Виды штампов для обжима трубных заготовок. Формоизменяющие операции листовой штамповки. Обжим и раздача. Обжим концов труб по сфере. Обжиме концов длинных труб

30. Типовые конструкции штампов для вытяжки деталей с фланцем, ступенчатой и конической формы.

С фланцем:

Типовая конструкция вытяжного штампа со складкодержате-лем 2, действующим от буфера универсального пресса, приведена на рис. 229, а. Передаточным звеном между буфером~пресса и складкодержателем служат буферные шпильки /. Готовая деталь удаляется из матрицы 4 в конце подъема ползуна через выталкиватель 5 и толкатель 6. Если дно штампуемой детали плоское и расположено перпендикулярно оси вытяжки, то при сомкнутом штампе между выталкивателем 5 и верхней плитой 3 оставляется зазор z, т. е. допускается работа без «жесткого» удара.

Процесс преобразования листовой заготовки в полую с применением складкодержателя сопровождается сложным нагру-жением материала особенно в зоне фланца. Фланец испытывает тангенциальное сжатие от сжимающего напряжения а, (рис.229,6), что является главной деформацией материала этой зоны, радиальное растяжение от растягивающего напряжения о г и

формообразования.

Конической формы:

Вытяжка низких конических деталей обычно вып-ся за 1 операцию, но осложняется тем, что ст. деформации заготовки невелика (за исключением мест, прилегающих к закругленным кромкам пуансона), вследствие чего вытяжка «распружинивает» и теряет свою форму. Поэтому надо увеличить давление прижима и

Рис. 229. Вытяжка полого стакана с прижимом заготовки

создать в деформируемой заготовке значит-е растягив-е напряж-я, превышающие предел упругости

материала, посредством примен-я матрицы с вытяжными ребрами (рис. 134, а).

На рис. 134, б показан другой способ вытяжки неглубоких, но широких конусов (ламповых рефлекторов), производимой в штампе с коническим прижимом. Вытяжка такого типа деталей хорошо осущ-ся также гидравлической штамповкой. Вытяжка конических деталей средней глубины в большинстве случаев производится за 1 операцию. Лишь при малой относительной толщине заг-ки, а также при наличии фланца треб-ся 2 или 3 операции вытяжки. При штамповке деталей из сравнит-но толстого материала (S/D)100>2,5, с

небольшой разницей диаметральных р-ров, вытяжка может происходить без прижима, аналогично вытяжке цилиндрических деталей. В данном случае необходима калибровка в конце рабочего хода глухим ударом. При изготовлении тонкостенных конических деталей со значит. разницей диаметров дна и верха вначале вытягивают более простую округленную форму с поверхностью, равной поверхности готовой детали, а затем в калибровочном штампе получают окончат. форму. Технологические расчеты переходов здесь те же, что и при вытяжке цилиндрических деталей с фланцем. mn = dn /dn-1 , dn и dn-1 – диаметры текущей и предыдущей вытяжек.

Ступенчатой формы:

Особый интерес представляет сдвоенный процесс, сочетающий обычную вытяжку с выворотной.

Большой эффект приносит выворотная вытяжка при штамповке деталей ступенчатой формы. Характерным примером является многопереходный процесс штамповки глубоких деталей типа фар для автомобилей. Вначале вытягивается цилиндр или полусфера, а затем в противоположном направлении (выворотно) осуществляется дотяжка заготовки с получением заданной формы изделия.

Схемы выворотной (реверсивной) вытяжки

31. Типовые конструкции штампов для отбортовки.

Отбортовочные штампы могут быть разделены на две группы: штампы без прижима заготовки и штампы с прижимом заготовки. Штампы без прижима заготовки применяются лишь при отбор-товке крупных изделий, где нет опасения перетяжки заготовки во время отбортовки. Полного зажима заготовки обычно можно достичь применением отбортовочных штампов второй группы с сильным прижимом.

На рис. 207, а представлен отбортовочный штамп с нижним прижимом, действующим от резинового буфера 1, помещенного под штампом, который передает давление через шайбу 2 и стержни 3 на прижимную пластинку 5. При опускании верхней части штампа заготовка 6, уложенная на пластинке 5 так, что отбортовочный пуансон 4 верхним своим выступом входит в предварительное отверстие, сначала зажимается матрицей 7, а затем уже отборто-вывается. Выталкивание изделия из верхней части штампа после отбортовки можно осуществить при, помощи обычного жесткого выталкивателя (стержня), действующего от самого пресса, или, как показано на рисунке, при помощи пружин 9 и выталкивателя 8.

