Штамп с горизонтальным разъемом матриц для штамповки поковок типа крестовин



Штамп с горизонтальным разъемом матриц для штамповки поковок типа крестовин
Штамп с горизонтальным разъемом матриц для штамповки поковок типа крестовин
Штамп с горизонтальным разъемом матриц для штамповки поковок типа крестовин
Штамп с горизонтальным разъемом матриц для штамповки поковок типа крестовин
Штамп с горизонтальным разъемом матриц для штамповки поковок типа крестовин
Штамп с горизонтальным разъемом матриц для штамповки поковок типа крестовин

 


Владельцы патента RU 2550067:

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова" (АлтГТУ) (RU)

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано при штамповке поковок типа крестовин. На верхней плите штампа установлен пуансон. На нижней плите, в которой размещена траверса, смонтирована нижняя матрица. Верхняя и нижняя матрицы имеют поверхности разъема с равными центральными и периферийными участками. Верхняя матрица связана с траверсой тягами и установлена с возможностью перемещения относительно нижней матрицы с образованием замкнутой полости штампа. В нижней матрице размещен выталкиватель с опорой через подпружиненный толкатель на траверсу. Периферийные участки поверхностей разъема нижней и верхней матриц выполнены с уклонами в тело матриц в сторону их боковых поверхностей. Тяги размещены в сквозных прямолинейных пазах, выполненных в противолежащих боковых стенках матриц параллельно оси симметрии штампа. В результате обеспечивается плотный зажим матриц по контуру поковки в результате пластического деформирования макронеровностей и волнистости, неизбежных после шлифования контактных поверхностей матриц. Использование тяг зажима матриц в качестве направляющих обеспечивает более точное совмещение матриц. 3 ил.

 

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано при штамповке поковок сложной формы типа крестовин.

Известен штамп с горизонтальным разъемом матриц для штамповки поковок типа крестовин, содержащий верхнюю плиту с установленными на ней пуансоном и упругим элементом, выполненным в виде блоков пружин различной жесткости, промежуточную и нижнюю плиты, на которых смонтированы соответственно верхняя и нижняя матрицы, образующие замкнутую полость штампа путем сопряжения поверхностей разъема, а также опирающийся на траверсу выталкиватель, размещенный в нижней матрице. Зажим матриц упругим элементом, выполненным в виде блоков пружин различной жесткости, позволяет надежно сжать матрицы и тем самым повысить качество поковок (Соколов Н.Л. Горячая штамповка выдавливанием стальных деталей / Н.Л. Соколов. - М.: Машиностроение, 1967, с.141-143, рис.96).

Основным недостатком известного штампа с горизонтальным разъемом матриц для штамповки поковок типа крестовин является невысокое качество получаемых поковок, обусловленное образованием заусенца в плоскости разъема матриц, так как использование упругого элемента для зажима матриц не обеспечивает плотного их сжатия на протяжении всего процесса формирования поковки, поскольку усилие зажима матриц не согласовано с раскрывающими усилиями, воспринимаемыми матрицами со стороны деформируемого металла в процессе штамповки.

Известен штамп с горизонтальным разъемом матриц для штамповки поковок типа крестовин, содержащий верхнюю плиту с установленным на ней пуансоном, нижнюю плиту, на которой смонтирована нижняя матрица, траверсу, размещенную в нижней плите, верхнюю матрицу, связанную с траверсой тягами, имеющую равновеликие с нижней матрицей центральные и периферийные участки поверхностей разъема и возможность перемещения относительно нижней матрицы с образованием сопрягаемыми участками поверхностей разъема обеих матриц замкнутой полости штампа, а также выталкиватель, размещенный в нижней матрице и опирающийся через подпружиненный толкатель на траверсу. Зажим матриц, осуществляемый посредством усилия формирования поковки, снимаемого с выталкивателя в процессе штамповки с приложением его к верхней матрице в направлении действия пуансона, позволяет создать саморегулируемую замкнутую силовую систему, обеспечивающую надежное сжатие матриц (патент RU 2399456, МПК, B21K 1/76). Это техническое решение является наиболее близким по совокупности существенных признаков и выбрано в качестве прототипа.

