Подкладной штамп для раздачи трубной заготовки

Полезная модель относится к инструментальной оснастке для обработки металлов давлением и может быть использована для формообразования раздачей трубных заготовок при изготовлении конических кольцевых обечаек и дисков-колец газотурбинных двигателей (ГТД) из цилиндрических трубных заготовок в авиационном и энергетическом машиностроении.
Известен пуансон для формообразования концов труб, содержащий жестко связанные между собой хвостовик, формообразующий и фланцеобразующий участки, фланцеобразующий участок выполнен в виде цилиндра, расположенного перпендикулярно к оси пуансона, а формообразующий участок выполнен в форме усеченного конуса с поперечным сечением у хвостовика, ограниченным окружностью, переходящей в эллипс к фланцеобразующему участку, (см. а с. СССР №1640874, кл. B21D 41/02, 2005 г.).
В результате анализа известного решения необходимо отметить, что выполнение пуансона в виде цельной детали, на которой образованы формообразующие участки, конструктивно весьма сложно, а главное - не обеспечивает высокого качества обработки.
Известен пуансон для раздачи концов труб, выполненный сборным и содержащий хвостовик, на котором последовательно расположены выполненные в виде дисков цилиндрическая и коническая части, образующие которых составляют направляющий участок; вогнутая и выпуклая части, образующие которых составляют формообразующий участок, коническая и цилиндрическая части, образующие которых составляют калибрующий участок. Диски направляющего и калибрующего участков выполнены из материала с низкой магнитной проницаемостью и незначительной подверженностью нагреву, а диски формообразующего участка выполнены из высокоуглеродистой стали, подверженной быстрому нагреву при помещении ее в высокочастотное поле (см. патент РФ №2127165, кл. B21D 41/02, 1999 г.).
В результате анализа известного решения необходимо отметить, что сборно-разъемная конструкция пуансона позволяет осуществлять раздачу концов трубных заготовок различной формы и размеров за счет изменения геометрических параметров устанавливаемых на хвостовике формообразующих элементов - дисков, образующие поверхности которых формируют рабочий профиль пуансона, а также, варьируя радиусами вогнутой и выпуклой поверхностей и углом конусности направляющего и калибрующего участков, производить экспериментальную отработку оптимальной формы пуансона для различных материалов трубных заготовок, так как они имеют разные физико-механические свойства и коэффициент трения поверхностей трубной заготовки и пуансона. Однако в конструкции данного пуансона не предусмотрено центрирование формообразующих элементов (дисков) относительно хвостовика (они при установке навинчиваются на резьбовую наружную поверхность хвостовика), что снижает точность формообразования. Кроме того, нагружаемое в процессе формообразования резьбовое соединение хвостовика и формообразующего элемента не обеспечивает их надежной фиксации после сборки, что при работе может привести к их относительному смещению, а, следовательно, снижению качества обработки. Весьма существенно, также и то, что установка на хвостовик формообразующих элементов, обеспечивающих полный цикл обработки, позволяет проводить операцию центрирования только один раз перед началом обработки, однако значительные осевые габариты пуансона снижают его жесткость, что также снижает качество обработки поверхности.
Недостатком известного пуансона является резьбовое соединение, применение которого в штамповом инструменте не рекомендуется из-за возможности смятия резьбы при формообразовании заготовок и, соответственно, заклинивания составляющих пуансона и невозможности их последующего снятия и замены.
Известен штамп для формообразования конических обечаек, содержащий пуансон, конус, опорное кольцо, раздвижные секторы, матрицу, расположенный между раздвижными секторами и матрицей эластичный элемент, при этом раздвижные секторы выполнены с разными коническими поверхностями (см. патент РФ 2551036 МПК B21D 41/02. Опубл. 20.05.2015 Бюл. №14).
Недостатком известного штампа является то, что он предназначен для формовки трубных заготовок только в холодном состоянии.
Известен штамп для раздачи труб из титановых сплавов, содержащий опорную плиту, конический пуансон и ось, при этом конический пуансон выполнен составным из диэлектрического и токопроводящего металлических элементов, закрепленных на оси (см. патент РФ 2104815 МПК B21D 41/02. Опубл. 20.02.1998) - прототип.