При отбортовке более крупных изделий вместо резинового буфера или пружины лучше применять пневматические или гидропневматические устройства.

На рис. 207, б изображен подобный штамп с верхним прижимо для отбортовки отверстия в муфте сцепления трактора. Здесь прижим изделия 4 осуществляется при опускании верхней части штампа пластиной 3, находящейся под действием шестнадцати пружин 2, расположенных по окружности вокруг отбортовочного пуансона 1.

Прижим кольцевой части материала снизу в процессе отбортовки и последующее выталкивание изделия из матрицы 5 после отбортовки производится выталкивателем 6, получающим движение через стержни 7 от нижней пневматической подушки пресса.

32. Типовые конструкции штампов для раздачи.

Конструкция штампа для раздачи зависит от требуемой степени деформации, которая

характеризуется коэффициентом раздачи Кразд . Если Кразд > Кразд. предел . , когда местная потеря устойчивости исключена, то применяют простой открытый штамп с коническим пуансоном

(для свободной раздачи) и нижним цилиндрическим фиксатором по внутреннему диаметру трубной заготовки, который закреплен на нижней плите штампа.

При более высоких степенях деформации,

когда Кразд < Кразд.прел . применяют штампы со скользящим внешним подпором (рис. 1).

Рис 1. Штампы для раздачи концов трубчатых заготовок со скользящим внешним подпором.

Штамп состоит из верхней плиты 1 и закрепленных на ней конического пуансона 2 и стержневых толкателей 3. На нижней плите 7 закреплена цилиндрическая опорная оправка 5, диаметр которой D равен наружному диаметру трубной заготовки. По оправке перемещается подпорная втулка 4, опирающаяся на пружины 6. Когда втулка находится в верхнем положении (показано на рисунке штриховой линией), заготовка устанавливается на заплечик оправки 5, причем заготовка выступает из втулки на

(0,2-0,3) D.

При опускании верхней части штампа конический пуансон входит во внутрь заготовки и начинает раздавать ее.

Одновременно толкатели 3 нажимают на подпорную втулку 4 (сжимая пружины 6) и перемещают ее по оправке вниз, давая этим возможность пуансону осуществить полную раздачу трубной заготовки до

требуемых размеров. При обратном ходе пружины 6 поднимают втулку 4 вверх вместе с отштампованной деталью.

Операция в основном предназначена для увеличения диаметра цилиндрической заготовки для

стыковки труб. Оптимальный угол раздачи 10300 .

			Рис 2.1-пуансон, 2-втулка, 3-толкатель, 4-
			стержень выполн-ий роль опоры. В штампах где
			нет вероят-ти потери усто-ти применяют
			штампы без поддержки свободной части
			заготовки.

Если диаметр исходной полой цилиндра d0 , то наибольший диаметр d1 , до которого можно осуществить раздачу (Рис 3).

d1 ,=Kразд * d0 , где Kразд – коэффициент раздачи зависящий от относительной толщины

заготовки. s/d0 =0,04 Kразд =1,46 s/d0 =0,14 Kразд =1,68. Толщина материала при раздачи уменьшается. Наименьшую толщину в месте наибольшего растяжения определяют по

формуле. s1 = s √ 1/ Kразд

Раздачу можно осуществлять на краях полой заготовки или на ее средней части в штампах с разъемными матрицами, эластичными средами и другими способами.

Размеры заготовки для раздачи определяют исходя из равенства объемов заготовки и детали без учета изменения толщины металла.

Рис 3. а- эластичным пуансоном. б- в разъемных матрицах.

33. Типовые конструкции штампов для обжима.

Штампы для обжима подразделяются на две группы: штампы для свободного обжима и штампы с подпорами заготовки. Штампы первой группы имеют лишь направляющие устройства для трубчатой или полой заготовки, без внутренних или наружных подпоров, вследствие чего возможна потеря устойчивости при обжиме. Для предотвращения потери устойчивости заготовка за одну операцию получает такое формоизменение, при котором потребная сила обжима будет меньше критического.

