УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМООБРАЗОВАНИЯ ПОЛЫХ ТРОЙНИКОВ

Полезная модель относится к области обработки металлов давлением, в частности, к устройствам для формообразования отводов на боковой поверхности трубы и может быть использовано для изготовления тонкостенных тройников из трубной заготовки.
Известно устройство для формообразования тройников (А.С. №1238824, МПК B21C 37/29, опубл. 23.06.86). Устройство состоит из двух полуматриц, имеющих плоскость разъема, составного формующего внутреннего пуансона, представляющего в сечении дополняющие друг друга до окружности сегменты, один из которых выполнен из металла, другой - из эластичного материала, а также двух осевых пуансонов. При сжатии эластичного элемента осевыми пуансонами создается внутреннее давление, с помощью которого и осуществляется формообразование отвода на боковой поверхности трубной заготовки.
Для осуществления данной схемы формоизменения заготовки устройство должно иметь два буфера - верхний и нижний. Усилиями этих буферов обеспечивается плотная стыковка по плоскости разъема полуматриц в процессе формоизменения заготовки, а также обеспечивается перемещение осевых пуансонов навстречу друг другу с одинаковой скоростью относительно матрицы и деформируемой заготовки.
Недостаток устройства является его сложность и громоздкость. Наличие буферов увеличивает высоту устройства и требует применения более мощных прессов, имеющих большую закрытую высоту пресса.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству, которое принято за прототип, является (патент на полезную модель №67486, опубл. 27.10.2007.) Устройство состоит из двух полуматриц, имеющих плоскость разъема, перпендикулярную продольной оси полуматриц, составного формующего внутреннего пуансона, представляющего в сечении дополняющие друг друга до окружности сегменты, один из которых выполнен из металла, другой - из эластичного материала, а также двух осевых пуансонов.
Устройство снабжено двумя клиньями, расположенными на верхней половине устройства, с помощью которых при рабочем ходе устройства обеспечивается перемещение осевых пуансонов навстречу друг другу с одинаковой скоростью относительно полуматриц и деформируемой заготовки.
Недостаток известного устройства заключается в сложности извлечения готовых отштампованных деталей из устройства.
В процессе формообразования тройников, под действием внутреннего давления составного формующего элемента, происходит раздача цилиндрической части трубной заготовки и готовая деталь плотно удерживается в полуматрицах. При извлечении готовой детали возникают серьезные трудности. Возрастает трудоемкость изготовления деталей и снижается производительность устройства.
Задачей заявляемой полезной модели является упрощение процесса извлечения готовой детали из устройства и повышение его производительности.
отв
Поставленная задача решается за счет того, что в устройстве для формообразования тройников, состоящем из двух полуматриц, составного формующего элемента, двух осевых пуансонов и двух клиньев, расположенных на верхней половине устройства, согласно полезной модели, плоскость разъема полуматриц выполнена горизонтальной, проходящей через ось симметрии рабочей фильеры, фильера состоит из сквозной цилиндрической полости для размещения исходной трубной заготовки и перпендикулярной ей полости для формовки отростка протяженностью Н, ось этой полости находится также в плоскости разъема полуматриц, на внешней верхней части верхней полуматрицы выполнена плоская опорная площадка, расположенная параллельно плоскости разъема полуматриц, между этой опорной площадкой полуматрицы и верхним основанием устройства расположен эластичный буфер, при этом исходная высота буфера определяется по зависимости:
буф
отв
Н=4Н/tgα;
α - угол наклона рабочей поверхности клиньев;
отв
Н - высота формуемого отвода.
При рабочем ходе устройства усилие, возникающее в результате сжатия буфера, позволяет надежно удерживать полуматрицы от размыкания в процессе формообразования тройника и обеспечивает изготовление качественной детали.
В результате того, что плоскость разъема проходит горизонтально через ось симметрии рабочей фильеры устройства, при обратном ходе устройства и снятии усилия с эластичного буфера верхняя полуматрица освобождается, полуматрицы размыкаются и освобождают готовую деталь, которая свободно извлекается из устройства.
Устройство поясняется чертежами, где
на фиг.1 показан вертикальный разрез устройства, справа от оси показано устройство в исходном положении, перед началом деформирования заготовки, а слева от оси симметрии - устройство в момент завершения процесса формообразования тройника;
на фиг.2 показан горизонтальный разрез устройства по плоскости разъема полуматриц, справа от оси показано устройство в исходном положении, перед началом деформирования заготовки, а слева от оси симметрии - в момент завершения процесса формообразования тройника.
отв
Устройство состоит из полуматриц 1 и 2, плоскость разъема между которыми выполнена горизонтальной. На плоскости разъема полуматриц выполнена рабочая фильера, которая состоит из сквозной цилиндрической полости для размещения исходной трубной заготовки и перпендикулярной ей полости для формовки отростка протяженностью Н, ось этой полости находится также в плоскости разъема полуматриц. Внутри рабочей фильеры полуматриц расположены осевые пуансоны 3. На цилиндрической поверхности осевых пуансонов выполнены уступы, на которые опираются торцы трубной заготовки, и с помощью которых осуществляется осевое сжатие деформируемой заготовки. Составной пуансон, состоящий из жесткой оправки 5 и эластичного элемента 6, помещен в трубную заготовку, вместе с которой помещен в рабочую фильеру полуматрицы 1. Полуматрица 1 расположена горизонтально на нижнем основании устройства 8. На нерабочих торцах осевых пуансонов 3 выполнены скосы. На верхней части устройства расположены два клина 7, рабочие наклонные плоскости которых параллельны наклонным плоскостям, выполненным на нерабочих торцах осевых пуансонов 3.
