ШТАМП ДЛЯ ВЫДАВЛИВАНИЯ ПОЛЫХ ДЕТАЛЕЙ

Решение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано для изготовления полых заготовок типа втулок, трубок или стаканов, а также деталей Н-образного сечения методом холодного выдавливания.
в
Известен штамп (патент РФ №2082532, B 21 J 13/02, 1997 г.), предназначенный для выдавливания полых деталей, состоящий из пуансона, матрицы, подпружиненной обоймы, размещенной в матрице с возможностью независимого вращения, выталкивателя, жестко связанного с матрицей, имеющего пересекающиеся в центре впадины с углом при вершине 45-60° и глубиной 0,05-0,20 диаметра пуансона. Данный штамп представляет, в сущности, винтовую пару с жестким отношением осевой скорости v к круговой ω, (пуансон связан с матрицей винтовой парой), определяемым шагом винта S.
Штамп имеет следующие недостатки:
- наличие жесткой винтовой связи между пуансоном и матрицей посредством ходового винта; при этом выдавливание полой детали производится только с одним соотношением поступательной и вращательной скорости деформирующего инструмента, что ограничивает возможность анализа влияния соотношения скоростей на процесс деформирования;
- на рабочей поверхности выталкивателя выполнены впадины глубиной 0,05-0,20 диаметра пуансона; это приводит к тому, что на внешней поверхности дна стаканов, выдавленных рифленым деформирующим инструментом, остаются следы от рифлений, которые затем должны удаляться посредством механической обработки, что существенно повышает трудоемкость изготовления изделия.
Эти недостатки частично устранены в другом известном решении, принятом за прототип (патент на полезную модель №38304 U1 B 21 J 13/02,
2004 г.), где защищена установка для комбинированного нагружения при обработке металлов давлением, содержащая 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 перемещения деформирующего инструмента выполнены в виде двух независимых агрегатов с регулируемыми скоростями при большей скорости вращательного движения.
Такое выполнение приводов позволяет снизить силу деформирования, а следовательно, и удельную нагрузку на рабочие части штампа, что повышает их стойкость, позволяет расширить номенклатуру материалов при выдавливании и получать полые заготовки с увеличенными геометрическими параметрами.
Проведенные исследования показали, что технологические возможности штампа могут быть увеличены.
Решаемая задача - расширение технологических возможностей штампа.
Технический результат - снижение силы деформирования и удельной нагрузки на рабочие части штампа.
Этот технический результат достигается тем, что в штампе для выдавливания полых деталей, содержащем верхний и нижний деформирующий инструмент в виде пуансона и матрицы с обоймой и выталкивателем, один из которых снабжен приводом вращательного движения, причем приводы поступательного и вращательного перемещения деформирующего инструмента выполнены в виде двух независимых агрегатов с регулируемыми скоростями при большей скорости вращательного движения, на рабочей поверхности, по меньшей мере, одного деформирующего инструмента (пуансона, выталкивателя или обоих одновременно) выполнен макрорельеф, преимущественно с шероховатостью
первого класса (Ra=80 мкм, где Ra - среднее арифметическое отклонение профиля) по ГОСТ 2789-73.
Предлагаемый штамп приведен на фиг.1.
Штамп включает пуансон 1, закрепленный на верхней неподвижной траверсе 2. В направляющей обойме 3 на торце матрицы 4 установлен подшипник 5, направляющий пуансон 1. В матрице 4 размещена плавающая обойма 6, движение которой ограничено сверху подшипником 5. Снизу установлено противоповоротное кольцо 7, фиксирующее выталкиватель 8. На подвижной траверсе (на чертеже не показана) установлено червячное колесо 9, на котором расположена матрица 4. На рабочих поверхностях деформирующего инструмента (на торцах 10, 11 пуансона 1 и выталкивателя 8 или обоих одновременно) выполнен макрорельеф, преимущественно первого класса, Ra=80 мкм.
Штамп работает следующим образом. Заготовку 12 укладывают в матрицу 4. При выдавливании матрица 4 вращается от червячной пары и перемещается навстречу пуансону 1. После окончания процесса выдавливания матрица 4 опускается вниз, а выталкиватель 8 удаляет готовую деталь из штампа. Макрорельеф на рабочей поверхности деформирующего инструмента создает дополнительное сцепление в поверхностном слое заготовки 12. В итоге появляется возможность снизить силу деформирования. При этом поверхность (дно) детали не повреждается.
Эксперименты проводили на установке с независимыми скоростями поступательного (υ) и вращательного (ω) движения соответственно пуансона 1 и матрицы 4. Соотношение скоростей принимали
.
Эффект снижения силы деформирования при выдавливании стаканов по схемам обратного выдавливания (ОВ) без вращения инструмента и комбинированного обратного выдавливания (КОВ) с вращением инструмента оценивали безразмерным параметром η
ОВ
где Р - сила деформирования при обратном выдавливании без вращения инструмента,
КОВ
Р - сила деформирования при комбинированном обратном выдавливании с вращением инструмента.
На фиг.2 приведен график, иллюстрирующий изменение параметра η в зависимости от вида макрорельефа на торцовых поверхностях деформирующего инструмента при различных степенях деформации и при i=const(i=3).
Из графика видно, что при выдавливании стаканов из свинца по схеме КОВ: 1) параметр η имеет экстремум при выдавливании стаканов инструментом с двусторонней шероховатостью 1 класса (на пуансоне и выталкивателе); 2) эффект снижения силы деформирования при выдавливании стаканов рифленым пуансоном примерно такой же, как и при выдавливании стаканов гладким инструментом с шероховатостью 5 класса.
0
Из графика также видно, что при выдавливании стаканов по схеме КОВ из высокопластичного металла, каким является свинец, наибольший эффект в снижении силы по сравнению с инструментом с шероховатостью 5 класса обнаруживается при использовании инструмента с двусторонней шероховатостью 1 класса (на пуансоне и выталкивателе). При этом сила деформирования снижается примерно в 2,1 раза при d/h=5 (ε=46%), где d - диаметр пуансона, h - высота дна стакана, ε - степень деформации, определяемая по формуле  (h - исходная высота заготовки).
Предлагаемый штамп обеспечивает снижение силы деформирования ~ в 2 раза при выдавливании стаканов с тонким дном за счет интенсификации сдвиговых деформаций путем выполнения макрорельефа на торцовых поверхностях рабочих частей штампа с шероховатостью 1 класса. Вследствие этого уменьшаются удельные нагрузки на рабочие части штампа и,
следовательно, повышается его стойкость. При этом появляется возможность расширить номенклатуру материалов для выдавливания и изготавливать полые заготовки с увеличенными геометрическими параметрами.