Матрица для прессования профилированных заготовок и способ ее изготовления

 

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быт:ь, использовано при создании матриц для прессования многогранных профилей. Целью изобретения является повьшение качества изделий за счет заданного распределения твердости по поверхности граней изделия и точности размера профиля путем создания благоприятных условий смазки в очаге деформации. Под калибрующими пояском (КП) матрицы , имеющим переменную высоту, выполняется полость с отверстием, подобным сечению профиля и большим его. Матрицу изготавливают с использованием электрода-инструмента. После образования КП в торце со стороны . заходного участка осуществляют профильную надрезку в форме поверхности вращения. Затем с помощью электродаинструмента выполняют полость под 1Ш. При вьщавливании изделия по данной матрице снижается давление и повышается заполнение металла по ребрам за счет уменьшения трения. 2 с.п. ф-лы, 8 ил., 1 табл. S (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСГУБЛИН (51)4 В 21 С 25/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСН0МУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

)3 ", „13

Ь Б 111ОТША (21) 4057168/25-27 (22) 16.04.86 (46) 23.04.88. Бюл. 0- 15 (72) Я.Е.Бейгельзимер, В.Н.Лагутин и А.Г.Мартынов (53) 621.777.07(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 733757, кл. В 21 С 25/02, 1976.

Авторское свидетельство СССР

В 222101, кл. В 23 P 1/00, 1961.

;(54) МАТРИЦА ДЛЯ ПРЕССОВАНИЯ, ПРОФИЛИ

P0SAHHbE ЗАГОТОВОК И СПОСОБ ЕЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ

) (57) Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть, использовано при создании матриц для прессования многогранных профилей.

Целью изобретения является повышение качества изделий за счет заданного

„.Я0„„1389989 А 1 распределения твердости по поверхности граней изделия и точности размера профиля путем создания благоприятных условий смазки в очаге деформации.

Под калибрующими пояском (КП) матрицы, имеющим переменную высоту, выполняется полость с отверстием, подобным сечению профиля и большим его.

Матрицу изготавливают с использованием электрода-инструмента. После образования КП в торце со стороны заходного участка осуществляют профильную надрезку в форме поверхности вращения. Затем с помощью электродаинструмента выполняют полость под КП.

При выдавливании изделия по данной матрице снижается давление и повышается заполнение металла по ребрам эа счет уменьшения трения. 2 с.п. ф-лы,. 8 ил., 1 табл.

1389989

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть ис-. пользовано при создании матриц для прессования сложных профилей.

Цель изобретения — повышение качества изделий за счет обеспечения заданного распределения твердости по поверхности граней изделия и точности размера проАиля путем создания благоприятных условий смазки в очаге деформации.

На Аиг. 1 изображена матрица для профиля квадрата, продольный разрез; на Аиг. 2 — то же, с профильной под- 15 резкой; на Аиг. 3 — вид А на фиг.2, на фиг. 4 — деАормируемый элемент; на Аиг. 5 — схема формообразования заходного, калибрующего и выходного участков матрицы, на фиг. 6 — элект- 20 ! род-ийструмент с профилем квадрата; на фиг. 7 — то же, с подрезкой в торце; на фиг. 8 — эпюра распределения твердости по сечению, обеспечиваемая матрицей. 25 !

Матрица для гидропрессованив профированных изделий имеет вводной корпус i, формообразующий участок 2 с профильным отверстием 3 и продольными канавками 4. На границе встречи ввод-30 ного конуса 1 с плоскостью 5 электрода-инструмента при прожигании образуется гиперболическая кривая 6.

Электрод имеет заходной 7 и калибрующий 8 участки, При подрезке торца

35 электрода-инструмента после прошивания основного профильного отверстия

3 в матрице по предложенному способу срезается его заходной участок 7 до калибрующего участка. В дальнейшем обработку матрицы осуществляют инструментом с профильной подрезкой в форме поверхности вращения, определяемой аналитически. При этом в электроде-инструменте образуется уг45 лубление, след которого показан в виде кривой 10, Это углубление в процессе обработки не участвует„ а служит только выходом инструмента при создании в нем кривой 10. которая и служит для подрезки калибрующего участка матрицы. При электроэрозионной обработке электроду задают вертикальное осевое .перемещение и горизонтальное . плоскопараллельное перемещение. В конце формообразования на электроде-инструменте .кривыми 10

«а ребрах сходятся и линии (поверхность 9) в точках 11. Поэтому подрез6 = К (1 +p ctgo01n — + (F

Р

i 1

+IllLl К Ъ

d где 6р — напряжение волочения;

К вЂ” предел текучести металла; — коэффициент трения между металлом и матрицей; — половина угла заходной части матрицы;

F — площадь сечения заготовки;

f — площадь сечения изделия;

1 — высота пояска матрицы;

d — диаметр изделия (при волочении проАиля d — диаметр круга, площадь которого равна площади сечения профиля);

Д вЂ” коэффициент, зависящий от условий деформации.