Рис. 1. Схемы штампов для свободного обжима концов – деталей.

На рис. 1 показаны две схемы штампов свободного обжима: на первом штампе производится обжим конца трубы 3 (рис. 1, а) в неподвижной матрице а на втором штампе обжим горловины

на полом изделии 3 (рис. 1, б) осуществляется подвижной матрицей 1, закрепленной на верхней плите штампа при помощи матрицедержателя 5. Для фиксации заготовки имеется цилиндрический поясок или на матрице /, или на плите 4. Удаление деталей производится выталкивателем 2, работающим от нижнего или от верхнего буфера. Длина обжатой части устанавливается изменением величины хода пресса.

На рис. 2, а представлена схема штампа с наружным подпором; в нем

часть заготовки, не подвергающаяся обжиму, охватывается наружной обоймой 2, предотвращающей потерю устойчивости и выпучивания заготовки наружу. Благодаря этому в таких штампах можно дать большую степень деформации, чем в штампах без подпоров. Для облегчения установки заготовок и удаления обжатых деталей из обоймы 2, она делается разъемной; в нерабочем состоянии она разжимается пружинами 1. Смыкание обоймы вокруг заготовки производится при перемещении верхней части штампа вниз клиньями 4. Для удаления обжатой детали из матрицы 5 в штампе предусмотрен выталкиватель 3, действующий от пружины 6 или от поперечины в ползуне пресса.

Имеются также штампы со скользящей наружной обоймой, подпирающей заготовки по всей недеформированной ее части.

На рис. 2, б и в изображены штампы для обжима концевой части трубы или полой заготовки по сфере, снабженные наружным (рис. 2, в) или наружным и внутренним (рис. 2, б) подпорами заготовки.

Рис. 2. Схемы штампов для обжима концов деталей с подпорами Эти штампы позволяют за одну операцию произвести значительные формоизменения,

благодаря чему снижается количество операций при многооперационной штамповке. В штампе, предназначенном для обжима концевой части трубы (рис. 2, б), трубная заготовка устанавливается в зазор между наружной скользящей обоймой 2 и внутренним стержнемоснованием 3, на котором имеется ступенька для опоры торца заготовки. В отверстие стержня 3 запрессован вкладыш, имеющий сферическую головку, по которой обжимается заготовка. В штампе для обжима полой заготовки (рис. 2, в) вкладыш 6 отсутствует. Заготовка устанавливается по обойме 2 и стержню-основанию 3.

При ходе ползуна пресса вниз матрица 1 перемещает скользящую обойму 2 вниз, производит обжатие заготовки по сфере. Обойма действует от нижнего буфера через стержни 4, скользящие в нижней плите 5. Выталкивание детали производится при ходе пресса вверх вкладышем 6, также соединенным с нижним буфером.

Операция широко используется для производства гильз. Оптимальный угол конусности 15-200 . Особенностью штампов яв-ся необходимость обеспечивать устойчивость заготовки в процессе обжима. Штампы делятся : 1.без подпора заготовки 2. с подпором заготовки. Без подпора используется редко и для относительно толстостенных заготовок.

Возможность обжима цилиндрических заготовок за одну операцию орпед-ся коэфф. обжима

d ,=Kобж * D , где Kразд – коэффициент раздачи зависящий от конструктивных особенностей штампа и рода материала. Таблица 5.

Kобж зависит и от относительной толщины материала. Для мягкой стали (α=200 ).- s/D=0,02 Kобж

0,8 ; s/D=0,12 Kобж =0,65 .

С уменьшением угла конусности значение Kобж уменьшается. Толщина стенки в месте обжима ввиду сжатия металла увеличивается. Наибольшую толщину в месте наибольшего сжатия определяют по формуле.

s1 = s √ 1/ Kобж

34. Конструирование штампов с рабочими элементами из твердого сплава.

Тв. Сплав - это керамика (не метал) карбид W. Тв. сплавы обладают повышенной склонностью к разрушению, поэтому только при соблюдении специальных конструкторскотехнолочических требований возможна надежная работа штампов с рабочими элементами из твердых сплавов, так называемых твердосплавных штампов, и повышение их стойкости в десятки и сотни раз по сравнению со штампами со стальными рабочими элементами. Современные конструкции твердосплавных штампов должны обеспечивать по сравнению со стальными повышенную жесткость, более точное и надежное направление верхней части штампа по отношению к нижней, максимальное приближение оси хвостовика к центру давления штампа, долговечность и надежность узлов съема и упругих элементов, повышенную износостойкость направляющих полосы, возможно большее число переточек и отсутствие концентрации напряжения по твердому сплаву.

