Способ вырубки деталей из листовых многослойных материалов с центральным металлическим слоем и утолщенными наружными эластичными слоями
METHOD OF CUTTING PARTS FROM SHEET MULTILAYER MATERIALS WITH CENTRAL METAL LAYER AND THICKENED OUTER ELASTIC LAYERS

Техническое решение относится к области обработки металлов давлением, и может быть использовано для вырубки многослойных деталей, полуфабрикатов с центральным металлическим слоем и утолщенными (относительно центрального металлического слоя) наружными эластичными слоями из листового материала и мерных заготовок.
6
Известен способ чистовой вырубки, пробивки круглых деталей из листовых заготовок (а.с. №1393505, Богоев B.C., Тимощенко В.А., МПК B21D 35/00, 1975), в котором на заготовку воздействуют эластичным пуансоном, а матрица имеет кольцевой клиновой выступ, непосредственно осуществляющий отделение отхода. Отличительной особенностью данного способа является то, что, с целью снижения трудоемкости процесса и повышения качества изделий за счет исключения шероховатой зоны скола, выдавливание и осадку отхода осуществляют непрерывно до полного отделения детали сдвигом, при этом осуществляют местную упругую деформацию инструмента в зоне осадки.
6
Известен способ (а.с. №475193, Бадыров O.К., МПК B21D 28/10, 1975) вырезки деталей из листовых заготовок, заключающийся в том, что материал прорезают по контуру получаемой детали, а затем вырезают и в процессе вырезки прилагают силу прижима. В данном способе клиновые кольцевые выступы выполнены на пуансоне и прижиме. Отличительной особенностью данного способа является то, что, с целью получения скругленных кромок на обоих торцах вырезанной детали, для прорезки, вырезки и прижима прилагают одинаково направленные усилия к одной плоскости заготовки, при этом силу прижима прилагают по линии прорезки прилежащему к ней участку материала, находящемуся вне контура получаемой детали.
Основным общим недостатком данных изобретений является невозможность с их помощью изготавливать плоские круглые и кольцевые в плане детали из многослойных материалов, имеющих центральный несущий металлический слой и наружные эластичные слои.
8
Известен способ (RU 2483824, Панфилов Г.В., Судаков П.В., Власов К.В., МПК B21D 28/00, 2013) вырубки деталей из листовых многослойных материалов с центральным металлическим слоем и наружными эластичными слоями, включающий прижим листового многослойного материала к матрице, предварительное прорезание наружных слоев пуансоном и матрицей, выполненных с клиновыми кольцевыми выступами, путем внедрения в наружные слои до упора в центральный металлический слой с обеспечением прижима листового многослойного материала в зоне последующего отделения отхода и последующую вырубку детали пуансоном, при этом клиновые кольцевые выступы прижима и матрицы имеют внутренний угол 3-7°, внешний угол 40-60°, опорную площадку при вершине - 1-3 мм и наименьшую высоту, составляющую 0,95-0,65 от исходной толщины соответствующих наружных слоев. Данный способ вырубки принимается за прототип.
Недостатком этого способа является невозможность изготовления трехслойных уплотнительных деталей с наружными эластичными или хрупкими слоями, имеющими увеличенную толщину относительно центрального металлического слоя.
Задачей предлагаемого способа является расширение технологических возможностей применения операции вырубки применительно к листовым многослойным материалам с центральным металлическим слоем, имеющим утолщенные наружные эластичные слои, и повышение качества их изготовления.
Способ вырубки деталей из листового многослойного материала с центральным металлическим слоем и наружными эластичными слоями большей толщины, включающий прорезание верхнего эластичного слоя посредством внедрения в него вырубного пуансона, выполненного с глухой цилиндрической полостью глубиной 0,65-0,85 толщины верхнего эластичного слоя до его касания с центральным металлическим слоем и упругое сжатие верхнего эластичного слоя посредством указанной глухой полости пуансона при перемещении всего листового многослойного материала, прорезание нижнего эластичного слоя посредством матрицы с кольцевым выступом до его касания с центральным металлическим слоем, жесткий прижим листового многослойного материала по металлическому слою к матрице посредством перемещения кольцевого прижима с толщиной стенки, не превышающий 2,2 Sм, и окончательную вырубку детали посредством вырубного пуансона при его дальнейшем перемещении, при этом глухую цилиндрическую полость в пуансоне выполняют с кольцевым выступом и фаской в его торцевой части с внутренним углом 8-12°, и торцевой площадкой, толщиной не менее 0,4 Sм, кольцевой выступ матрицы выполняют с толщиной стенки (1,8-3,5) Sм, с фаской в торцевой части указанного выступа с внешним углом 15-20° и опорной площадкой толщиной, равной 0,75 Sм, где Sм - толщина центрального металлического слоя.
На фиг. показана схема процесса вырубки деталей из листовых многослойных материалов с центральным металлическим слоем и утолщенными наружными эластичными слоями.
