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

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

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

На фиг. 1 схематически показан узел с изделием, на котором показано типовое волокно макроструктуры, получаемое при вьщавливании изделия типа стакана , на фиг. 2 - пуансон с рабочим концевым участком в виде поверхности усеченного конуса; на фиг. 3 - зависимости угла выхода волокна макроструктуры (-f° на внутреннюю поверхность изделия от отношения радиуса рабочей полости матрицы R к радиусу калибрующего пояска пуансона г и геометрии торца.

Узел штампа для выдавливания (фиг, 1) содержит пуансон 1 с калибрующим пояском, переходящим в рабочий торец, матрицу 2 с рабочей полостью, дно которой образует выталкиватель 3.

Ууел работает следующим образом.

В рабочую полость матрицы загружается заготовка 4, которая выдавливается пуансоном 1. В результате вы- давливания в изделии волокна макроструктуры, образующие стенку стакана которые до вьщавливания 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 3,

Угол tf сильно влияет на ударную вязкость стенок изделия. Чем этот угол меньще, тем больше ударная вязкость, т.е. динамическая прочность изделия. Установлено, что независимо от материала заготовки (выдавливались заготовки из меди, алюминиевых сплавов АЛ-0, АВ, Д16 Т, сталей 3, 10, 20, 30,45) наибольший угол выхода волокна ( наблюдается у пуансонов с плоским торцом (г 0° ), а при уменьшении радиуса сферической поверхности торца этот угол также уменьшается, причем наиболее резко это уменьшение происходит (фиг. 4) в интервале значений г т (это соответствует углам ее , фиг. 1, расположенным в интервале 45 оС 90

0

5

0

5

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 :)то снижает ударную вязкость (т.е. динамическую прочность), что недопустимо. Однако нельзя для всех случаев выдавливания считать пуансон в виде полусферы наилучшим, поскольку, например, при вьщавливании таким пуансоном изделий большой глубины полости из алюминиевых сплавов наблюдается разрыв смазочного слоя, приводящий 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 ,42г) угол q отличается от угла Lp при пуансоне с плоским торцом менее чем на 10%, и

Q вследствие всегда имеющегося разброса термомеханических условий выдавливания эффект практически не достигается .

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

Поскольку для большинства изделий типа стакана требуемой формой дна является коническая и, кроме того,

g конический пуансон лучше удерживает смазку, то бьти проведены эксперименты по определению параметров конических торцов, совмещающих указанные преимущества с повышенной динамической прочностью изделий, т.е. малым углом qi . В результате 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 преде0

0

5

лах г с r i 1,Ar (т.е.. пуансоны, конус которых вписан в сферу указанных пуансонов). С точки зрения улучшаемого показателя качества такие пуансоны практически эквивалентно позволяют заменить пуансоны со сферическим торцом. На фиг.З показан торец данных пуансонов, а на фиг. 3 (крестикамк) - результаты эксперимен тов с пуансонами, конический торец которых вписан в полусферу (г ). Аналогичные эксперименты, показывающие эквивалентность, были проведены и с пуансонами, конус которых был вписан в сферу радиуса Гт - 1,52г.

Установлено, что угол tp 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 Э 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 соот

ношение как для тонкостенных (,3)30 цилиндрической рабочей полостью и так и для толстостенных (R/r г 1,7) 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/ri 1,7, а затем известной вытяжкой с утонением стенки или прямым выдавливанием получить требуемую толщину Iстенки, не ухудшая динамической проч35

40

выталкиватель, отличающии с я тем, что, с целью повышения к чества получаемых изделий за счет увеличения их ударной вязкости, ос нования поверхности усеченного кон са рабочего концевого участка расположены на части описывающей ее сферической поверхности, центр кот рой размещен на оси пуансона и сме щен в сторону нерабочей его части, причем радиус указанной сферическо поверхности выполнен в пределах

уменьшают полученный при обратном выдавливании угол выхода волокон,

Для подтверждения эффективности 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 пуансоном, радиус меньшего основания которого был как и в базовом узле принят равным 0,5г, т.е. 10 мм, но высота и угол конической поверхности выбраны из условия вписанности конуса

в полусферическую поверхность (т.е. г V), согласно чему высота конусл 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 испытывались на ударную вязкость. Ее величина составила: по базовому варианту 538 кДж/м по предлагаемому - 654 кДж/м, т.е. на 22% выше. Для контроля было также проверено выдавливание тем же вписанным пуансоном в 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, чем при вьщавливании в диапазоне R/r .

Формула изобретения

.Узел штампа для выдавливания из- делий типа стаканов, содержащий пуансон с калибрующим пояском, сопряженным с рабочим концевым участком, выполненным в виде поверхности усеченного конуса, а также матрицу с

цилиндрической рабочей полостью и

выталкиватель, отличающии- с я тем, что, с целью повышения качества получаемых изделий за счет увеличения их ударной вязкости, основания поверхности усеченного конуса рабочего концевого участка расположены на части описывающей ее сферической поверхности, центр которой размещен на оси пуансона и смещен в сторону нерабочей его части, причем радиус указанной сферической поверхности выполнен в пределах

г г - 1,42г,

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

2. Узел по п. 1, о т л и ч а ю- щ и и с я тем, что радиус рабочей полости матрицы и радиус калибрующего пояска пуансона связаны соотношением

К - / К - -. - 1,3 или - г 1,7, гг

55

где R - радиус рабочей полости матри цы, г - радиус калибрующего пояска.

5V

Фиг.1

Фиг.2

1 1,2 1.U 1.6 Фиг.3

/

Изобретение относится к обработке металлов давлением, а именно к - конструкциям инструментальных узлов штампов для выдавливания изделий типа стаканов. Целью изобретения является повьш1ение качества получаемых изделий за счет увеличения их ударной вязкости. Установленные зависимости между радиусом описывающей рабочий концевой участок пуансона сферической поверхности г, радиусом калибрующего пояска г, а также радиусом рабочей полости матрицы R обеспечивают при их соблюдении уменьшение угла выхода волокон макроструктуры на внутреннюю поверхность изделия. Эти зависимости имеют вид г ,42г; RR - i 1,3 или - 2i 17. Рабочий концег г вой участок пуансона вьтолнен при этом в виде поверхности усеченного конуса. 1 з.п. ф-лы, 3 ил. i (Л со 4 00

Составитель А,Быстрое Редактор С.Лисина Техред Л.Сердюкова Корректор А.Обручар

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