых сплавов наблюдается разрыв смазочного слоя, приводя- к недопустимым для динамической прочности задирам внутренней поверхности, а кроме того, к резкому росту усилия. Устранить данные нежелательные явления позволяет оптимизация торца пуансона путем увеличения его радиуса до верхнего указанного предела (т.е. в указанном диапазоне). Выше этого интервала (т.е. при г, 1,42) угол cf отличается от угла Cf при пуансоне с плоским торцом менее чем на 10%, и вследствие всегда имеющегося.разброса термомеханических условий вьщавливания эффект практически не достигается.

На фиг. 3 треугольниками обозначены экспериментальные точки, соответствующие пуансону со сферическим торцом, радиус которого г 1,42г (т.е. ci 45°) и при котором получаются углы f на 10% меньше, чем опасные (при пуансоне с плоским торцом) .

Поскольку для большинства изделий типа стакана требуемой формой дна является коническая и, кроме того, конический пуансон лучше удерживает смазку, то были проведены эксперименты по определению параметров конических торцов, совмещаю1цих указанные преимущества с повьшенной динамической прочностью изделий, т.е. малым углом qi . Установлено, что наименьший угол выхода волокна обеспечивают конические пуансоны, основания которых лежат на поверхности сферы, центр которой расположен на оси пуансона за участком рабочего торца (т.е. не ниже линии перехода калибрующего пояска в рабочий торец), а радиус находится в пределах г г 1,42г (т.е. по существу, пуансоны, конус которых вписан в сферу предлагаемых пуансонов). С точки зрения улучшаемого показателя качества такие пуансоны практически эквивалентно позволяют заменить пуансоны со сферическим торцом. На фиг. 3 (крестиками) показаны результаты экспериментов с пу- Q лись на ударную вязкость. Ее величина

ансонами, конический торец которых вписан в полусферу (г г.). Аналогичные эксперименты, показывающие эквивалентность, были проведены и с

составила: по базовому варианту 538 кДж/м , по предлагаемому - 654 кДж/м , т.е. на 22% выше.-Для контроля было также проведено выдав- пуансонами, конус которых был вписан 5 ливание тем же вписанным пуансоном в в сферу радиуса г. 1,42г. матрице с радиусом полости 34 мм

(т.е. R/r 1,7). У полученного изделия ударная вязкость равнялась 719 кДж/м, т.е. была на 10% выше, 2Q чем при вьадавливании в диапазоне R/r 1,5.

Установлено, что угол ( имеет экстремум в зависимости от R/r, причем максимальное (наиболее опасное) его значение находится в области, близкой к R/r 1,5. Таким образом, условие, исключающее опасную область, т.е. R/r 1,3 или R/r ь 1,7, для всех форм торцов пуансонов усиливает положительный эффект. Альтернативность данного признака не является недостатком, так как позволяет в зависимости от требуемой толщины стенок изделия выбрать оптимальное соотношение как для тонкостенных (R/r 61,3) так и для толстостенных (R/r i1,7) стаканов. При необходимости получения стакана с толщиной стенки, расположенной в опасной области (например, R/r 1,5), можно выдавить стакан в рекомендованной области с R/r э: 1,7, а затем известной вытяжкой с утонением стенки или прямым выдавливанием получить требуемую толщину стенки, не ухудшая динамической прочности, так как данные операции лишь уменьшают полученный при обратном вьщавливании угол выхода волокна.

Для подтверждения эффeктивнoqти изобретения была проведена опытная штамповка изделий из стали Ст.З. Радиус калибрующего пояска пуансона составлял 20 мм. Вьщавливание осуществлялось в матрице, радиус рабочей полости которой был равен 30 мм (т.е. R/r 1,5). В соответствии с изобретением выдавливание осуществлялось коническим пуансоном, радиус меньшего основания которого был как и в базовом узле принят равном 0,5г, т.е. 10 мм, но высота и угол конической поверхности выбраны из условия впиФормула изобретения

25 1. Узел штампа для выдавливания изделий типа стаканов, содержащий пуансон с калибрующим пояском, сопряженным с рабочим концевым участком, выполненным в виде части сферической

30 поверхности, центр которой расположен на продольной оси пуансона и смещен в сторону нерабочей его части, а также матрицу с цилиндрической рабочей полостью и выталкиватель, о т- личающийся тем, что, с целью повышения качества получаемых изделий за счет увеличения их ударной вязкости, радиус сферической поверхности рабочего концевого участка выполнен в пределах

35

40

45

50

г г S 1,42г,

где г - радиус калибрующего пояска, Гт - радиус сферической поверхности.

2. Узел по п. 1, отличающийся тем, что радиус рабочей полости матрицы и радиус калибрующего пояска пуансона связаны соотношением

- 1,3 или - г 1,7 г г

55

где R - радиус рабочей полости матрицы;г - радиус калибрующего пояска.

49

санности конуса в полусферическую поверхность (т.е. г г), согласно чему высота конуса составила 17,3 мм а центральный угол конуса - 60° (в

базовом объекте - 150 ). После выдавливания вдоль оси стаканов посередине высоты их стенки вьфезались стандартные образцы Менаже, которые испытываФормула изобретения

25 1. Узел штампа для выдавливания изделий типа стаканов, содержащий пуансон с калибрующим пояском, сопряженным с рабочим концевым участком, выполненным в виде части сферической

30 поверхности, центр которой расположен на продольной оси пуансона и смещен в сторону нерабочей его части, а также матрицу с цилиндрической рабочей полостью и выталкиватель, о т- личающийся тем, что, с целью повышения качества получаемых изделий за счет увеличения их ударной вязкости, радиус сферической поверхности рабочего концевого участка выполнен в пределах

35

40

45

50

г г S 1,42г,

где г - радиус калибрующего пояска, Гт - радиус сферической поверхности.

2. Узел по п. 1, отличающийся тем, что радиус рабочей полости матрицы и радиус калибрующего пояска пуансона связаны соотношением

- 1,3 или - г 1,7 г г

55

где R - радиус рабочей полости матрицы;г - радиус калибрующего пояска.

Фиг.1

Фиг. 2

а

1Э

g

е

Изобретение относится к обработке металлов давлением, а именно к конструкциям инструментальных узлов штампов для выдавливания изделий типа стаканов. Целью изобретения является повышение качества получаемых изделий за счет увеличения их ударной вязкости. Для этого установлены зависимости между радиусом сферической поверхности рабочего концевого участка г пуансона, радиусом рабочей полости матрицы R и радиусом калибрующего пояска г пуансона. Эти зависимости имеют вид г 6 г 1,42г, RR - i 1,3 или - ь 1,7. Соблюдение заданных соотношений указанных параметров обеспечивает уменьшение угла выхода волокон макроструктуры на внутреннюю поверхность изделия. 1 з.п. ф-лы, 3 ил. (Л со 4 эо

Редактор С.Лисина

Составитель А.Быстров Техред Л.Сердюкова

Заказ 5145/9 Тираж 582Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Корректор А.Тяско