Способ изготовления сферических шарниров Советский патент 1989 года по МПК B23P11/00 F16C23/04 

Фиг. 2

; Изобретение относится к обработке ме- таллов давлением и может быть использо- :вано при получении шаровых шарнирных соединений путем пластического формоизменения охватывающей детали.

Цель изобретения - повышение качест- ;ва сферических шарниров с толстостенными I втулками за счет придания радиальной на- |правленности течению металла втулки. I На фиг. 1-4 представлены этапы дефор- Iмирования втулки.

I Способ осуш.ествляют .следуюшим образом.

Изготавливают сферический вкладыш 1 со сквозным отверстием, например, объемной : итамновкой и последующей механической : обработкой. Вкладыш может иметь соосные I отверстию цилиндрические выступы 2, посредством одного из которых его устанавливают на центрирующий выступ подпружиненного фиксатора 3.

углов встречи инструмента с обрабатываемой заготовкой, уменьшить угол ф между касательной к рабочей поверхности матрицы 5 в точке в и касательной в той же точке к внешней поверхности втулки и увеличить угол 9 между касательной рабочей поверхности матрицы и торцом втулки. Уменьшенная толщина стенки у торцов и изменение соотнощения углов позволяет предотвратить значительное смятие внешней 10 кромки втулки в начальной стадии обжатия, сопровождающееся осевым течением металла с образованием вокруг контактной площадки наплывов металла (в местах В и С на фиг. 1), и обеспечить необходимое для

15

обжатия втулки щара радиальное течение металла.

Радиальное перемещение стенки на одну и ту же величину путем обжатия требует меньших затрат энергии, чем путем осадки. Поэтому большую часть радиального переОбъемной штамповкой и последующей 20 мещения производят обжатием, которое вымеханической обработкой придают наружной поверхности втулки 4 выпуклую форму с об- I разующей в виде части окружности радиу- ; сом R. Величину R выбирают в диапазоне 0,7 (r-f/оХ/ 1,5(г+/о), где г - радиус

полняют со степенью тангенциальной деформации еосг на внутренней кромке (е на фиг. 1) втулки, не меньшей 0,6 суммарной степени тангенциальной деформации еу на внутренней кромке втулки при обжатии и осадке.

сферической поверхности; 0 - толщина стен- Если обжатие выполняют с ,68v,

ки втулки на середине ее высоты. В рекомендуемом диапазоне значений наиболее предпочтительно значение Я 1,0(г-|-/о), обеспечивающее после обжатия и осадки наиболее равномерную по высоте толщину стенки и, следовательно, наиболее равномерное распределение напряжений по высоте стенки при работе шарнира.

Перед обжатием оформляют также торцовые и внутреннюю поверхности втулки. На ширине всего торца как нижнего, так и верхнего, выполняют скос с наклоном к внут- ренней поверхности втулки, а внутреннюю поверхность выполняют цилиндрической с диа.метром, равным диаметру сферы, и высотой /го, равной высоте окончательно оформнапример с ео 0,, то на долю осадки приходится, значительная часть суммарной степени тангенциальной деформации ej, что ведет к резкому увеличению усилия осадки и

-.,. вытеканию металла в разъем между осадочными бойками с образованим кольцевого наплыва металла на внешней поверхности втулки. Увеличиваются расход металла и энергетические затраты, снижается стойкость осадочных бойков.

25 Обжатие выполняют в матрицах 5 и 6, профиль рабочей поверхности каждой из которых содержит два участка - aft и be, плавно сопрягающихся в точке Ь. Поскольку расположенный между плоскостью разъема матриц и точкой касания втулки с матрицей

ленной втулки Н. На середине внутрен- 40 (точкой Ь) участок аЬ профиля не участвует

ней поверхности втулки может быть выполнена кольцевая канавка для смазки {показана пунктиром на фиг. 1).

Угол скосов а взаимно связан с радиув оформлении зоны внешней кромки, он выполнен соответствующим профилю готового изделия, т. е. . (фиг. 4).

