Способ изготовления штамповок из полых заготовок и устройство для его осуществления

 

Использование: штамповка полых поковок с выступами и впадинами по всей высоте боковых поверхностей для деталей с наружным и внутренним зацеплением. Сущность изобретения: в штампе закрытой осадкой деформируют кольцевые заготовки при ограничении течения металла в радиальных направлениях. После деформации поковки извлекают из штампа с первоначальным освобождением от контакта со штампом по наружным поверхностям, а затем - по внутренним. При осадке на внутренней поверхности заготовки образуют радиально направленные выступы, которые ликвидируют одновременно с освобождением внутренней поверхности полуфабриката. Ликвидация выступов может осуществляться срезанием их в месте сопряжения с указанной внутренней поверхностью. Реализующее способ устройство содержит подвижную верхнюю плиту с жестко установленным пуансоном, неподвижную нижнюю плиту с жестко смонтированной оправкой. На подвижной плите установлена подпружиненная матрица с возможностью возвратно-поступательного относительно нее перемещения. Оправка выполнена полой с радиальными сквозными отверстиями в стенке. Узел выталкивания штампа посредством смонтированного на его рабочем элементе стакана воздействует на нижний торец заготовки после завершения процесса деформации, снимая поковку с оправки. 2 с. и 1 з. п. ф-лы, 17 ил.

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к штамповке полых поковок с выступами и впадинами по всей высоте боковых поверхностей, и может быть использовано в производстве деталей с наружным и внутренним зацеплением в различных отраслях промышленности.

Детали с чередующимися выступами и впадинами по всей высоте свободных боковых поверхностей могут быть выделены в отдельные группы целого класса деталей. Эффективным способом их изготовления является осадка, когда с уменьшением высоты полой заготовки и увеличением толщины стенок образуют выступ и впадины на одной или на обоих боковых поверхностях. Одной из возникающих проблем при разработке технологии и конструировании оснастки является выталкивание и съем отштампованных деталей и центрирование и крепление оправок. Сложность заключается в извлечении деталей, удерживаемых в штампе по обеим поверхностям; наружной и внутренней без штамповочных уклонов, при одновременном сохранении осевого положения оправки.

Наиболее близким к предложенному решению является способ и устройство для изготовления деталей из полых заготовок (авт. св. N 1704896, кл. В 21 J 5/12, В 21 К 1/30, 1989). По данному способу изготовление штамповок из полых заготовок заключается в их формоизменении закрытой осадкой в штампе с приложением деформирующего усилия к торцам заготовок при ограничении течения металла в радиальных направлениях и последующем извлечении штамповок из штампа с первоначальным их освобождением от контакта со штампом по наружной поверхности, а затем - по внутренней. При освобождении наружной поверхности штамповки ее выводят из соприкосновения с матрицей путем подвнутренней поверхности штамповки ее выводят из соприкосновения с оправкой путем движения оправки вниз при неподвижном положении штамповки. Для задержки штамповки в неподвижном положении вводят дополнительный прием, а именно: подставляют под штамповку вилку с опорой на матрицу. Однако обращение к вилке, ввод ее и последующее устранение требуют трудозатрат. Устройство для осуществления данного способа содержит подвижную верхнюю плиту с жестко смонтированным на ней пуансоном, неподвижную нижнюю плиту с установленной на ней оправкой, выполненной с рабочей и установочной частями, матрицу, а также установленный с возможностью возвратно-поступательного перемещения в направлении оси давления узел выталкивателя с рабочим элементом и толкателем. Матрица установлена на нижней плите. Оправка верхней горизонтальной плоскостью установочной части совместно с верхней плоскостью нижней плиты составляет единую нижнюю плоскость осадки. Установочная часть оправки при вертикальном возвратно-поступательном движении скользит по отверстию в нижней плите. Внутренняя поверхность матрицы и нижняя плоскость осадки (оправка-плита) образуют глухую полость. Однако при смазке рабочих частей и очистке их от отходов повышается трудоемкость. А для окончательной очистки даже возможна разборка инструмента. Затруднение смазки, т. е. отсутствие равномерной и регулярной смазки, и невозможность очистки рабочих частей снижают стабильность и надежность процесса. При горячей штамповке осыпающаяся окалина, попадая в сопряженные места движущихся друг по другу деталей, может вызвать увеличение зазора и появление задиров, что расшатывает конструкцию и уменьшает надежность.

