Устройство для безокислительного прессования полых заготовок Советский патент 1993 года по МПК B21C25/00 

.Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть применено для получения полых заготовок методом прессования без окисления материала заготовки.

Технический результат по изобретению выражается в возможности безокислительного прессования полых заготовок без применения специализированных прессов, снабженных прошивной системой, т.е. использованием относительно простого оборудования.

Сущность изобретения заключается в том, что игла упирается в торец пуансона и выполнена с возможностью отрыва от него. Такая конструкция позволяет обеспечить

следующую последовательность этапов прессования. Движением пуансона посредством иглы, упирающейся в его торец, прошивают не полностью слиток, при этом металл заполняет кольцевую полость между стенками контейнера и боковой поверхностью иглы. После полного заполнения полости при дальнейшем движении пуансона металл начинает вытекать через отверстие матрицы. Из-за того, что прошивка была выполнена неполностью, выпрессовывается вначале не полая заготовка, а сплошная пробка. При дальнейшем движении пуансона игла выдвигается сначала на уровень отверстия матрицы, а затем и далее, формируя отверстие б полой заготовке. Перемещение

00

со

Јь

ч| СО ГО

СО

иглы вместе с пуансоном продолжается, при этом на иглу действуют две силы трения: одна со стороны истекающего металла, который имеет большую скорость, чем игла, эта сила стремится придать игле большую скорость, чем скорость движения пуансона. Вторая сила трения со стороны металла в контейнере стремится держать иглу в контакте с торцом пуансона. Соотношение этих сил определяет характер поведения иглы. На первом этапе прессования, когда площадь с металлом уже сформировавшейся трубы относительно небольшая, сила вытягивания иглы также небольшая и игла остается в контакте с торцом пуансона. В дальнейшем увеличивается площадь кон- .такта с истекающим металлом, уменьшается площадь контакта с металлом в контейнере, наступает момент, когда вторая сила превысит первую, и произойдет отрыв иглы от торца пуансона. Игла увлекается истекающим металлом, а зазор между торцом иглы и торцом контейнера заполняется металлом пресс-остатка сформированием заданной про&ки. Полость в трубе герметизируется с обеих сторон. При этом оправка остается внутри трубы и ее извлекают после остывания трубы и вскрытия одной или обеих пробок.

Как видно из вышесказанного, при использовании предлагаемой прессовой оснастки не требуется применения специальной прошивной системы, что делает применяемое оборудование более простым, а капитальные затраты минимальными. Защита от окисления наружной поверхности полой заготовки достигается известными методами.

Как это описано выше, игла не имеет никакой связи с пуансоном, что не доставляет никаких затруднений при работе на вертикальных прессах, где игла может быть просто установлена на торце заготовки, в котором для центровки может быть выполнено неглубокое отверстие. Однако при работе на горизонтальном прессе оправка должна быть закреплена на пуансоне, т.к. в противном случае она не может быть установлена соосно слитку. В этом случае предложено иглу соединять с пуансоном элементом, разрушающимся при перемещении иглы относительно пуансона. Это расширяет технологические возможности устройства.

На фиг. 1 изображен продольный разрез предлагаемого устройства с загруженной заготовкой перед деформацией; на фиг.2 - устройство в момент прошивки слитка иглой; на фиг.З - устройство в момент выпрес- совывания передней пробки через матрицу;

на фиг.4 -устройство в момент прессования полой заготовки; на фиг.5 - устройство после отрыва иглы от торца пуансона и формирования задней пробки; на фиг.6 извлеченная из контейнера заготовка с заключенной в ней иглой и показаны места ее реза пилой; на фиг.7 - схема извлечения иглы из полости заготовки; на фиг.8 - устройство, в котором игла снабжена элементом, скрепляющим ее с пуансоном и имеющим возможность разрушения при перемещении иглы относительно пуансона; на фиг.9 - фрагмент шпильки, скрепляющей иглу и пуансон; нд фиг. 10 - схема действия