Основным недостатком описанного штампа с горизонтальным разъемом матриц для штамповки поковок типа крестовин является то, что сжатие матриц осуществляют по всей площади их центральных и периферийных участков поверхностей разъема. Однако при наличии неизбежных после шлифования поверхностей разъема макронеровностей и волнистости (Гжиров Р.И. Краткий справочник конструктора / Р.И. Гжиров. - Л.: Машиностроение, Ленинградское отделение, 1983, с.124, 158, 160, 164), зажим матриц по всей площади их центральных и периферийных участков поверхностей разъема делает невозможным плотное сопряжение матриц по всему контуру поковки в плоскости разъема матриц. В результате локального выхода штампуемого металла в разъем матриц с образованием заусенца снижается качество поковок.

В основу изобретения поставлена задача повышения качества поковок типа крестовин.

Для решения поставленной задачи в штампе с горизонтальным разъемом матриц для штамповки поковок типа крестовин, содержащем верхнюю плиту с установленным на ней пуансоном, нижнюю плиту, на которой смонтирована нижняя матрица, траверсу, размещенную в нижней плите, верхнюю матрицу, связанную с траверсой тягами, имеющую равновеликие с нижней матрицей центральные и периферийные участки поверхностей разъема и возможность перемещения относительно нижней матрицы с образованием сопрягаемыми участками поверхностей разъема обеих матриц замкнутой полости штампа, а также выталкиватель, размещенный в нижней матрице и опирающийся через подпружиненный толкатель на траверсу, согласно изобретению периферийные участки поверхностей разъема нижней и верхней матриц выполнены с уклонами в тело матриц в стороны их боковых поверхностей, а площади сопрягаемых центральных участков поверхностей разъема нижней и верхней матриц определяются из соотношения:

F c = Р з / σ у , ( 1 )

где Fc - площадь сопрягаемого центрального участка поверхности разъема матрицы;

Pз - усилие зажима матриц;

σу - предел упругости материала матриц.

Кроме того, в предложенном техническом решении тяги размещены в сквозных прямолинейных пазах, выполненных в противолежащих боковых стенках матриц параллельно оси симметрии штампа.

Зажим матриц на центральных участках, которые непосредственно примыкают к контуру поковки в плоскости разъема матриц, позволяет сосредоточить усилие зажима вблизи контура поковки. В результате пластического деформирования макронеровностей и волнистости на этих участках поверхностей обеспечивается плотное сопряжение поверхностей вблизи контура поковки в плоскости разъема, что исключает выход штампуемого металла в заусенец. А размещение тяг, связывающих верхнюю матрицу с траверсой, в сквозных пазах, выполненных в противолежащих боковых стенках матриц параллельно оси симметрии штампа, позволяет обеспечить более точное совмещение матриц и дополнительно повысить качество поковок.

Предложенное изобретение поясняется чертежом, где на фиг.1 показано исходное положение штампа, на фиг.2 - положение штампа в момент завершения штамповки, на фиг.3 - положение штампа в момент удаления поковки.

Штамп с горизонтальным разъемом матриц для штамповки поковок типа крестовин содержит верхнюю плиту (на чертеже не показана) с установленным на ней пуансоном 1, нижнюю плиту 2, на которой смонтирована нижняя матрица 3. Под нижней матрицей 3 в пазу 4 нижней плиты 2 размещена траверса 5, жестко связанная штангами 6 и 7 с верхней плитой. На траверсе 5 установлен толкатель 8, на боковых сторонах которого выполнены скосы 9 и 10, а внутри толкателя 8 установлена опорная пружина 11 (фиг.1).