Между верхним основанием 9 устройства и верхней плоскостью верхней полуматрицы 1 расположен буфер 10, давлением которого верхняя полуматрица 1 прижимается к полуматрице 2.
Устройство работает следующим образом.
Полуматрица 2 устанавливаются в горизонтальном положении на нижнее основание устройства 8. Уступы, имеющиеся на нижнем основании 8, служат для центрирования полуматрицы 2 относительно оси устройства. В рабочую фильеру полуматрицы 2 устанавливается исходная трубная заготовка с расположенными в ней жесткой внутренней оправкой 5 и эластичным элементом 6. В рабочую фильеру полу матрицы 2 устанавливаются осевые пуансоны 3, располагая их таким образом, чтобы наклонные скосы нерабочих торцов пуансонов были параллельны наклонным плоскостям клиньев 7.
Рабочие торцы осевых пуансонов 3 имеют ступенчатую форму рабочей поверхности. Выступающая часть рабочей поверхности пуансонов осуществляет сжатие эластичного элемента 6, в то время как уступ пуансона фиксирует положение жесткой внутренней вставки 5.
Затем верхняя полуматрица 1 устанавливается на полуматрицу 2. Смыкаясь по плоскости разъема полуматриц, они образуют рабочую фильеру для формообразования тройника.
При рабочем ходе верхней части устройства вниз клинья 7 предварительно входят в окна нижнего основания 8, опираясь на них своей опорной поверхностью.
В результате надавливания клиньев 7 на наклонные скосы осевых пуансонов 3, начинается горизонтальное перемещение этих пуансонов навстречу друг другу. Осевые пуансоны 3 начинают сжимать эластичный элемент 6 с одновременным осевым сжатием трубной заготовки.
Горизонтальное перемещение осевых пуансонов возможно, если угол наклона наклонной плоскости клиньев α и соприкасающейся с ней наклонной плоскости пуансонов 3 связан с коэффициентом трения f на соприкасающихся поверхностях известным соотношением:
tgα≥f
где: f - коэффициент трения на поверхности контакта между наклонными поверхностями клиньев и осевых пуансонов.
Наиболее рациональная величина угла наклона рабочей поверхности клиньев находится в интервале от 15 до 25 градусов (см. Романовский В.П. Справочник по холодной штамповке - Л.: Машиностроение, 1971, стр.562, рис.503).
В результате горизонтального перемещения осевых пуансонов и сжатия эластичного элемента создается внутреннее давление эластичной среды, под действием которого начинает осуществляться формовка отвода.
Изготовление отвода на боковой поверхности трубной заготовки в заявляемом устройстве осуществляется одновременно в результате действия двух процессов - формовки отвода за счет утонения и растяжения заготовки в очаге деформации и поступления в очаг деформации дополнительного объема металла в результате осевого сжатия заготовки.
отв
отв
Процесс деформации заготовки завершается в тот момент, когда дно формуемого отвода полностью упрется в дно полости для формообразования отвода и высота отвода будет соответствовать заданной величине Н, где Н - высота формуемого отвода по чертежу готовой детали.
По мере увеличения рабочего хода устройства нарастает и величина усилия, развиваемого буфером, что препятствует размыканию полуматриц в процессе формообразования тройника и обеспечивает изготовление качественной детали.
Жесткая оправка 5, которая входит в составной пуансон, играет двойную роль. Во-первых - она сохраняет форму заготовки в процессе формовки отвода и предотвращает искажение формы заготовки и ее потерю устойчивости с противоположной стороны от формуемого отвода.
Во-вторых - изменяя площадь поперечного сечения этой оправки становится возможным регулировать величину смещенного объема эластичного элемента, поступающего в очаг деформации при формообразовании отвода и регулировать величину утонение заготовки.
Величина рабочего хода устройства связана с ходом осевого пуансона 3 соотношением:
пуан
уст
Н/Н=tgα
пуан
где: Н - величина рабочего хода осевых пуансонов;
уст
Н - величина рабочего хода устройства;
α - угол наклона наклонной поверхности клиньев устройства.
уст
пуан
Следовательно, Н=Н/tgα.
пуан
пуан
отв
В первом приближении, из условия постоянства длины образующей заготовки, величину рабочего хода осевого пуансона Н можно определить, как Н=Н;
отв
где: Н - высота формуемого отвода согласно чертежа детали.
буф
уст
буф
После завершения рабочего хода устройства высота буфера не должна уменьшится больше чем на 25% от исходной высоты Н. Это требуется из условия стабильной долгосрочной работы буфера (см. Ходырев В.А. Проектирование, изготовление и эксплуатация штампов с полиуретаном. Пермь: Пермское книжное издательство, 1975 г., 263 с.), то есть Н/Н=0,25.
В таком случае исходная высота буфера определиться
буф
уст
отв
Н=Н/0,25=4Н/tgα.