СПОСОБ ОДНОПЕРЕХОДНОЙ ШТАМПОВКИ СТЕРЖНЕВЫХ ДЕТАЛЕЙ С ПОЛОСТЬЮ В УТОЛЩЕНИИ
METHOD OF SINGLE-PASS PUNCHING OF ROD PARTS WITH CAVITY IN BULGE PART

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано, например, при штамповке болтов с полостью в утолщении, т.е. в головке.
Известен способ однопереходной штамповки стержневых деталей с полостью в утолщении, заключающийся в размещении деформируемой части заготовки, относительная длина которой не превышает допустимую, в полости штампа, высадке, прошивке и формовке заготовки посредством пуансона и прошивня. В этом способе в процессе деформирования, заключающемся в высадке, прошивке и формовке заготовки, вначале посредством прошивня осуществляют высадку деформируемой части заготовки, а затем одновременным действием прошивня и пуансона выполняют прошивку и формовку (Брюханов А.Н. Ковка и объемная штамповка. / А.Н.Брюханов. - М.: Машиностроение, 1975, - с.275, 276, рис.249; с.280, 281, рис.252).
Недостатком известного способа является низкое качество деталей, вызванное односторонним заполнением полости штампа и неравномерной раздачей металла в радиальном направлении вследствие неизбежного смещения оси стержневой заготовки относительно оси прошивня в начальный период деформирования. (Брюханов А.Н. Ковка и объемная штамповка. / А.Н.Брюханов. - М.: Машиностроение, 1975, с.281).
Известен способ однопереходной штамповки стержневых деталей с полостью в утолщении, заключающийся в размещении деформируемой части заготовки, относительная длина которой не превышает допустимую, в полости штампа, высадке, прошивке и формовке заготовки посредством пуансона и прошивня. При этом в процессе деформирования, заключающемся в высадке, прошивке и формовке заготовки, вначале деформируемую часть заготовки подвергают высадке прошивнем, а затем - прошивке и формовке одновременным действием пуансона и прошивня. При этом в процессе деформирования к прошивню прикладывают усилие противодавления и вытесняют излишки металла в образующуюся компенсационную полость, что исключает появление заусенцев и позволяет повысить качество деталей. Это техническое решение является наиболее близким по совокупности существенных признаков и выбрано в качестве прототипа (авторское свидетельство SU 1063519, кл. B21J 5/08, В21К 1/46).
Основным недостатком описанного способа однопереходной штамповки стержневых деталей с полостью в утолщении является пониженное качество деталей, так как при начальном деформировании заготовки прошивнем неизбежно смещение оси заготовки относительно оси прошивня. Это ведет к неравномерной раздаче металла в радиальном направлении и одностороннему незаполнению штампа, что обуславливает пониженное качество деталей (Брюханов А.Н. Ковка и объемная штамповка. / А.Н.Брюханов. - М.: Машиностроение, 1975, - с.281).
В основу изобретения поставлена задача повышения качества стержневых деталей с полостью в утолщении.
Для решения поставленной задачи в способе однопереходной штамповки стержневых деталей с полостью в утолщении, заключающемся в размещении деформируемой части заготовки, относительная длина которой не превышает допустимую, в полости штампа, высадке, прошивке и формовке заготовки посредством пуансона и прошивня с приложением усилия противодавления, согласно изобретению высадку, прошивку и формовку осуществляют одновременным воздействием на заготовку пуансона и прошивня, прилагая к пуансону усилие противодавления, равное по величине усилию высадки утолщения, и смещая его в осевом направлении, противоположном движению прошивня, на величину, равную глубине прошиваемой полости в утолщении.
В начальный период высадки, прошивки и формовки одновременным воздействием на заготовку пуансона и прошивня обеспечивается соосное фиксирование заготовки относительно пуансона и прошивня за счет контактных сил трения, возникающих на всей торцевой поверхности заготовки, поэтому в процессе прошивки протекает равномерная раздача металла в радиальном направлении и благоприятное заполнение полости штампа при формовке, что обеспечивает высокое качество деталей (Брюханов А.Н. Ковка и объемная штамповка. / А.Н.Брюханов. - М.: Машиностроение, 1975, - с.281).
Предложенное изобретение поясняется чертежом, где на фиг.1 показано исходное положение штампа, на фиг.2 - положение штампа в момент завершения высадки и прошивки утолщения; на фиг.3 - положение штампа в момент окончания формовки.
Способ однопереходной штамповки стержневых деталей с полостью в утолщении реализуют следующим образом.