Повышенная жесткость и прочность плит достигается увеличением их толщины. Для матриц с размером в плане 350х200 мм рекомендуется толщина нижней плиты 100-120 мм. Нижнюю и верхнюю плиты и плиту пакета изготавливают из стали 45. Эти плиты подвергают термообработке до твердости 30-35 HRC. Отклонение от плоскостности основания матрицы и прилегающей к нему поверхности нижней плиты штампа, а также тыльной части пуансонов с пуансонодержателем и прилегающей к ней поверхности верхней плиты (или промежуточной подкладной плиты) не должно превышать 0,005 мм. Несоблюдение этого требования может снизить стойкость штампа в несколько раз.

Винты для твердосплавных штампов изготавливают из стали 45, после чего их подвергают термообраб-ке. Следует учитывать, что даже незначительное растяжение винтов приводит к понижению стойкости твердосплавных штампов.

Более точное и надежное направление верхней части твердосплавного штампа по отношению к нижней по сравнению со стальным досгается применением напрвляющих качения (не менее 4). Рекомендуемый натяг в шариковых направляющих качения 0,01-0,015 мм. В некоторых случаях применяют натяг 0,02,-0,03 мм. Повышение натяга приводит к уменьшению стойкости направляющих. Однако натяг целесообразно повышать при вырубке тонкого материала толщиной до 0,5 мм или при работе на изношенном прессовом оборудовании. Стойкость направляющих качения составляет 10-16 млн. рбочих циклов в зависимости от величины натяга. Колонки и втулки изготавливают из стали ШХ15. После термообр. Их твердость 59-63 HRCэ . Направляющие качения применяют при вырубке материала толщиной до 1,5мм.

Устранение концентрации напряжений в твердом сплаве достигается округленней углов в окнах матриц радиусом 0,2-0,3 мм (за исключением рабочего угла в окне шагового ножа штампа последовательного действия) и определением толщины матрицы, минимальной ширины ее стенки и расстояния между рабочими окнами на основе соответствующих расчетов.

Обеспечение долговечности и надежности элементов съема н направления полосы достигают за счет армирования съемников закаленными стальными пластинами и твердосплавными элементами, применения твердосплавных направляющих стержней и отлипателей для направления и подъема полосы, использования новых конструкций съемников. Наиболее распространены два типа отлипателей: обеспечивающие направление полосы при движении ее над матрицей (рис. 1 а) и не обеспечивающие его (рис. 1, б). Применение последних требует наличия в штампе отдельных элементов для направления полосы.

Подвижные съемники в большинстве случаев выполняют на направляющих качения. Наибольшей жесткостью обладают направляющие, если колонки жестко закреплены на съемнике (рис. 2). Чтобы избежать перекосов, возникающих из-за наличия на ленте заусенцев, съемник не прижимают к ленте; зазор между ним и лентой состав-лист 0,5-0,8 мм (рис. 3).

При вырубке деталей из материала толщиной свыше 0,5 мм применяют, как правило,

штампы с неподвижным съемником. Детали, вырубленные в этих штампах, по плоскостности незначительно уступают полученным в штампах с подвижным съемником, так как вырубка происходит при острых рабочих кромках пуансонов и матриц. Повышение жесткости пуансонов достигается уменьшением их длины до минимально допустимой и применением ступенчатых пуансонов. Необходимо, чтобы пуансон был надежно закреплен в пуансонодержателе. Как правило, толщина пуансонодержателя должна быть не менее 1 /3 высоты пуансона.

Конструкции рабочих деталей штампов. Конструкции твердосплавных штампов во многом зависят от методов изготовления основных формообразующих деталей, в частности матриц. Наиболее распространены два метода обработки матриц: алмазное шлифование и

О П И С А Н И Е ()664722

ИЗОБРЕТЕН И Я

Союз Советских

Социалистических

Д. Н. Корнеев (71) Заявитель (54) ШТАМП ДЛЯ ОБЖИМА ТРУБЧАТЫХ ЗАГОТОВОК

Изобретение касается обработки металлов давлением и может быть использовано при штамповке деталей преимущественно из тонколистовых материалов.