Связанная с траверсой 5 тягами 12 и 13 верхняя матрица 14 имеет равновеликие с нижней матрицей 3 центральные 15 и 16 и периферийные 17 и 18 участки поверхностей разъема 19 и 20 соответственно матриц 14 и 3 и возможность совместно с нижней матрицей 3 создавать замкнутую полость 21 штампа 22 (фиг.2) путем сопряжения центральных участков 15 и 16 поверхностей разъема 19 и 20 матриц 14 и 3. В нижней матрице 3 размещен выталкиватель 23, опирающийся на толкатель 8 в исходном положении штампа 22 (фиг.1) и в момент удаления поковки 24 из нижней матрицы 3 (фиг.2 и 3) и на кулачки 25 и 26 тяг 12 и 13 в момент получения поковки 24 (фиг.2). На выталкивателе 23 в верхней матрице 14 в исходном положении штампа 22 установлена заготовка 27 (фиг.1).

Периферийные участки 17 и 18 поверхностей разъема 19 и 20 соответственно матриц 14 и 3 выполнены с уклонами 28 и 29, а центральные участки 15 и 16, примыкающие к контуру 30 поковки 24, совмещены с плоскостью разъема 31 матриц 14 и 3 (фиг.2).

В противолежащих боковых стенках 32 и 33 матрицы 3, 34 и 35 матрицы 14 выполнены сквозные прямолинейные пазы 36 и 37 параллельно оси 38 симметрии штампа 22 (фиг.2).

Штамп с горизонтальным разъемом матриц для штамповки поковок типа крестовин работает следующим образом.

В исходном положении штампа 22 нагретую до ковочной температуры заготовку 27 устанавливают в матрице 14 на выталкивателе 23. Затем верхнюю плиту (на чертеже не показана) и связанные с ней пуансон 1 и траверсу 5 перемещают вниз. При этом кулачки 25 и 26 тяг 12 и 13 скользят по скосам 9 и 10 толкателя 8 и сближаются, а опорная пружина 11, разжимаясь, удерживает выталкиватель 23 в верхнем положении (фиг.1). Под действием собственного веса верхняя матрица 14, опускаясь вниз, смыкается с нижней матрицей 3, создавая замкнутую полость 21 штампа 22, а кулачки 25 и 26 тяг 12 и 13 заходят под выталкиватель 23 (фиг.2).

Далее посредством пуансона 1 формируется поковка 24. С момента начала формирования поковки 24 часть усилия штамповки передается на выталкиватель 23, затем на кулачки 25 и 26 и посредством тяг 12 и 13 на верхнюю матрицу 14. При этом тяги 12 и 13, размещенные в пазах 36 и 37 с минимальным зазором, обеспечивают точное совмещение обеих матриц 3 и 14, а зажим матриц 3 и 14 на центральных участках 15 и 16, примыкающих к контуру 30 поковки 24, обеспечивает плотное сопряжение поверхностей разъема 19 и 20 матриц 14 и 3 вблизи контура 30 поковки 24 (фиг.2).

После формирования поковки 24 верхняя плита с пуансоном 1 и траверсой 5 перемещается вверх. Посредством скосов 9 и 10 толкателя 8 кулачки 25 и 26 тяг 12 и 13 разводятся и выходят из контакта с выталкивателем 23, который, перемещаясь вверх под действием толкателя 8, удаляет поковку 24 из нижней матрицы 3. К этому моменту траверса 5, воздействуя на кулачки 25 и 26, посредством тяг 12 и 13 поднимает верхнюю матрицу 14, образуя зазор между матрицами 3 и 14, меньший высоты заготовки 27 (фиг.3).

Для удержания поковки 24 в нижней матрице 3 после штамповки штамповочные уклоны в этой матрице выполняют меньшими, чем в верхней матрице 14.

Пример. Отштампована опытная партия поковок 24 крестовины из стали 18X2H4BA. Диаметр ступицы Dc=42 мм; высота поковки 24 Hк=26 мм; диаметр отростка d0=21 мм; длина отростка l0=24 мм; диаметр заготовки 27 D3=40 мм; высота заготовки 27 H3=64 мм. Температура штамповки T=1100°C.

