Результат интеллектуальной деятельности: Способ выдавливания тонкостенных полых изделий

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при выдавливании пиростаканов, гильз патронов и других изделий из сортового проката.

Известен способ выдавливания тонкостенных полых изделий, заключающийся в подаче заготовки в матрицу с размещением ее на гладкой торцевой поверхности выталкивателя, имеющего возможность вращательного движения, деформировании заготовки пуансоном и выталкивании изделия из матрицы посредством выталкивателя. Активизация контактных скольжений на гладкой торцевой поверхности выталкивателя позволяет снизить неравномерность деформации и технологическое усилие штамповки (авторское свидетельство SU 677800, М. Кл.² B21J 13/02).

Однако, при выдавливании тонкостенных полых изделий по известному способу посредством выталкивателя с гладкой торцевой поверхностью трудно радиально перемещать металл из очага деформации к периферии в зону формирования стенки изделия. Поэтому сохраняются высокая неравномерность деформации и повышенное технологическое усилие выдавливания.

Известен способ выдавливания тонкостенных полых изделий, заключающийся в подаче заготовки в матрицу с размещением ее на торцевой поверхности выталкивателя, имеющего возможность вращательного движения, на которой выполнены радиально расположенные прямолинейные впадины, глубиной, уменьшающейся к центру до получения плоской центральной площадки с диаметром, равным 0,4-0,6 диаметра пуансона, деформировании заготовки пуансоном и выталкивании изделия из матрицы посредством выталкивателя (авторское свидетельство SU 969408, М. Кл. B21J 13/02).

Это техническое решение является наиболее близким по совокупности существенных признаков и выбрано в качестве прототипа.

Основным недостатком описанного способа выдавливания тонкостенных полых изделий является низкая подающая способность радиально расположенных прямолинейных впадин радиально перемещать металл из очага деформации к периферии в зону формирования стенки изделия, потому что вектор усилия подачи металла сонаправлен окружной скорости вращения выталкивателя. В связи с этим сохраняются существенная неравномерность деформации металла и повышенное технологическое усилие выдавливания.

В основе изобретения лежит техническая проблема обеспечения снижения неравномерности деформации и технологического усилия выдавливания тонкостенных полых изделий.

Решение этой технической проблемы достигается тем, что в способе выдавливания тонкостенных полых изделий, заключающемся в подаче заготовки в матрицу с размещением ее на торцевой поверхности выталкивателя, имеющего возможность вращательного движения, на которой выполнены радиально расположенные впадины, глубиной, уменьшающейся к центру до получения плоской центральной площадки, деформировании заготовки пуансоном и выталкивании изделия из матрицы посредством выталкивателя, согласно изобретению используют выталкиватель со спиралевидными впадинами с выходом внешних концов их ветвей к кромке торцевой поверхности выталкивателя к точкам, равнорасположенным по окружности упомянутой поверхности, и с выходом внутренних концов их ветвей к окружности центральной площадки этой поверхности, равной 0,2-0,3 диаметра выталкивателя, имеющий поперечный профиль впадин с задней стенкой высотой 0,6-0,8 мм, коаксиальной оси выталкивателя, с донной поверхностью шириной 2-3 мм, перпендикулярной оси выталкивателя, и с передней кромкой, скошенной под углом 30°-40° к донной поверхности. При деформировании заготовки пуансоном в зону формирования стенки изделия посредством выталкивателя смещают секундный объем металла, равный таковому, который подают пуансоном в очаг деформации

где V_в - секундный объем металла, который смещают спиралевидными впадинами выталкивателя в зону формирования стенки изделия, мм³/сек;

V_п - секундный объем металла, который подают пуансоном в очаг деформации, мм³/сек.

Снижение неравномерности деформации и технологического усилия выдавливания тонкостенных полых изделий достигаются за счет использования выталкивателя с высокой подающей способностью спиралевидных впадин, выполненных на его торцевой поверхности, посредством которого в зону формирования стенки изделия смещают секундные объемы металла, равные таковым, которые подают пуансоном в очаг деформации.

Использование выталкивателя с диаметром окружности центральной площадки торцевой поверхности, равным 0,2-0,3 диаметра выталкивателя, является оптимальным, так как при диаметре окружности центральной площадки торцевой поверхности выталкивателя, меньшем 0,2 диаметра выталкивателя силы трения на этой площадке очень малы, и их отрицательное влияние на радиальное перемещение металла незначительно (Тарновский, И.Я. Контактные напряжения при пластической деформации / И.Я. Тарновский, А.Н. Леванов, М.И. Поксеваткин. - М.: Металлургия, 1966. - С. 104, рис. 78, кривые 3 и 4), а при диаметре окружности центральной площадки торцевой поверхности выталкивателя, большем 0,3 диаметра выталкивателя силы трения достигают высоких значений и существенно препятствуют радиальному перемещению металла к периферии в зону формирования стенки изделия, поэтому здесь уже необходимо использовать спиралевидные впадины торцевой поверхности выталкивателя.

