Спосіб виготовлення деталей з наскрізним отвором

Винахід відноситься до галузі техніки, а саме до обробки металів тиском і може бути використаний при виготовленні порожнистих деталей з наскрізними отворами типу кілець. Відомий спосіб одержання порожнистих деталей з наскрізним отвором (типу кілець із формованим або гладким зовнішнім контуром), що включає послідовні операції осадки (переходи висадження) заготовки і пробивання отвору пуансоном [1]. Найбільш близьким по технічній сутності і результату, що досягається, є обраний, як прототип спосіб одержання деталей з наскрізним отвором, що включає радіальне видавлювання фланця в поперечну кругову порожнину, утворену напівматрицями, і пробивання отвору, виконувані впливом рухливи х верхнього деформуючого і нижнього опорного (підпираючого контрпуансона) пуансонів на багатоштучн у заготовку, що продовж процесу спільно зближаючись, рухаються в одному напрямку щодо формоутворюючи х поперечних кругових порожнин, утворених напівматрицями [2]. Недоліком даного способу є обмеженість діапазону розмірів одержуваних деталей, яка обумовлена труднощами переміщення в поперечні кругові порожнини значного об'єму металу при безупинному русі пуансонів і осередку пластичної деформації. Спроба збільшення об'єму порожнини (зовнішнього діаметра) для формоутворення деталей типу кілець супроводжується незаповненням порожнини перед початком пробивання - відділення утвореного кільця від заготовки (стрижневої частини). Відділення неоформленого кільця пробиванням викликає також погіршення якості поверхні розділу (переважно сколювання замість чистого зсуву) через недостатній гідростатичний тиск у осередку деформації при відсутності підпору з боку видавленого кільця, отриманого лише на стадії вільного поперечного радіального видавлювання, тобто до моменту контакту периферії фланця по зовнішньому діаметру з матрицею. В основу винаходу поставлена задача розширення технологічних можливостей процесу видавлювання і підвищення якості деталей з наскрізними отворами шляхом зміни технологічних режимів деформування і забезпечення якісного виконання прийомів формоутворення і пробивання отвору в деталях тип у кілець (що мають товщину стінки, яка перевищує висоту). За рахунок цього значно збільшується діапазон діаметрів кілець, які штампуються та зменшується відхилення їх форми. Поставлена задача вирішується тим, що в способі виготовлення деталей з наскрізними отворами, що включає прийоми поперечного видавлювання фланця в поперечну кругову порожнину, утворену напівматрицями, і пробивання отвору під впливом рухливи х деформуючого і опорного пуансонів, відповідно винаходу прийоми поперечного видавлювання і пробивання здійснюються поперемінно в декілька стадій. Причому при здійсненні стадії поперечного видавлювання рух опорного пуансона в напрямку переміщення деформуючого пуансона припиняють, а деформування заготовки здійснюють переважно до заповнення поперечної порожнини, тобто пробивання починають не раніше, чим від моменту переходу до невільного поперечного видавлювання. Виконання способу в запропонованій сукупності і послідовності прийомів дозволяє досягти чіткого та повного оформлення деталей з наскрізними отворами (типу кілець) з відносно великою різницею діаметрів і як наслідок підвищити якість поверхні зрізу при пробиванні отвору. За рахунок стопоріння опорного пуансону і виконання окремої стадії поперечного видавлювання можливе переміщення значного об'єму металу в поперечну порожнину матриці і формування кілець з більшим діапазоном розмірів, а з переходом до невільного кінцевого етапу на стадії видавлювання можливе заповнення кутків і чітке оформлення граней або профільного зовнішнього контуру деталі. Невільне видавлювання та заповнення порожнини корисне і далі на наступній стадії при виконанні другого прийому пробивання отвору в деталі. Це обумовлено тим, що в умовах невільної течії внаслідок впливу високого гідростатичного тиску в осередку деформації при пробиванні поверхні отвору отримують пластичним зсувом замість сколювання, що значно підвищує якість розділу кілець. В цілому це супроводжується підвищенням продуктивності та показників економічності процесу. Крім того, для підвищення якості деталей на стадії пробивання отвору фланець висаджують (розгладжують) шляхом