Профиль участка be выполнен радиусом

сом R через объем втулки. Рекомендуемый Кьс, меньшим радиуса Ra,

nijonoo/ ir iiioirfiiiiiij .-ir(- f-oi-inrir-i-T Г /IC O rjD,,,r,,,r Пf- „

диапазон значений составляет 10-45°

Оформленную втулку 4 устанавливают на вкладыш до упора внешней кромки втулки, соответствующей точке Ь на фиг. 1, в рабочую поверхность нижней обжимной матриВеличину Rbc определяют, например, графически, исходя из того, что касательная i-i (фиг. 1) в точке с горизонтальна, радиус Rhc плавно сопрягается в точке Ь с радиусом , суммарная глубина поцы 5, обеспечивая совпадение горизон- Q лостей верхней и нижней матриц с учетом тальных плоскостей симметрии О-О вкладыша 1 и втулки 4. При движении вниз верхней обжимной матрицы 6 происходят изгиб стенки втулки и обжатие втулки вокруг вкладыща (фиг. 2). Предшествующее обжатию оформление наружной поверхности втул- 55 ладки.

зазора hf. между ними равна высоте втулки Но. Зазор их в конце процесса обжатия принимают ке менее 2 мм. При меньшем зазоре возникает опасность работы пресса враспор из-за возможных неточностей наки 4 и выполнение скосов на ее торцах позволяет уменьшить толщину стенки втулки у торцов, а также изменить соотношения

Если касательная г-/ к профилю матрицы в точке с не доходит до горизонтали, то вогнутый рабочий и плоский донный участки

углов встречи инструмента с обрабатываемой заготовкой, уменьшить угол ф между касательной к рабочей поверхности матрицы 5 в точке в и касательной в той же точке к внешней поверхности втулки и увеличить угол 9 между касательной рабочей поверхности матрицы и торцом втулки. Уменьшенная толщина стенки у торцов и изменение соотнощения углов позволяет предотвратить значительное смятие внешней 0 кромки втулки в начальной стадии обжатия, сопровождающееся осевым течением металла с образованием вокруг контактной площадки наплывов металла (в местах В и С на фиг. 1), и обеспечить необходимое для

5

обжатия втулки щара радиальное течение металла.

Радиальное перемещение стенки на одну и ту же величину путем обжатия требует меньших затрат энергии, чем путем осадки. Поэтому большую часть радиального пере0 мещения производят обжатием, которое выполняют со степенью тангенциальной деформации еосг на внутренней кромке (е на фиг. 1) втулки, не меньшей 0,6 суммарной степени тангенциальной деформации еу на внутренней кромке втулки при обжатии и осадке.

Если обжатие выполняют с ,68v,

например с ео 0,, то на долю осадки приходится, значительная часть суммарной степени тангенциальной деформации ej, что ведет к резкому увеличению усилия осадки и

вытеканию металла в разъем между осадочными бойками с образованим кольцевого наплыва металла на внешней поверхности втулки. Увеличиваются расход металла и энергетические затраты, снижается стойкость осадочных бойков.

Обжатие выполняют в матрицах 5 и 6, профиль рабочей поверхности каждой из которых содержит два участка - aft и be, плавно сопрягающихся в точке Ь. Поскольку расположенный между плоскостью разъема матриц и точкой касания втулки с матрицей

(точкой Ь) участок аЬ профиля не участвует

в оформлении зоны внешней кромки, он выполнен соответствующим профилю готового изделия, т. е. . (фиг. 4).

Профиль участка be выполнен радиусом

Кьс, меньшим радиуса Ra,

Кьс, меньшим радиуса Ra,

D,,,r,,,r Пf- „

Величину Rbc определяют, например, графически, исходя из того, что касательная i-i (фиг. 1) в точке с горизонтальна, радиус Rhc плавно сопрягается в точке Ь с радиусом , суммарная глубина полостей верхней и нижней матриц с учетом

лостей верхней и нижней матриц с учетом

ладки.

