ПУАНСОН ДЛЯ МНОГОПЕРЕХОДНОЙ ОТБОРТОВКИ ОТВЕРСТИЯ НЕКРУГЛОЙ ФОРМЫ В ЛИСТОВОЙ ДЕТАЛИ С ФОРМИРОВАНИЕМ ПАТРУБКА

Полезная модель относится к оборудованию для обработки металлов давлением и может быть использована для отбортовки некруглых патрубков в листовых деталях, например, в силовых кольцах газотурбинных двигателей (ГТД), используемых в авиационной и энергетической промышленности.
Известен пуансон для отбортовки горловин, содержащий заходную часть, отбортовывающую часть и хвостовик. Заходная часть выполнена в виде сверла и сопряжена с нижним торцом отбортовывающей части, верхней частью сопряженной с хвостовиком и состоящей из конического и цилиндрического участков, причем наружная поверхность отбортовывающего участка выполнена винтовой, с шагом винта не менее толщины стенки горловины, а диаметр цилиндрического участка равен внутреннему диаметру горловины. В месте сопряжения верхнего торца отбортовывающей части и хвостовика закреплена торцевая фреза.
В процессе отбортовки горловины пуансону сообщают вращательное и возвратно-поступательное движение, в результате чего сверло высверливает отверстие в горловине детали, которое отбортовывается винтовой поверхностью отбортовывающей части, а при дальнейшем поступательном перемещении пуансона фреза осуществляет торцовку отбортованной горловины. (см. а.с. СССР №473542, кл. B21D 19/00, 1975 г.).
Недостатком конструкции данного пуансона является высокая трудоемкость изготовления его заходной части и сложность конструкции в целом, так как конструкция пуансона сочетает инструменты для обработки сверлением, фрезерованием и давлением. При этом область применения данного пуансона ограничена использованием для отбортовки патрубков только цилиндрической формы, то есть, имеющих в поперечном сечении форму кольца. Это обусловлено цилиндрической формой сверла и отбортовывающей части пуансона.
Известен пуансон, содержащий хвостовик и рабочую часть, рабочая поверхность которой выполнена криволинейной.
(см. В.Л. Романовский «Справочник по холодной штамповке», Л. «Машиностроение», 1971 г., стр. 282, рис. 234 - форма пуансона 3).
Данный пуансон значительно проще по конструкции по сравнению с приведенным выше, однако он, как и предыдущий, предназначен для отбортовки только круглых отверстий.
Известен пуансон для отбортовки отверстий, содержащий хвостовик, на котором имеются элементы фиксации для установки пуансона в оснастку, а также рабочую часть, выполненную цилиндрической формы, на нижней части рабочей поверхности которой выполнен торообразный участок. На торцевой поверхности торообразного участка выполнен фигурный ловитель, образованный выступами, между которыми имеются конические участки с наклоном образующей 70-75° и длиной, равной высоте лепестка вырубленного фигурного отверстия, которое бортуется этим пуансоном. В процессе работы пуансон ловит подлежащее отбортовке отверстие листовой заготовки, центрируясь с ним, после чего производит отгибку лепестков в направлении отбортовки коническими участками и отбортовку кольцевого участка, примыкающего к отверстию рабочей поверхностью.
(см. а.с. СССР №1690904, кл. B21D 19/00, 1991 г.) - наиболее близкий аналог.
В результате анализа известного решения необходимо отметить, что использование данного пуансона позволяет повысить качество деталей за счет точного относительного расположения заготовки и пуансона, а также увеличить высоту патрубка за счет выполнения рабочей части значительной высоты и части рабочей поверхности рабочей части - торообразной. Недостатком данного пуансона является существенное утонение толщины исходной листовой заготовки при отбортовке отверстия из-за большой высоты рабочей части пуансона и, следовательно, повышенного трения между инструментом и заготовкой. Кроме того, данный пуансон, как и приведенные выше, обеспечивает формование только круглых патрубков.
Необходимо заметить, что все приведенные выше конструкции пуансонов обеспечивают отбортовку только круглых отверстий, что является их общим недостатком.
Техническим результатом настоящей полезной модели является разработка конструкции пуансона, обеспечивающего отбортовку некруглых патрубков в листовых деталях. Оригинальное выполнение рабочей части пуансона обеспечивает получение патрубков как при одно-, так и многопереходной отбортовке отверстий вместо традиционного использования в последнем случае нескольких пуансонов, что значительно расширяет технологические возможности пуансона.
Указанный технический результат достигается тем, что в пуансоне для многопереходной отбортовки отверстия некруглой формы в листовой детали с формированием патрубка, содержащем хвостовую и сопряженную с ней рабочую часть, рабочая поверхность которой выполнена криволинейной формы, новым является то, что рабочая поверхность имеет торообразную форму, а рабочая часть образована частью, отсеченной вертикальной плоскостью от расположенного в горизонтальном положении тора, при этом высота рабочей части Н составляет R+r, максимальные ширина В и длина L рабочей поверхности пуансона в поперечном сечении составляют, соответственно, 2r и 2(R+r), при этом выполнено соотношение R≥r, где: r - радиус окружности, образующей поверхность тора, мм; R - расстояние от центра тора до центра окружности, образующей торообразную поверхность, мм.
Конструкция рабочей части пуансона и выполнение ее рабочей поверхности торообразной позволяет существенно снизить трение между инструментом и заготовкой и силу отбортовки в целом за счет снижения площади контакта инструмент - заготовка. Кроме того, деформация заготовки при отбортовке некруглых патрубков пуансоном с торообразной формой рабочей поверхности будет более однородной, а рост усилия плавным и равномерным, что, в свою очередь, способствует равномерному упрочнению материала при холодной отбортовке и снижает риск раннего образования трещин на торце горловины патрубка. В зависимости от материала листовой заготовки и коэффициента отбортовки предлагаемый пуансон может использоваться и как однопереходный, то есть, полную отбортовку патрубка данным пуансоном можно производить как за один, так и за несколько переходов с промежуточными отжигами (для сталей и сплавов аустенитного класса - закалками).
