ПУАНСОН ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРЕДЕЛЬНОЙ ШТАМПУЕМОСТИ ЛИСТОВЫХ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

Полезная модель относится к обработке металлов давлением, в частности к определению предельной штампуемости листовых металлов и сплавов и может быть использована в авиационной и энергетической промышленности.
Из уровня техники известен пуансон с криволинейной рабочей поверхностью, выбранный в качестве аналога (Малов А.М. Технология холодной штамповки. - М.: Оборонгиз. - 1963. - С. 8, рис. 1). Пуансон в виду отсутствия какого-либо показателя штампуемости применяют при проведении комплекса испытаний, повторяющих в уменьшенном масштабе операции листовой штамповки с целью определения «коэффициента наибольшего формоизменения» листового материала.
Недостатком аналога является его не универсальность, так как для каждой операции штамповки необходимо изготовление отдельного пуансона.
Из уровня техники известен сферический пуансон для испытания листовых материалов по Эриксену на вдавливание, выбранный в качестве аналога (Аверкиев Ю.А., Аверкиев А.Ю., Технология холодной штамповки. - М.: Машиностроение, 1989. - С. 26, рис. 2.2).
Недостатком аналога является то, что указанное испытание не соответствуют реальным операциям листовой штамповки и позволяет только косвенно оценить способность материала к формовке.
Из уровня техники известен пуансон с криволинейной рабочей поверхностью для отбортовки отверстий, выбранный в качестве аналога (Справочник по холодной штамповке. Романовский В.Л., Л.: Машиностроение. - 1971. - с. 279-282, рис. 232, 233, 234).
Недостатком прототипа является неопределенность формы криволинейной рабочей поверхности пуансона.
Из уровня техники выбран пуансон с криволинейной рабочей поверхностью для определения предельной штампуемости листового материала, выбранный в качестве наиболее близкого аналога (прототипа) (Авторское свидетельство СССР №1796317, 23.02.1993).
Недостатком прототипа является форма рабочей части пуансона с криволинейной рабочей поверхностью, выполненная в виде удлиненного рабочего тела, т.е. не тела вращения, и предназначенная только для гибки листового материала.
Технической проблемой, на решение которой направлена заявленная полезная модель является сложность в получении результатов по определению предельной штампуемости листовых титановых сплавов универсальным инструментом применительно к основным операциям листовой штамповки (отбортовки, вытяжки и выдавки).
Технический результат заявленной полезной модели заключается в определении предельной штампуемости листовых титановых сплавов применительно к основным операциям листовой штамповки (отбортовки, вытяжки и выдавки).
Технический результат достигается тем, что пуансон для определения предельной штампуемости листовых металлов и сплавов, содержит хвостовую часть и сопряженную с ней рабочую часть, рабочая поверхность которой выполнена криволинейной формы в виде параболоида вращения.
2
2
Технический результат достигается также тем, что рабочая поверхность имеет вид параболоида вращения второго порядка X+Y=2Z, где величины расстояний по осям X и Y изменяются последовательно в диапазоне от 0 до 3, а величина расстояния по оси Z изменяется последовательно в диапазоне от 0 до 9, при этом оси X, Y, Z лежат в декартовой системе координат.
Под интервалом вышеприведенных числовых значений по осям X, Y, Z понимаются значения, увеличивающиеся в разы от первоначальной величины.
Выполнение рабочей поверхности пуансона в виде параболоида вращения позволяет определить коэффициенты наибольшего формоизменения листового материала применительно к основным операциям листовой штамповки (отбортовка, вытяжка и выдавка).
2
2
Рабочая поверхность в виде параболоида вращения второго порядка X+Y=2Z обеспечивает регламентацию этапов формоизменения заготовки по ходу штамповки с определением предельной штампуемости различных листовых материалов.
отб.
дет.
отв.
факт.
выт.
заг.
дет.
факт.
факт.
