Результат интеллектуальной деятельности: Способ вырубки деталей из листовых многослойных материалов с центральным металлическим слоем и утолщенными наружными эластичными слоями

Техническое решение относится к области обработки металлов давлением, и может быть использовано для вырубки многослойных деталей, полуфабрикатов с центральным металлическим слоем и утолщенными (относительно центрального металлического слоя) наружными эластичными слоями из листового материала и мерных заготовок.

Известен способ чистовой вырубки, пробивки круглых деталей из листовых заготовок (а.с. №1393505, Богоев B.C., Тимощенко В.А., МПК⁶ B21D 35/00, 1975), в котором на заготовку воздействуют эластичным пуансоном, а матрица имеет кольцевой клиновой выступ, непосредственно осуществляющий отделение отхода. Отличительной особенностью данного способа является то, что, с целью снижения трудоемкости процесса и повышения качества изделий за счет исключения шероховатой зоны скола, выдавливание и осадку отхода осуществляют непрерывно до полного отделения детали сдвигом, при этом осуществляют местную упругую деформацию инструмента в зоне осадки.

Известен способ (а.с. №475193, Бадыров O.К., МПК⁶ B21D 28/10, 1975) вырезки деталей из листовых заготовок, заключающийся в том, что материал прорезают по контуру получаемой детали, а затем вырезают и в процессе вырезки прилагают силу прижима. В данном способе клиновые кольцевые выступы выполнены на пуансоне и прижиме. Отличительной особенностью данного способа является то, что, с целью получения скругленных кромок на обоих торцах вырезанной детали, для прорезки, вырезки и прижима прилагают одинаково направленные усилия к одной плоскости заготовки, при этом силу прижима прилагают по линии прорезки прилежащему к ней участку материала, находящемуся вне контура получаемой детали.

Основным общим недостатком данных изобретений является невозможность с их помощью изготавливать плоские круглые и кольцевые в плане детали из многослойных материалов, имеющих центральный несущий металлический слой и наружные эластичные слои.

Известен способ (RU 2483824, Панфилов Г.В., Судаков П.В., Власов К.В., МПК⁸ B21D 28/00, 2013) вырубки деталей из листовых многослойных материалов с центральным металлическим слоем и наружными эластичными слоями, включающий прижим листового многослойного материала к матрице, предварительное прорезание наружных слоев пуансоном и матрицей, выполненных с клиновыми кольцевыми выступами, путем внедрения в наружные слои до упора в центральный металлический слой с обеспечением прижима листового многослойного материала в зоне последующего отделения отхода и последующую вырубку детали пуансоном, при этом клиновые кольцевые выступы прижима и матрицы имеют внутренний угол 3-7°, внешний угол 40-60°, опорную площадку при вершине - 1-3 мм и наименьшую высоту, составляющую 0,95-0,65 от исходной толщины соответствующих наружных слоев. Данный способ вырубки принимается за прототип.

Недостатком этого способа является невозможность изготовления трехслойных уплотнительных деталей с наружными эластичными или хрупкими слоями, имеющими увеличенную толщину относительно центрального металлического слоя.

Задачей предлагаемого способа является расширение технологических возможностей применения операции вырубки применительно к листовым многослойным материалам с центральным металлическим слоем, имеющим утолщенные наружные эластичные слои, и повышение качества их изготовления.

Способ вырубки деталей из листового многослойного материала с центральным металлическим слоем и наружными эластичными слоями большей толщины, включающий прорезание верхнего эластичного слоя посредством внедрения в него вырубного пуансона, выполненного с глухой цилиндрической полостью глубиной 0,65-0,85 толщины верхнего эластичного слоя до его касания с центральным металлическим слоем и упругое сжатие верхнего эластичного слоя посредством указанной глухой полости пуансона при перемещении всего листового многослойного материала, прорезание нижнего эластичного слоя посредством матрицы с кольцевым выступом до его касания с центральным металлическим слоем, жесткий прижим листового многослойного материала по металлическому слою к матрице посредством перемещения кольцевого прижима с толщиной стенки, не превышающий 2,2 Sм, и окончательную вырубку детали посредством вырубного пуансона при его дальнейшем перемещении, при этом глухую цилиндрическую полость в пуансоне выполняют с кольцевым выступом и фаской в его торцевой части с внутренним углом 8-12°, и торцевой площадкой, толщиной не менее 0,4 Sм, кольцевой выступ матрицы выполняют с толщиной стенки (1,8-3,5) Sм, с фаской в торцевой части указанного выступа с внешним углом 15-20° и опорной площадкой толщиной, равной 0,75 Sм, где Sм - толщина центрального металлического слоя.

На фиг. показана схема процесса вырубки деталей из листовых многослойных материалов с центральным металлическим слоем и утолщенными наружными эластичными слоями.

