Способ изготовления полых изделий Советский патент 1993 года по МПК B21K21/04 

Изобретение относится к обработке ме- . таллов давлением и может быть использовано при получении полых изделий типа стаканов с глубокой полостью.

Технический результат, создаваемый изобретением, выражается в уменьшении разностенности изделия, снижении усилия деформирования и повышении стойкости инструмента.

На фиг. 1 изображена заготовка в конечный момент операции калибровки с наметкой отверстия; на фиг. 2 - полое изделие в начальный и конечный моменты последующей операции прошивки; на фиг. 3 - глубокий стакан на последующей операции вытяжки с утонением стенки последовательно через несколько матриц.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.

Исходную заготовку 1 диаметром d3, полученную резкой прутка, подвергают калибровке в матрице 2 воздействием пуансона 3 (фиг. Т). При этом верхний торец заготовки 1 деформируют, образуя углубление а формой, соответствующей геометрии прошивного пуансона 4 (фиг. 2), и глубиной, равной 0,25...0,3 диаметра торца пуансона, что обеспечивает надежную ориентацию пуансона при прошивке. Одновременно в нижней части полуфабриката формируют конический участок б с размерами переходного конуса в прошивкой матрицы 5 (фиг, 2).

На второй операции формообразования полуфабрикат 6 укладывают в прошивную матрицу 5с зазором Z, необходимым для свободного его введения в матрицу, и центрируют по коническому участку в, образуя

00

о

о

со

равный зазор по всему периметру. При опускании пуансона А он входит в центриующее углубление а, тем самым фиксируя полуфабрикат-заготовку 6, и начинает деформирование. Деформирование производят комбинированным выдавливанием путем сдвига металла под пуансоном и вытеснения его в нижнюю часть полости г матрицы 5 при фиксированном положении поверхности заготовки и полученной части стенки относительно поверхности контейнера матрицы.

Процесс прошивки комбинированным выдавливанием сдвигом характеризуется снижением деформирующих усилий по сравнению с обратным выдавливанием полых изделий, что обусловливается уменьшением сопротивления трению и снижением затрат мощности на границах разрыва скоростей течения, т.к. в очаге деформации частицы металла не изменяют направления движения. В особенности проявляется разница в усилиях в конце процесса при деформировании тонкого слоя донной части изделия.

Диаметр dM ступени матрицы 5 выполняют таким, чтобы удельное усилие на пуансоне для комбинированного выдавливания сдвигом было меньше, чем необходимые удельные усилия прямого или обратного выдавливания или внедрения пуансона в полупространство всех возможных способов деформирования металла пуансоном в матрице с отверстием в нижней части.

Получены формулы для вычисления удельных усилий на пуансоне, необходимых для осуществления четырех названных способов деформирования. Формулы выведены с использованием единого метода балансамощностей всех сил на кинематически возможных скоростях, идентичных полей скоростей радиального течения и одинаковых допущений, что предопределяет надежность в сравнении силовых параметров различных способов выдавливания.

Формулы для вычисления относительных удельных усилий на пуансоне имеют следующий вид.

Комбинированное выдавливание сдвигом с образованием полости и стержня без перемещения металла относительно поверхности контейнера матрицы:

-If-- n 1+()- erg aKS + - ctg OKB + -jj- OKB (1 +

+ )-ctga«„ + //n I--- h

2h

(D

0

5

0

5

где OKB arcctg -г-д-:

ОмОл

dM - диаметр отверстий матрицы;

dn - диаметр прошивного пуансона;

hi - высота исходной заготовки;

h - высота слоя металла от основания ступени до торца пуансона;

А - длина части заготовки выдавленной в полость матрицы;

fin, /MM - коэффициенты трения на поверхности пуансона и матрицы.