Формула (1) пригодна также для расчета давления прессования при отсутствии трения о стенки контейнера. Так как при гидропрессовании это условие выполняется, Аормула (1) позволяет рассчитать давление гидропрессования P

P = К (1 + О, ictgd) 1n — + гf

+ О 4К (1

d (2) Это соотношение приводят к следующему виду

1п—

P -4рК с1

К (1 +p ctgel) (3)

Для поверхностного слоя соотношение (3) выглядит следующим образом

P — 0,4 К г (4)

f; К (1 + О, 1сtpd) 1п где Fl

11 начальное сечение, конечное сечение слоя; высота пояска матрицы для

1-1 Q 9JfEмента поверхностного слоя. ку калибрующей части матрицы осуществляют начиная с касания точек 11 электрода ее профиля и кончая касания точек 12 электрода.

Напряжение волочения определяется по формуле

1389989

F НЙО,, g/Ь

In — = (/ ° а (10) НВ = ае

Ь, (НВ(х) ) 1(e а

20

25 (13) 35

После подстановки в нее выражения для Р из (2) получают — ф(г(х)) + ф(с) В (14) (8) 1 — 1(х) ь

x ) > где 1 — средняя высота калибрующего 45 пояска, Ф х !

Из (8) следует, что для того, чтобы обеспечить по поверхности изделия определенное распределение твердос- 50 ти HB(x), необходимо, чтобы высота калибрующего пояска имела следующее распределение: по теореме Пифагора х = r — с

Из (15) следует, что ф(г) = ф(с) +

А1 1 + 0,1c.tgd

Г 0,4 (9) Величины P и Ы не имеют индекса так как они одинаковы для всех элементов.

Соотношение (4) позволяет связать локальную деформацию металла с длиной калибрующего пояска. В результате деформационного упрочнения твердость металла тем выше, чем большую пластическую деформацию он испытывает где Н — твердость по Бринеллю е — логарифмическая деформация, а, Ь вЂ” постоянные, значения кото рых для разных металлов из вестны.

Подставляя в (5) выражение для логарифмической деформации из (4), получают (1;

Р— СВ4 К 1 Ь (6)

НВ; = a(, ) — К (1 + 0,1ctgd) Распределение твердости металла по поверхности заготовки равно

P 0 g l(x) с1 Ь (7)

НВ(х) = а(К (! + 0 „„.0 3 1 где х — координата вдоль границы се1 1чения изделия.

F 0,4

НВ(х) = а(1П,, 1ctg d

1 - 1(х) = d(() 1/Ь

Из (8) следует, что если 1(х)

Е3 — 1, то НВ(х) = a(In — g, т.е. последнее выражение определяет среднее значение твердости НВ р. Тогда

После подстановки (1) в (9) полу-. чают

НВау)Пью 1 + 0 1ctgof а " 0,4

Конус с углом Ы при вершине и соосная с ним поверхность вращения, задаваемая формулой Е = ф(к), пересекаются плоскостью, параллельной оси.

Расстояние между линиями пересечения 1 равно

1(х) = Е + —. — ф(г(х) ). (12) г(х) о

При r = с, 1(х) = I ««

После вычитания (13) из (12) r(x) — с

1 (х) 1 sake

М О

После подстановки в (14) 1(х)

1 „„, для случая гидропрессования

1 квадрата со стороной 2с

НВ н rlt НВ(х) I 1+0 lct — ф(г(х)) + ф (с) (15)

tg СВ

138998

5 нв „g ыь нв(/гг — с ) 1)ьь — 1(( а а

1 + 0,1ctgd

0,4 (16) Постоянная ф(с) не влияет на форму поверхности вращения. При условии

Ф(с) = 0 ьь(г) = — — с(() tgd а

НВ(4г — с ) 11ь 1ЬО,)ctgd а 0,4

Изготовление предложенной. матрицы и способ получения электрода-инструмента осуществлялись следующим обра- 20 зом. В лаборатории производилось изготовление матрицы по известной технологии для гидропрессования квадрата бх6 мм. Формообразование профиля производили со стороны вы одной 25 ь части матрицы на электроэрозиоином станке модели 4Б723М электродом-инструментом с заниженной эквидистантной размера по контуру íà 0 1 мм от размера готового изделия. Полученный 30 профиль очка матрицы по граням поду.чен заниженным на 0,04 мм. Затем электрод-инструмент переустанавливали на .токарный станок и со стороны его заходного участка выполняли подрезку по предложенной форме поверхности. Подрезку выполняли расточным резцом, заточку формы поверхности которого осуществляли по копиру, изготовленному на кальке с предложен- 40 ной формой поверхности в масштабе

50:1, на оптико-шлифовальном станке.

Подрезка торца электрода-инструмента заканчивалась касанием резцом ребра квадрата, т.е. вписыванием окружнос- 45 ти с радиусом в квадрат.