Целью изобретения является снижение трудоемкости путем обеспечения надежности извлечения и штамповок.

Это достигается тем, что в способе изготовления штамповок из полых заготовок, заключающемся в их формоизменении закрытой осадкой в штампе с приложением деформирующего усилия к торцам заготовок при ограничении течения металла в радиальных направлениях и последующем извлечении штамповок из штампа с первоначальным их освобождением от контакта со штампом по наружной поверхности, а затем по внутренней, при осадке на внутренней поверхности последних образуют радиально направленные выступы, которые затем ликвидируют одновременно с освобождением внутренней поверхности штамповок, при этом выступы ликвидируют путем их срезания в месте сопряжения с внутренней поверхностью штамповки. А в устройстве для изготовления штамповок из полых заготовок, содержащем подвижную верхнюю плиту с жестко смонтированным на ней пуансоном, неподвижную нижнюю плиту с установленной на ней оправкой, выполненной с рабочей и установочной частями, матрицу, а также установленный с возможностью возвратно-поступательного перемещения в направлении оси давления узел выталкивателя с рабочим элементом и толкателем, оправка смонтирована на нижней плите жестко и выполнена полой с радиальными сквозными отверстиями в стенке рабочей части, матрица смонтирована на подвижной верхней плите с возможностью возвратно-поступательного относительно ее перемещения в направлении оси давления и подпружинена относительно верхней плиты, жесткая связь оправки с неподвижной нижней плитой образована посредством двух жестко связанных с последней и расположенных по одной диаметральной линии планок, обращенные один к другому концы которых размещены с возможностью взаимодействия с выполненной на наружной поверхности установочной части оправки кольцевой проточкой, а рабочий элемент узла выталкивателя выполнен в виде стакана с двумя продольными диаметрально расположенными прорезями в стенке под связанные с указанной проточкой оправки концы планок и жестко связанного с торцевой поверхностью стенки стакана кольца, охватывающего установочную часть оправки.

Сущность и последовательность выполнения способа иллюстрируется фигурами 1-10.

На фиг. 1 показана исходная заготовка. На фиг. 2 - вид А на фиг. 1; на фиг. 3 - заготовка после осадки; на фиг. 4 - вид Б на фиг. 3. Локальным ограничением течения наружной поверхности на ней образованы чередующиеся выступы и впадины, внутренняя поверхность калибруется по оправке и на ней образованы технологические отростки. На фиг. 5 показана заготовка после осадки и съема с оправки; на фиг. 6 - вид В на фиг. 5 (отростки срезаны, внутренняя поверхность гладкая); на фиг. 7 - заготовка с образованными во время осадки наружными и внутренними чередующимися выступами и впадинами; на фиг. 8 - вид на фиг. 7 (внутренние выступы и впадины образованы фигурной оправкой при локальном ограничении внутреннего течения. Отдельные технологические отростки образованы в местах впадин заготовки на большем диаметре внутреннего рельефа); на фиг. 9 - эта заготовка после осадки и съема с оправки; на фиг. 10 - вид Д на фиг. 9 (отростки срезаны).

Устройство для осуществления способа иллюстрируется фигурами 11-17. На фиг. 11 показан общий вид устройства после установки заготовки в зоне деформирования; на фиг. 12 - кольцо устройства; на фиг. 13 - вид Е на фиг. 12; на фиг. 14 - стакан устройства; на фиг. 15 - вид Ж на фиг. 14; на фиг. 16 - поперечная планка; на фиг. 17 - вид И на фиг. 16.