Прямое выдавливание стержня при течении металла в отверстие с перемещением в контейнере матрицы:

+ ctg2 GhbJ-ctg Onb + «hb(H ctg2 Ohbj-ttQ

&&

dM

0

2Ј4l.)ctg№2 A } (2)

где dK - диаметр контейнера матрицы; ОпЬ находится из уравнения

ln ёМ1 ahbctfl (1dM

- Onbctg Опь)+2 fi M(1 - -) 0,

Обратное выдавливание полости при течении металла в кольцевой зазор между контейнером матрицы и пуансоном:

i{lnЈt + r« 1+

+ ctg2 ct ob)-ctg - ctg оъь}+ + Oob(1+ctg2 .

50

(1-)Ctgaob

Яп)},

(3)

55 «ob находится из уравнения

,4(1- Oobctg czobVl}+2(1- UH

-Oobctg Oob)-2 ,uM(1- )0. OK

Внедрение пуансона в полупространство:

/5

Qbn dycn /. dycn м, 0,2., м ,

-3 {1n- rI1+iT(1+

+ ctg2 «внНгд flWH- + (1+«д2 «/,JV)D.№

где dycn - диаметр очага деформации, при котором удельное усилие внедрения в полупространство имеет максимальное значение;

а вн находится из уравнения

In

dn

,4(1- OenCtg %н)(1-«внсгд а внН1 р-°Значение диаметра dM находят из условия

Якв МИН{ркв, Рпв, РОВ, Чвн}

решением системы уравнений (1)...(4).

Полость нижней части г прошивной матрицы делают суживающейся монотонно или ступенчато.

Установлено, что для обеспечения в нижней части матрицы комбинированного выдавливания сдвигом в условиях неподвижного контакта боковой поверхности заготовки и полученной стенки с матрицей при ступенчатой форме профиля нижней ее части необходимо, чтобы перепад диаметров каждой ступени составлял не менее 2.,.4%. Высоты ступеней такой конфигурации полости определяют исходя из того, что объем полости каждой предыдущей ступени равен объему металла следующей ступени, а объем полости последней ступени равен объему дна детали,

Если полость нижней матрицы коническая, сферическая, параболическая или имеет другую сложную форму, то конфигураций поверхности ее должна быть такой, чтобы угол наклона образующей или касательной к образующей составлял не менее 1,5...6°, в зависимости от величины контактного трения и свойств материала. Меньшие значения угла наклона так же, как и меньшие значения перепада диаметров при ступенчатой форме нижней части матрицы, соответствуют большим величинам контактного трения и большим значениям сопротивления деформации обрабатываемого материала.

В процессе прошивки комбинированным выдавливанием сдвигом очаг пластиче- 5 ской деформации располагается в осевой зоне между торцом пуансона и отверстием матрицы. При этом кольцевой объем заготовки, расположенный у поверхности контейнера матрицы и объем выдавленной

0 стенки, охватывающий пуансон, представляют жесткие зоны, деформируемые упруго, наличие которых способствует появлению эффекта самоцентрирования пуансона вдоль оси прошивки, что резко снижает

5 опасность появления горизонтальных составляющих усилий, вызывающих изгиб пуансона и рост разностенности.

На заключительной стадии процесса прошивки происходит вытеснение избыточ0 ного объема, связанного с отклонением размеров исходной заготовки, в компенсационную полость д (фиг. 2). При этом не происходит изменения направления течения на обратное и связанного с ним роста

5 усилия деформирования. Штамповку заканчивают в момент достижения требуемых размеров изделия.

Для глубоких полых изделий (глубиной больше 2,5...3 диаметров)с цилиндрической

0 наружной поверхностью стенки после прошивки производят операцию вытяжки с утонением стенки через одну или несколько матриц, тем самым увеличивая глубину полости до требуемых размеров (фиг, 3). На

5 этом переходе деформация полуфабриката сточным объемом и малой разностенностью обеспечивает получение изделий с точными размерами.

