Формообразующая часть горячего штампа под заготовку-вал с шестерней на конце
FORMING PART OF HOT DIE FOR BILLET-SHAFT WITH GEAR AT END

Изобретение относится к металлургическому производству для получения горячей штамповкой заготовок-валов с конической шестерней на конце. Известна нижняя часть штампа для получения поковок типа стержней с головкой на конце, например, болтов, содержащая обойму с закрепленной в ней матрицей с формообразующей полостью и выталкивателем в ее нижней части (см. книгу Ковка и штамповка / Е.Н. Семенов и др. - М.: Машиностроение, 1986. - Т. 2, с. 32-33).
Его недостатки: незначительная стойкость формообразующей полости матрицы из-за значительных тепловых и силовых нагрузок, действующих на нее при получении поковки.
Известна формообразующая часть штампа для получения заготовок типа клапанов двигателей внутреннего сгорания горячей штамповкой, содержащая обойму с верхней и нижней кольцевыми канавками на внутренней поверхности с открытыми в них поперечными окнами под хладагент и концами ее и матрицы винтовых канавок, открытых также противоположными концами в среднюю кольцевую канавку ее, расположенную ниже зоны сопряжения частей полости матрицы (зсчпм) с выполненными в этой зоне ее наклонными каналами под хладагент с началом их в винтовых канавках обоймы, а концом их в начале наружных винтовых канавок матрицы, охваченной обоймой, с частью ее полости меньшего диаметра (см. патент РФ №2670508 С2 от 23.10.2018).
Недостатки этого решения: из-за расположения средней канавки ниже зсчпм усложнено попадание хладагента из канавок матрицы в канавки обоймы, что также затрудняет сборку этих деталей между собой из-за необходимости совмещения концов этих канавок.
Выполнение наклонных каналов матрицы трудоемко, как и выполнение на ней и на внутренней поверхности обоймы их наклонных канавок. Исходная заготовка матрицы материалоемка и трудоемка, как и образование полости одного диаметра у обоймы, и требует к тому же съема значительного количества металла.
Задачей предлагаемого решения является повышение эффективности охлаждения матрицы и ее стойкости, технологичности этой части штампа с одновременным упрощением его конструкции.
Технический результат от него: повышение стойкости и технологичности матрицы, а также обоймы с улучшением экономических показателей такого штампа.
Он достигается тем, что в формообразующей части горячего штампа под заготовку-вал с шестерней на конце типа клапанов двигателей внутреннего сгорания, содержащей обойму, в которой расположена матрица, выполненная с формообразующей полостью, имеющей верхнюю часть большего диаметра, сопряженную по радиусам с расположенной под нею частью меньшего диаметра, обойма выполнена с расположенными на внутренней поверхности верхней и нижней кольцевыми канавками с открытыми в них поперечными окнами под хладагент; эти канавки соединены между собой винтовыми канавками и с расположенной ниже зоны сопряжения частей формообразующей полости матрицы средней кольцевой канавкой обоймы; при этом матрица выполнена с расположенными в зоне сопряжения частей ее формообразующей полости наклонными каналами под хладагент, начало которых открыты в винтовые канавки обоймы, а конец - в начало канавок на наружной поверхности части матрицы с формообразующей полостью меньшего диаметра, расположенных под наклоном к продольной оси и открытых концами в нижнюю кольцевую канавку обоймы, НОВЫМ ЯВЛЯЕТСЯ ТО, ЧТО обойма выполнена с нижней полостью меньшего диаметра и с канавками на ее поверхности с углом наклона >0° относительно продольной оси, открытыми концами в проточку дна ее верхней полости большего диаметра, выходящую в конец криволинейных по доньям каналов-прорезей матрицы, открытых концами с боковой поверхности большего диаметра матрицы и ее торца, упертого в дно верхней полости обоймы, расположенное ниже зоны сопряжения частей формообразующей полости матрицы; каналы-прорези открыты началом в среднюю кольцевую канавку обоймы, сформированную в этой зоне, и концом в проточку дна верхней полости обоймы; на выступающем за задний торец обоймы хвостовике матрицы меньшего наружного диаметра зафиксирована гайка, контактирующая передним торцом с ним.
Выполнением у обоймы нижней полости меньшего диаметра и с канавками на ее поверхности с углом наклона >0° относительно продольной оси повышается ее технологичность уменьшением объема металла, удаляемого из нее при образовании ее полостей, и сохраняется эффективность охлаждения нижней части матрицы из-за уменьшения ее наружного диаметра в этой, части.
Наличием проточки у дна верхней полости большего диаметра обоймы, в которую открыты концами ее выше упомянутые канавки, выходящей в конец криволинейных или прямых по доньям каналов-прорезей матрицы, упрощается сборка обоймы с матрицей, т.к. не надо совмещать концы канавок обоймы с концами каналов-прорезей матрицы. Формированием у матрицы криволинейных по доньям и стенкам каналов-прорезей упрощается их изготовление (сверление заменятся фрезерованием) с одновременным увеличением ее наружной охлаждаемой поверхности в зоне сопряжения частей формообразующей полости матрицы, чем повышается ее стойкость.