зближення напівматриць. Додатково для підвищення якості формоутворення при розділенні доцільно до кінця завершення стадії поперечного видавлювання, тобто до початку стадії пробивання, деформуючий пуансон та вільний край заготовки наблизити до заповнюваної кругової порожнини на відстань, не більше половини діаметра вихідної заготовки. Послідовність здійснення способу показана на кресленнях, де зображено: на фіг.1 - схема деформування на стадії поперечного видавлювання; на фіг.2 - схема пробивання отвору (ліворуч) і поперечного видавлювання чергового фланця (праворуч); на фіг.3 - схема процесу одержання кілець з висадженням фланця на стадії пробивання. Багатоштучна мірна заготовка 1, відпалена і з нанесеним мастилом, що сприймає деформуюче зусилля пуансона 2, установлюється на торець опорного пуансона (контрпуансона) 3, у рознімну матрицю 4. Кожна поперечна порожнина матриці 4 (А, Б, і т.д.) утворена двома напівматрицями верхньою та нижньою. Пуансон 2 переміщується зі швидкістю VП вниз. З моменту зіткнення торців пуансона 2 і заготовки 1 починається її деформування і металом заповнюється кругова поперечна порожнина А (з висотою h ) матриці 4, тобто утворюється перший на заготовці фланець (кільцеве стовщення). На цій стадії опорний пуансон (контрпуансон) 3 нерухомий (переважно застопорений). Незабаром до завершення стадії видавлювання, коли зовнішній контур фланця приходить до зіткнення з вертикальною стінкою порожнини матриці, починається етап невільного видавлювання (обмеженої радіальної течії) тієї стадії, для якої характерно значне збільшення деформуючої сили. До завершення першої стадії видавлювання порожнина А заповнюється практично цілком, за винятком верхнього кута на периферії фланця (що припустимо у виді фаски стороною 0,2-0,5 від товщини фланця), а пуансон 2, як правило, наближається до перехідної кромки матриці, тобто до заповненої поперечної порожнини А. Доцільне видалення пуансона не більше ніж на половину діаметра заготовки D. Це дозволяє зменшува ти довжину поверхні заготовки з деформованим (зменшеним по товщині) під час пробивання шаром технологічного мастила. Після цього крім пуансона 2 униз починають переміщати з тією ж або меншою швидкістю V (Vo £ VП ) і o контрпуансон 3, забезпечуючи тим самим початок стадії пробивання пуансоном наскрізного отвору у видавленому фланці і одержання деталі типу кільця. При вдавлюванні пуансона 2 у фланець, метал із заповнених периферійних зон створює підпір, що сприяє підвищенню гідростатичного тиску в осередку деформації вдавлення пуансона і пробивання отвору в умовах пластичного зсуву. Ці прийоми сприяють підвищенню якості пробивання і одержанню кілець із гладкими стінками отвору. Пробивання може бути почато і з моменту контакту зовнішнього контур у формуючого фланця із стінкою порожнини матриці і переходу до етап у невільної радіальної течії металу в поперечну порожнину, так як з цього моменту різко зростає гідростатичний тиск в осередку деформації. Далі, на наступній черговій стадії формоутворення роблять заповнення наступної поперечної порожнини Б матриці 4. Для цього після переміщення заготовки на необхідний рівень (відносно порожнини Б), забезпечують знову нерухомий стан контрпуансона 3 щодо матриці, тобто контрпуансон 3 знову стопорять. Потім, після заповнення порожнини Б, повторно здійснюють пробивання отвору у видавленому фланці, для чого контрпуансон 3 знову приводять у рух у тому ж напрямку, що й у пуансон 2. Процес закінчується після повного використання вихідної багатоштучної (щонайменше, на дві деталі) заготовки. При формоутворенні товсти х кілець поперечним видавлюванням у порожнину з відносною висотою h / D £ 0,25 , внаслідок характерного відхилення форми - грибоподібності фланця, що видавлюється, важко забезпечити якісне заповнення кругової порожнини зі створенням високих величин підпору з боку фланця на осередок розділу (розділення). Для поліпшення якості пробивання отвору і оформлення контур у кілець, пробивання отвору виконують з одночасним розгладжуванням грибоподібного фланця - висадженням металу у фланцевій зоні. Для цього на стадії пробивання напівматриці 5 і 6, що утворять поперечну кругову порожнину А зближають (і зменшують висоту h порожнини на 15-40%) зі швидкістю VМ, меншою швидкості