Штамп для глубокой вытяжки цилиндрических деталей

 

Изобретение относится к листовой штамповке и может быть использовано при изготовлении полых цилиндрических деталей. Технический результат, достигаемый при использовании предложенного штампа, заключается в том, что наряду с увеличением глубины вытягиваемых изделий обеспечивается их высокое качество без использования специальных прессов для гидромеханической вытяжки при значительном снижении затрат на изготовление штамповой оснастки. Этому способствует то, что в штампе для глубокой вытяжки цилиндрических деталей, содержащем соосно установленные пуансон 2, прижим 1 и матрицу 3, а также узел блокирования опасного сечения вытягиваемого изделия, отличие заключается в том, что вытяжная матрица выполнена составной из собственно матрицы 3 и прикрепленного к ней ограничительного кольца 7, а узел блокирования опасного сечения вытягиваемого изделия размещен между ними и выполнен в виде втулки, состоящей из набора сцентрированных и установленных друг на друга колец 4, 5, 6 ... из антифрикционного материала, например, из бериллиевой бронзы Бр, Б2, 5, причем внутренний диаметр втулки Двн. задан с учетом упругого растяжения втулки до диаметра внутреннего отверстия матрицы Дм на величину 0,2 ... 0,25 от одностороннего зазора между матрицей и пуансоном, т. е.

Двн. = Дм - (0,2 ... 0,25) (Дм - Дп, где Дп - диаметр пуансона; Дм - диаметр вытяжного отверстия матрицы. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к листовой штамповке и может быть использовано при изготовлении полых цилиндрических изделий.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сути и достигаемому эффекту является штамп для глубокой вытяжки цилиндрических деталей из листового металла, содержащий соосно установленные пуансон, прижим и матрицу, а также узел блокирования опасного сечения вытягиваемого изделия [1] Недостаток этого технического решения состоит в том, что для его осуществления необходимо специальное энергоемкое прессовое оборудование, а сам процесс штамповки с заливкой жидкости в полость матрицы и с удалением ее с детали является трудоемким.

Технический результат, достигаемый при использовании предложенного штампа заключается в том, что наряду с увеличением глубины вытягиваемых изделий обеспечивается их высокое качество и цилиндричность внутренней поверхности отштампованного изделия, а также тем, что использование этого штампа не требует применения специальных прессов для гидромеханической вытяжки и обеспечивает высокую производительность штамповки деталей.

Этому способствует то, что вытяжная матрица выполнена составной из собственно матрицы и прикрепленного к ней ограничительного кольца, между которыми размещен узел блокирования опасного сечения вытягиваемого изделия, выполненный в виде втулки, состоящей из набора сцентрированных и установленных друг на друге колец из антифрикционного материала, причем внутренний диаметр втулки Двн. задан с учетом упругого растяжения втулки до диаметра матрицы Дм на величину 0,2 0,25 от одностороннего зазора между матрицей и пуансоном, а кольца, из которых составлена втулка узла блокирования опасного сечения заготовки вытягиваемого изделия, выполнены из бериллиевой бронзы Бр, Б2,5.

На фиг. 1 представлено продольное сечение штампа в исходном положении и в положении перед началом вытяжки; на фиг. 2 то же в промежуточный момент вытяжки и в момент окончания вытяжки полого цилиндрического изделия.

В штампе содержатся следующие основные детали и узлы: прижим 1, установленный на наружном ползуне пресса (условно не показан); пуансон 2, закрепленный на внутреннем ползуне пресса (условно не показан); матрица 3 с узлом блокирования опасного сечения вытягиваемого изделия, выполненным в виде втулки из сцентрированных и установленных друг на друге колец 4, 5, 6. и зафиксированных под вытяжной кромкой матрицы 3 при помощи ограничительного кольца и болтов 8.

Вытяжная матрица с узлом блокирования опасного сечения вытягиваемого изделия закреплена на столе пресса 9, заготовка 10 диаметром До и толщиной So устанавливается на рабочую поверхность матрицы 3 и центрируется при помощи установочного кольца 11. Полуфабрикату в промежуточный момент вытяжки присвоена позиция 12, а отштампованному цилиндрическому изделию позиция 13.

Глубокая вытяжка листовых деталей с использованием предложенного штампа осуществляется следующим образом.

При включении рабочего хода пресса прижим 1 и пуансон 2 из исходного положения (фиг. 1) опускаются вниз, в результате чего после соприкосновения их с заготовкой 10 обеспечивается сначала прижатие заготовки 10 к матрице 3 усилиями прижима 1, предотвращающим складкообразование штампуемого материала во фланцевой части заготовки, а затем (после соприкосновения пуансона с заготовкой 10 согласно фиг. 2) осуществляется формообразование полуфабриката 12 в промежуточный момент вытяжки (фиг. 3) с последующей вытяжкой его в цилиндрическое изделие 13 (фиг. 4).

По мере опускания пуансона 2 с деформируемой заготовкой 12 в вытяжную полость матрицы 3 стенка полуфабриката 12 осуществляет последовательную раздачу колец 4, 5, 6. втулки блокирования опасного сечения вытягиваемого изделия, чем обеспечивается прижатие стенки последнего к пуансону 1.

После окончания вытяжки изделия 13 на заданную глубину, кольца 4, 5, 6. втулки блокирования опасного сечения вытягиваемого изделия восстанавливают свою исходную форму, в результате обратный ход пуансона 2 вверх сопровождается съемом отштампованной детали 13 с пуансона 2 и удаление ее из рабочей зоны пресса, так как внутренний диаметр Дв втулки меньше диаметра изделия Дм на величину Дм Дв (0,2 0,25) (Дм Дп).

