ШТАМП ДЛЯ ВЫТЯЖКИ

Предложение относится к области обработки металлов давлением, в частности к холодной листовой штамповке, и может быть использовано в различных областях машиностроения для изготовления полых изделий из листового металла методом вытяжки, например при изготовлении крышек для фильтров тонкой очистки топлива.
Машиностроение располагает большим количеством способов получения деталей. Это многообразие, с одной стороны, позволяет существенно повысить эксплуатационные характеристики машин за счет использования свойств исходного материала, с другой - создает трудности при выборе рационального, экономичного способа получения детали.
Детали могут быть получены одним или несколькими способами литья или обработки давлением, например, фланцы, тройники, шестерни, крышки. Однако при литье структура металла, следовательно, и механические свойства, ниже, чем при обработке металлов давлением.
Обработкой давлением называются процессы получения деталей машин силовым воздействием инструмента на исходную заготовку из исходного материала.
Холодная штамповка производится в штампах без нагрева заготовок и сопровождается деформационным упрочнением металла.
Различают разделительные операции, в которых этап пластического деформирования обязательно завершается разрушением, и формообразующие операции, в которых заготовка не должна разрушаться в процессе деформирования. При формообразующих операциях стремятся получить заданную величину деформации, чтобы заготовка приобрела требуемую форму. К таким формообразующим операциям холодной листовой штамповки относится вытяжка, а именно выполняемый в вытяжных штампах процесс превращения плоской заготовки в полую открытую сверху деталь замкнутого контура.
Известно устройство для вытяжки полых изделий из листовых заготовок, содержащее матрицу, пуансон и прижим [1].
В данном устройстве пуансон связан с приводом, а прижим выполнен с цилиндрической рабочей поверхностью и установлен с возможностью возвратно-поступательного качательного движения.
К недостаткам известного устройства можно отнести сложность конструкции.
Известен штамп для вытяжки полых деталей, содержащий пуансон, коническую матрицу и прижим в виде усеченного конуса [2].
Низкое предельное формоизменение за переход при вытяжке приводит к необходимости изготовления нескольких штампов и увеличивает себестоимость деталей.
Известен штамп для штамповки днищ, содержащий вытяжной пуансон, набор сменных жестких кольцевых матриц и одно универсальное прижимное кольцо [3].
Недостатком известного штампа является то, что при изготовлении тонкостенных изделий универсальное прижимное кольцо не препятствует гофрообразованию в зоне заготовки, свободной от контакта с прижимным кольцом.
Кроме того, необходима переналадка штампа от перехода штамповки, заключающаяся в том, что нижняя часть штампа с кольцевой матрицей
выдвигается из-под пресса, подъемным краном снимается одна кольцевая матрица и устанавливается другая последующего перехода.
Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому решению является штамп для вытяжки, состоящий из матрицы, закрепленной в нижней части, пуансона, который снизу имеет закругленные рабочие кромки [4].
Недостатком известного устройства является низкое качество изделий из-за складок (гофр) по краям детали.
Задачей заявляемого объекта является повышение качества изделий при штамповке путем исключения гофрообразования.
Технический результат предложения заключается в создании штампа, позволяющего получить качественные детали с заданными эксплуатационными свойствами при минимальной себестоимости.
Для достижения указанного технического результата в штампе для вытяжки, содержащем матрицу в нижней части и пуансон, который при работе устройства устанавливается сверху на плоскую заготовку, помещенную на зеркало матрицы, согласно предложению, выполнен прижим, состоящий из кольца и клиньев, причем клинья закреплены в фиксаторах с возможностью взаимодействия с кольцом, помещенным на заготовку с упором на выемки, выполненные в фиксаторах, которые при этом закреплены на матрице и равноудалены друг от друга, причем используют холодную заготовку после предварительного отжига, а штамповку производят с помощью молота.
Наличие вышеуказанных отличительных признаков свидетельствует о соответствии заявляемого технического решения критерию патентоспособности «новизна».
Сущность предложения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен штамп для вытяжки в разрезе; на фиг.2 изображено изделие (крышка фильтра тонкой очистки).
Следует учесть, что на чертежах для большей ясности представлены только те детали, которые необходимы для понимания существа
технического решения, а сопутствующее оборудование, хорошо известное специалистам в данной области, на чертежах не представлено.
Заявляемый штамп предназначен для изготовления таких деталей как, например крышка фильтра тонкой очистки топлива.
При серийном производстве такие детали выполняют из алюминия марки АЛ 9 (ГОСТ 2585-53) методом литья под давлением. Однако такое дорогое оборудование неэффективно при мелкосерийном производстве изделий, необходимость в которых возникает по мере надобности только для ремонта.