переміщення пуансона VП (фіг.3). Висадження грибоподібного фланця починається з деформації об'ємів, що примикають безпосередньо до лінії розділу (пробивання), що дозволяє створити високий гідростатичний тиск в осередку розділу протягом усієї операції пробивання, яка тим самим виконується пластичним зрізом (зсувом) без руйнування (сколювання). Виконання операцій у викладеній послідовності дозволяє досягти якісного заповнення порожнини і зрізу при пробиванні отвору. З метою підвищення рівномірності структури кілець, поперечне радіальне видавлювання можна здійснити способом двосторонньої подачі металу в кругову порожнину, для чого на стадіях поперечного видавлювання противопуансон 3 переміщають відносно порожнини назустріч пуансону 2. У цьому випадку доцільно і підведення заготовки до чергової поперечної порожнини здійснювати шляхом переміщення матриці відносно контрпуансона. Висадження фланця або зменшення висоти порожнини зближенням напівматриць 5 і 6 здійснюють або переміщенням обох напівматриць, що більш доцільно при поперечному видавлюванні з двосторонньою подачею, або переміщенням однієї верхньої напівматриці 5. Підпір, що робиться з боку контрпуансона 3, який переміщається вниз з меншою, чим у пуансона швидкістю Vo (при необхідності), може підсилити ефект усебічного стиску в зоні розділу. Способом, що заявляється, можна одержати і деталі з наскрізними не круглими отворами, які мають складний зовнішній контур, о формлений, наприклад, у виді багатогранника, зубцюватого профілю і т.ін. Спосіб можна здійснити на гідравлічних пресах подвійної дії з гідравлічною подушкою. Зовнішній повзун преса використовується для затиску напівматриць, а внутрішній - для привода пуансона на стадіях видавлювання і пробивання. Для автоматичного штампування можливе використання пристрою для поперечного видавлювання з пруткової заготовки [3]. / Приклад 1. Заготовку з міді Ml діаметром O 28,1мм відпалену і з підготовленою поверхнею (мастило тваринний жир) поміщають у рознімну матрицю з поперечними порожнинами, що мають розміри: висота h=5мм, / зовнішній діаметр O 40 мм . Переміщенням пуансона на 5мм забезпечують заповнення верхньої кругової порожнини і формування фланця з фаскою на зовнішній верхній крайці 2,3х45°, потім синхронним рухом / пуансона і контрпуансона здійснюють пробивання отвору діаметром O 28,2 мм і з гладкими стінками (шорсткість Ra 1,25). Зусилля видавлювання - 480кН, а пробивання - 128кН. Чергову порожнину заповнюють поперечним видавлюванням аналогічно першій порожнині після підводу шляхом переміщення матриці заготовки на необхідний (відносно порожнини) рівень і фіксації (стопору) такого положення. На поверхнях заготовки, що після пробивання, залишаються без мастильного покриття, наносили рідке мастило типу фосфатол упорскуванням з боку чергової незаповненої порожнини. / Приклад 2. Заготовку з міді Ml діаметром O 28,1мм , відпалену і змащену поміщають у рознімну матрицю з / поперечними порожнинами, які мають розміри: зовнішній діаметр O 50 мм , початкова висота h1=12мм. / Переміщенням пуансона на 12мм з зусиллям Р=410кН забезпечують одержання фланця діаметром O 42,2 мм і висотою h1=12мм. Потім синхронним рухом пуансона і контрпуансона здійснюють пробивання отвору діаметром O 28,2 мм і, одночасно з цим, зближенням напівматриць здійснюють розгладжування фланця підсадженням / / (висадженням фланця до висоти h2=7мм з одержанням зовнішнього діаметра O 50 мм ). Отримане кільце (диск) має плоскопаралельні торці і гладкі стінки отвору (шорсткість Ra 1,25). Описаний спосіб дозволяє розширити технологічні можливості процесу шляхом збільшення діапазону розмірів штампуємих порожнистих деталей. Застосування способу дозволяє підвищити якість деталей шляхом забезпечення чіткого оформлення зовнішнього контуру деталей і гладкої поверхні отвору після пробивання. Усунення операцій по доробці отвору і зовнішнього контуру деталей дозволяє підвищити продуктивність виготовлення. Джерела інформації 1. Ковка и штамповка. Справочник, том 3, М.: Машиностроение. 1987, с.256, рис.45. 2. A.c. 239770 CPCP, МКИ В21J5/00. Штамп для штампування видавлюванням, 1967. 3. Пристрій для поперечного видавлювання. Висновок про видачу деклараційного патенту на винахід від 02.07.03 по заявці №2003010085 від 03.01.03.