Например, данным пуансоном за один переход осуществляют отбортовку патрубка заготовки силового кольца ГТД из титанового сплава изотермической штамповкой в состоянии сверхпластичности материала.
отб
o
0
отб
o
0
o
п
п
Так как относительное удлинение титанового сплава при температуре 850°С превышает 300% или в относительных величинах больше 3, то коэффициент отбортовки К=D(2r)/d(2r)=1+δ=1+3=4 (где: К - коэффициент отбортовки; D(2r) - внутренний диаметр (ширина) отбортованного патрубка; d(2r) - диаметр (ширина) отверстия под отбортовку; δ - относительное удлинение листового материала). То есть, при ширине (внутреннем диаметре) патрубка 20 мм его отбортовка за один переход возможна при диаметре отверстия под отбортовку 5 мм, что позволяет за одну отбортовку, без предварительной вытяжки, получить патрубок высотой (по В.П. Романовскому): h=(D/2-d/2)+0,57r=(20/2-5/2)+0,57*10=7,5+5,7=13,2 мм (где h - высота патрубка, r - радиус пуансона). То есть, при малом радиусе предлагаемого пуансона, равным 10 мм, высота отбортованного патрубка составит более 13 мм.
Сущность полезной модели поясняется графическими материалами, на которых:
- на фиг. 1 - фрагмент пуансона, рабочая поверхность пуансона, вид в плане;
- на фиг. 2 - фрагмент пуансона, рабочая поверхность пуансона, вид сбоку;
- на фиг. 3 - фрагмент пуансона, рабочая поверхность пуансона, вид сверху;
- на фиг. 4 - деталь, обработанная с использованием заявленного пуансона;
- на фиг. 5 - разрез А-А по фиг. 4.
Заявленный пуансон для многопереходной отбортовки состоит из хвостовой части 1 и рабочей части 2, представляющих единую деталь. На хвостовой части имеются места (не показаны) для установки пуансона в оснастку, например,  штамповую. Поверхность рабочей части 2 выполнена торообразной, а рабочая часть образована частью, отсеченной вертикальной плоскостью от расположенного в горизонтальном положении тора и сопряжена плоскостью реза с хвостовой частью, то есть, торообразная поверхность пуансона, в отличие от наиболее близкого аналога, образована частью вертикально расположенного тора.
В поперечном сечении максимальные длина (L) и ширина (В) рабочей части пуансона, соответственно, равны 2(R+r) и 2r, а максимальная высота (Н) его рабочей части по фронтальному сечению - R+r, при этом для радиусов торообразной поверхности рабочей части пуансона соблюдается соотношение R≥r.
Нетрудно заметить, что при таких параметрах рабочая часть пуансона представляет собой половину расположенного вертикально тора (полутор).
1
1
1
При многопереходной отбортовке (при низкой пластичности материала δ) на первых переходах используют часть торообразной рабочей поверхности, высотой H меньшей Н и, соответственно, с получением промежуточного отверстия патрубка длиной L менее L и шириной B менее В.
1
2
n
Заявленный пуансон при отбортовке патрубков в листовых деталях работает следующим образом. Пуансон своей хвостовой частью закрепляют в штамповой оснастке, закрепляют в ней матрицу, центрируют пуансон и матрицу между собой, устанавливают и крепят их к верхней и нижней плитам пресса. Листовую заготовку с вырезанными отверстиями некруглой формы под отбортовку укладывают на матрицу и ходом пресса проталкивают пуансон в отверстие заготовки, формируя патрубок детали. При однопереходной отбортовке величина хода пресса составляет не менее Н, а при многопереходной - с величинами H, Н …H, - менее Н. В случае однопереходной отбортовки при формовке патрубка задействована вся рабочая поверхность пуансона, а при многопереходной, кроме последнего перехода - только ее часть. То есть, в отличие от известных
технических решений, основанных на многопереходной отбортовке и предусматривающих смену пуансонов при каждом технологическом переходе, предлагаемое решение позволяет осуществлять эти операции одним инструментом.
В качестве примера использования предлагаемого пуансона может служить отбортовка шести патрубков на силовом кольце ГТД из сплава ОТ4 - 1, выполненном из листа, толщиной 2 мм и размерами, приведенными на фиг. 4 и фиг. 5.
Если по применяемому ране технологическому процессу формовку патрубков производили за три перехода (выдавливание, прошивка отверстия, отбортовка), то предлагаемым пуансоном отбортовку патрубка проводили за одну операцию (с предварительной лазерной вырезкой фигурного отверстия шириной 14 мм.). Для этого использовали пуансон со следующими размерами: L=38 мм; B=19 мм; R=9,5 мм; H=19 мм; r=9,5 мм.
При большей толщине листа (2,5-6,0 мм) того же сплава его технологическая пластичность снижается и отбортовка таких и, особенно большей высоты патрубков за один переход становится невозможной из-за образования трещин. Поэтому патрубок высотой 10 мм получали с использование предлагаемого пуансона за два перехода отбортовки с промежуточным отжигом. При начальном отверстии, шириной 10 мм, сначала проводили отбортовку до отверстия 14 мм, после чего следовала операция окончательной отбортовки патрубка - до 19 мм.
Предлагаемым пуансоном получение высокого патрубка (10-13 мм) возможно за один переход изотермической отбортовки в интервале температур 850-950°C, при этом температура 850°С является температурой сверхпластичности сплава ОТ4 - 1 (δ≥300%).