Устройство для гидродинамической пробивки отверстий

 

Союз Советских

Социалистических .

1теспубпик

Оп КСАН И Е

И306РЕТЕ Н ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

««871910 (61) Дополнительное к ввт. спид-ву— (22)Заявлено 12.12.79 (21) 2884507/25-27 (Sl)N. Кл. с присоединением заявки М (23) Приоритет

В 21 0 28/14

В 21 0 26/02

Госудврстееииый конитет

СССР оо делан изебретеиий и открыти11

Опубликовано 15 . 10 .81. Бюллетень Эе 38

Дата опубликования описания 15 10 81 (53) УДК 621.961.

° 2(088.8) С. И. Козий, В. В. Козлов, А. Ю. Иголкин, H. Н. Желтов, В. А. Звягинцев и В. N. Арьппенский (72) Авторы изобретения

4 аыа

Куйбышевский ордена Трудового Красного Знамени авиационный институт им. акад. С. П. Королева (7l ) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЙ ПРОБИВКИ

ОТВЕРСТИЙ

Изобретение относится к обработке материалов давлением и может быть использовано в различных отраслях машиностроения, приборостроения и т. и. для пробивки отверстий в листовых заготовках, преимущественно в тол5 столистовых заготовках из волокнистых композиционных материалов.

Известно устройство для гидродинамической пробивки отверстий в листовом материале, содержащее матрицу, прижим со ступенчатой полостью, заполненной вязкой средой, перемешнваемой связанным с источником нагружения поршнем, помещенным в ступень полости, имеющую больший диаметр, 15 и пуансон для пробивки, расположенный с кольцевым зазором в ступени меньшего диаметра, связанной со ступенью большего диаметра конической ступенью, 20 находящейся между ними 1 1.

Недостатком известного устройства является то, что поверхность разделе-. ния материала, получаемого при прсбивке отверстий на зтом устройстве, недостаточно высока.

Целью изобретения является повышение качества поверхности разделения.

Эта цель достигается тем, что устройство для гидродинамической пробивки отверстий в листовом материале, содержащем матрицу, прижим со ступенчатой полостью, заполненной вязКой средой, перемещаемой поршнем, связанным с источником нагружения помещенным в ступень полости, имеющую больший диаметр, и пуансон для пробивки, расположенный с кольцевым зазором в ступени меньшего диаметра, связанной со ступенью большего диаметра находящейся между ними конической ступенью, снабжено втулкой, охватывающей поршень и установленной в ступени боцьшего диаметра с возможностью перемещения совместно с поршнем и отыосительно него, и упорами, один из которых установлен с возможностью

871910 4 взаимодействия со втулкой,и ограничения ее перемещения, а другой — с возможностью взаимодействия с пуансоном и ограничения его перемещения, и в части прижима, обращенной к матрице, выполнен, по меньшей мере, один капиллярный канал, сообщающий ступень меньшего диаметра с атмосферой.

На фиг. 1 показано устройство в исходном положении, общий вид; на фиг. 2 — то же, в момент образования кольцевой трещины по сечению заготовки; на фиг. 3 — то же, в ста" дии разделения с опережающим понижением разрушающей трещины относительно пуансона.

Устройство содержит матрицу 1, прижим 2, вкладыш 3 (пуансон подпора), подпружиненный упругим элементом 4 и размещенный в отверстии матрицы. цилиндрический пуансон 5, расположенный в ступени с меньшим диаметром ступенчатого отверстия, выполнен" ного в прижиме 2, упор 6, ограничиваю щий перемещение пуансона 5, расположенные в ступени отверстия в прижиме, имеющей больший диаметр, поршень

7 и охватывающую его втулку 8, установленную с возможностью осевого перемещения, ограниченного упором 9.

Между большей и меньшей ступенями отверстия в прижиме 2 расположена ко" ническая ст;пень. Полость между прижимом 2, втулкой 8, поршнем 7 и пуансоном 5, по меньшей мере, частично заполнена вязкой средой 10. В прижиме 2, на его стороне, обращенной к матрице 1, выполнен, по меньшей мере, один капиллярный канал 11, сообщающий ступень отверстия с меньшим диаметром с матрицей. Поршень 7 имеет ступенчатую форму и снабжен пружиной 12, прижимающей его к индуктору 13, соединенному с магнитно-импульсной установкой (МИУ).