Сущность предложенного способа осуществляется по схеме процесса, в котором прижим 1 выполнен кольцевым, поскольку исполнение его в форме клинового выступа, как в прототипе, приведет к смятию и разрушению значительного, примыкающего к вырубаемой детали материала, что потребует делать существенно увеличенными перемычки при вырубке из листового материала. Вырубной пуансон 2 имеет на рабочем торце глухую цилиндрическую полость, сохраняющую при внедрении в трехслойную заготовку 3 утолщенный верхний наружный слой 4 вырубаемой детали от смятия и разрушения. Жесткий прижим листового многослойного материала к инструменту перед вырубкой осуществляется по центральному металлическому слою 5, при этом нижний эластичный слой 6 листового многослойного материала предварительно прорезают кольцевым выступом 7, выполненным на матрице 8.

Способ осуществляется следующим образом. Предварительно вырубной пуансон 2 внедряют в верхний эластичный слой 3 до касания с центральным металлическим слоем 5, при этом весь листовой многослойный материал опускается вниз и кольцевой выступ 7 на торцевой части матрицы 8 прорезает нижний эластичный слой 6 также до касания с центральным металлическим слоем. За счет установленной глубины глухой цилиндрической полости в пуансоне 2, верхние наружные эластичные слои 4 изготавливаемой детали также дозировано упруго сжимаются, способствуя повышению ее качества. Следующим перемещением верхнего кольцевого прижима 1 жестко прижимают листовой многослойный материал по центральному металлическому слою 5 к матрице 8. Дальнейшим перемещением пуансона 2 окончательно осуществляют операцию вырубки.

Технический результат обеспечивается тем, что глубина глухой цилиндрической полости в вырубном пуансоне 2 составляет в зависимости от свойств материала верхнего эластичного слоя 4 трехслойного уплотнителя. Создаваемые при этом внутренние напряжения существенно снижают склонность центрального металлического слоя 5 к изгибу в зоне среза в направлении перемещения пуансона 2, разрушающему в этой зоне эластичные слои и искажающему форму уплотнителя в целом.

Толщина стенок полости пуансона 2 назначается в зависимости от толщины и материала центрального металлического слоя 5 и материала пуансона. Она должна обеспечивать требуемую стойкость пуансона при вырубке и колеблется в диапазоне

У торца вырубного пуансона 2 наносится фаска под углом 8≤δ₁≤12°. Она обеспечивает менее дефектное поджатие верхнего эластичного слоя 4 в радиальном направлении и, соответственно, более качественную торцовую поверхность изготавливаемого трехслойного уплотнителя. При этом толщина рабочей торцовой площадки вырубного пуансона 2 должна быть t_P≥0,40S_м.

Толщина стенок кольцевого прижима 1 составляет Угол фаски 15≤δ₂≤20°, при этом толщина опорной площадки прижима 1 должна быть t₀≥0,75S_м

Высота кольцевого выступа 7 на матрице 8 составляет 0,65S_н.с.≤h_к.в.≤0,85S_н.с. в зависимости от свойств материала нижнего эластичного слоя 6 уплотнителя. Это способствует минимизации искажения формы остающейся части заготовки. Толщина стенок кольцевого выступа 7 на матрице 8 обеспечивает его необходимую прочность и стойкость при соотношении 1,8S_м≤t_к.в.≤3,5S_м. Угол фаски в торцевой части выступа 15°≤δ₀≤20°, при этом толщина опорной площадки выступа 7 должна быть t_к.в.≥0,75S_м

Пример. Проведены экспериментальные исследования по установлению рациональных геометрических размеров инструмента, заготовок и деталей, вырубаемых по данному способу. Их результаты позволяют утверждать, что с помощью предлагаемого способа рационально вырубать из многослойных листовых материалов круглые в плане заготовки, полуфабрикаты и детали с наружным диаметром 30≤D≤150 мм, толщиной металлического слоя 0,3≤S_м≤3,0 мм и толщиной наружных эластичных слоев 4,5S_м≤S_в.с.=S_н.с.≤8,5S_м.

В частности установлено, что при вырубке трехслойных уплотнителей из нержавеющей стали типа 30ХГСА, имеющих геометрические размеры: наружный диаметр D=80 мм, толщина центрального металлического слоя S_м=0,8 мм, толщина наружных эластичных слоев S_в.с.=S_н.с.=4 мм наиболее рациональным являлся инструмент со следующими размерами.

Глубина глухой цилиндрической полости в вырубном пуансоне составляла Толщина стенок полости пуансона У торца вырубного пуансона наносилась фаска под углом δ₁=10° таким образом, что толщина рабочей торцовой площадки вырубного пуансона была равна t_P≥0,3 мм. Толщина стенок кольцевого прижима принималась равной Угол фаски на кольцевом прижиме - δ₂=15°, при этом толщина опорной площадки прижима составляла t_O=0,6 мм. Высота кольцевого выступа на матрице - h_к.в.=3,2 мм. Толщина стенок кольцевого выступа на матрице составляла t_к.в.=1,8 мм. Угол фаски выступа на матрице - δ₂=15°, при эхом толщина опорной площадки выступа соответствовала t_O=0,6 мм.

Указанные геометрические размеры обеспечили изготовление трехслойных уплотнителей с центральным металлическим слоем и утолщенными (относительно него) наружными эластичными слоями требуемого (техническими условиями на изготовление) качества. В результате использования предлагаемого способа расширились технологические возможности применения операции вырубки из многослойного материала, и повысилось качество изготавливаемых деталей.