Ограниченный интервал изменения величин (параметров) параболоида X, Y от 0 до 3 и, соответственно, Z - от 0 до 9 связан с максимально возможными величинами коэффициентов формоизменения при отбортовке - не более 2 (К=D/d≤1+δ) и вытяжке - не более 3 (К=D/d≤1+2δ). Так как относительное удлинение (δ) листовых металлических материалов под холодную штамповку реально ограничено величиной менее 1 (100%). Величина относительного удлинения листовых металлов и сплавов более 100% (1) может быть достигнута при нагреве заготовки до температур «сверхпластичности» сплавов (например, для листовых титановых сплавов - это 600-900°С).
2
2
Сущность заявленной полезной модели поясняется фиг. 1, на которой изображен пуансон с параболической рабочей поверхностью в виде параболоида вращения X+Y=2Z, ограниченного интервалом изменения X, Y от 0 до 3 и, соответственно, Z - от 0 до 9 (1) и хвостовиком (2).
Работает предлагаемый пуансон следующим образом.
На стол пресса устанавливают матрицу в виде кольца, а к подвижной траверсе пресса за хвостовик крепят пуансон (на чертеже не показано). Производят центровку пуансона и матрицы между собой, после чего крепят окончательно.
заг
0
дeт.
Круглую листовую заготовку (D) с центральным отверстием (d) или без него из материала детали, предназначенной для штамповки - отбортовкой, вытяжкой (сверткой), выдавливанием, укладывают на матрицу и производят вдавливание пуансона до образования в заготовке первой трещины. После чего пресс останавливается и производится обратный ход траверсы (это происходит автоматически). Далее заготовку с трещиной снимают со стола пресса и производят замер диаметра патрубка (лунки) - d и по полученным замерам определяют коэффициенты наибольшего формоизменения:
выт
заг.
дет.
- для вытяжки К<D/d
отб.
дет.
отв.
- для отбортовки К<d/d
выд
пар.
дет.
дет.
- для выдавки К<2L-d/d
дет.
При этом длина дуги параболы  может в интервале х (0,1) вычисляться как длина полуокружности πd/2, так как расчеты показывают что уже при вдавливании пуансона в интервале х (0,1) деформация металла в лунке при x, y, z=1 по расчетам составляет 47,5%. Что соответствует металлам и сплавам высокой штампуемости.
В качестве примера использования предлагаемого пуансона представлены результаты его испытания при определении предельной штампуемости широко применяемого в авиадвигателестроении листового титанового сплава «повышенной пластичности» ОТ4 - 1 толщиной 2 мм.
По данным ВИАМ (АВИАЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ, т. 5, ОНТИ, Москва - 1973) для листа этого сплава толщиной 2 мм предельные коэффициенты составляют:
выт.
- для вытяжки К=1,8-1,85;
отб.
- для отбортовки К=1,45-1,55;
выд.
- для выдавки К=15-18%.
Испытания проводили параболическим пуансоном с максимальным диаметром 21 мм (т.е. в координатах X, Y параболоида вращения - 21/3=7 мм) и высотой рабочей части 56 мм (т.е. в координатах Z параболоида вращения - 56/9=7 мм). То есть единицей масштаба в данном пуансоне является размер в 7 мм). При этом матрица выполнена с диаметром отверстия 25 мм (с целью уменьшения трения - с зазором 0,5 мм).
Исходя из данных ВИАМ по предельным коэффициентам штампуемости при диаметре детали равном 21 мм, исходные размеры составят:
заг.
- для вытяжки D=38 мм;
отв.
- для отбортовки d=13,5 мм;
дeт.
- для выдавки d=21 мм.
Проведенные эксперименты по вытяжке, отбортовке и выдавке на прессе 25тс ЦЗЛ с использованием предлагаемого пуансона и цилиндрической матрицы подтвердили данные ВИАМ, так как на всех вышеуказанных операциях листовой штамповки имели место трещины: на переходе от цилиндра к дну (вытяжка), на торце горловины патрубка (отбортовка) и на дне впадины (выдавка).