Расчет параметров процесса штамповки осуществляют в следующем порядке.

1. Определяют усилие закрытой штамповки поковки 24 типа крестовины по формуле

где r1 - радиус закругления в верхней матрице 14, r1=1 мм;

r2 - радиус закругления в нижней матрице 3, r2=1 мм;

d - диаметр поковки, мм;

σв - предел прочности стали при температуре окончания штамповки;

σв=56 МПа для стали 18Х2Н4 ВА при температуре 1000°C;

Fn - площадь проекции поковки 24 в плане, мм2.

(Ковка и штамповка: справочник: в 4 т. Т.2. Горячая штамповка / Ред. совет Е.И. Семенов и др. - М.: Машиностроение, 1986, с.202).

Удельное усилие p=288,4 МПа.

Для уточнения величину удельного усилия р при деформировании стали 18X2H4BA в зависимости от степени деформации и температуры выбирают по графику на рис.5.25 (Атрошенко А.П. Горячая штамповка труднодеформируемых материалов / А.П. Атрошенко, В.И. Федоров. - Л.: Машиностроение, 1979, с.174).

Степень деформации ε находят по формуле

ε = ln F f , ( 3 )

где F - площадь поперечного сечения заготовки 27, мм2;

f - площадь поперечного сечения отростка крестовины, мм2;

F = π 4 D 3 2 = π 4 40 2 = 1256   мм 2 ;

f = π 4 d 0 2 = π 4 21 2 = 346,2   мм 2 ;

ε = ln 1256 346,2 = 1.28 .

По графику находят p=360 МПа, что превышает удельное усилие, полученное расчетом. Выбирают большее значение, равное p=360 МПа.

Тогда усилие штамповки

P=p Fn=360*3401=1224360 H=1224 кH.

Выбирают горячештамповочный пресс модели КБ 0034B усилием 2500 кH.

2. Определяют максимальное усилие зажима матриц 14 и 3 по усилию, приходящемуся на выталкиватель 23 в момент окончания штамповки:

Р з = Р в = p f в , ( 4 )

где Pз - усилие зажима матриц 14 и 3, кН;

Pв - усилие на выталкивателе 23, кН.

fв - площадь торца выталкивателя 23, равная площади торца ступицы поковки 24, мм2.

P з = 360 π 4 42 2 = 500 к H ,

что не превышает 50% усилия штамповки P=1224 кН (Соколов Н.Л. Горячая штамповка выдавливанием стальных деталей / Н.Л. Соколов. - М.: Машиностроение, 1967, с.62).

3. Определяют площадь сопряженной поверхности матриц 14 и 3 по формуле (1).

В качестве материала матриц 14 и 3 выбирают сталь марки 4Х4ВМФС; предел упругости стали принимают равным пределу текучести этой стали, т.е. σy≈σ0,2=1080 МПа при температуре нагрева матриц 14 и 3 в процессе штамповки до 600°C (см. книгу Геллер Ю.А. Инструментальные стали. / Ю.А. Геллер. - М.: Металлургия, 1983, с.439).

Fс=Pзу=(0,5/1080)·106, мм2=463 мм2.

Поскольку наличие макронеровностей и волнистости поверхностей матриц 14 и 3 после шлифования уменьшают фактическую площадь контакта в 5-10 раз (см. книгу Гжиров Р.И. Краткий справочник конструктора / Р.И. Гжиров. - Л.: Машиностроение, Ленинградское отделение, 1983, с.160), то площадь фактического зажима матриц 14 и 3 увеличивается в 8 раз. Тогда

Fсф=8·Fс=8·463=2904 мм2.

Форму площади зажима матриц 14 и 3 принимают в виде полосы центрального участка 15 или 16 поверхностей разъема 19 или 20, примыкающих к контуру поковки 24 в плоскости разъема 31 матриц 14 и 3, т.е.

