ШТАМП ДЛЯ ГОРЯЧЕГО КОМБИНИРОВАННОГО ВЫДАВЛИВАНИЯ ЦИЛИНДРИЧЕСКОГО ПОЛОГО ИЗДЕЛИЯ С ФЛАНЦЕМ НА ГИДРАВЛИЧЕСКОМ ПРЕССЕ ДВОЙНОГО ДЕЙСТВИЯ

Полезная модель относится к области машиностроения, в частности, к обработке металлов давлением и может быть использовано для получения изделий типа крупногабаритных деталей с фланцем, например, полукорпусов шаровых кранов.
Известен способ изготовления крупногабаритных полукорпусов шаровых кранов с фланцами (патент РФ №2527518 С1, опубл. 10.09.2014). В описании и графических материалах к патенту представлен штамп для горячего комбинированного выдавливания цилиндрической поковки с фланцем на гидравлическом прессе двойного действия, у которого к внутреннему ползуну прикреплен пуансон, осуществляющий силовое воздействие на стальную трубную заготовку нагретую до 1100-1200°С, а к наружному ползуну прикреплена верхняя полуматрица.
Недостатком представленной конструкции штампа для комбинированного выдавливания, устанавливаемого на гидравлическом прессе двойного действия не предусмотрена дополнительная возможность удержания матрицы в крайнем нижнем положении, когда с большими диаметрами фланца  на матрицу в зоне деформирования фланцевой части поковки действуют отжимающие силы, по величине большие, чем сила, развиваемая наружным ползуном пресса, следствием чего является низкое качество получаемого изделия.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков - прототипом - является штамп для горячего комбинированного выдавливания цилиндрического полого изделия с фланцем на гидравлическом прессе двойного действия, содержащий выполненные с возможностью встречного перемещения пуансон и матрицу, состоящую из верхней и нижней полуматриц, сопряженных по внешней и внутренней цилиндрическим поверхностям с образованием полости для формирования фланца цилиндрического изделия (Патент РФ №2125497 С1, опубл. 27.01.1999).
В указанной конструкции штампа верхняя полуматрица удерживается прижатой к нижней полуматрице стягивающими болтами или шпильками, предполагающими раскрытие матрицы - снятия стягивающих болтов или шпилек - обслуживающим персоналом вручную.
К недостаткам прототипа следует отнести ограниченные технологические возможности штампа в силу невозможности автоматизации раскрытия матрицы для изъятия обработанной детали, чем обусловлена конструктивная невозможность его встраивания в частично или полностью автоматизированный производственный цикл.
Задача полезной модели - создание штампа для горячего комбинированного выдавливания цилиндрического изделия с фланцем на гидравлическом прессе двойного действия, пригодного для использования в частично или полностью автоматизированном производственном цикле.
Технический результат - расширение технологических возможностей штампа.
Поставленная задача решается, а заявленный технический результат достигается тем, что штамп для горячего комбинированного выдавливания цилиндрического полого изделия с фланцем на гидравлическом прессе двойного действия, содержащий выполненные с возможностью встречного перемещения пуансон и матрицу, состоящую из верхней и нижней полуматриц, сопряженных по внешней и внутренней цилиндрическим поверхностям с образованием полости для формирования фланца цилиндрического изделия, снабжен четырьмя силовыми цилиндрами с цилиндрическими штоками, матрица выполнена с двумя параллельными каналами, оси которых расположены в одной плоскости,, перпендикулярной направлению взаимного перемещения пуансона и матрицы, и совпадают с касательными к сопряженным цилиндрическим поверхностям верхней и нижней полуматриц, а штоки силовых цилиндров выполнены со скошенными по плоскости торцами и попарно размещены с обоих концов в каналах матрицы с зазором и с расположением скошенных по плоскости торцов под острым углом к оси цилиндрических поверхностей полуматриц и имеют возможность силового взаимодействия во встречном направлении с обеспечением нагружения верхней и нижней полуматриц навстречу друг другу в осевом и радиальном направлениях.
Полезная модель поясняется изображениями, на которых показаны:
на Фиг. 1 - штамп в разрезе, вид сбоку;
на Фиг. 2 - сечение А-А на Фиг. 1;
на Фиг. 3 - сечение Б-Б на Фиг. 1;
на Фиг. 4 - вид В на Фиг. 1.
Обозначениям на представленных изображениях соответствуют:
1 - исходная цилиндрическая заготовка;
2 - пуансон;
3 - готовое изделие;
4 - верхняя полуматрица;
5 - бандаж;
6 - шток;
7 - нижняя полуматрица;
8 - цилиндрический канал;
9 - направляющие;
10 - гидроцилиндры (силовые цилиндры);
11 - выталкиватели;
12 - внешняя цилиндрическая поверхность верхней полуматрицы;
13 - внутренняя цилиндрическая поверхность нижней полуматрицы;
14 - внутренняя полость матрицы;
15 - фланец;
16 - торец штока;
17 - внутренняя часть нижней полуматрицы 7.