Недостатком пуансона является невозможность его использования под молотом свободной ковки, так как ударные нагрузки будут приводить к выходу из строя электрической системы штампа.
Техническим результатом полезной модели является устранение указанных недостатков известных технических решений за счет универсальности использования предлагаемого штампа (установки в штамп конусов с различным углом конусности) и повышения производительности процесса раздачи за счет высоких скоростей деформирования.
Указанный технический результат достигается тем, что подкладной штамп для раздачи трубной заготовки на молоте свободной ковки, содержащий опорную плиту с центральным отверстием, пуансон в виде усеченного конуса с центральным отверстием, установленный на опорной плите нижним основанием конуса и закрепленный центральным отверстием на оси, при этом опорная плита штампа выполнена П-образной формы, центральное отверстие пуансона и опорной плиты - коническими, а его крепежная ось ступенчатой в виде двух сопряженных конусов.
Кроме того, пуансон выполнен наборным в виде пирамиды из нескольких конических плит одной конусности.
Также пуансон выполнен наборным в виде пирамиды из нескольких конических плит разной конусности.
При этом пуансон выполнен наборным в виде пирамиды из нескольких конических плит разной конусности, увеличивающейся от верхней к нижней конической плите пирамиды.
Выполнение пуансона, в случае его большой массы, наборным в виде пирамиды из нескольких конических плит одной конусности позволяет облегчить его монтаж на столе пресса, молота.
А в случае его выполнения наборным в виде пирамиды из нескольких конических плит разной конусности позволяет за один ход пресса, молота раздать трубную заготовку на больший диаметр.
Выполнение пуансона наборным в виде пирамиды из нескольких конических плит разной конусности, увеличивающейся от верхней к нижней конической плите пирамиды, позволяет повысить производительность процесса раздачи трубной заготовки в плоский диск.
Сущность заявленной полезной модели поясняется графическими материалами, на которых представлен штамп для раздачи трубной заготовки, поперечный разрез.
Подкладной штамп для раздачи трубной заготовки выполнен сборным и состоит из опорной плиты 1 с коническим центральным отверстием, пуансона 2 в виде усеченного конуса, состоящего из нескольких конических плит одной или разной конусности с центральными коническими отверстиями и ступенчатой крепежной оси 3 в виде двух сопряженных конусов.
Кроме того, при раздаче трубной заготовки для дисков ГТД с высотой ступицы большей высоты обода диска на пуансон устанавливают цилиндрическую накладку 4 толщиной, равной высоте ступицы диска. А для большей устойчивости штампа на бойке молота между бойком и П-образной опорной плитой штампа устанавливают мягкую асбестовую прокладку 5. Которая кроме большей устойчивости штампа на бойке позволит снизить тепловые потери заготовки через боек при ударах молота.
Предлагаемый штамп работает следующим образом.
Сначала на нижний боек молота устанавливают опорную П-образную плиту 1 с крепежной осью 3, затем на нее последовательно надевают конические плиты пуансона 2 и цилиндрическую накладку 4. В этом положении штамп готов к работе.
Трубную заготовку из металла или сплава с внутренним диаметром d1 нагревают в печи до ковочной температуры, подают к молоту и надевают на накладку, устанавливая заготовку вертикально. После чего ударом верхнего бойка молота по торцу заготовки ее раздают на конус. Эту операцию производят последовательно, раздавая заготовку на пуансонах одной или разной конусности. После чего полученную после последовательной раздачи в штампе коническую заготовку, на плоских бойках молота выравнивают в плоский диск.
Предлагаемый подкладной штамп может быть использован при раздаче трубных заготовок из труднодеформируемых жаропрочных сталей, никелевых и титановых сплавов при нижних температурах их горячей обработки, так как сила, прилагаемая при раздаче трубной заготовки, особенно, если раздача осуществляется в несколько этапов последовательной заменой формообразующих элементов, значительно меньше усилия при осуществлении формообразования объемной штамповкой. С использованием которой в настоящее время получают заготовки для дисков ГТД на уникальном прессовом оборудовании (прессы до 75000 тс).