Устройство состоит из пуансона 1, матрицы 2, оправки 3, верхней 4 и нижней 5 плит, кольца 6, стакана 7, поперечных планок 8. Пуансон крепится к верхней плите с помощью пуансонодержателя 9. Матрица, имеющая на внутренней поверхности продольные выступы и впадины по всей высоте, оформляющие наружный контур детали, соединена с верхней плитой винтами 10 через пуансонодержатель 9 и подпружинена относительно ее пружинами 11. Оправка выполнена полой и имеет отверстия со стороны своей наружной поверхности. Отверстия предназначены для затекания металла при осадке и образования отдельных технологических отростков. Оправку выполняют с применением пробок 12. Это облегчает образование и удаление отростков и повышает технологичность изготовления оправки. Пробки имеют расширяющиеся к оси оправки отверстия. Отверстия оправки сверлят под углом к оси. Затем их частично растачивают под пробки, которые помещают по посадке с натягом и окончательно обрабатывают контур оправки. Конструкция кольца и стакана показаны на фигурах отдельно. Кольцо и стакан имеют отверстия для прохождения оправки и прорези. Для их взаимного соединения в нижней части кольца выполняют глухие резьбовые отверстия, а в стаканах в тех же местах сквозные отверстия со ступенью большего диаметра под головку винта. Оправка удерживается в неподвижном положении с помощью неподвижных планок. Оправка имеет кольцевую проточку. Ответные диаметральные скругления имеют планки. В нижней плите выполняют паз под планки. Планки вставляют в паз, подают к середине зажимая оправку, и крепят их снизу к нижней плите. Дополнительное центрирование оправки осуществляется кольцом. Для возможности крепления кольца и размещение стакана устройство включает в себя основание 13. Наружный контур пуансона повторяет внутренний контур матрицы, внутренний контур пуансона повторяет наружный контур оправки. Пуансон постоянно находится в зацепление с матрицей. Высота участка матрицы, ненаходящаяся в зацеплении, не менее высоты заготовки. Общий вид устройства показан в промежуточном между крайнем верхнем и крайнем нижнем положениями. При необходимости верхняя часть устройства направляется относительно нижней с помощью направляющих колонок и втулок.

Устройство работает следующим образом. Полую заготовку 14 устанавливают в зоне деформирования с фиксацией по оправке. При движении вниз верхней плиты 4 движутся вниз матрица 2 и пуансон 1. Когда матрица достигает поверхность кольца 6 и нижней плиты 5 начинают сжиматься пружины 11. Матрицу можно фиксировать отверстиями в ней по направляющим штифтам в нижней части устройства. Размер кольца в плане может быть больше конечного размера детали в плане, может быть меньше. При большем размере кольцо полностью является плитой для осадки. При меньшем размере плитой для осадки являются одновременно кольцо и нижняя плита устройства. Несмотря на возможность появления отметки в нижнем кольце детали в месте контакта кольца и нижней плиты, такое выполнение можно считать более технологичным в виду меньшего размера самого кольца и выполнения меньшего отверстия в плите под нее. При дальнейшем движении вниз верхней плиты пуансон подходит к верхнему торцу заготовки и проводит формоизменение осадкой. Пружины сжимаются практически только на ход осадки. Это минимально по сравнению с другими вариантами. При осадке заготовки с уменьшением ее высоты и увеличением поперечного сечения оформляются наружный и внутренний контуры деталей. При локальном ограничении наружного течения получают выступы и впадины на наружной поверхности детали. При локальном ограничении и течения внутреннего получают выступы и впадины на внутренней поверхности детали. Во время осадки образуют отдельные цилиндрические технологические отростки на внутренней поверхности детали путем затекания металла в отверстие оправки. При движении верхней плиты вверх поднимается вверх пуансон и поднимается вверх матрица, освобождая таким образом штамповку по наружной поверхности. Штамповка, задерживаясь отростками, остается на оправке. При движении вверх выталкивающей системы оборудования стакан 7 воздействует на кольцо 6, а оно в свою очередь движет вверх штамповку, срезая отростки на ее внутренней поверхности. При отрезке отростков пробки 12 служат как матрицы отрезки, кольцо - как пуансон отрезки. Срезанные отростки через полость оправки падают вниз и удаляются по наклонному пазу, выполненному в основании устройства. При движении вверх штамповки освобождают ее от взаимодействия по внутренней поверхности. Кольцо является при извлечении выталкивателем (или съемником). Ход вверх кольца равен высоте оправки над нижней поверхностью осадки. При ходе выталкивающей системы оборудования вниз стакан, жестко связанный с выталкивающей системой, опускается вниз и возвращает в исходное положение кольцо. Штамповка удаляется из зоны деформирования. Вновь устанавливается заготовка, процесс повторяется.