Согласно полезной модели в штампе, предназначенном для горячего комбинированного выдавливания цилиндрического изделия 3 с фланцем 15 на гидравлическом прессе двойного действия, включающем выполненные с возможностью встречного перемещения пуансон 2 и матрицу, состоящую из верхней 4 и нижней 7 полуматриц, сопряженных соответственно по внешней 12 и внутренней 13 цилиндрическим поверхностям с образованием внутренней полости 14 для формирования фланца 15, матрица снабжена двумя параллельными цилиндрическими каналами 8, выполненными в плоскости, перпендикулярной направлению взаимного перемещения пуансона 2 и матрицы, так, что оси каналов 8 совпадают с касательными к сопряженным цилиндрическим поверхностям верхней 4 и нижней 7 (на Фиг. 1 - выполнена составной из двух частей: собственно полуматрицы 7 и ее внутренней части 17 - по технологическим соображениям) полуматриц, а штамп снабжен четырьмя силовыми цилиндрами 10 с цилиндрическими штоками 6, размещенными с зазором попарно с обоих концов в каждом из каналов 8 с возможностью обоюдного силового взаимодействия во встречном направлении, при этом торцы 16 каждой пары штоков выполнены скошенными (под углом α, Фиг. 4) в плоскости, расположенной под острым углом β (на Фиг. 1) к оси цилиндрических поверхностей полуматриц.
В предлагаемой конструкции штампа штоки перемещаются с помощью гидроцилиндров, легко встраиваемых в автоматизированный цикл обеспечением их управления от системы числового программного управления (ЧПУ), как это имеет место, например, в прессах с ЧПУ серии РВВ (http://www.metallostanki.ru/product-764.html). Использование четырех силовых цилиндров со штоками, выполняющими функцию клиньев, позволяет автоматизировать процесс взаимной фиксации верхней и нижней полуматриц в целях недопущения их расхождения под действием распорных сил от выдавливаемого в полость между ними металла при формировании фланца.
При этом размещение штоков силовых цилиндров с зазором попарно с обоих концов в каждом из каналов с возможностью обоюдного силового взаимодействия во встречном направлении позволяет обеспечить направленное в нужном направлении нагружение верхней и нижней полуматриц (при отсутствии такого зазора нагружение было бы возможно лишь в радиальном направлении).
Выполнение торцов каждой пары штоков скошенными (под углом α) в плоскости, расположенной под острым углом (β) к оси цилиндрических поверхностей полуматриц с возможность силового взаимодействия во встречном направлении с обеспечением нагружения верхней и нижней полуматриц навстречу друг другу в осевом и радиальном направлениях, позволяет компенсировать действие распорных сил от выдавливаемого в полость между ними металла при формировании фланца. При этом крутящие моменты от сил R, формируемых на каждой паре штоков, действующие на верхнюю и на нижнюю полуматрицы, взаимно компенсируются, дополнительной нагрузки на элементы штампа практически не возникает.
Работа штампа осуществляется в следующей последовательности.
Сначала нагретую до необходимой температуры 1150-1200°С стальную трубную заготовку устанавливают в матрицу, затем включаются гидроцилиндры 10, перемещающие навстречу друг другу штоки 6. При этом направляющие 9 обеспечивают сопряжение верхней полуматрицы 4 и нижней полуматрицы 7. Затем включается рабочий ход внутреннего ползуна пресса (не показан) с пуансоном 2, который осуществляет выдавливание металла, формируя цилиндрическую часть поковки и в радиальном направлении заполняя металлом полость матрицы с формированием фланца. При этом сначала заполняется полость фланца, а затем полость цилиндра в связи с тем, что степень деформации в полости цилиндра значительно выше, чем степень деформации в полости фланца. Известно, что чем выше степень деформации, тем больше сопротивление течению металла.
После завершения формообразования осуществляется подъем пуансона в крайнее верхнее положение и гидроцилиндры 10 включают перемещение штоков 6 в исходное положение. Верхняя полуматрица 4 за бандаж 5 поднимается вверх наружным ползуном (не показан). При этом готовое изделие 3 удерживается в нижней полуматрице 7 за счет уклона по ее вертикальной стенке с углом γ=1,5°-2°. Под действием выталкивателей 11 изделие извлекается из нижней полуматрицы и удаляется из штампа.
Из представленного описания следует, что управление всеми элементами штампа, включая силовые цилиндры (гидроцилиндры), в отличие от прототипа, возможно в любом, включая автоматизированный, режиме.
Следовательно, поставленная задача полезной модели - создание штампа для горячего комбинированного выдавливания цилиндрического изделия с фланцем на гидравлическом прессе двойного действия, пригодного для использования в частично или полностью автоматизированном производственном цикле - решена, а заявленный технический результат - расширение технологических возможностей штампа - достигнут.
Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного технического решения следующей совокупности условий:
- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении относится к области машиностроения, в частности, к обработке металлов давлением и может быть использовано для получения изделий типа крупногабаритных деталей с фланцем, например, полукорпусов шаровых кранов;
- для заявленного объекта в том виде, как он охарактеризован в формуле, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке или известных из уровня техники на дату приоритета средств и методов;
- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.
Следовательно, заявленный объект соответствует критериям патентоспособности «новизна» и «промышленная применимость» по действующему законодательству.