5 сил при применении иглы конической формы; на фиг.11 изображена игла, снабженная нарезкой и шлицем; на фиг.12 - игла, снабженная нарезкой и головкой под ключ. Устройство состоит из расположенных

0 соосно контейнера 1, матрицы 2, пуансона 3, иглы 4. Перед началом деформации в контейнер помещена нагретая заготовка (слиток) 5 из легкоокисляющегося материала. Для центровки иглы в слитке 5 может быть

5 подготовлено неглубокое отверстие со стороны пуансона. Слиток может представлять собой очехлованную коррозионностойким материалом заготовку. Игла упирается в торец пуансона и никак не закреплена, т.е.

0 имеет возможность отрыва от него.

Устройство работает следующим образом. Движением пуансона 1 (фиг.2) прошивают слиток иглой 4. На иглу в это время действует сжимающая сила, созданная под5 пором металла со стороны матрицы и напряжениями трения Т (показаны стрелкой) со стороны металла, заполняющего кольцевую полость, Металл не истекает в .отверстие матрицы, поскольку усилия для прошивки

0 меньше усилия, необходимого для выдавливания металла через отверстие матрицы. После заполнения кольцевой полости (фиг. 3) начинается истечение металла через отверстие матрицы.

5Поскольку длина иглы меньше длины

прошитого слитка, формирования полости в трубе не происходит, формируется передняя пробка.

При дальнейшем движении пуансона

0 игла выходит на один уровень с отверстием матрицы (фиг.4), в результате чего формируется полость в трубе. Скорость истечения металла превышает скорость перемещения пуансона и коэффициент пропорционально5 сти между ними равен вытяжке. Поскольку игла в этот момент перемещается вместе с пуансоном, то скорость перемещения иглы меньше скорости истечения и под нижним торцом иглы формируется свободная полость, длина которой при прессовании увеличйвается. Полость защищена от окисления со всех сторон. На этом этапе на иглу действует сила Т (отмечена стрелкой) от напряжения трения со стороны металла жесткой зоны, примыкающей к торцу пуансона. Эта сила удерживает иглу от перемещения в сторону отверстия матрицы. Но на иглу действует си/la Р (отмечена стрелкой), возникающая от напряжений трения со стороны истекающего металла и стремящаяся перемещать иглу со скоростью истекающего металла. Игла продолжает находиться в контакте с торцом пуансона, пока сила Р не превысит силу Т. Соотношение между этими силами определяет площадь действия соответствующих напряжений, причем площадь приложения напряжений, формирующих силу Р, непрерывно увеличивается за счет втягивания иглы в полость трубы, а площадь приложения напряжений, формирующих силу Т, уменьшается из-за уменьшения доли металла, находящегося в контейнере.

В момент превышения значения силы Р над значением силы Т происходит отрыв иглы от торца пуансона (фиг.5) и в зазор между торцами пуансона и иглы затекает оставшийся в контейнере металл, формируя заднюю пробку, защищающую полость трубы от проникновения воздуха. Заготовку извлекают из контейнера известными приемами и остужают. В холодном состоянии скорость окисления металлов резко уменьшается и заголовку можно разгерметизировать. Отрезают переднюю и заднюю пробки в местах, указанных на фиг.6 стрелками А и В. Выпрессовывают иглу из полости с помощью выталкивателя 6, перемещаемого в направлении стрелки (фиг.7), используя подкладное кольцо 7.

Как видно из иллюстраций и пояснений к ним, предлагаемая оснастка не требует применения прессов, снабженных прошивной системой, что упрощает оборудование и снижает капитальные затраты.

Следует отметить, что если целью прессования является получение не трубы, а детали типа стакана с толстым дном, то не обязательно стремиться к получению относительно коротких пробок и следует иметь параметры, управляющие длинами пробок и полости в заготовки.

