УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕССОВАНИЯ ПОЛЫХ ПРОФИЛЕЙ

Полезная модель относится к области обработки металлов давлением, в частности к производству полых профилей методом прессования и может быть использовано при производстве труб из специальных, цветных металлов и их сплавов.
Известно устройство для прессования полых профилей, содержащее контейнер, матрицу с центрирующей втулкой, в контейнере расположен пресс-штемпель с пресс-шайбой и иглой, на рабочей части которой размещена дополнительная центрирующая втулка, контактирующая с заготовкой. При этом поверхности втулок, контактирующие с заготовкой, выполнены конусными, а сами центрирующие втулки изготовлены из
материала заготовки (а.с. СССР №252272, B21C 25/04, опубл. 22.09.1969).
Недостатком устройства является разовое использование центрирующих втулок, только для одного изделия. Увеличивается расход металла и повышаются затраты на изготовление центрирующих втулок. Кроме того, при распрессовке заготовки в контейнере происходит изменение формы центрирующих втулок, что ведет к смещению пресс-иглы и, соответственно, увеличению разностенности изделия.
Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является устройство для прессования полых профилей, содержащее контейнер, пресс-штемпель, иглу и матрицу, игла снабжена центрирующим элементом в виде пробки, наружная поверхность которого соприкасается с рабочими стенками (внутренней поверхностью) матрицы, при этом центрирующий элемент выполнен из обычной малоуглеродистой стали. При распрессовке заготовки в контейнере игла жестко фиксируется одним концом в отверстии пресс-шайбы. Рабочий конец иглы через центрирующий элемент входит в очко матрицы, что позволяет произвести распрессовку заготовки в контейнере, не нарушая центровку иглы (патент РФ №2314887, B21C 25/00, опубл. 20.01.2008).
Недостатками прототипа являются сложность установки центрирующего элемента в отверстии матрицы и необходимость приложения дополнительных усилий прессования в начальной стадии процесса, требуемых для выталкивания центрирующего элемента из отверстия матрицы. Кроме того, данное устройство не обеспечивает полную выпрессовку пресс-остатка из матрицы, что приводит к увеличению расхода металла.
Техническая задача, решаемая полезной моделью, заключается в полной выпрессовке полого профиля без образования пресс-остатка, повышении коэффициента выхода годного при прессовании и снижении максимального усилия прессования.
Поставленная задача решается также за счет того, что в устройстве для прессования полых профилей, содержащем контейнер с внутренней втулкой, пуансон, матрицы, снабженную центрирующим стаканом, пресс-шайбу со сквозным отверстием, пресс-иглы, выполненную с коническим участком, рабочий конец которой размещен в центрирующем стакане, согласно предлагаемому техническому решению, внутри пуансона соосно оси прессования выполнено глухое отверстие, в котором жестко закреплено аккумулирующее устройство, соединенное с другим концом пресс-иглы посредством шайбы, при этом пресс-игла размещена в пуансоне с возможностью перемещения внутри него вдоль оси прессования; в пресс-шайбе дополнительно выполнено углубление, соответствующее по форме участку пресс-иглы с максимальным диаметром, при этом между матрицей и матрицедержателем размещено аккумулирующее устройство.
Техническое решение поясняется чертежами, где на фиг. 1 схематично показано в разрезе устройство для прессования, в частности - центрирование пресс-иглы, на фиг. 2 показано устройство в процессе прессования, на фиг. 3 показано образование пресс-остатка, на фиг.4 полная выпрессовка пресс-остатка.
Устройство для прессования полых профилей (фиг. 1) содержит контейнер 1 с внутренней втулкой, матрицедержатель с аккумулирующим устройством 2, на котором размещена матрица 3, в отверстии которой размещен центрирующий стакан 4, пуансон 5 с размещенной на конце пресс-шайбой 6, пресс-иглу 7, выполненную с коническим участком, рабочий конец которой размещен в центрирующем стакане 3. Внутри глухого отверстия пуансона соосно оси прессования размещено аккумулирующее устройство 8 и шайба 9. Пресс-игла 7 имеет возможность осевого перемещения вдоль оси прессования внутри углубления в пресс-шайбе 6. Конический участок пресс-иглы выполнен симметрично коническому участку матрицы 3.