Известны штампы для обжима, состоящие из нижней части, размещенной на столе пресса, и верхней обжимной матрицы с установленным концентрично внутри нее подпружиненным выталкивателем (1).

Заготовку помещают в нижнюю часть, а обжим производится верхней матрицей за удар пресса, готовая деталь из верхней части матрицы выталкивается подпружиненным выталкивателем. Недостаток известного штампа заключается в том, что им можно обжимать детали лишь с относительно толстыми стенками. Отношение толщины материала к диаметру обжимного контура при обжиме в известном штампе обусловлено и, во избежание образования складок, оно не должно превосходить определенных значений.

Известно, что этот недостаток частично устраняется в штампе для обжима полых заготовок, содержащем соосно установленные пуансон, обойму для наружного подпора заготовки, матрицу, оправку и выталкиватель, Оправка выполнена в виде смонтированных на пуансоне и концентрично установленных втулок из эластичного ма териала, и на выталкивателе установлен профилированный вкладыш, входящий в отверстие внутренней втулки оправки. Недо5 статок такого штампа в том, что им можно обжимать лишь полые сквозные заготовки без дна (2).

Известен и другой штамп для обжима тонкостенных заготовок, содержащий осно10 вание, матрицу и средство прижима, включающее эластичный пуансон с пуансонодержателем, эластичный буфер. Матрица выполнена в виде двух соосно расположенных частей, одна из которых смонтирована на

15 основании и подпружинена в осевом направлении, а другая установлена концентрично пуансону с возможностью осевого перемещения вместе с ним, при этом эластичный буфер размещен по оси штампа меж20 ду пуансонодержателем и другой частью матриц и имеет ббльшую жесткость, чем эластичный пуансон (3).

Штамп работает следующим образом.

Заготовка устанавливается в нижнюю часть матрицы. При движении ползуна пресса вниз обе части матрицы смыкаются, эластичный пуансон, сжимаясь, заполняет все пространство матрицы, прижимая заготовку к стенкам матрицы. При дальнейшем движении ползуна верхняя часть мат664722 рицы обжимает заготовку, а пуансонодержатель прп этом перемещается вверх, сжимая эластичный буфер.

Данное устройство является наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату.

Однако давление, с которым эластичный пуансон прижимает заготовку к стенкам матрицы, меняется на всей длине хода ползуна пресса, достигая своего максимального значения в конце хода. Оно не регулируется и, в конечном итоге, зависит от жесткости и габаритных размеров эластичного буфера.

Технологические возможности штампа ограничены при обжиме полых деталей, имеющих дно. При обжиме детали без дна, обжатая заготовка в начале движения верхней части штампа вверх прижимается к матрице эластичным пуансоном до тех пор, пока эластичный пуансон не примет первоначальную форму. При обжиме стенок сосуда, имеющего дно, все давление, которое создает эластичный буфер внутри заготовки, воспринимается стенками сосуда. Это обстоятельство позволяет обжимать лишь достаточно прочные сосуды, способные выдерживать давление, создаваемое при обжатии.

Целью изобретения является расширение технологических возможностей штампа, а именно обеспечение возможности обжима сосудов с относительно тонкими стенками и имеющих дно без образования складок за счет обеспечения возможности регулирования усилия прижима пуансона.

Указанная цель достигается тем, что известный штамп снабжен гидроцилиндром, корпус которого выполнен в матрице по ее оси, а поршень связан с эластичным пуансоном, и гидроаккумулятором, соединенным с подпорш невой полостью гидроцилиндра.трубопроводом с клапаном, регулирующим давление жидкости.

Наличие гидравлики позволяет регулировать с помощью клапанов давление внутри штампа (усилие прижима) в необходимой степени и снимать это давление, сообразуясь с технологической целесообразностью, чего невозможно сделать в известных штампах.

На чертеже изображен штамп в разрезе, причем левая от оси половина чертежа изображает штамп в открытом положении, а правая — в закрытом.

