СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ С КОНИЧЕСКОЙ ЧАСТЬЮ
METHOD OF MAKING CYLINDRICAL COMPONENTS WITH CONICAL PART

Способ изготовления цилиндрических деталей с конической частью
Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано для получения цилиндрических деталей с конической частью, в том числе тонкостенных, и с глубокой конической частью, методом холодной листовой штамповки.
Тонкостенные конические детали различной формы имеют широкое распространение в технике. Одним из высокопроизводительных способов производства таких деталей является операция вытяжки из листовой заготовки. Получаемые при этом детали можно классифицировать по соотношению высоты и наибольшего диаметра конуса. По этому признаку детали условно подразделяют на мелкие детали h≤(0.25-0.3)d, детали средней глубины h=(0.4-0.7)d и глубокие детали h>0.8d. Основные сложности при проектировании технологического процесса вызывают глубокие детали, которые зачастую требуют в отличие от мелких и средней глубины деталей нескольких переходов вытяжки. Проектирование технологического процесса также осложняется тем, что зачастую цилиндрические детали являются только частью более сложных деталей. Примером могут служить трубчатые детали с цилиндрической частью на конце. Основной технологической операцией используемой для получения цилиндрических трубчатых заготовок с конусом на конце является вытяжка.
(Данилов Г.А., Огородников В.П. Теория и расчеты процессов комбинированного пластического формоизменения. - Балт. гос. техн. ун-т, СПб., 2004)
Применение технологий вытяжки в данном случае затруднено тем, что давление пуансона передается лишь небольшой поверхности в центре донной части заготовки вызывая значительное местное утонение что может привести к прорыву донной части заготовки. Для того чтобы этого избежать, данную операцию ведут за несколько переходов последовательно приближаясь к конечной форме детали, что делает данные способы трудоемкими.
Примером донного процесса может служить способ изготовления тонкостенных деталей средней конусности, включающий изготовление заготовки и последующий обжим, при котором заготовку штампуют с изгибом дна по радиусу, величина которого больше радиуса сгиба готовой детали, а процесс обжима проводят в два этапа, на первом при обжиме выбирают зазор между пуансоном поддержки и дном, а на втором одновременно с обжимом осуществляют вытяжку данного участка.
(Патент РФ №2070467, МПК B21K 21/08, опубл. 20.12.1996 г.)
Основными недостатками вышеприведенного способа изготовления конических деталей или деталей с конической частью является ограничение по высоте конусной части и невозможность изготовления цилиндрических деталей с конической частью в виду конструктивных особенностей оснастки представленной в данном способе.
Известен также способ изготовления деталей типа тел вращения, взятый за прототип, включающий последовательный обжим на конус полой цилиндрической заготовки и калибровку, преимущественно обкаткой, при этом обжим осуществляют путем встречного осевого перемещения заготовки и инструмента, при этом в качестве инструмента используют набор матриц, а обжим заготовки осуществляют с одновременным образованием на ее наружной поверхности сопряженных между собой кольцевых вогнутых канавок.
(Авторское свидетельство СССР №1196081, МПК D62D 41/04, опубл. 07.12.1985 г., Бюл. №45).
Недостатком прототипа является сложность процесса, заключающаяся в необходимости проведения после операции обжима дополнительной операции калибровки, преимущественно обкаткой.
Задачей изобретения является создание эффективного и технологичного способа изготовления цилиндрических деталей с конической частью, позволяющего за один ход пуансона создавать тонкостенные детали, в том числе с глубокой конической частью, исключающего опасность прорыва дна заготовки и упрощающего процесс изготовления.
Технический результат изобретения заключается в возможности изготовления тонкостенных деталей, а также в повышении технологичности процесса и качества изготавливаемых деталей.
Это достигается тем, что в заявляемом способе изготовления цилиндрических деталей с конической частью, включающем изготовление цилиндрической заготовки с дном, ее установку в матрицу с конической полостью и штамповку за один ход в два этапа, причем на первом этапе осуществляют обжим заготовки путем воздействия пуансоном с конической частью на внутреннюю поверхность заготовки до касания вершины его конической части донной части заготовки, а на втором этапе одновременно с обжимом осуществляют вытяжку донной части заготовки, при этом используют пуансон, диаметр которого превышает внутренний диаметр заготовки, а высота конусной части меньше высоты заготовки.