Игла может быть скреплена с пуансоном элементом, имеющим возможность разрушения при перемещении иглы относительно пуансона, как это изображено на фиг.8. Игла 4 сцентрирована с пуансоном посадкой в неглубокое отверстие в пуансоне и креплением к нему посредством шпильки 8. Последняя проходит через сквозное отверстие в пуансоне 3 и крепится

с обратного торца пуансона гайкой, утопленной в гнезде. Для того, чтобы шпилька 8. не оборвалась ло резьбе и не создавались трудности с извлечением ее из иглы, на ча- 5 сти шпильки 8 выполнена проточка, изображенная на фиг.9. Перед прессованием производят сборку пуансона и иглы при помощи шпильки, как это показано на фуг.8, В конечный момент прессования игла стре- 0 мится оторваться от торца пуансона по причинам, указанным выше, шпилька 8 обрывается по шейке, ее остаток вывинчивается за оставшийся хвостовик из тела иглы по,сле остывания заготовки и обрезки

5 передней и задней пробок. Применение шпильки позволяет производить прессование на горизонтальном прессе, расширяя тем самым технологические возможности. Материал шпильки и ее сечение в шейке

0 подбирают таким, чтобы обрыв шпильки произошел после формирования полости в трубе нужной длины. Таким образом, наличие шпильки позволяет регулировать и длину получаемой задней пробки.

5 Другим регулирующим длину задней пробки параметром является конусность на игле с утолщением в направлении от торца пуансона (фиг. 10). На иглу 4 действует нормально к ее боковой поверхности напряже0 ние Р (в цилиндрической системе координат г pz). Нормальное напряжение в проекции на ось z дает .напряжение Pz, направленное в направлении оси z, т.е. в сторону матрицы. Эта составляющая спо5 собствует отрыву иглы, благодаря чему процесс формирования полости завершится ранее, чем в случае применения цилиндрической иглы. Подбирая конусность иглы, возможно регулировать соотношение

0 между длиной полости -в трубе и задней пробки.

Для извлечения иглы из трубы без применения дополнительной оснастки 6 и 7 (фиг.7) возможно выполнение иглы 4 с вин-.

5 товой нарезкой (фиг. 11.) и снабжение средством для вывинчивания в виде шлица, либо в виде головки под ключ (фиг.12). После удаления передней и задней пробок иглу вывинчивают, используя то или иное средство.

0 Момент вывинчивания зависит от многих факторов: наличия смазки, соотношения между коэффициентами термического расширения иглы и материала трубы и т.д. Естественно, что наличие нарезки должно

5 быть регламентировано требованиями к качеству внутренней поверхности трубы. Если требуется ровная поверхность полости на всем протяжении, целесообразно выполнить нарезку на части боковой поверхности трубы.

Формула изобретения , 1. Устройство для безоки.слительного прессования полых заготовок, содержащее расположенные соосно контейнер, матрицу, пуансон и иглу, имеющую возможность независимого от пуансона перемещения, отличающееся тем, что игла установлена с возможностью контакта с торцом пуансона и отхода от него.

2. Устройства по п. 1, о т л и ч а ю щ е е- с я тем, что игла соединена с пуансоном

0

элементом, разрушающимся при перемещении иглы относительно пуансона.

3.Устройство поп.1,отличающее- с я тем, что игла выполнена в виде усеченного конуса с меньшим основанием, обращенным к торцу пуансона.

4.Устройство поп.1,отличающее- с я тем, что игла выполнена с винтовой нарезкой и снабжена средством для вывинчивания из спрессованного изделия.

Фиг.З

Фиг. 2

Фиг. 4

6 ЫФ

, r™eb

9

д-гий

х -.х XXX /X X

4

Ј

,, О /

/ rz ;/:.

/: /

. / «1

. .

:

, . ;

. i

/ / / / /

X X /

Фиг. JO.

x

Фиг. 2

Фиг. У

Вид.С;