Устройство работает следующим образом.

В исходном положении заготовка

t размещена на матрице 1 и зажата прижимом 2, воронкообразное отверстие которой выполнено соосно с отверстием в матрице 1. Под заготовкой в отверстии матрицы 1 размещен вкладыш (пуансон подпора} 3 на упругом элементе 4. Диаметр отверстия в прижиме

2 имеет переменную величину. На высоте, равной приблизительно 1/3 высоты прижима 2, со стороны заготовки, диа15

50 метр отверстия наименьший и равен диаметрч отверстия в матрице 1, на 1/3 высоты с противоположной стороны диаметр отверстия наибольший . Переход от большего диаметра к меньшему имеет форму конуса. В нижней части прижима

2 для удаления воздуха выполнены радиальные капиллярные каналы 11. В отверстии прижима 2 с заданным зазором установлен цилиндрический пуансон 5, зафиксиоованный от перемещения BBeDx упором 6 и способный перемешаться только вниз (в сторону заготовки). Пространство между пуансоном 5 и стенками воронкообразного отверстия прижима 2 заполнено вязкой средой 10.

В зазоре между пуансоном 5 и поверхностью ступени с наименьшим диаметром в прижиме 2 на высоте S2 от заготовки вязкая среда отсутствует. В отверстии прижима 2 со стороны наибольшего диаметра размещена по посадке движения втулка 8, зафиксированная от перемещения вверх упором 9 и способная перемещаться только вниз (в сторону заготовки). Кроме того, нижняя торцовая поверхность втулки 8 расположена на одном уровне с верхней торцовой поверхностью пуансона 5. Во втулку 8 но посадке движения вставлен стч пенчатый поршень 7. Зазор S между торцами пуансона 5 и поршнем 7 равен зазору S между верхней кромкой втулки 8 и ступенькой поршня 7.

При разрядке МИУ под действием силы р от индуктора 13 на ударник

4 происходит сжатие вязкой среды и ее разгон на пути S В кольцевом зазоре между пуансоном 5 и стенками воронкообразного отверстия в направляющей плите 2. Из условия неразрывности скорость метания V вязкой среды в кольцевом зазоре будет во столько раз больше скорости V< перемещения ударника, во столько раз плошадь его торца F больше площади попереч1 ного сечения кольцевого зазора F l = V °

При встрече летящей струи вязкой среды в кольцевом зазоре с заготовкой на поверхности последней возникает да" вление, величина которого определяется по формуле = ) С V, где Р и С вЂ” константы для данной вязкой среды е

Таким образом, метаемая с большой скоростью Ч кольцевая струя при ударе о заготовку образует в последней кольцевой кратер, являющийся концент50

5 67 ратором напряжений и источником возникновения микротрещин, в которые затекает под давлением вязкая среда (фиг. 3); ударную волну сжатия, распространяющуюся с определенной скоростью к режущим кромкам матрицы 1.

На этапе разгона ударника втулка

8 и пуансон 5 благодаря фиксаторам

8 и б соответственно остаются неподвижными. Жесткость упругого элемента

4 выбрана таким образом, что вкладыш (пуансон подпора) 3 также неподвижен.

Прохождение удавной волны по сечению заготовки и встреча ее с режущими кромками матрицы 1 предопределяет появление микротрещин со стороны последних.

Момент зарождения микротрещин по сечению заготовки соответствует моменту выбора зазора S и началу совместного движения поршня 7 со втулкой

8, пуансоном 5 вкладышем (пуансоном подпора) 3. При этом плошадь торца . поршня 7 увеличивается на величину площади торца втулки 8 и в движение вовлекается застойная зона — объем вязкой среды 10, расположенный непосредственно под торцом втулки 8 °

В результате вызывается дополнительное увеливение скорости вязкой среды в кольцевом зазоре между пуансоном

5 и отверстием наименьшего диаметра прижима 2, а следовательно, и давле- ния вязкой среды. Вследствие этого скорость распространения разрушающей

\ трещины превышает скорость перемещения пуансона 5 на всем сечении заготовки, что обеспечивает повышенное качество поверхности разделения и уменьшает в значительной степени как боковой, так и торцовый износ пуансона 5 (фиг. 3).