Штамп состоит из обжимной матрицы 1, укрепленной на ползуне пресса, с помещенным внутри нее поршнем 2, внизу которого укреплен пуансон 3 из эластичного материала. Пространство над поршнем сообщено трубопроводом 4 с гидроаккумулятором 5 через обратный клапан 6 и регулируемый клапан 7. Нижняя часть штампа, установленная на столе пресса, состоит из подвижной обоймы 8, подпружиненной пру5

65 жинами 9, и неподвижного основания 10, на которос устанавлпвастся заготовка 11.

Штамп работает следующим образом.

Заготовка 11 устанавливается в подвижную обойму 8 на основание 10. При движении ползуна пресса вниз пуансон 3 касается дна заготовки, деформируется и заполняет собой полость заготовки. Обжимная матрица 1 нижней кромкой касается обоймы 8 и при дальнейшем движении вниз эластичный пуансон заполняет всю полость заготовки 11 и конуса обжимной матрицы 1 до того, как основание конуса матрицы коснется верхней кромки заготовки. Давление над поршнем 2 возрастает в прсдслах регулировки клапана 7, и поршень 2 остается на месте. Г1рп дальнейшем движении ползуна вниз давление над поршнем 2 резко возрастает, и жидкость, преодолевая усилие пружины клапана 7, перетекает в гидроаккумулятор 5. Поршень 2 движется вверх, и конус матрицы 1 обжимает стенку заготовки 11.

Когда ползун займет крайнее нижнее положение, воздействием со стороны на клапан 7 сбрасывается давление над порш нем 2, под действием эластичного пуансона

3 поршень 2 перемещается вверх, а эластичный пуансон частично освобождает полость изделия. При движении ползуна пресса вверх поршень 2 перемещается вниз под давлением гидроаккумулятора 5. Кидкость в пространство над поршнем поступает через обратный клапан 6. Деталь 11 эластичным пуансоном 3 выталкивается из обжимной матрицы.

Существенным моментом для конструкции штампа является возможность регулировать давление прижима и сбрасывать это давление в тот момент, когда давление внутри заготовки воспринимается матрицей.

Оба эти обстоятельства в совокупности расширяют технологические возможности штампа, позволяют обжимать тонкостенные детали, которые в настоящее время изготавливаются с помощью ротационной вытяжки и, в конечном итоге, обеспечивают повышение производительности труда на этих операциях.

Формула изобретения

Штамп для обжима трубчатых заготовок, содержащий смонтированную на основании обойму, матрицу и установленный соосно матрице прижимной эластичный пуансон, отличающийся тем, что, с целью обеспечения возможности регулирования усилия прижима пуансона, он снабжен гидроцилиндром, корпус которого выполнен в матрице по ее оси, а поршень гидроцилиндра связан с эластичным пуансоном, а также гидроаккумулятором, соединенным с надпоршневой полостью гидроцилиндра трубопроводом с клапаном, регулирующим давление жидкости

Составитель И. Капитонов

Техред Н. Строганова

Корректоры: Л. Орлова и А. Галахова

Редактор В. Кухаренко

Заказ 82812 Изд. № 337 Тираж 1034 Подписное

НПО Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1I3035, Москва, Я-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Листовая штамповка, атлас схем, М., Машиностроение, 1975, стр. 115, рис. 308.

PAGE 124

ЛЕКЦИЯ № 17

Формоизменяющие операции листовой штамповки. Обжим и раздача

План лекции

1. Обжим.

1.1. Основные технологические параметры обжима.

1.2. Определение размеров исходной заготовки.

1.3. Определение потребной силы при обжиме.

2. Раздача.

2.1. Основные технологические параметры раздачи.

2.2. Определение размеров исходной заготовки.

3.3. Конструкции штампов.

1. Обжим

Обжим представляет собой операцию, при помощи которой производится уменьшение поперечного сечения открытого конца предварительно вытянутого полого изделия или трубы.

При обжиме открытый конец полой заготовки или трубы вталкивается в воронкообразную рабочую часть матрицы, имеющую форму готового изделия или промежуточного перехода (рис. 1). Кольцевая матрица имеет рабочую полость с прямолинейной, наклонной к оси симметрии или криволинейной образующей.