зазора hf. между ними равна высоте втулки Но. Зазор их в конце процесса обжатия принимают ке менее 2 мм. При меньшем зазоре возникает опасность работы пресса враспор из-за возможных неточностей наЕсли касательная г-/ к профилю матрицы в точке с не доходит до горизонтали, то вогнутый рабочий и плоский донный участки

матрицы сопрягаются в точке ее «переломом и не обеспечивается требуемая величина e,,rf, а также благоприятное для последующей осадки соотношение угла встречи внешней поверхности втулки с осадочными бойками, что затрудняет радиальное пере- меш,ение металла к центру шарнира при осадке, увеличивает суммарные энергетические затраты и уменьшает стойкость осадочных бойков.

Если касательная /-( переходит горизонталь, не обеспечивается плавное сопряжение участков аЬ и he.

Таким образом, в результате обжатия внешней поверхности втулки на участке аЬ придают окончательную форму {так как ). обеспечивают уменьшение зазора А;) на величину, не меньшую 0,6До, и частичный охват u.iapa втулкой, осушест- вляют подготовку зоны внешней кромки для последуюп 1ей осадки.

После обжатия втулку в сборе с шаром устанавливают на площадку D нижнего осадочного бо.чка 7 (фиг. 3). Окончательное оформление втулки и гюлный охват шара втулкой (по всей внутренней поверхности втулки) обеспечивают осадкой втулки по торцам усилителями Р между плоша.аками D нижнего 7 и верхнего 8 осадочных бойков.

Предпкч вуюнин- осадке оформление обжатия зоны внешней кромки втулки в матрицах, касательная / - профилю рабочей новерхности каждой из которых в наиболее удаленной от плоскости разъема точке профиля (точке с) совпадает с горизонталью, обеспечивает благоприятные соотношения между углами встречи осадочных бойков с поверхностями обрабатываемой заготовки - обеспечивает малое значение угла между осадочным бойком и внешней поверхностью втулки (в начальный момент осадки это угол равен нулю) и значительно большее значение уг.па между осадочным бойком и торцом втулки (угол ). В результате обеспечивается направленность течения осаживаемого металла, преимущественно к оси Hiapniipa. Для надежного охвата вкладыша втулкой по всей внутренней поверхности втулки в конечной стадии осадки к внешней новерхности втулки прикладывают радиальные сжимающие усилия q от кольцевых выступов (фиг. 4), выполненных на осадочных бойках 8 и 7. Рабочая поверхность выстунов соответствует внешней новерхности готового изделия, т. е. выполнена радиусом .

После осадки прикладывают к одной из торцовых площадок F вкладыша, например к нижней, и противоположному торцу G втулки встречные осевые усилия и смешают шар относительно втулки, обеспечивая подвижность шара во втулке и требуемую величину зазора в соединении.

Пример. Один из шарниров состоит из шара из стали ЗЗХС, втулки из стали 45Х,

0

выполненной за одно целое с хвостовиком. Диаметр шара 65 мм. диаметр отверстия в п:аре 30 мм. На шаре с противоположных сторон соосно отверстию 0 30 мм выполнены два цилиндрических выступа высотой по 10 мм. Высота втулки в сборе с шаром 36 мм, радиус ее внешней поверхности 32,5 мм, толшина стенки 17 мм.

Технологический процесс изгото вления шарнира включает формовку горячей об ьем- ной штамповкой, последующую механическую обработку и фосфатирование Hiapa и втулки, выполненной за одно целое с хвостовиком. В фоцессев формовки и последующей механической обработки внешней по5 верхности втулки придают выпуклую форму с образующей в виде части окружности. Радиус окружности R принимают равны.м 1,0 (г-г/о), т. е. ,0(32,5+17)49,5 мм. На торц.ах втулки выполняют скосы с наклоном к центру шарнира. Угол а прини0 мают равным 25. Во втулке выполняют цилиндрическое отверстие 0 65 мм. Сборку шарнира производят на механическом прессе К849-С усилием 20 МН в следующей последовательности. Шар устанавливают на цент,г рирующий выступ подпружиненного фиксатора обжимного штампа. Втулку одевают на шар до упора ее внешней кромки в нижнюю обжимную магрицу. Обжим выполняют в матрицах, профиль рабочей поверхности каж;1ой, из которых имеет два участка. Учас0 ток аЬ. между плоскостью разъема матриц и точке, касания вгу, с матрицей оформлен радиусом /,;л, равным радиусу R внешней поверхности готового изделия, т. е. равным 32,5 мм. Участок be. расположенный но отношению к плоскости разъема за точкой