Чтобы снизить трудоемкость производства подобного вида изделий процесс осуществляется при помощи совмещения методов вытяжки и обжима в одной технологической операции.
Далее осуществление способа изготовления цилиндрических деталей с конической частью будет приведено со ссылкой на поясняющие чертежи.
Фиг. 1 - Начальный этап процесса получения цилиндрической детали с конической частью.
Фиг. 2 - Начальный этап процесса на стадии обжима.
Фиг. 3 - Заключительный этап процесса на стадии обжима и вытяжки,
где 1 - матрица, 2 - пуансон, 3 - заготовка.
Из листовой заготовки формируют заготовку 3. В области дна заготовка 3 может иметь как плоскую, так и полусферическую часть. Высоту заготовки 3 рассчитывают для каждого конкретного случая. Заготовку 3 устанавливают в матрицу 1 с конической полостью (Фиг. 1).
Высота конусной части пуансона 2 должна быть меньше высоты заготовки 3, в соответствии с расчетами по формулам для каждого конкретного случая.
Заготовка 3 погружается в полость матрицы 1.
Пуансон 2 входит в матрицу 1 и в процессе воздействует на заготовку, при этом диаметр пуансона 2 больше внутреннего диаметра заготовки 3. При подаче усилия на пуансон 2 последний воздействует на внутреннюю поверхность заготовки 3 посредством сил трения, осуществляя на начальном этапе только обжим (Фиг. 2).
Стенки заготовки 3 деформируются, принимая форму полости матрицы 1.
В процессе обжима пуансон 2, двигаясь, выбирает зазор между донной частью заготовки 3 и торцом пуансона 2.
В момент касания пуансоном его рабочей частью, донной части заготовки 3 начинается процесс вытяжки, при этом процесс обжима продолжается.
На завершающем этапе процессы вытяжки и обжима заготовки происходят одновременно (Фиг. 3). Их взаимное влияние позволяет разгрузить опасные сечения, возникающие в каждом из этих процессов.
пуансон
внутренний заготовки
Процесс обжима, согласно настоящему изобретению, происходит за счет сил трения пуансона о заготовку. Возникновение необходимых для прохождения процесса обжима сил трения обусловлено наличием внутреннего давления и деформации стенки из-за разницы диаметров пуансона и внутреннего диаметра заготовки D>D.
Основными технологическими параметрами, влияющими на заявляемый процесс, являются силы трения. В литературе силы трения такого типа называют активными силами трения. Активные силы трения вызывают максимальное меридиональное напряжение  которое находят, опираясь на уравнения безмоментной теории оболочек (уравнение Лапласа) и уравнение равновесия, учитывая при этом эффект упрочнения:
max
т0
θ
где h - высота контактной зоны трения в конечный момент процесса, µ - коэффициент трения между пуансоном и заготовкой, σ - напряжение трения для материала заготовки, А - аппроксимация кривой упрочнения материала заготовки, R - радиус заготовки, δ - логарифмическая деформация.
Из формулы видно, что при заданных значениях свойств материала и геометрических параметрах детали, основным параметром с помощью которого возможно влиять на ход процесса проталкивания заготовки в рабочую часть матрицы является логарифмическая деформация δ.
Пример осуществления способа.
При отработке технологии штамповки конических деталей из листа сплава латуни марки Л70 толщиной 0.5 мм формовали заготовку в виде цилиндра с наружным диаметром 8 мм и высотой, равной 18.5 мм. Затем заготовку помещали в коническую матрицу с углом образующей 6° и осуществляли обжим в два этапа. На первом этапе осуществляли чистый обжим, когда усилие от пресса передавалось по средствам активных сил трения на вертикальной стенке заготовки. Заготовка частично заполняла полость матрицы, а движение пуансона приводило к выборке зазора между вершиной конической части пуансона и донной частью заготовки. После касания пуансоном дна заготовки начинался второй этап процесса штамповки. Одновременно реализовался процесс обжима и вытяжки. Вытяжка осуществлялась пуансоном при передаче усилия на донную часть заготовки.
В результате реализации процесса штамповки были получены цилиндрическая деталь с конической частью на конце общей высотой 40 мм, высотой конической части 20 мм и углом образующей в конусной части соответствующим углу образующей конической части матрицы в 6°.
Таким образом, по заявляемому способу можно получить тонкостенные конические детали за один рабочий ход пуансона. Это значительно повышает технологичность процесса изготовления деталей.