На предприятии был опыт изготовления этой детали из чугуна марки СЧ 18 (ГОСТ 1412-85) литьем в земляные формы. Производство столкнулось с огромным процентом брака (72%), который выявлялся только на этапе испытания полностью собранного фильтра тонкой очистки топлива на стенде под необходимым давлением. Также дополнительные проблемы возникли из-за загрязненности детали, так как оставались следы формовочной смеси после литья, что не допустимо в топливной системе.
Заявляемое техническое решение касается изготовления таких деталей методом вытяжки из листового проката. Крышку изготовляют из листа Ст3 (ГОСТ 535-88). Масса крышки не велика (1,35 кг). Испытания показали герметичность детали под любым давлением. По сравнению с дорогостоящим методом литья значительно снижается себестоимость изделия. Уменьшается количество операций при механической обработке детали. Деталь выходит в пригодном для монтажа виде (чистая).
Штамп для вытяжки включает матрицу 1, которая крепится на нижней части штампа, пуансон 2, который снизу имеет закругленные рабочие кромки. В матрице 1 выполнено отверстие, через которое проходит шток выталкивателя готового изделия. Для фиксации заготовки на матрице 1 установлены равноудаленные друг от друга фиксаторы 3 (три штуки). Фиксаторы 3 выполнены в виде отдельных сегментов с выемкой и установлены с образованием окна под заготовку. Штамп дополнительно
снабжен прижимом (складкодержателем), состоящим из кольца 4 и клиньев 5 (три штуки). Кольцо 4 установлено в выемках фиксаторов 3, а клинья 5 закреплены в фиксаторах 3 с возможностью давления (прижима) на кольцо 4.
Устройство работает следующим образом.
Заготовку круглой формы предварительно отжигают для увеличения пластичности. В холодном виде заготовку укладывают на матрицу 1, фиксируя устойчивое положение фиксаторами 3. Затем на заготовку в выемки фиксаторов 3 кладут кольцо 4, которое прижимают клиньями 5. После установки на заготовку пуансона 2 опускают боек молота кузнечного пресса, и происходит вытяжка крышки, при этом пуансон 2 надавливает на заготовку и она, смещаясь в отверстие матрицы 1 и растекаясь по ее радиусу, образует стенки вытянутой детали. Разборку устройства выполняют в обратном порядке, затем извлекают деталь из матрицы 1.
Для обеспечения текучести металла при вытяжке по радиусу матрицы края заготовки должны быть хорошо прижаты. Усилие прижима должно быть достаточно сильным, чтобы обеспечить вытяжку детали без складок, и в тоже время не настолько сильным, чтобы порвать или допустить трещины.
Установка прижима и определение необходимого давления являются важными факторами получения качественной вытяжки.
Усилие прижима заготовки рассчитывают, исходя из определенных размеров окна фиксатора и размеров и уклонов клиньев прижима.
прж
прж
прж
Расчет производят по формуле Р=g F,
прж
прж
где g - удельное сопротивление прижима, g=2,5 [5];
прж
прж
2
2
2
2
2
F - площадь части заготовки, зажатой между матрицей и прижимным кольцом, F=П(R-r)=14(82-70)=5727,36 мм.
прж
Тогда Р=5727,36×2,5=14317,5Н=1432кг=1,432т, значит необходимое усилие прижима 1,5 тонны.
Таким образом, фактически одним штампом выполняется работа пресса двойного действия, поскольку холодная заготовка (для гарантии точных
размеров) штампуется молотом (усилие Р=3 тс) с клиновым прижимом (усилие Р=1,5 тс).
Основными преимуществами заявляемого решения являются: простота конструкции и легкость изготовления; его мобильность; высокие точность размеров и качество поверхности, позволяющие до минимума сократить механическую обработку; хорошая приспособляемость к масштабам производства, а именно экономическая выгода при изготовлении деталей мелкими сериями.
Устройство было разработано и успешно использовано на Оренбургском локомотиворемонтном заводе.
Из вышесказанного следует, что изготовление данного устройства промышленным способом не вызывает затруднений, предполагает использование освоенных материалов и стандартного оборудования, что свидетельствует о соответствии заявляемого технического решения критерию патентоспособности «промышленная применимость».
Источники информации:
1. Авторское свидетельство SU №1214279, B21D 22/20, 1986;
2. Авторское свидетельство SU №852407, B21D 22/02, 1981;
3. Машнин Е.Н. Технология штамповки куполообразных деталей. М.:
Машиностроение, 1973, с.133, рис.50, 51;
4. Владимиров В.М. Изготовление штампов, пресс-форм, приспособлений, Москва, Высшая школа, 1981 г., стр.132, рис.66а;
5. Рудман Л.И., Справочник конструктора штампов, Москва, Машиностроение, 1988 год, стр.247-248.