Рисунок 1- Схема процесса обжима

Если обжим ведут в свободном состоянии, без противодавления заготовки снаружи и изнутри, пластически деформируется лишь ее участок, находящийся в полости матрицы, остальная часть деформируется упруго. Обжимом получают горловины цилиндрических бидонов, баллоны аэрозольной упаковки, различные переходники трубопроводов, горловины гильз и др. изделия.

1.1. Основные технологические параметры обжима

Деформируемая часть заготовки при обжиме находится в объёмно деформированном и объемно-напряженном состоянии. В меридиональном и в окружном направлениях присутствуют сжимающие деформации и, сжимающие напряжения, в радиальном направлении (перпендикулярном образующей) растягивающие деформации и сжимающие напряжения кольцевых элементов полой заготовки. Если участь, что внутренняя поверхность полой заготовки при обжиме не нагружена, а при относительно тонкостенной заготовке мало по сравнению с, то можно принять, что схема напряженного состояния будет плоской – двухосное сжатие в меридианном и в окружном направлениях. Вследствие этого происходит некоторое утолщение стенок у края изделия.

Деформация при обжиме оценивается коэффициентом обжима, который представляет собой отношение диаметра заготовки к среднему диаметру деформированной ее части:

Величина утолщения может быть определена по формуле:

где – толщина стенки заготовки, мм;

– толщина стенки у края изделия после обжима, мм;

– диаметр полой заготовки, мм;

– диаметр готового изделия (после обжима), мм;

– коэффициент обжима.

Для тонких материалов ( 1.5 мм) отношения диаметров считают по наружным размерам, а для более толстых – по средним диаметрам. Коэффициенты обжима составляют для стальных изделий 0,85 – 0,90; для латуни и алюминия – 0,8- 0,85. Предельным коэффициентом обжима

Считают такой, при котором начинается потеря устойчивости заготовки и образования на ней поперечных складок. Предельный коэффициент обжима зависит от рода материала, величины коэффициента трения и угла конусности обжимной матрицы.

где - предел текучести материала;

П- линейный модуль упрочнения;

 - коэффициент трения;  = 0,2 -0,3;

 - угол конусности матрицы.

Оптимальный угол конусности матрицы при хорошей смазке и чистой поверхности заготовки составляет 12…16  , при менее благоприятных условиях трения – 20…25  .

Число обжимов можно определить по формуле:

Между операциями обжима обязателен отжиг. Размеры детали после обжима увеличиваются вследствие распружинивания на 0,5…0,8 % от номинальных размеров.

Обжим осуществляется в условиях неравномерного сжатия в осевом и окружном направлениях. При определенных критических значениях сжимающих напряжений  и  происходит локальная потеря устойчивости заготовки, завершающаяся складкообразованием.

А) б) в) г)

Рисунок 2 – Возможные варианты потери устойчивости при обжиме: а), б) – образование поперечных складок; в) образование продольных складок; г) пластическое деформирование дна

Следовательно, критическое значение коэффициента обжима регламентируется локальной потерей устойчивости. Для предотвращения образования складок при обжиме внутрь заготовки вводится расправочный стержень.

Критический коэффициент обжима, точность размеров деталей, получаемых обжимом, существенно зависит от анизотропных свойств материала заготовки. С увеличением коэффициента нормальной анизотропии R предельный коэффициент обжима увеличивается (K = D / d )*** K = d / D – меньше, т.к. при этом увеличивается сопротивление стенок заготовки утолщению и выпучиванию. Следствие плоскостной анизотропии при обжиме – образование фестонов на краевом участке обжатой заготовки. Это требует последующей обрезки и, следовательно, повышенного расхода материала.

Угол наклона образующей матрицы для обжима имеет оптимальное значение, при котором меридиональное напряжение минимально, при

 .

Если  0,1, то=21  36  ; а если  0,05, то = 17  .

При обжиме в конической матрице с центральным отверстием краевая часть заготовки при переходе из конической в цилиндрическую полость изгибается (поворачивается) и затем по мере прохождения через неё снова приобретает цилиндрическую форму, то есть поочередно происходит изгиб и спрямление краевой части заготовки под воздействием изгибающих моментов. Существенное влияние на точность диаметра обжатой части заготовки оказывает радиус закругления рабочей кромки матрицы (рисунок). Это объясняется тем, что естественный радиус изгиба (краевой части) заготовки имеет вполне определённое значение, зависящее от толщины, диаметра заготовки, угла наклона образующей матрицы.