Пример. Заготовку диаметром 115мм

0 и длиной 95 мм из стали 20 нагревают до 1100°С и подвергают штамповке на двухпо- зиционном штампе. На первой позиции осуществляют калибровку с наметкой отверстия (фиг. 1), получая полуфабрикат, имеющий

5 следующие размеры: на верхнем торце - у фиксирующей полости глубина 20 мм, диаметр 69 мм; в нижней части - конический участок с углом конусности 30° высотой 14 мм; диаметры торцов - верхнего 116мм, нижне0 го 105 мм; общая длина 95 мм.

На второй позиции полуфабрикат с ука- . занными размерами укладывается в прошивную ступенчатую матрицу, имеющую коническую полость ниже ступени с углом

5 конусности 7°, и осуществляют прошивку комбинированным выдавливанием сдвигом (фиг. 2).

Диаметр ступени матрицы, равный 105 мм, находят решением системы уравнений (1)...(4) при значениях параметров /гм

,25; d. мм; мм; мм; MM.

В результате получают полуфабрикат типа стакана с толщиной дна 15 мм и высотой 164+ мм, имеющей диаметр полости 60 мм и ступенчатую наружную поверхность с диаметром у дна 93 мм, далее следует коническая поверхность с углом конусности 7°, заканчивающаяся диаметром основания следующей ступени мм, вычисленным указанным выше способом, ступень представляется переходным конусом с высотой 15 мм и углом наклона образующей к оси 30°, после чего следует цилиндрическая поверхность диаметром 117 мм и высотой 78 мм. Дно стакана сферическое с радиусом 80 мм, имеет по оси четырехгранный отросток высотой мм.

Полуфабрикат, полученный прошивкой подвергают отжигу, травлению и фосфати- рованию. после чего выполняют холодную вытяжку с утонением на гидравлическом прессе через три матрицы, получая наружный диаметр 93 мм и длину 280+15 мм (фиг.

3).

Полученные изделия имеют стабильную точность размеров, разностенность изделий снижается с 3...4 до 1... 1,5 мм. Регистрация потребных усилий на наиболее энергоемкой операции прошивки показала их снижение на 35...40% по сравнению с прошивкой обратным выдавливанием.

Использование предлагаемого технического решения позволяет по сравнению с

существующими способами изготовления полых изделий повысить их точность и, следовательно, снизить расход металла и трудоемкость изготовления полых деталей.

Благодаря снижению деформирующих усилий повышается стойкость инструмента, особенно пуансона, что способствует повышению: стабильности и удешевлению процесса.

Формула изобретения Способ изготовления полых изделий, включающий калибровку исходной заготовки с наметкой отверстия и последующее деформирование полуфабриката выдавливанием полости в матрице, отличающийся тем, что выдавливание осуществляют в ступенчатой матрице без перемещения поверхности полуфзбрикатазаготовки и стенки относительно матрицы, диаметр ступени матрицы выполняют исходя из условия реализации комбинированного выдавливания сдвигом

, Цов, QKB, Чвн}

где qno, QOB, QKB, QBH - средние удельные усилия на пуансоне при прямом, обратном, комбинированном выдавливании и внедрении пуансона в полупространство, а полость матрицы ниже ступени делают ступенчатой

с перепадом диаметров не менее 2-4% или конической, сферической, параболической или другой сложной формы с углом наклона образующей или касательной к образующей поверхности не менее 1,5-6°.

Редактор

Фи. 3

Составитель Ю. Куликов

Техред М.МоргенталКорректор М. Куль

Использование: при штамповке деталей с глубокой полостью, что позволит уменьшить разностепенность полых изделий, снизить технологическое усилие и повысить стойкость рабочего инструмента. Сущность изобретения: при штамповке полых изделий операция прошивки осуществляется комбинированным выдавливанием с образованием полости и одновременным течение металла в направлении движения пуансона при фиксированном положении боковой поверхности деформируемого полуфабриката и полученной стенки. 3 ил. (Л С