ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ПЕРЕМЕННОГО СЕЧЕНИЯ ПРЕССОВАНИЕМ
TOOL FOR MANUFACTURING OF PRODUCTS WITH VARIABLE CROSS-SECTION BY PRESSING

Предлагаемое техническое решение относится к обработке металлов давлением и может быть применено в машиностроении и металлургической промышленности.
Известны инструменты для прессования изделий с переменными размерами высоты сечения прямым способом (а.с. №1523208 B21C 23/00) и обратным способом истечения (а.с. №1433516 B21C 23/20).
Отличительными особенностями инструментов являются наличие составной матрицы, образованной двумя вкладышами с наклонными поверхностями и сегментами, а также матрицедержатель с диаметральным пазом для прохода вкладышей и рабочая втулка с наклонными поверхностями.
Инструменты позволяют прессовать крупногабаритные изделия с переменными размерами высоты. Однако, для их прессования необходима специальная втулка с наклонными поверхностями, а также специальная заготовка. Это сдерживает применение инструментов и является недостатком.
Наиболее близким к предлагаемому инструменту, т.е. прототипом, является инструмент по а.с. №1433516 B21C 23/20.
Технический результат предлагаемого инструмента заключается в устранении отмеченного недостатка и расширении номенклатуры изделий переменного сечения.
Технический результат достигается тем, что в инструменте для изготовления изделий переменного сечения прессованием с обратным истечением металла, содержащем контейнер с рабочей втулкой, матрицедержатель со сквозным диаметральным пазом, составную матрицу, образованную двумя противоположно размещенными во втулке вкладышами наклонными к оси прессования, согласно техническому решению, контейнер имеет цилиндрическую втулку, вкладыши имеют параллельные и наклонные к оси прессования направляющие поверхности, сегменты имеют сборную трехзвенную конструкцию с центральным клиновым звеном в форме усеченного клина с углом «α», сопряженным и взаимодействующим с двумя боковыми сегментами, установленными на параллельные направляющие поверхности вкладышей, на хорде клинового сегмента выполнены профиль формующего очка матрицы и опорные поверхности для взаимодействия с наклонными направляющими поверхностями вкладышей, при этом для нисходящих поверхностей угол клина «α» выполнен больше двойного угла трения «φ» (α>2φ), а для восходящих наклонных поверхностей угол клина «α» выполнен меньше двойного угла трения «φ» (α<2φ) и кроме того, наклонные поверхности вкладышей могут быть выполнены с переменными размерами ширины.
Отличительными особенностями предлагаемого инструмента является то, что контейнер имеет цилиндрическую втулку, вкладыши имеют параллельные и наклонные к оси прессования направляющие поверхности, сегменты имеют сборную трехзвенную конструкцию с центральным клиновым звеном в форме усеченного клина с углом «α», сопряженным и взаимодействующим с двумя боковыми сегментами, установленными на параллельные направляющие поверхности вкладышей, на хорде клинового сегмента выполнены профиль формующего очка матрицы и опорные поверхности для взаимодействия с наклонными направляющими поверхностями вкладышей, при этом для нисходящих поверхностей угол клина «а» выполнен больше двойного угла трения «φ» (α>2φ), а для восходящих наклонных поверхностей угол клина «α» выполнен меньше двойного угла трения «φ» (α<2φ) и кроме того, наклонные поверхности вкладышей могут быть выполнены с переменными размерами ширины.
Техническое решение поясняется фигурами:
На фиг. 1 представлен инструмент в исходном положении, боковой разрез;
На фиг. 2 показан разрез Α-A на фиг. 1
На фиг. 3 показан предлагаемый инструмент в конечном положении, боковой продольный разрез;
На фиг. 4 показан разрез Б-Б на фиг. 3
На фиг. 5 и фиг. 6 показан вид по стрелке I на фиг. 1, возможные варианты исполнения вкладышей;
На фиг. 7 показан инструмент с возможным вариантом вкладышей в исходном и конечном положении, боковой разрез;
На фиг. 8 показан поперечный разрез В-В на фиг. 7;
На фиг. 9 показан поперечный разрез Г-Г на фиг. 7;
На фиг. 10 показан вид по стрелке II на фиг. 7, возможный вариант вкладышей;
На фиг. 11, 12, 13, показаны примеры изделий;
На фиг. 14 изображен второй вариант предлагаемого инструмента в исходном и конечном положении, боковой разрез;
На фиг. 15 показан поперечный разрез Д-Д на фиг. 14;
На фиг. 16 показан поперечный разрез E-Ε на фиг. 14;
На фиг. 17 показан вид по стрелке III на фиг. 14;
На фиг. 18 показан пример изделия;
На фиг. 19 показана схема сил, действующих в сборной конструкции сегментов во время прессования.