В связи с тем, что коэффициент трения μ_п штампуемого материала с пуансоном (при отсутствии смазки между ними) составляет μ_п 0,2, а коэффициент трения μ_м штампуемого материала с кольцами 4, 5, 6. втулки блокирования опасного сечения вытягиваемого изделия (при наличии смазки между ними и выполнении этих колец из антифрикционного материала, например, из бериллиевой бронзы Бр, Б2, 5) составляет μ_м 0,1, в итоге обеспечивается суммарный коэффициент μΣ между штампуемым материалом и рабочими поверхностями пуансона и матрицы mS = μ_п-μ_м 0,2 0,1 0,1, что при наличии вполне определенного давления q со стороны колец 4, 5, 6. втулки блокирования опасного сечения создают полезные силы трения при деформировании этих колец на величину 0,2 - 0,25 от одностороннего зазора между матрицей 3 и пуансоном 2, т. е. на величину Дм Дв (0,2 0,25) (Дв Дп). Следует отметить, что значение (Дм Дв)/(Дв Дп) 0,2 0,25 выбрано из условия обеспечения прижатия к пуансону стенки вытягиваемого изделия, которая может получить утонение у вытяжной кромки пуансона до 0,2 0,25 от исходной толщины So (Дм Дп)/2 заготовки 10.

Глубокая вытяжка с блокированием опасного сечения вытягиваемого изделия жидкостью под регулируемым давлением по прототипу рассмотрена в Трудах НИАТ N 276, в которых установлены технологические возможности этого способа и определены давления q, потребные для блокирования опасного сечения вытягиваемого изделия. В частности в этих Трудах показано, что при потерях при вытяжке на трение στ заготовки о прижим 1 и матрицу 3 и на изгиб со спрямлением вытягиваемого материала s_г в пределах 30% от предела прочности вытягиваемого материала σ_в, т. е. при коэффициент вытяжки Ко До/Дп в зависимости от показателя пластичности n штампуемого материала увеличивается от Ко 0,2 (при n 0) до Ко 2,6 (при n 0,5).

Учитывая, что механизм блокирования опасного сечения заготовки при вытяжке в предложенном штампе практически не отличается от того, что имеет место при гидромеханической вытяжке по прототипу, значение давления q можно устанавливать либо по номограмме на фиг. 16 [3] либо по формуле где s_в предел прочности штампуемого материала;
n показатель пластичности вытягиваемого материала.

Значение толщины в колец 4, 5, 6. втулки блокирования устанавливают путем совместного решения уравнений, определяющих напряжения σ_в в окружном направлении, во-первых, по закону Гука

и, во-вторых, из условий равновесия, записываемого в виде:

что, с учетом значения q по формуле (1), приводит к следующей зависимости

где Е модуль упругости колец 4, 5, 6. втулки блокирования опасного сечения заготовки.

Установим толщину колец 4, 5, 6. узла блокирования опасного сечения на примере глубокой вытяжки цилиндрического стакана из нержавеющей стали Х18Н9Т (σ_в) 54 кгс/мм²; n 0,5) толщиной So Rм Rп 2 мм с диаметром заготовки До 260 мм в матрицу 3 диаметром Дм 100 мм, кольца 4, 5, 6. Втулки блокирования, которой выполнены из бериллиевой бронзы Бр, Б2, 5 (Е 12000 кгс/мм². σ_ввт 130 кгс/мм²).

Согласно формуле (3) значение ширины колец 4, 5, 6.

Длину Lвт втулки блокирования опасного сечения следует принимать не более 1/3 максимальной глубины штампуемой детали (Lвт < Hmax/3).

Использование значений Lвт < Hmax/3 нецелесообразно, так как, во-первых, при глубине вытяжки Н > Нmax/3 имеет место резкое снижение усилия штамповки Pm, что позволяет осуществлять вытяжку на этом этапе без блокирования опасного сечения вытягиваемого изделия и, во-вторых, при длине Lвт < Hmax/3 имеет место бесполезное усложнение изготовления вытяжной матрицы с узлом блокирования опасного сечения заготовки, а значит и увеличение металлоемкости штампа. Следовательно

Применение предложенного штампа с металлическим упруго-деформируемым узлом блокирования опасного сечения заготовки, размещенным под вытяжной кромкой матрицы наряду с расширением технологических возможностей глубокой вытяжки обеспечивает высокое качество изготавливаемых изделий без использования специальных прессов для гидромеханической вытяжки при значительном снижении затрат на изготовление штамповой оснастки.

Формула изобретения

1. Штамп для глубокой вытяжки цилиндрических деталей, содержащий соосно установленные пуансон, прижим и матрицу, а также узел блокирования опасного сечения, отличающийся тем, что вытяжная матрица выполнена составной из собственно матрицы и прикрепленного к ней ограничительного кольца, а узел блокирования опасного сечения вытягиваемого изделия размещен между ними и выполнен в виде втулки, состоящей из набора сцентрированных и установленных друг на друга колец из антифрикционного материала, причем внутренний диаметр втулки D_вн задан с учетом упругого растяжения втулки до диаметра внутреннего отверстия матрицы D_м на величину 0,2 0,25 от одностороннего зазора между матрицей и пуансоном и составляет D_вн D_м (0,2 0,25)(D_м D_п), где D_п диаметр пуансона.

2. Штамп по п. 1, отличающийся тем, что кольца, из которых составлена втулка, выполнены из бериллиевой бронзы Бр Б 2,5.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2