Штамп для изготовления кольцевых деталей из трубных заготовок

Полезная модель относится к оборудованию для обработки металлов и сплавов давлением и может быть использована в авиационном и энергетическом машиностроении при изготовлении преимущественно из жаропрочных сталей и сплавов заготовок дисков и колец роторов и компрессоров турбин и газотурбинных двигателей (ГТД).
Известен штамп для изготовления колец из трубных заготовок, содержащий установленную на плите матрицу с осевым отверстием для размещения трубной заготовки. На верхнем торце матрицы закреплена обойма с центральным отверстием, предназначенным для установки пунсонов, обеспечивающих формообразование из трубной заготовки детали-кольца. Для получения кольца трубную заготовку устанавливают в отверстие матрицы и в несколько переходов осуществляют формообразование из нее кольца. На первом переходе в центральное отверстие обоймы устанавливают пуансон с конической формообразующей поверхностью, посредством которой осуществляют отбортовку конца трубной заготовки на конус. На втором переходе в центральное отверстие обоймы устанавливают второй пуансон с плоской формообразующей поверхностью, которой осуществляют окончательную отбортовку и осадку заготовки, а на третьем переходе осуществляют отрезку от трубной заготовки формообразованного кольца посредством режущей кромки третьего пуансона, устанавливаемого с возможностью перемещения в центральное отверстие второго пуансона, (см. а.с. СССР №1152685, МПК B21D 19/00, 1985 г.).
Недостатком штампа является его сложность, обусловленная необходимостью использования нескольких (трех) пуансонов, что также приводит к снижению производительности обработки и точности размеров получаемых колец, обусловленной многопереходностью обработки и поочередным использованием нескольких пуансонов.
Известен штамп для изготовления кольцевых деталей из трубчатых заготовок, содержащий пуансон и матрацу, установленные в корпусе-обойме и выполненные разъемными в радиальной плоскости из подвижной и неподвижной частей, причем плоскость разъема матрицы смещена относительно плоскости разъема пуансона в направлении подвижной части матрицы, выполненной с заходным коническим участком на рабочей поверхности, а корпус-обойма оснащен клиновой и резьбовой втулками, охватывающими корпус-обойму, имеющую резьбовой и клиновой участки, (см. a.c. СССР №1832585, МПК B21D 13/00, 1996 г.).
Недостатком данного штампа является невысокая точность получаемых деталей, обусловленная отсутствием относительного центрирования пуансона и матрицы в процессе формообразования детали.
Известен штамп для изготовления кольцевых деталей из трубных заготовок, содержащий соосно расположенные друг относительно друга пуансон и матрицу, охватываемую бандажом, причем на пуансоне образованы две рабочие формообразующие поверхности - оправочная поверхность и калибрующая поверхность, выполненная в виде конуса с заходным углом, при этом калибрующий диаметр пуансона выполнен равным в технологически регламентированных пределах внутреннему диаметру матрицы, а диаметр оправочной части пуансона составляет 0,74-0,8 внутреннего диаметра матрицы, (см. патент РФ на полезную модель №91905, кл. B21K 21/08, 2010 г. - наиболее близкий аналог).
В результате анализа конструкции данного штампа необходимо отметить, что он, как и заявленный, содержит пуансон и матрицу, пуансон, как и заявленный, содержит две формообразующие поверхности, одна из которых предназначена для предварительного формообразования изделия, а вторая - для окончательного. Однако точность получаемых на данном штампе деталей весьма невысока, что обусловлено невозможностью обеспечения заданного относительного положения пуансона и матрицы в течение всего цикла формообразования из заготовки кольцевой детали.
Техническим результатом настоящей полезной модели является повышение точности геометрических параметров изготавливаемых кольцевых деталей, за счет обеспечения точного относительного положения пуансона и матрицы в течение всего цикла формообразования деталей.
Указанный технический результат обеспечивается тем, что в штампе для изготовления кольцевых деталей из трубных заготовок, содержащем матрицу с отверстием и пуансон, на котором выполнены две формообразующие поверхности, одна из которых предназначена для предварительного формообразования заготовки посредством ее раздачи, а вторая - для ее окончательного формообразования в кольцевую деталь, новым является то, что пуансон выполнен конической формы, поверхность, предназначенная для предварительного формообразования заготовки выполнена в виде образующей конуса, а поверхность для окончательного формообразования заготовки - в виде его основания, причем пуансон оснащен двумя соосными хвостовиками, выполненными на основании конуса и при его вершине, и имеющими возможность поочередного размещения в отверстии матрицы при предварительном и окончательном формообразовании детали, при этом, хвостовики могут быть установлены на пуансоне с возможностью съема, а номинальный диаметр отверстия матрицы равен номинальным диаметрам хвостовиков пуансона. Диаметр основания конуса пуансона может быть выполнен большим наружного диаметра изготовленной детали, а длина хвостовика пуансона при вершине конуса может быть выполнена большей, по сравнению с высотой трубной заготовки.