F с ф = в п о л п е р , ( 5 )

где впол - ширина полосы центрального участка 15 или 16 поверхностей разъема 19 и 20 матриц 14 и 3, мм;

пер - длина периметра контура поковки 24 в плоскости разъема 31 матриц 14 и 3, равная 342 мм.

Отсюда

впол=Fсф/ℓпер=2904/342=8,5 мм.

Принимают впол=10 мм.

4. Определяют площадь поперечного сечения тяг 12 и 13, передающих усилие на верхнюю матрицу 14

Pт=Pв/2=500/2=250 кН,

где Pт - усилие, приходящееся на одну тягу.

Рабочее напряжение σр в тяге

σ р = P т / S т , ( 6 )

где Sт=а·в - площадь поперечного сечения тяги. Здесь а - толщина сечения тяги, мм; в - ширина сечения тяги, мм.

Чтобы исключить остаточную деформацию, принимают σр=0,5σm,

где σm - предел текучести материала тяги.

В качестве материала тяги принимают сталь 30ХГСА, σm=850 МПа.

Поскольку ширина В паза 4 в нижней плите штампа 22 должна быть больше диаметра выталкивателя 23, равного диаметру ступицы Dc поковки 24 на величину зазора, то

B=Dc+Z,

где Z=3 мм - зазор между боковой поверхностью выталкивателя 23 и стенками паза 4;

B=42+3=45 мм.

Принимают ширину сечения тяги в=40 мм, тогда толщина сечения тяги будет равна

.

Принимают а=20 мм.

5. Рассчитывают ход верхней матрицы

hвм=Hс+Zм,

где Zм=10 мм - принятый зазор между верхним торцом поковки 24 и поверхностью разъема 19 верхней матрицы 14, необходимый для удобства удаления поковки 24;

hвм=26+10=36 мм,

что вдвое меньше высоты заготовки 27, равной H3=64 мм, размещаемой на торце выталкивателя 23 в верхней матрице 14.

6. Рассчитывают ход выталкивателя 23 (hв), равный

h в = ( H с / 2 ) + Z в ,    (7)

где Zв=4 мм - принятый зазор между опорой выталкивателя 23 и нижней поверхностью нижней матрицы 3;

hв=(26/2)+4=17 мм.

Полученные предложенным способом поковки 24 не имели следов заусенцев по плоскости разъема 31 матриц 14 и 3.

Таким образом, предложенное изобретение существенно повышает качество поковок типа крестовин, так как обеспечивает плотный зажим матриц по контуру поковки в результате пластического деформирования макронеровностей и волнистости, неизбежных после шлифования контактных поверхностей матриц, а использование тяг зажима матриц в качестве направляющих обеспечивает более точное совмещение матриц и дополнительно повышает качество поковок.

Штамп с горизонтальным разъемом матриц для штамповки поковок типа крестовин, содержащий верхнюю плиту с установленным на ней пуансоном, нижнюю плиту, на которой смонтирована нижняя матрица, траверсу, размещенную в нижней плите, верхнюю матрицу, которая связана с траверсой посредством тяг, выполнена с центральным и периферийным участками поверхности разъема, равными центральному и периферийному участкам поверхности разъема нижней матрицы, и имеет возможность перемещения относительно нижней матрицы с образованием сопрягаемыми центральными участками поверхностей разъема обеих матриц замкнутой полости штампа, а также выталкиватель, размещенный в нижней матрице с опорой через подпружиненный толкатель на траверсу, отличающийся тем, что периферийные участки поверхностей разъема нижней и верхней матриц выполнены с уклонами в тело матриц в сторону их боковых поверхностей, при этом площадь сопрягаемых центральных участков поверхностей разъема нижней и верхней матриц Fc определена из соотношения:
Fc= Pзу,
где Pз - усилие зажима нижней и верхней матриц;
σу - предел упругости материала нижней и верхней матриц,
а тяги размещены в сквозных прямолинейных пазах, выполненных в противолежащих боковых стенках нижней и верхней матриц параллельно оси симметрии штампа.



