УСТАНОВКА ДЛЯ ШТАМПОВКИ КОЛЬЦЕВЫХ ЗАГОТОВОК

Решение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано при изготовлении объемной штамповкой кольцевых заготовок из материалов, способных к пластической деформации в холодном состоянии.
Существует несколько способов штамповки кольцевых заготовок (А.С.Львов, Ю.Л.Рождественский, А.В.Абрамов, Л.К.Литвак. Штамповка кольцевых заготовок. М.: Машгиз, 1958).При данных способах раздачи используется дорогостоящая штамповая оснастка. Наряду с этим, наличие пластического течения металла в двух взаимно противоположных направлениях обусловливает различное деформированное состояние на различных участках кольца. Для процесса осадки традиционным способом характерна потеря устойчивости, а следовательно, и формы по внутреннему контуру, кроме того, возникают сложности с управлением формообразованием, что снижает коэффициент использования металла.
В качестве прототипа принята установка для комбинированного нагружения при обработке металлов давлением (патент РФ на полезную модель №38304, B21J 13/02, опуб. 10.06.2004). Установка содержит штамп с верхним и нижним деформирующим инструментом в виде пуансона и матрицы с обоймой и выталкивателем, один из которых снабжен приводом вращательного движения, причем, приводы поступательного и вращательного движения деформирующего инструмента выполнены в виде двух независимых агрегатов с регулируемыми скоростями при большей скорости вращательного движения, матрица или пуансон установлены в червячном колесе с приводом от электродвигателя через вариатор, смонтированный на подвижной или неподвижной траверсе установки, а обойма выполнена плавающей вдоль оси матрицы и ее движение ограничено подшипником, установленным на верхнем торце матрицы и направляющим пуансон. Установка используется для изготовления полых заготовок типа втулок, трубок или стаканов методом холодного выдавливания.
Однако при изготовлении на этой установке кольцевых заготовок осадкой и раздачей возникают следующие недостатки, обусловленные спецификой данной детали (небольшая высота, небольшая разница внутреннего и внешнего диаметров):
- неравномерное распределение деформаций по стенкам кольца при осадке и раздаче,
- возможность смещения заготовок (эти причины вызывают нарушение формы заготовки),
- снижение коэффициента использования металла по вышеназванным причинам, хотя они несколько снижаются благодаря совместному действию поступательного и вращательного движений при большей скорости последнего.
Эти недостатки устраняются предлагаемым решением.
Решаемая задача - совершенствование установки в плане использования ее дня изготовления качественных кольцевых заготовок осадкой и раздачей.
Технический результат - повышение технологичности установки за счет обеспечения направленного объемного течения металла и исключения смещения при осадке и раздаче заготовок, а следовательно, повышение их качества с точки зрения геометрии при повышении коэффициента использования металла.
Этот технический результат достигается тем, что в установке для штамповки кольцевых заготовок, содержащей штамп с верхним и нижним деформирующими инструментами, один из которых установлен с возможностью поступательного и вращательного движений, приводы которых выполнены в виде двух независимых агрегатов с регулируемыми скоростями, в качестве деформирующих инструментов использованы бойки, по меньшей мере, один из которых имеет коническую рабочую поверхность, причем, шероховатость рабочих поверхностей одинакова, а на нижнем бойке установлена калибровочная втулка.
Использование бойков с конической рабочей поверхностью в сочетании с подачей и вращением инструмента обеспечивает надежное центрирование инструмента и способствует равномерному объемному распределению деформации по стенке кольца. Даже использование одного из бойков с конической рабочей поверхностью обеспечивает этот результат, а если используются оба таких бойка, эффект увеличивается. Одинаковая шероховатость рабочих поверхностей бойков исключает дефект формы кольца из-за более интенсивной раздачи кольца со стороны бойка с меньшей величиной шероховатости. Калибровочная втулка позволяет формировать наружную поверхность кольца, совмещая ее с процессом штамповки, исключить бочкообразность, а следовательно, снизить трудоемкость последующей механической обработки и экономить при этом металл, который шел бы в отход.
На фиг.1 показан общий вид установки, на фиг.2 - вид спереди (увеличено).
Установка состоит из электродвигателя 1 с реверсом, клиноременной передачи 2, вариатора 3, муфты 4, червячного вала 5 и червячного колеса 6. Червячный вал 5 установлен в подшипниках 7. На червячном колесе 6 установлен нижний боек 8. Вариатор 3 снабжен регулятором 9 числа оборотов. Установка монтируется на
гидропрессе. Продольное перемещение нижнего бойка 8 осуществляется за счет перемещения траверсы 10 гидропресса по колоннам 11. Верхний боек 12 крепится на верхней неподвижной траверсе 13 пресса. На нижнем бойке 8 может быть установлена калибровочная втулка 14 для калибровки колец по внешнему диаметру. Бойки 8 и 12 (или один из них) имеют конусную рабочую поверхность с одинаковой шероховатостью.
Установка работает следующим образом.
Кольцевую заготовку 15 устанавливают на нижний конический боек 8. Перед деформацией для получения конической торцевой поверхности кольца его слегка обжимают бойком 12 без вращения инструмента при его статическом нагружении. Затем включают привод вращательного и поступательного движения и подвергают заготовку осадке. При этом нижний боек 8 вращается и перемещается навстречу верхнему бойку 12. По окончании процесса раздачи и калибровки нижний боек 8 опускается и готовая деталь удаляется из штампа. Калибровочную втулку 14 подбирают в зависимости от того, какой наружный диаметр кольца надо получить.
Эксперименты проводили на установке с кинематическим параметром i=v/n=1-4 (исходя из возможностей установки), где
v - скорость осевого перемещения инструмента м/мин,
n - число оборотов инструмента в минуту,
угол конусности бойков 4-6°,
шероховатость бойков Ra 6,3",
материал заготовок - медь и алюминиевый сплав АМц,
исходные параметры заготовок:
конечные параметры:
внутренний диаметр
d<sub>o</sub>=10 мм
d=21,04 мм
наружный диаметр
D<sub>o</sub>=25 мм
D=47,4 мм
высота
h<sub>o</sub>=10 мм
h=3,3 мм.
Проверяли влияние конусности бойков на качество колец. Сравнивали обработку плоскими бойками и коническими бойками с вращением. В первом случае имела место эллипсность и бочкообразность осаживаемого кольца, смещение заготовки, во втором - эти дефекты отсутствовали.
Использовали один боек с конической рабочей поверхностью, затем - два таких бойка. Значительной разницы в результатах не было.
Изучали влияние шероховатости рабочей поверхности бойков на качество колец. При осадке бойками с разной шероховатостью деформация колец была неравномерной, более интенсивная раздача кольца происходила со стороны бойка с меньшей величиной шероховатости. При осадке бойками с одинаковой шероховатостью дефект формы отсутствовал.
Проверяли влияние предлагаемого устройства на коэффициент использования металла. Осуществляли осадку и раздачу плоскими бойками одинаковой шероховатости и без калибровочной втулки. Кольца имели нарушения геометрии, которые приходилось исправлять последующей механической обработкой. Коэффициент использования металла составлял 0,47. При использовании предлагаемой установки коэффициент использования металла составил 0,65. Это было определено компьютерным моделированием и лабораторными испытаниями.
Предлагаемая установка рекомендована для использования в производственных условиях.