Для осуществления профильной подрезки к указанному станку прикрепляли осциллирующую приставку модели

45723М-116-00. а к ней прикрепляли электрод-инструмент. После установки электрода-инструмента относительно профиля, ранее формообразованного на матрице, осциллирующей головке задавали плоскопараллельное перемещение с эксцентриситетом 0 5 мм и одновременной осевой подачей. Подрезку начинали с касания электродоминструментом выступами 11 на его реб— б,б((— ) 3 „340 qog

tg20 340

+ 10 r — 9 1/о,1 й

3 0 ф(г)

340

1 + О ictg20

0,4

У ф(г) (7 — 3) - 275 — 21, Ь (О, 32910Ч -9 ю

380

340

3 3 2 3 4 3 6 4 4 2 4 24 ф(г) О . 3,2 5,2 8,9 10,7 12,5 12,8

На матрице, изготовленной предлагаемым способом, давление снижается на 397., а заполнение металла по ребрам поднимается с

-0,13

-О, 14

-О, 03

-0,04.

9 6 рах впадин на матрице. При такой осевой подаче и плоскопараллельном перемещении электрода-инструмента в подрезку участвуют только линии 10, выполненные на каждой грани квадрата электрода-инструмента.

После профильной подрезки производили доводку заходной и калибрующей части матрицы до размера профиля детали, чисто та по образующим контура профиля калибрующей, части матрицы при этом повысилась с 5-го до 10-ro класса.

Соответственно выравнялась и чистота готовых изделий по всему контуру, причем давление прессования резко снизилось, Пример. Гидропрессование заготовки через матрицу, изготовленную с профильной подрезкой торца: материал сталь 4Х13, а = 380 кг/мм

Ь = 0,1, сторона квадрата 2с = 6 мм; площадь сечения заготовки 63 мм ; площадь сечения изделия 36 мм ; диаметр равновеликого круга d = 6,8 мм; половина захода угла матрицы Ы = 20

Необходимая минимальная твердость изделия после гидропрессования НВ )=

340 кг/мм. Пусть требуется получить следующее распределение твердости по грани квадрата, т.е. НВ(х)

= 340 + 10x.

Подставляя в (16), получают

1 389989

При этом твердость на ребрах растет с HB 320 до HB 370.

Таким образом, за счет принятого соотношения длин, образующих электродом-инструментом по ребрам и гра ням, уменьшается трение экструдата образующую профиля, улучшается условие захода смазки в зону гидропрессования, повышается заполняемость металла в ребрах квадрата, повышается твердость на ребрах изделия и соответственно повышается качество гидропрессуемых изделий.

Формула изобретения () ((НВ(х) ) 1(ь а

45 (НВ ср а где 1(х) 1/bg 1 + 0 tctg(g

0,4 высота калибрующего пояска матрицы в точке х; твердость по Бринеллю, 5g обеспечиваемая матрицей в тгочке х;

НВ(х) Матрица для прессования профи-. лированных заготовок, содержащая последовательно расположенные со сторо- 2 ны подачи вводной конус, формообразующий участок с профильным отверсти- . ем по форме сечения заготовки, с калибрующим пояском и с канавками, расположенными на входе в профильное отверстие в местах пересечения граней калибрующего пояска, о т л и— ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения качества за счет обеспечения заданного распределения твердости по поверхности граней изделия и точности размера профиля путем создания благоприятных условий смазки профиля в.очаге деформации, под калибрующим пояском матрицы выполнена полость с поперечным сечением, побод-35 ным сечению профильного отверстия и превышающим его, поверхность граней которой эквидистантна поверхности калибрующего пояска, а высота l(x) калибруюц1его пояска имеет переменную величину, определяемую из соотношения

В(г) = — — с((— """)

tg а (НВ((г — с )) f ) 1аО, )ccg„ где r радиус сечения поверхности вращения; уровень сечения с радиусом; половина стороны многогранника калибрующей части электрода; минимальная твердость поверхностных слоев, обеспечиваемая матрицей; нВ(1 г г — с ) — ьуияиия распределения твердости поперек грани многогранника, обеспечиваемая матрицей, ф(г) НБ.

НВ(х) х =

2» Д

= г -с - координата поперек грани многогранника, и выполняют полость под калибрующим пояском.

HB — твердость по Бринеллю, а и Ь вЂ .постоянные;

1 — высота калибрующего пОяска матрицы в средней части грани;

a — половина угла эаходного конуса матрицы; .d — диаметр круга, площадь которого равна площади сече», ния профиля матрицы.

2 ° Способ изготовления матрицы для прессования профилированных заготовок, включающий получение электрода-инструмента с профилированием эаходного и калибрующего участков с постоянным углом наклона граней к оси . инструмента и обработку заготовки матрицы с образованием заходной части и калибрующего пояска, о тл и ч а ю шийся тем, что после, образования калибрующего пояска в торце электрода-инструмента со стороны заходного участка осуществляют профильную подрезку в форме поверхности вращения, соосной с электро дом-инструментом, определяемой уравнением

1339989

1389989

Фиа 7

Составитель А.Гузь

Техред М.Моргентал Корректор M.Ïîæo

Редактор А.Козорез

Заказ 2592

Тираж 709 Подписное

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