 

Похожие патенты:

Группа изобретений относится к обработке металлов давлением и может быть использована при изготовлении моноблочных деталей, содержащих массивную часть и удлиненную часть (3).

Изобретение относится к способу изготовления кольца. .

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, в частности к оборудованию для штамповки кольцевой детали на молоте. .

Изобретение относится к обработке металлов давлением. .

Изобретение относится к боеприпасам стрелкового оружия, преимущественно к производству бронебойных сердечников пуль. .

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано при штамповке поковок сложной конфигурации типа крестовин. .

Изобретение относится к боеприпасам стрелкового оружия, преимущественно к производству бронебойных сердечников пуль. .

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при изготовлении на горизонтально-ковочных машинах поковок для деталей типа шаровой опоры, применяемой в автомобильном транспорте.

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при изготовлении штамповкой изделий типа насосной штанги. .
Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано при изготовлении заготовок рабочих стенок для кристаллизаторов машин непрерывного литья заготовок.

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при прошивке заготовок в контейнере на прессах. Пуансон для прошивки выполнен в виде тела вращения с двумя отверстиями.

Изобретение относится к обработке металлов давлением и предназначено для ковки слитков и заготовок из различных сталей и сплавов. Бойки четырехбойкового ковочного устройства прикреплены к соответствующим держателям бойков с помощью прижимов.

Изобретения относятся к обработке давлением и могут быть использованы при изготовлении ребристых панелей, предназначенных для корпусов отсеков, перегородок, крыльев и других частей авиационно-космических летательных аппаратов.

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при открытой объемной штамповке поковок с переменным по периметру поперечным сечением.

Изобретение относится к области электрометаллургии и может быть использовано при производстве расходуемых электродов для плавки металлов и сплавов. Инструмент содержит контейнер, матрицу и соединенные между собой посредством стяжки пресс-штемпель и пресс-шайбу.

Группа изобретений относится к обработке металлов давлением и предназначена для получения равноосной ультрамелкодисперсной структуры при обработке заготовок из малопластичных материалов, в том числе спеченных порошковых заготовок.

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при изготовлении оружейных стволов калибра 5,45-30 мм. Полый поводковый центр предназначен для радиально-обжимной машины, которая используется для обжатия заготовки-трубы с внутренней технологической фаской на одном торце.

Изобретение относится к обработке давлением металлов и сплавов и может быть использовано при получении изделий с повышенными механическими свойствами за счет образования мелкозернистой и однородной структуры.

Изобретение относится к кузнечному производству и может быть использовано в конструкциях бойков для изготовления крупногабаритных поковок типа дисков, ступиц, крышек, днищ.

Группа изобретений относится к обработке материалов давлением и может быть использована для упрочнения материалов в процессе обработки. Заготовку подвергают прессованию путем продавливания через входной канал матрицы в выходной канал в виде круговой полости.

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано при изготовлении деталей сложного профиля. Матрица для высадки содержит вставку и бандажное кольцо. Вставка запрессована в бандажное кольцо с переменным по высоте бандажного кольца или вставки натягом. Сопрягаемые наружная поверхность вставки и внутренняя поверхность бандажа выполнены конусными. Переменный натяг между этими поверхностями образован путем их выполнения с различной разностью между внутренним диаметром кольца и наружным диаметром вставки на противоположных торцах матрицы. Величина переменного натяга ∆ выбрана из выражения: ∆=∆1-∆2=(0,02…0,34) мм, где ∆1 - натяг между сопрягаемыми поверхностями вставки и бандажного кольца со стороны зеркала матрицы, ∆2 - натяг между сопрягаемыми поверхностями вставки и бандажного кольца со стороны торца матрицы, противоположного зеркалу матрицы. В результате обеспечивается повышение циклической стойкости и прочности матрицы и повышение ее технологичности. 2 ил.
Наверх