Конфигурация поперечного профиля впадин выталкивателя с задней стенкой высотой 0,6-0,8 мм, коаксиальной оси выталкивателя является оптимальной, так как при конфигурации поперечного профиля с задней стенкой высотой менее 0,6 мм, коаксиальной оси выталкивателя существенно снижается подающая способность впадин, а при конфигурации поперечного профиля с задней стенкой высотой более 0,8 мм, коаксиальной оси выталкивателя, ухудшается качество донной поверхности изделия из-за повышенных неровностей (ГОСТ 2789-73).

Конфигурация поперечного профиля впадин выталкивателя с донной поверхностью шириной 2-3 мм, перпендикулярной оси выталкивателя является оптимальной, так как при ширине донной поверхности впадины, перпендикулярной оси выталкивателя менее 2 мм возникает повышенное сопротивление деформации при затекании металла во впадину, что ухудшает заполняемость и подающую способность впадин, а при ширине донной поверхности впадины, перпендикулярной оси выталкивателя, более 3 мм, возникает вероятность слияния внутренних концов ветвей впадин при их выходе к центральной площадке торцевой поверхности выталкивателя, что также создает повышенное сопротивление радиальному течению металла в этой области торцевой поверхности выталкивателя.

Угол скоса передней кромки поперечного профиля впадин выталкивателя к донной поверхности, составляющий 30°-40° к донной поверхности, является оптимальным, так как угол скоса передней кромки поперечного профиля впадин выталкивателя к донной поверхности, составляющий менее 30° к донной поверхности, существенно увеличивает площади контактных поверхностей профиля впадин выталкивателя, что повышает тормозящее действие сил трения радиальному перемещению металла, а угол скоса передней кромки поперечного профиля впадин выталкивателя к донной поверхности, составляющий более 40° к донной поверхности, создает повышенное сопротивление деформации при затекании металла во впадину (Теория обработки металлов давлением / И.Я. Тарновский и др. - М.: Госиздат по черной и цветной металлургии, 1963. - С. 409).

Предложенное изобретение поясняется чертежом, где на фиг. 1 показано начало процесса выдавливания тонкостенных полых изделий; на фиг. 2 изображена схема использования выталкивателя для радиальной подачи металла посредством спиралевидных впадин на его торцевой поверхности; на фиг. 3 - схема выдавливания тонкостенных полых изделий при вращении выталкивателя; на фиг. 4 представлено полученное изделие. На фиг. 2 круговой линией со стрелкой показано направление вращения используемого выталкивателя. Круговые линии со стрелками, направленные против часовой стрелки вдоль спиралевидных впадин, показывают направление смещения секундных объемов металла в зону формирования стенки изделия. На фиг. 3 круговой линией со стрелкой показано направление вращения используемого выталкивателя.

Способ выдавливания тонкостенных полых изделий реализуют следующим образом.

Заготовку 1 подают в матрицу 2 и размещают на торцевой поверхности 3 выталкивателя 4, имеющего возможность вращательного движения (фиг. 1). При этом используют выталкиватель 4 со спиралевидными радиально расположенными впадинами 5 глубиной, уменьшающейся к центру до получения плоской центральной площадки 6, с выходом внешних концов 7 ветвей к кромке 8 торцевой поверхности 3 выталкивателя 4 к точкам 9, равнорасположенным по окружности 10 торцевой поверхности 3 (фиг. 2), и с выходом внутренних концов 11 ветвей к окружности центральной площадки 6 поверхности 3, равной 0,2-0,3 диаметра выталкивателя 4. Поперечный профиль 12 спиралевидной впадины 5 выполняют с задней стенкой 13 высотой 0,6-0,8 мм, коаксиальной оси 14 выталкивателя 4, с донной поверхностью 15 шириной 2-3 мм, перпендикулярной оси 14, и с передней кромкой 16, скошенной под углом 30-40° к донной поверхности 15 (фиг. 1).

При деформировании заготовки 1 пуансоном 17 в зону формирования 18 стенки 19 изделия 20 смещают посредством выталкивателя 4 секундный объем металла, равный таковому, который подают пуансоном 17 в очаг деформации согласно выражению (1) (фиг. 3).

После формирования изделия 20 его выталкивают из матрицы 2 посредством выталкивателя 4.

Реализация предлагаемого способа выдавливания тонкостенных полых изделий с использованием выталкивателя, которому придают возможность вращательного движения, и на торцевой поверхности которого выполняют радиально расположенные спиралевидные впадины, позволяющие существенно повысить их подающую металл в зону формирования стенки изделия способность, по сравнению с реализацией способа выдавливания тонкостенных полых изделий, выбранного в качестве прототипа, с прямолинейными радиально расположенными впадинами выталкивателя, которому придают возможность вращательного движения, обеспечивает рациональный расход технологической смазки и развития пластической деформации металла в подпуансонной области заготовки. В зону формирования стенки изделия посредством выталкивателя смещают секундный объем металла равный таковому, который подают пуансоном в очаг деформации, в результате чего снижаются неравномерность деформации и технологическое усилие формирования тонкостенных полых изделий.