Количество втулок 8, их поэтапное включение в работу поршнем 7 определяет как величину, так и закон изменения скорости V истечения вязкой среды 10, а следовательно, закон изменения ее давления на заготовку от времени и, в конечном итоге, закон изменения скорости распространения разрушающей трещины по сечению обрабатываемого материала.

При необходимости, когда пробивается отверстие в заготовке с переменной прочностью по толщине (ярко выраженном ортотропном материале), процесс разделения может осуществляться не с возрастанием скорости

1910 6 истечения вязкой среды в очаг деформации (как было ранее рассмотрено), а с ее убыванием (если прочность слоев заготовки, обращенных к матрице, ниже, чем прочность слоев заготовки, обращенных к пуансону).

Таким образом, воэможность регулирования скоростью истечения вязкой среды процесса разделения эагото10 вок из волокнистых композиционных материалов, а следовательно, управления распространением разрушающей трещины по сечению позволяет обеспечивать требуемое качество отверс15. тий;точность, шероховатость.и проч.— ность поверхности разделения, вибропрочность и т.д., а также снижает технологическое усилие на пуансоне, что повышает стойкость оснастки.

Предлагаемый способ опробован пои пробивке отверстийф 4 мм в листовой заготовке из углепластика КМУ-ЗЛ с перекрестным армированием и общей толщиной 5 мм. Оснастка изготавливается из стали У8А „ и имеет твердость после закалки HRC 68-60 ед. Поршень изготавливается из титана ВТ-14 и имеет диаметр 8 мм. Втулка,устанавливаемая по посадке движения в направляющую плиту, изготовлена из сплава

В 95. Наружный диаметр втулки 14 мм, в качестве вязкой среды испальзуют вазелин. Нагружение поршня осуществляется от МИУ "Спазм-2М" с максимально запасаемой энергией в 3 кДж. Под" зз пор заготовки из волокнистого композиционного материала выполняют за счет усилия, создаваемого при пробивке бтверстия ф4 0 мм в заготовке из аналогичного материала с помо40 щью дополнительной матрицы.с отверстием, размещенным соосно по отношению к отверстию в основной матрице.

Величины S, S u S соответственно равны 1,1 и 4 мм. Пробитые отверстия в КМУ-3 Л имеют точность

2-3 класса, шероховатость поверхности разделения 1,25, отличаются строгой цилиндричностью и по периметру отверстий отсутствуют какиелибо нежелательные отслаивания плакирующего слоя из стеклопластика.

Процесс разделения на данном устройстве не превышает 100-300 мс и гарантирует требуемое качество полу-. чаемых отверстий.

За счет создания переменной (воз° растающей) скорости истечения вязкой среды в очаг деформации в 1,5-1,7 ра87 за увеличивается срок службы пуансонов.

Формула изобретения

Устройство для гидродинамической пробивки отверстий в листовом материале, содержащее матрицу, прижим со ступенчатой полостью, заполненной вязкой средой, перемещаемой поршнем, связанным с источником нагружения и помещенным в ступень полости имеющую больший диаметр, и пуансон для робивки, расположенный с кольцевым зазором в ступени меньшего диаметра, связанной со, ступенью большего диаметра конической ступенью, находящейся между ними,. о т л и ч а ю щ е.ес я тем, что, с целью повышения качества поверхности разделения, оно

1910 8 снабжено втулкой, охватывающей поршень и установленной в ступени боль

mего диаметра с возможностью перемещения совместно с поршнем и очно сительно него, и упорами, один из которых установлен с возможностью взаимодействия со втулкой и ограничения ее перемещение, а другой — с возможностью взаимодействия с пуан1р соном и ограничения его перемещения в и в части прижима, обращенной к матрице, выполнен по меньшей мере один капиллярный канал, сообщающий ступень меньшего диаметра с атмосфе15 рой.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР по заявке 9 2834374/25-. 27, кл . В 2ID 28/14, 20 В 21 D 26/02, 01.11.79.

87!910

Подписное

8876/9 Тираж 891

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель Ю. Цейтлин

Редактор О. Колесникова Техред T.Маточка Корректор Г. Назарова