5 касания, вьпюлнеп радиусом ,- 15 мм. Величина радиуса R.,, определена графически. Касательная к нрофи;по в наибо.чее уда. 1ен- ной от плоскости разъема его точке совпадает с горизонталью. В закрытом положении штампа . -.Ь сота //, между краЙ1 г,ми точками рабочих полостей матриц состав.чяет 42 мм и равна высоте вту.1ки до обжима //о, а зазор Лх между торцовыми н. юскос- тями 5 мм.

После обжима вту, 1ку в сборе с niapoM устанав. 1ивак)т в осадочный штамг, на горизонтальную н.ющадку нижнего осад(чпо1Ч) бойка и выполняют осадку кромок втулки до высоты 36 мм. В конечной стадии осадки к внешней поверхности втулки прик.кадывают радиальные сжи.маюшие усилия от кольце0 вых выступов, выполненных на осадочных бойках. Рабечая поверхность выступов соответствует внешней поверхности i-отового изделия и . оформлена радиусом 32,5 мм. После сборки шарнир устанавливают в следующий щтамп, в котором выполняют

5 сменхение 1.иара относительно втулки до но- лучепия требуемой величины зазора в соединении, равной 0,5 мм. Сменхепие осх ще- . ствляют вс1речными осевыми уси,1иями. ко0

5

торые прикладывают к одноу из цилиндрических выступов шара и противоположному торцу втулки.

Формула изобретения

Способ изготовления сферических шарни- : ров, заключающийся в установке сферичес- кого вкладыша с цилиндрическим отверс- I тием во втулку, высота которой меньше диа- I метра сферической поверхности, а внутрен- I няя поверхность выполнена цилиндрической, и последующем обжатии втулки вокруг на- ружной поверхности сферического вкладыша : путем одновременного воздействия на концевые участки втулки, отличающийся тем, что, ; с целью повышения качества сферических : шарниров с толстостенными втулками, ис- пользуют втулку с выпуклой наружной по- : верхностью, имеющей образующую в форме

дуги радиусом R величину которого определяют из соотношения

0,7(г+г оК 1,5(),

где г - радиус сферической поверхности

вкладыша;

0 - толщина стенки втулки на середине ее высоты,

и скосами на торцах, направленными к оси 0 втулки и расположенными под углом к плоскости, перпендикулярной этой оси, величину которого определяют из следующего диапазона 10° а$С45°, после обжатия осуществляют осадку втулки, а обжатие ведут со степенью тангенци яьной деформации на внутренней кромке втулки, не меньшей 0,6 от суммарной степени тангенциальной деформации на внутренней кромке при обжатии и осадке.

5

Изобретение относитсяк обработке металлов давлением, в частности к способам и,;гг)Т()н.1С11ня сферических Н1арниров. Цель и ioujHT.. iiiiii повышение качества сфери- in 1ч11л 1п;11)1:иров с толстостенными втулка- ,ii . Л зкл о изготавливают сферический вкладыш 1 со сквозным отверстием и втулку 4 с наружной новер.хностью, имеющей выпуклую форму с обря- уюндей в виде дуги окружности. Торцы втулки выполняют со скосами, направленными к оси втулки. Угол наклона скосов изменяется от 10 до 45°. После установки вкладыша 1 во втулки 4 осуществляют обжатие последней вокруг сферической поверхности вкладыша в обжимных матрицах 5 и 6. В результате обеспечивается частичный охват втулкой сферической поверхности вкладыша. Окончательное оформление втулки и полный охват сферической поверхности вкладыша обеспечивают осадкой втулки по торцам. Обжатие ocynie- ствляют со степенью тангенциальной деформации на внутренней кромке вту,1ки. не меньшей 0,6 от суммарной степени тангенциальной деформации на внутренней кромке при обжатии и осадке, ббеснечивается радиальная направ.ценность течения мета:1,1а втулки, что повышает качество сферических шарниров. 4 ил. (Л с:

Фиг. 1

Фи$..3