ШТАМП ДЛЯ ГОРЯЧЕЙ ШТАМПОВКИ ПОКОВОК ТИПА КРЕСТОВИН ИЗ ШАРОВОЙ ЗАГОТОВКИ

Полезная модель относится к кузнечно-штамповочному производству, предназначена для горячей объемной штамповки крестовин карданных валов автомобилей из шаровой заготовки в разъемных штампах, где штамповка происходит двухсторонним методом.
Известен штамп для горячей облойной штамповки поковок типа крестовин с горизонтальным разъемом матриц [1], в котором нагретую заготовку размещают в разъемных матрицах и производят однопереходную штамповку.
Недостатком такого штампа является то, что в процессе заполнения радиальных полостей осуществляют одностороннее выдавливание металла из контейнера верхней матрицы. В результате металл течет преимущественно вдоль донной поверхности нижней матрицы, вызывая большую неравномерность деформации и вероятность образования застойных зон.
Наиболее близким является штамп для объемной штамповки [2], который содержит верхнюю плиту с выталкивателем, подвижную в направлении перемещения этой плиты кольцевую матрицу с опорным фланцем и участком ручьевой гравюры, охватывающую матрицу и выталкиватель обойму, а также неподвижную плиту с жестко смонтированным на ней пуансоном.
Недостатком данной конструкции является то, что излишек металла располагается в фасках, выполненных в зонах сопряжения соответственно поверхностей рабочего торца и боковой пуансона, поверхностей торца кольцевой матрицы на участках впадин и внутренней боковой ручьевой гравюры. При этом поковка подвергается механической обработке - обрезке облоя поковки по ее контуру - а это отрицательно сказывается на точности геометрических размеров и прочностных характеристиках поковки, т.к. волокна металла перерезаются и материал получается менее качественным - с возможным образованием пустот, трещин, концентраторов напряжений и прочих дефектов.
Задачей предлагаемой полезной модели является создание штампа для производства поковок типа крестовин из шаровой заготовки с более высокими прочностными характеристиками и минимальными ресурсо- и энергозатратами.
Задача решается следующим образом: в штампе для горячей штамповки поковок типа крестовин из шаровой заготовки, включающий подвижные верхнюю и нижнюю плиты с жестко закрепленными на них пуансонами, верхнюю и нижнюю подвижные матрицы, на внутренней поверхности матриц выполнены сквозные компенсационные полости по форме крестовины, при этом между плитами и соответствующими им матрицами закреплены упругие элементы.
Сущность данного штампа состоит в том, что в процессе производства поковок излишек металла (облой) вытесняется пуансонами штампа в компенсационную полость отростков крестовины, реализуя тем самым безоблойную штамповку. В итоге, при последующей механической обработке крестовина не подвергается токарной обрезке облоя по контуру поковки, а следовательно структура металла остается постоянной. Штамп позволяет производить поковки с максимально прочным поверхностным слоем и с более точной геометрической формой. Поковки, изготовленные этим штампом, имеют более высокие показатели по прочности, чем изготовленные методом литья с последующей токарной обработкой.
Предлагаемый штамп во многом отличается от уже известного разъемного штампа тем, что позволяет производить поковки с максимально прочным поверхностным слоем, более точной геометрической формой, с последующей минимальной механической обработкой для удаления припуска металла и в меньшей степени подверженных бринеллированию и выкрашиванию. При двусторонней штамповке в закрытых штампах очаг пластической деформации располагается симметрично, отсутствует стеснение течения металла, характерное для односторонней штамповки, уменьшается трение металла по стенкам штампа и технологическое усилие.
На фиг.1 представлена конструкция штампа с разрезом рабочей поверхности матриц и, помещенной на нижнюю матрицу, шаровой заготовкой; на фиг.2 - общий вид штампа. Штамп для горячей штамповки поковок типа крестовин из шаровой заготовки содержит: верхнюю плиту 1 с жестко закрепленным на ней верхним пуансоном 2 и верхними направляющими 3 пуансона, верхние упругие элементы (пружины) 4 для удержания верхней плиты с закрепленным на ней пуансоном на весу, верхнюю 5 и нижнюю матрицу 6 с выполненными в них компенсационными полостями 7 для излишка металла, нижний пуансон 8, жестко закрепленный на нижней плите 9, нижние направляющие 10 пуансона и нижние упругие элементы (пружины) 11, служащие для удержания верхней и нижней матрицы, а также верхней плиты с закрепленным на ней пуансоном на весу.
Работа штампа для горячей штамповки крестовин заключается в следующем:
В исходном положении штампа (фиг.1) шаровая заготовка подается на нижнюю матрицу 6, так чтобы в момент ее контакта с подвижным пуансоном плоскость разъема матриц совмещалась с плоскостью, делящей заготовку на соответственно равные объемы поковки относительно плоскости разъема штампа. Формирование радиальных элементов осуществляют выдавливанием металла одновременно из обеих матриц. Верхнюю матрицу 5 крепко смыкают с нижней 6 при помощи болтов, при этом обращая внимание на правильное размещение верхних 3 и нижних 10 направляющих верхнего 2 и нижнего 8 пуансонов. Кроме того, скрепленные нижнюю 6 и верхнюю матрицу 5, верхний пуансон 2 удерживают пружины 4 установленные на нижней плите 9. На верхней плите 1 также располагаются пружины 4 для удержания верхнего пуансона 2. При подаче усилия пресса, верхний пуансон 2 выдавливает верхнюю полусферу шаровой заготовки и одновременно из-за усилия, которое оказывается на верхние 4 и нижние 11 пружины, нижний пуансон 8 выдавливает нижнюю полусферу шаровой заготовки в полость матрицы. После формирования радиальных отростков избыток металла вытесняется в сквозные компенсационные полости 7.
Пример: На предложенном штампе отштампована партия крестовин с размерами: диаметр ступицы 60 мм, ее высота 17 мм, диаметр и длина отростков 39 мм, радиусы сопряжении 2 мм. Диаметр шаровой заготовки 60 мм.
В штампе установлено два пакета тарельчатых пружин одинаковой жесткости, один из которых связан с верхней, другой с нижней матрицами.
Штамповку осуществляли на прессе с усилием 2500 кН, максимальной кинетической энергией 1000 кН×м и мощностью привода 80 кВт.
Полученные поковки имели точные размеры с четким заполнением углов и гладкую поверхность. Исследование макроструктуры показало, что структура поковок в местах сопряжении отростков со ступицей однородная с благоприятным ориентированием волокон вдоль контура сопряжении как в верхней, так и в нижней частях поковок.
Использование предлагаемого штампа обеспечивает, по сравнению с существующими штампами для горячего деформирования металла, увеличение прочности и надежности изделий, улучшение внешнего вида, экономию металла на 10-50% за счет исключения облоя и повышения точности формы и размера заготовок, уменьшение технологического усилия на 20-40% за счет исключения облоя, повышение производительности штамповки на 20-50%, уменьшение затрат на нагрев, сокращение трудоемкости последующей механической обработки заготовок на 10-40% за счет повышения точности их формы и размеров (что наиболее важно в настоящее время).