Устройство работает следующим образом. С одной стороны контейнера 1 в матрицедержателе устанавливают аккумулирующее устройство 2, затем устанавливают матрицу 3, в которой устанавливают центрирующий стакан 4. После этого производят установку смазочной шайбы. Затем нагретую до заданной температуры заготовку 10 с осевым отверстием размещают в контейнере 1. После размещения заготовки 10, в контейнер 1 вводят пуансон 5, на конце которого расположена пресс-шайба 6 с пресс-иглой 7. Рабочий конец пресс-иглы закрепляют в центрирующем стакане 4, при этом другой конец упирается в шайбу 6, посредством которой перемещение передается на аккумулирующее устройство 8. Пресс-шайба имеет углубление, обеспечивающее заход внутрь нее части пресс-иглы.
0
15
Пуансон 5 передает давление пресса на пресс-шайбу 6 и заготовку 10 и заставляет металл вытекать в отверстие матрицы 3. При этом от давления металла на конический участок пресс-иглы, который повторяет конический участок матрицы, аккумулирующее устройство (пружина сжатия) 8 высотой H сжимается до H что позволяет пресс-игле зайти в углубление пресс-шайбы, а аккумулирующее устройство 2 высотой  сжимается до , тем самым перемещая матрицу (фиг. 2).
Процесс прессования продолжают до момента образования в контейнере 1 предполагаемого пресс-остатка 11 (фиг. 3), после чего прекращают движение пуансона 5.
Затем, труба 12 за счет действия сил инерции начинает протягивать пресс-остаток 11 в отверстие матрицы 3 (фиг.4). Одновременно с этим, при уменьшении объема металла в контейнере и сил, действующих на конический участок пресс-иглы, пружины сжатия 2 и 8 разжимаются, при этом силы, действующие от пружин, направлены на встречу друг другу. Пресс-остаток 11 продавливается коническим участком пресс-иглы 7 в калибрующий участок матрицы 3, перемещающейся в обратном направлении истечения металла, что способствует получению готового профиля 12.
Работоспособность устройства обеспечивается выполнением следующего условия:
где - кинетическая энергия пресс-остатка;
- суммарная кинетическая энергия пружин сжатия;
- кинетическая энергия заготовки.
Максимальное усилие P, необходимое для выпрессовки металла заготовки из контейнера, с применением пресс-иглы с коническим участком, согласно устройству, можно определить по зависимости:
ф
где N - мощность формоизменения;
П
ν - скорость прессования;
S
σ - сопротивление металла заготовки пластической деформации;
Δ
B и C - переменные параметры соответствующих зависимостей для определения мощности сил контактного трения и мощности, развиваемой максимальными касательными напряжениями на поверхностях разрывов скоростей S в заготовке, которые определяются согласно зависимостям, представленным в работе (Космацкий, Я.И. Совершенствование технологии изготовления горячепрессованных труб на основе новых технических решений: дис.канд. техн. наук / Я.И. Космацкий. - Челябинск, 2012. - 213 с).
Для выполнения технической задачи, решаемой полезной моделью, так же необходимо соблюдение следующего условия:
1
где P - максимальное усилие деформации пружины, установленной за матрицей;
2
P - максимальное усилие деформации пружины, установленной в пуансоне.
По определенному значению усилия Р, учитывая конструктивные соображения, согласно ГОСТ 18793-80 можно определить геометрические характеристики пружин сжатия, и уточнить силовые параметры.
Выполнение заявляемого устройства с применением аккумулирующих устройств позволяет снизить усилия прессования на этапе выпрессовки материала полого профиля и повысить коэффициент выхода годного. Так же аккумулирующее устройство, установленное за матрицей позволяет скомпенсировать динамические нагрузки, возникающие в процессе прессования.