СПОСОБ ПРОБИВКИ ОТВЕРСТИЙ В ТОЛСТОЛИСТОВОМ МАТЕРИАЛЕ
METHOD OF PUNCHING HOLES IN THICK-SHEET MATERIAL

Предлагаемое изобретение относится к области обработки металлов давлением, а именно к способам пробивки отверстий в листовых материалах.
Известен способ изготовления отверстий в листовых материалах путем пробивки заготовки жестким пуансоном по жесткой матрице, между которыми имеется зазор эквидистантный контуру пробиваемого отверстия. (Романовский В.П. Справочник по холодной штамповке. - 6-е изд., перераб. и доп. - Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1979. стр.11…12). Недостатком известного способа является образование в зоне разделения утяжины материала заготовки со стороны пуансона и заусенца со стороны матрицы. Кроме того, образование при разделении материала скалывающих трещин, направленных навстречу друг другу со стороны пуансона и матрицы, приводит к пониженному качеству пробиваемого отверстия как по чистоте поверхности разделения, так и по его геометрическим характеристикам.
Известен также способ пробивки отверстий в толстолистовом материале, заключающийся в нанесении на противоположные стороны листовой заготовки, в зоне будущего отверстия, кольцевых соосно расположенных концентраторов напряжений, выполняемых, например, обработкой резанием в виде кольцевых канавок, и последующем сдвиге материала, ограниченного концентраторами, относительно остального материала. (Хтайк С.В. Чистовая пробивка толстолистового материала с предварительным созданием концентраторов напряжений. Кузнечно-штамповочное производство. - 2008. - №2, а также Хтайк Сан Вин. Исследование процесса чистовой пробивки толстолистовых заготовок при изготовлении деталей летательных аппаратов. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. М.: МАТИ, 2008.).
Недостатком способа является высокая трудоемкость, вызванная необходимостью первоначального выполнения обработкой резанием соосно расположенных концентраторов напряжений перед пробивкой отверстия.
Изобретением решается задача снижения трудоемкости и повышения качества при пробивке отверстий в толстолистовых заготовках.
Для достижения названного технического результата в предлагаемом способе пробивки отверстий в толстолистовом материале в зоне разделения материала создают объемную схему неравномерного напряженного состояния сжатия с последующим сдвигом разделяемых частей относительно друг друга.
Новым в изобретении является то, что объемное неравномерное напряженное состояние сжатия в зоне разделения материала создают обратным выдавливанием материала будущего отхода в торцевые полости противоположно расположенных пуансонов и наложением сжимающей нагрузки на противоположно расположенные околокромочные зоны будущего отверстия детали, при этом обратное выдавливание материала будущего отхода выполняют встречным перемещением пуансонов, а сдвиг отхода - попутным перемещением пуансонов или одним из пуансонов, не прикладывая нагрузки ко второму пуансону, причем сжимающие нагрузки, накладываемые на противоположные стороны толстолистового материала, прикладывают к кольцевым участкам детали в виде равномерно распределенной нагрузки, при этом меньший диаметр кольцевого участка равен диаметру вырубаемого отверстия.
На прилагаемых чертежах изображено следующее.
Фиг.1. Исходное положение рабочих элементов штампа перед реализацией способа пробивки отверстия в толстолистовом материале.
Фиг.2. Первый этап реализации способа - создание в зоне будущего разделения материала объемного напряженного состояния сжатия путем обратного выдавливания материала будущего отхода в торцевые полости пуансонов.
Фиг.3. Второй этап реализации способа - пробивка отверстия сдвигом отхода относительно основного материала.
Фиг.4. Вариант реализации способа: пробивка отверстия одним из пуансонов.
Предлагаемый способ реализуется следующим образом.
Толстолистовую заготовку 1 (фиг.1), в которой требуется пробить отверстие, устанавливают в штамп, включающий в себя прижимы 2 и 3, пуансоны 4 и 5 на торцах которых выполнены открытые полости 6 и 7.
На первом этапе пробивки отверстия в заготовке 1 к прижимам 2 и 3 (фиг.2) прикладывают силы Q, развивающие в зоне контакта с заготовкой 1 давления меньше предела текучести материала заготовки. Затем накладывают силы Р на пуансоны 4 и 5, перемещая их навстречу друг другу со скоростью V. Силы Р при этом имеют величину, достаточную для пластической деформации материала заготовки 1 под действием кольцевых торцов пуансонов 4 и 5. На данном этапе перемещающиеся навстречу друг другу пуансоны 4 и 5 осуществляют процесс обратного выдавливания материала заготовки 1 в полости пуансонов 6 и 7. При этом силы Q, прикладываемые к прижимам 2 и 3, имеют величину, запрещающую перемещение прижимов 2 и 3 друг от друга под действием пластически деформируемого металла заготовки.
Пуансон 5, внедрившись в материал заготовки 1 на определенную величину, прекращает встречное перемещение в сторону пуансона 4 и начинает принудительно двигаться в обратном направлении со скоростью V, равной скорости перемещения пуансона 4 (фиг.3). При этом происходит сдвиг материала 8 заготовки, расположенного между кольцевыми торцами пуансонов 4 и 5, относительно основного материала заготовки находящегося между прижимами 2 и 3.
При реализации предложенного способа перед этапом сдвига материала в зоне его будущего разделения создают объемное напряженное состояние сжатия, препятствующее образованию трещин и повышающее пластичность металла в зоне сдвига.
В другом варианте на этапе сдвига сила Р (фиг.3), приложенная к пунсону 5, может быть уменьшена до ноля. При этом этап сдвига может быть выполнен без участия пуансона 5 (фиг.4), который перед выполнением этапа сдвига отводят от заготовки 1.
Оба варианта реализации способа позволяют исключить образование утяжин материала заготовки со стороны пуансонов и обеспечить пробивку отверстий без заусенцев.
Применение того или иного варианта пробивки отверстия определяется пластическими свойствами материала заготовки и требуемым качеством пробиваемого отверстия. При этом первый вариант способа целесообразно использовать для получения отверстий более высокого качества в малопластичных при обычных условиях материалах.
Следует отметить, что рассмотренные варианты способа могут быть реализованы также при пробивке отверстий в толстолистовых материалах, находящихся в нагретом состоянии.
Предложенный способ пробивки отверстий в толстолистовых материалах позволяет снизить трудоемкость и повысить качество пробиваемых отверстий.