Инструмент содержит контейнер 1 с рабочей цилиндрической втулкой 2 матрицедержатель 3 с продольным пазом, составную матрицу, образованную двумя противоположно размещенными во втулке вкладышами 4, имеющими к оси прессования параллельные направляющие поверхности - 5 и наклонные направляющие поверхности - 6, а также двумя сегментами сборной трехзвенной конструкции с центральным звеном 7, имеющем форму усеченного клина с углом α, взаимодействующего своими краями с поверхностями 6, а клиновыми поверхностями сопрягаемого с поверхностями боковых сегментов 8 и 9, установленными на поверхности 5 вкладышей. При этом для нисходящих поверхностей 6 угол клина α выполнен больше двойного угла трения φ (α>2φ), а для восходящих наклонных поверхностей 6 угол клина α выполнен меньше двойного угла трения φ (α<2φ), обеспечивая необходимое прижатие клинового звена 7 к наклонным поверхностям 6 вкладышей, которые могут быть выполнены с постоянными (фиг. 5) и переменными (фиг. 6) размерами ширины. Рабочая втулка запирается пробкой 10.
Работа инструмента основана на использовании законов трения скольжения в клиновой трехзвенной конструкции с применением поперечной силы давления прессования Р. (см. Н.И. Колчин, М.С. Мовнин «Теория механизмов и машин» Судпромиздат 1963 г. стр. 532-551, рис. 15.15).
На фиг. 19 показаны: Q - сила, прижимающая клин 7 к поверхностям вкладышей.
Звено 7 с углом клина α сопрягается с боковыми сегментами 8 и 9 под углом α/2.
Используя известную формулу (15.31), определяющую условие выжимания клина из соединения Q=P[tg(α1-φ)+tg(α2-φ)], находим
Q=P[tg(α/2-φ)+tg(α/2-φ)]=2P×tg(α/2-φ).
Если α/2-φ=0, то система будет находиться в состоянии предельного равновесия,
тогда, т.к. коэффициент трения f=tgφ, то величина f определяет угол φ и угол α=2φ
Например:
сталь по стали со смазкой f=tgφ, то f = от 0,04 до 0,05, т.е.
угол φ=2…3°, α=2φ=4…6° (во фрикционных передачах).
Подшипник скольжения со смазкой имеет f = от 0,03 до 0,1, тогда φ=2…6°, α=2φ=4…12° (Краткий физико-технический справочник т. 2 «Физматгиз» 1960 г. стр. 340-341)
Прессование можно вести с применением цилиндрической заготовки (патент RU 2455094 B21C 23/00. После установки и распрессовки заготовки (не показана) устанавливают на поверхность втулки и поверхность 5 и 6 вкладышей звенья 8, 7, 9 последовательно или в собранном виде (фиг. 1). Дают давление и начинают прессование. При этом на звенья действуют силы прессования P, которые выдавливают звено 7, прижимают его силой Q к нисходящим поверхностям 6 вкладышей (фиг.19), продвигая по наклонным поверхностям.
Звенья 8 и 9 двигаются по поверхностям 5. В конце прессования (фиг. 3, 4) формуется минимальное сечение изделий (фиг. 11, 12, 13) в зависимости от формы вкладышей (фиг. 5, 6, 10).
На фиг. 14 показан второй вариант инструмента, который позволяет в начале прессовать сечение минимальной высоты и максимальной ширины (фиг. 15), а в конце прессовать сечение максимальной высоты и минимальной ширины (фиг. 16). В этом варианте звено 7 отжимается от восходящих поверхностей 6, поэтому угол клина звена 7 α<2φ. Полученное изделие показано на фиг. 18.
Инструмент позволяет, используя стандартизованные цилиндрические втулки и заготовки на существующих прессах, изготавливать более широкую номенклатуру профилей с переменными размерами высоты и ширины сечения, а также с законцовками без остановки, за один цикл прессования. Принцип работы может быть использован в инструментах для прямого прессования.