Расположением начала этих каналов на торце большого диаметра матрицы и концом их в средней кольцевой канавке обоймы обеспечивается отвод хладагента из нижних канавок обоймы и в эту канавку с дальнейшим поступлением его в верхние канавки обоймы.
Контактом торца наружного большого диаметра матрицы с дном верхней полости обоймы ниже зоны сопряжения частей ее формообразующей полости исключается осевое перемещение первой относительно последней при работе этой части штампа и гарантируется прочность такого соединения. Размещением средней кольцевой канавки обоймы в зоне сопряжения частей полости матрицы гарантируется ее прочность там и уменьшается протяженность верхних канавок обоймы.
Использованием гайки на выступающем за задний торец обоймы хвостовике матрицы меньшего наружного диаметра, упирающейся своим торцом в торец первой, исключается осевое перемещение матрицы при выталкивании из нее получаемых поковок и уменьшается как минимум в 3 раза масса ее исходной заготовки со снижением трудоемкости ее и обоймы, имеющей нижнюю полость меньшего диаметра.
Анализ предлагаемого с известными решениями показывает его новизну, существенные отличия, промышленную пригодность и соответствие критерию ИЗОБРЕТЕНИЕ.
Оно представлено на чертеже фиг. 1 и содержит обойму 1 с цилиндрической ступенчатой полостью большего в верху и меньшего в низу диаметров, в которой с натягом расположена матрица 2 с такими же наружными диаметрами и с формообразующей полостью 3 в верхней части большего диаметра, чем в остальной части ее, соединенными между собой радиусами сопряжениями; при этом в обойме 1 выполнено верхнее поперечное окно 4 под отводимый нагретый теплом матрицы хладагент, выходящее в ее верхнюю внутреннюю кольцевую канавку 5, куда открыты также и наклонные канавки 6, образованные на ее внутренней поверхности и выходящие концами в ее среднюю кольцевую канавку 7, выполненную в зоне сопряжения радиусов частей полости 3 матрицы 2; в нее выходят своим началом криволинейные по стенкам и доньям каналы-прорези 8 матрицы, расположенные в зоне сопряжения частей полости 3 матрицы 2 и выходящие концами в проточку 9 дна верхней полости большого диаметра обоймы 1 и в открытую в ее полость меньшего диаметра; эти каналы-прорези 8 также открыты своими концами с торца матрицы 2 с большим диаметром наружной боковой поверхности; в проточку 9 выходят верхние края канавок 10 обоймы 1, выполненных прямыми или наклонными на поверхности нижней полости меньшего диаметра ее, открытых нижними краями в нижнюю кольцевую канавку 11 обоймы, куда выходит ее поперечное окно 12 под подводимый хладагент; на хвостовике матрицы 2 меньшего наружного диаметра, выступающем за задний торец обоймы 1, зафиксирована, например, тугой резьбой, штифтом (не показанным на фиг. 1) и т.д. гайка 13, упирающаяся передним торцом в ее торец и дополнительно обеспечивающая контакт торца большого диаметра матрицы с дном верхней полости большого диаметра обоймы для исключения выталкивания ее из обоймы при удалении из нее образованной поковки. Предлагаемое охлаждается так: хладагент по окну 12 обоймы 1 подается в ее кольцевую канавку 11, а из нее в ее канавки 10, по которым поступает в кольцевую проточку 9 обоймы, открытую в конец каналов - прорезей 8 матрицы 2; по ним и через их начало он оказывается в средней кольцевой канавке 7 обоймы 1, из которой по ее верхним винтовым канавкам 6 попадает в ее верхнюю кольцевую канавку 5 и затем через ее поперечное окно 4 нагретый теплом матрицы 2 хладагент отводится за пределы обоймы. Эффект охлаждения матрицы 2 определяется величиной ее охлаждаемой поверхности, перепадом температур между ней и хладагентом, скоростью и продолжительностью циркуляции последнего по ее канавкам и обоймы и минимально допустимыми толщинами стенок теплообменных поверхностей ее и особенно в зсчпм, где максимально воздействие деформируемого металла заготовки.
При оптимальных толщинах стенок матрицы перепад температур между ее теплообменными поверхностями будет минимальным, к которому добавляется как минимум 373К-уровень нагрева ее наружной охлаждаемой поверхности, и тогда установившийся уровень нагрева поверхности полости матрицы в зоне сопряжения ее радиусов будет порядка 600К что даст повышение ее стойкости как минимум в 1,5 раза.
Заготовка матрицы ступенчатая по наружной поверхности, чем снижается ее материалоемкость в 3 раза и в 2 раза уменьшается трудоемкость из-за меньшего диаметра ее нижней части и отсутствия там канавок под хладагент; также уменьшается трудоемкость и обоймы из-за наличия у нее полости меньшего диаметра.
Таким образом, предлагаемым повышается эффективность охлаждения матрицы с увеличением ее стойкости примерно в 1,5 раза, минимальны материалоемкость и трудоемкость ее.