Сущность предложенного способа осуществляется по схеме процесса, в котором прижим 1 выполнен кольцевым, поскольку исполнение его в форме клинового выступа, как в прототипе, приведет к смятию и разрушению значительного, примыкающего к вырубаемой детали материала, что потребует делать существенно увеличенными перемычки при вырубке из листового материала. Вырубной пуансон 2 имеет на рабочем торце глухую цилиндрическую полость, сохраняющую при внедрении в трехслойную заготовку 3 утолщенный верхний наружный слой 4 вырубаемой детали от смятия и разрушения. Жесткий прижим листового многослойного материала к инструменту перед вырубкой осуществляется по центральному металлическому слою 5, при этом нижний эластичный слой 6 листового многослойного материала предварительно прорезают кольцевым выступом 7, выполненным на матрице 8.
Способ осуществляется следующим образом. Предварительно вырубной пуансон 2 внедряют в верхний эластичный слой 3 до касания с центральным металлическим слоем 5, при этом весь листовой многослойный материал опускается вниз и кольцевой выступ 7 на торцевой части матрицы 8 прорезает нижний эластичный слой 6 также до касания с центральным металлическим слоем. За счет установленной глубины глухой цилиндрической полости в пуансоне 2, верхние наружные эластичные слои 4 изготавливаемой детали также дозировано упруго сжимаются, способствуя повышению ее качества. Следующим перемещением верхнего кольцевого прижима 1 жестко прижимают листовой многослойный материал по центральному металлическому слою 5 к матрице 8. Дальнейшим перемещением пуансона 2 окончательно осуществляют операцию вырубки.
Технический результат обеспечивается тем, что глубина глухой цилиндрической полости в вырубном пуансоне 2 составляет  в зависимости от свойств материала верхнего эластичного слоя 4 трехслойного уплотнителя. Создаваемые при этом внутренние напряжения существенно снижают склонность центрального металлического слоя 5 к изгибу в зоне среза в направлении перемещения пуансона 2, разрушающему в этой зоне эластичные слои и искажающему форму уплотнителя в целом.
Толщина стенок полости пуансона 2 назначается в зависимости от толщины и материала центрального металлического слоя 5 и материала пуансона. Она должна обеспечивать требуемую стойкость пуансона при вырубке и колеблется в диапазоне
1
P
м
У торца вырубного пуансона 2 наносится фаска под углом 8≤δ≤12°. Она обеспечивает менее дефектное поджатие верхнего эластичного слоя 4 в радиальном направлении и, соответственно, более качественную торцовую поверхность изготавливаемого трехслойного уплотнителя. При этом толщина рабочей торцовой площадки вырубного пуансона 2 должна быть t≥0,40S.
2
0
м
Толщина стенок кольцевого прижима 1 составляет  Угол фаски 15≤δ≤20°, при этом толщина опорной площадки прижима 1 должна быть t≥0,75S
н.с.
к.в.
н.с.
м
к.в.
м
0
к.в.
м
Высота кольцевого выступа 7 на матрице 8 составляет 0,65S≤h≤0,85S в зависимости от свойств материала нижнего эластичного слоя 6 уплотнителя. Это способствует минимизации искажения формы остающейся части заготовки. Толщина стенок кольцевого выступа 7 на матрице 8 обеспечивает его необходимую прочность и стойкость при соотношении 1,8S≤t≤3,5S. Угол фаски в торцевой части выступа 15°≤δ≤20°, при этом толщина опорной площадки выступа 7 должна быть t≥0,75S
м
м
в.с.
н.с.
м
Пример. Проведены экспериментальные исследования по установлению рациональных геометрических размеров инструмента, заготовок и деталей, вырубаемых по данному способу. Их результаты позволяют утверждать, что с помощью предлагаемого способа рационально вырубать из многослойных листовых материалов круглые в плане заготовки, полуфабрикаты и детали с наружным диаметром 30≤D≤150 мм, толщиной металлического слоя 0,3≤S≤3,0 мм и толщиной наружных эластичных слоев 4,5S≤S=S≤8,5S.
м
в.с.
н.с.
В частности установлено, что при вырубке трехслойных уплотнителей из нержавеющей стали типа 30ХГСА, имеющих геометрические размеры: наружный диаметр D=80 мм, толщина центрального металлического слоя S=0,8 мм, толщина наружных эластичных слоев S=S=4 мм наиболее рациональным являлся инструмент со следующими размерами.
1
P
2
O
к.в.
к.в.
2
O
Глубина глухой цилиндрической полости в вырубном пуансоне составляла  Толщина стенок полости пуансона  У торца вырубного пуансона наносилась фаска под углом δ=10° таким образом, что толщина рабочей торцовой площадки вырубного пуансона была равна t≥0,3 мм. Толщина стенок кольцевого прижима принималась равной  Угол фаски на кольцевом прижиме - δ=15°, при этом толщина опорной площадки прижима составляла t=0,6 мм. Высота кольцевого выступа на матрице - h=3,2 мм. Толщина стенок кольцевого выступа на матрице составляла t=1,8 мм. Угол фаски выступа на матрице - δ=15°, при эхом толщина опорной площадки выступа соответствовала t=0,6 мм.
Указанные геометрические размеры обеспечили изготовление трехслойных уплотнителей с центральным металлическим слоем и утолщенными (относительно него) наружными эластичными слоями требуемого (техническими условиями на изготовление) качества. В результате использования предлагаемого способа расширились технологические возможности применения операции вырубки из многослойного материала, и повысилось качество изготавливаемых деталей.