П р и м е р. Проводят штамповку зубчатого колеса ⊘ 200 с модулем 5, число зубьев 38 с внутренним отверстием 130 и высотой 70 из стали 12ХН3А. Поковка имеет припуск по контуру 1 мм. Штамповку осуществляют на прессе. Перед штамповкой заготовку нагревают до 1200^оС и подогревают формоизменяющие части устройства до 100^оС. Полая заготовка с учетом равенства объемов и увеличения размеров при нагреве имеет размеры Do x So x Ho = 177 х 24 х 160. Нагретую заготовку устанавливают в зоне деформирования с фиксацией по оправке. В стенку оправки запрессованы шесть пробок диаметром 20 мм на высоте середины высоты поковки. Отверстия в пробках конические: начальный от поверхности диаметром 5 мм, конический - 8 мм, далее отверстие наклонное вниз диаметром 9 мм. Проводят формоизменения осадкой в торец с затеканием металла в отверстия оправки. Отводят матрицу, выталкивающей системой срезают отростки и извлекают поковку. Удаляют поковку из зоны деформации. Усилие штамповки 230-250 тс.

Применение предложенного решения позволяет расширить технологические возможности изготовления деталей из полой заготовки путем получения осадкой в торец деталей с продольными выступами и впадинами на всей высоте свободных поверхностей, увеличение габаритов получаемых деталей, повышение качества и геометрической формы, упрощение штамповой оснастки, позволяет в конечном счете уменьшить трудоемкость снижением последующей механической обработки. Конструкция устройства обеспечит удобную смазку внутренней поверхности матрицы и смазку оправки, при этом отработанная смазка удаляется с названных поверхностей при извлечении поковок.

(56) Автоpское свидетельство СССP N 1704896, кл. B 21 J 5/12, В 21 К 1/30 1989.

Формула изобретения

1. Способ изготовления штамповок из полых заготовок, заключающийся в их формоизменении закрытой осадкой в штампе с приложением деформирующего усилия к торцам заготовок при ограничении течения металла в радиальных направлениях и последующем извлечении штамповок из штампа с первоначальным их освобождением от контакта со штампом по наружной поверхности, а затем по внутренней, отличающийся тем, что, с целью снижения трудоемкости изготовления путем обеспечения надежности извлечения штамповок, при осадке на внутренней поверхности последних образуют радиально направленные выступы, которые затем ликвидируют одновременно с освобождением внутренней поверхности штамповок.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что выступы ликвидируют путем их срезания в месте сопряжения с внутренней поверхностью штамповки.

3. Устройство для изготовления штамповок из полых заготовок, содержащее подвижную верхнюю плиту с жестко смонтированным на ней пуансоном, неподвижную нижнюю плиту с установленной на ней оправкой, выполненной с рабочей и установочной частями, матрицу, а также установленный с возможностью возвратно-поступательного перемещения в направлении оси давления узел выталкивателя с рабочим элементом и толкателем, отличающееся тем, что оправка смонтирована на нижней плите жестко и выполнена полой с радиальными сквозными отверстиями в стенке ее рабочей части, матрица смонтирована на подвижной верхней плите с возможностью возвратно-поступательного относительно нее перемещения в направлении оси давления и подпружинена относительно верхней плиты, жесткая связь оправки с неподвижной нижней плитой образована посредством двух жестко связанных с последней и расположенных по одной диаметральной линии планок, обращенные один к другому концы которых размещены с возможностью взаимодействия с выполненной на наружной поверхности установочной части оправки кольцевой проточкой, а рабочий элемент узла выталкивателя выполнен в виде стакана с двумя продольными диаметрально расположенными прорезями в стенке под связанные с указанной проточкой оправки концы планок и жестко связанного с торцовой поверхностью стенки стакана кольца, охватывающего установочную часть оправки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14, Рисунок 15, Рисунок 16, Рисунок 17