Выполнение пуансона в виде одной детали позволяет обеспечить высокую относительную точность расположения его формообразующих поверхностей, что повышает его точность, а также производить быструю переналадку штампа при его работе.
Дополнение пуансонов хвостовиками диаметром, равным внутреннему диаметру трубной заготовки и отверстия матрицы, обеспечивает получение точной по геометрическим размерам детали и точную раздачу и формообразование трубной заготовки по технологическим переходам.
Выполнение формообразующей поверхности A пуансона, диаметром, большим наружного диаметра D детали, позволяет получить точные размеры детали по ее диаметру и толщине.
Установка хвостовиков на пуансон с возможностью съема позволяет применять заходные хвостовики пуансонов различной длины, тем самым, существенно расширить номенклатуру изготавливаемых на штампе деталей.
Хвостовик, длиной, большей высоты H трубной заготовки, обеспечивает уже на первом этапе формообразования (раздаче) раздачи точную центровку трубной заготовки в штампе и ее симметричную раздачу по диаметру.
Применение принципиальной технологии изготовления деталей по схеме: трубная заготовка и ее развертка в плоскую деталь, позволяет (в отличие от традиционных технологий формовки дисков ГТД в объемных штампах) изготавливать подобную продукцию на менее энергоемком оборудовании, с меньшими припусками на механическую обработку.
Весьма важно и то, что штамп обеспечивает точную раздачу и формообразование трубных заготовок из жаропрочных сталей, никелевых и титановых сплавов при низких температурах ковки, так как сила раздачи трубной заготовки значительно меньше силы объемной штамповки.
Сущность заявленной полезной модели поясняется графическими материалами, на которых представлен штамп, осевой разрез.
Штамп состоит из пуансона 1 и матрицы 2. Пуансон 1 выполнен в виде конуса, на котором имеются две формообразующие поверхности - A и B. Поверхность B является образующей конуса и предназначена для раздачи трубной заготовки при ее формообразовании на первом этапе ее обработки, а поверхность A является основанием конуса диаметром D и предназначена для окончательного формообразования заготовки на втором этапе ее обработки после ее раздачи. На пуансоне на основании конуса и при его вершине соосно друг другу выполнены хвостовики (позицией не обозначены) диаметром d. Хвостовики и пуансон могут представлять единую деталь. Хвостовики могут быть установлены на пуансоне с возможностью съема. Конструктивно такое выполнение может быть решено различным известным образом, например, выполнением на пуансоне соосных резьбовых отверстий, а на хвостовиках - заходных стержней с наружной резьбой, которые при установке хвостовиков ввинчиваются в его резьбовые отверстия. На пуансоне могут быть выполнены два соосных отверстия, а на хвостовиках - стрежни, которые при установке хвостовиков располагают в отверстиях пуансона и фиксируют их, например, штифтами. Такое выполнение пуансона существенно расширяет функциональные возможности штампа.
Матрица 2 выполнена в виде плоской плиты с отверстием, диаметром dотв. При этом диаметр d хвостовиков пуансона номинально равен диаметру dотв отверстия матрицы. Это обеспечивает, учитывая направления допусков отверстия и хвостовика, перемещение хвостовиков пуансона в отверстии матрицы практически по скользящей посадке.
Длина хвостовика при вершине конической поверхности пуансона устанавливается большей высоты H трубной заготовки, а диаметр D основания конуса пуансона устанавливается большим наружного диаметра D' изготавливаемой детали.
Штамп работает следующим образом.
На стол пресса (не показан) устанавливают и крепят матрицу 2.
В отверстие матрицы вставляют хвостовик при вершине конуса пуансона 1, центрируя пуансон 1 относительно матрицы 2, после чего, опустив верхнюю траверсу пресса (не показана) до касания с не расположенным в отверстии матрицы хвостовиком пуансона, крепят пуансон к траверсе пресса. Штамп готов к работе. Осуществляют ход пресса вверх на расстояние, достаточное для установки на матрицу трубной заготовки 3.
Устанавливают трубную заготовку 3 на матрицу 2, совмещая отверстия матрицы и заготовки.
Включают рабочий ход пресса (ход вниз) до контакта конической формообразующей поверхности пуансона с торцом заготовки (хвостовик при этом заходит в отверстие матрицы) и осуществляют рабочей поверхностью B пуансона 1 формообразование - раздачу трубной заготовки 3 на конус (первый этап обработки).
Затем осуществляют переналадку штампа.
1
Для этого поднимают траверсу пресса с пуансоном в верхнее положение, переустанавливают пуансон плоской рабочей поверхностью A вниз, после чего включают ход траверсы вниз и перемещают пуансон 1 до контакта его плоской формообразующей поверхности А с раскатанной на конус заготовкой 3. Производят формообразование - разбортовку конической заготовки в кольцевую деталь (второй этап обработки) до ее наружного диаметра D. Включают ход траверсы вверх и снимают готовую деталь с матрицы. Цикл обработки закончен.