Деформируемую часть заготовки 1, относительная длина которой не превышает допустимую, размещают в полости 2 штампа 3 на выталкивателе (на чертеже не показан). Затем осуществляют высадку, прошивку, формовку одновременным воздействием на заготовку пуансона 4 и прошивня 5, размещая их в обойме 6. Обойма 6 и прошивень 5 закреплены на верхней плите 7 штампа 3 (фиг.1). В процессе деформирования к пуансону 4 прилагают усилие противодавления упругого элемента 8, равное по величине усилию высадки утолщения заготовки 1, и смещают его в осевом направлении, противоположном движению прошивня 5, на величину, равную глубине прошиваемой полости 9 в утолщении заготовки 1. К моменту окончания высадки и прошивки пуансон 4 своей задней торцевой поверхностью 10 доходит до упора 11, выполненного в виде цилиндрического утолщения на прошивне 5 (фиг.2). После этого осуществляют формовку утолщения 12, в процессе которой пуансон 4 перемещают как одно целое с прошивнем 5. Полученную деталь 13 удаляют выталкивателем (фиг.3).
Пример
г
г
в
в
Отштампована опытная партия болтов из стержневой заготовки диаметром D=12 мм длиной 94 мм. Материал заготовки сталь 40Х. Диаметр утолщения (головки) болта D=20 мм, полость в головке шестигранная под ключ S=8 мм глубиной h=8 мм. Высота головки болта Н=11 мм. Длина деформируемой части заготовки l=29 мм, относительная длина ψ=l/D=29/12=2,4<2.5, что удовлетворяет условию свободной высадки стержневой заготовки (Брюханов А.Н. Ковка и объемная штамповка. / А.H.Брюханов.- М.: Машиностроение, 1975, - с.281).
Температура штамповки 900°С. Деталь получали за один ход пресса модели КА0030 усилием 1МН.
Расчет параметров упругого элемента осуществляют в следующем порядке:
1) определяют усилие окончания высадки
где к=2,2 - коэффициент, выбираемый в зависимости от соотношения размеров утолщения (Брюханов А.Н. Ковка и объемная штамповка.: / А.H.Брюханов. - М.: Машиностроение, 1975, - с.285);
σ=71 МПа - предел прочности стали 40Х при температуре штамповки;
к
2
F=314 мм - площадь торцевой поверхности заготовки к моменту окончания высадки;
сж
2) по усилию высадки в качестве упругого элемента выбирают комплект N из восьми тарельчатых пружин с наружным диаметром 32 мм и диаметром отверстия 15 мм. Толщина пружины t=2.9 мм; прогиб пружины  усилие сжатия одной пружины Р=610 кгс (Романовский В.П. Справочник по холодной штамповке. / В.П.Романовский. - Л.: - Машиностроение, 1979, - с.383, табл.177);
3) определяют усилие сжатия комплекта пружин:
что соответствует усилию высадки в момент ее окончания;
4) определяют высоту комплекта пружин в исходном состоянии:
5) определяют величину сжатия упругого элемента к моменту окончания высадки:
сж
h=f·N=1.0·8=8 мм,
что согласуется с величиной смещения пуансона в процессе высадки и прошивки, равной глубине полости в утолщении h=8 мм.
Стержневую заготовку 1 длиной 94 мм размещают в штампе 3 на выталкивателе таким образом, чтобы длина деформируемой части заготовки 1, равная 29 мм, располагалась в полости 2 штампа 3. При ходе верхней плиты 7 обойма 6 и прошивень 5, закрепленные на плите 7, а также пуансон 4 перемещаются вниз. При этом пуансон 4 отжат в крайнее нижнее положение упругим элементом 8 до совмещения в одной плоскости торцевых поверхностей пуансона 4 и прошивня 5. В начальный период высадки, прошивки и формовки одновременным воздействием на заготовку пуансона 4 и прошивня 5 обеспечивается соосное фиксирование заготовки 1 относительно пуансона 4 и прошивня 5 за счет контактных сил трения, возникающих на всей торцевой поверхности заготовки. В этот момент пуансон 4 входит в полость 2 штампа 3 и центрируется в этой полости. Далее, по мере возрастания усилия высадки, пуансон 4, преодолевая усилие противодавления упругого элемента 8, смещается в осевом направлении, противоположном движению прошивня 5, на величину 8 мм, равную глубине прошиваемой полости, до упора 11. После этого осуществляется формовка утолщения 12, в процессе которой пуансон 4 и прошивень 5 перемещаются как одно целое, а излишки металла вытесняются в стержневую часть детали 13 в результате смещения выталкивателя, опирающегося на упругий элемент (на чертеже не показано).
Основные параметры опытного штампа и размеры отштампованных болтов соответствуют чертежу, показанному на фиг.1-3.
Полученные болты имели высокие качество поверхности и точность размеров. На поверхности деталей отсутствовали заусенцы; утяжины на кромке полости в головке болта не наблюдались.