=  (2 sin  ) .

Толщина краевой части заготовки может быть определена по следующей формуле: =; где - основание натурального логарифма.

Рисунок 3 –Обжим в конической матрице с центральным отверстием

Если  , то элемент заготовки, перемещающийся из конической части очага деформации в образующийся цилиндр, теряет контакт с матрицей и диаметр цилиндрической части обжатой детали или полуфабриката уменьшается на, то есть.

Если, то указанное явление не происходит, а диаметр обжатой части заготовки соответствует диаметру рабочего отверстия матрицы.

Из выше сказанного следует, что радиус матрицы должен удовлетворять следующему условию:

а возможное изменение диаметра цилиндрической части обжатой детали может быть определено по формуле:

1.3. Определение размеров исходной заготовки

Высота заготовки, предназначенной для обжима, из условия равенства объёма может быть определена по следующим формулам:

в случае цилиндрического обжима (рис. 4 ,а)

в случае конического обжима (рис.4 ,б)

в случае сферического обжима (рис. 4 ,в)

0.25 (1+).

Рисунок 4 –Схема для определения размеров заготовки

1.4.Определение потребной силы при обжиме

Сила обжима складывается из силы, необходимой для самого обжатия в конической части матрицы , и силы, необходимой для изгиба (поворота) обжатой кромки до упора в цилиндрический поясок матицы

Рисунок 5 –Схема для определения силы обжима

Участок Оа соответствует силе, необходимой для подгиба кромки заготовки на угол конусности матрицы; весь участок Ов соответствует; участок вс соответствует силе; участок cd соответствует скольжению кромки заготовки по цилиндрическому пояску матрицы, силе обжима возрастает незначительно.

По выходе заготовки из матрицы сила несколько падает и становится равной силе при установившемся процессе обжима Робж.

Сила определяется по формуле:

=  1-  1+  +  1-  1+  3-2 cos  ;

где  -экстраполированный предел текучести, равный  .

Обжим осуществляется на кривошипных и гидравлических прессах. При работах на кривошипных прессах силу следует увеличивать на 10-15 

Если  = 0,1…0,2; то

S 4.7

Данная формула дает достаточно точный расчет при  10…30  ; ,1…0,2

Приближенно деформирующее усилие можно определить по формуле:

2.Операция раздачи

Операция раздачи, применяемая для получения различных деталей и полуфабрикатов, имеющих переменное поперечное сечение, позволяет увеличить диаметр краевой части полой цилиндрической заготовки или трубы (рис. 6).

В результате этого процесса происходит уменьшение длины образующей заготовки и толщины стенки в зоне пластической деформации, охватывающей участок с увеличенными поперечными размерами. Раздача осуществляется в штампе с помощью конического пуансона, который деформирует пустотелую заготовку в виде отрезка трубы, стакана, полученного вытяжкой, или сваренной кольцевой обечайки, внедряясь в нее.

А) б) в)

Рисунок 6. - Типы деталей, получаемых раздачей: а)

2.1. Основные технологические параметры раздачи

Степень деформации при технологических расчетах определяется коэффициентом раздачи, представляющим собой отношение наибольшего диаметра деформированной части изделия к исходному диаметру цилиндрической заготовки:

Наименьшая толщина заготовки находится у кромки получаемой детали и определяется по формуле:

Чем больше коэффициент раздачи, тем больше утонение стенки.

Критическая степень деформации регламентируется одним из двух видов потери устойчивости: складкообразованием у основания заготовки и появлением шейки, приводящей к разрушению - трещине, в одном или одновременно нескольких участках кромки деформированной части заготовки (рис. 7).

Рисунок 7 – Виды потери устойчивости при раздаче: а) складкообразование у основания заготовки; б) появление шейки

Появление того или иного видов дефектов зависит от характеристик механических свойств материала заготовки, ее относительной толщины, угла наклона образующей пуансона, условий контактного трения и условий закрепления заготовки в штампе. Наивыгоднейший угол – от 10  до 30  .

Отношение наибольшего диаметра деформированной части заготовки к диаметру исходной заготовки, при котором может возникнуть местная потеря устойчивости, носит название предельного коэффициента раздачи.

Предельный коэффициент раздачи может быть на 10…15% больше, чем, указанный в таблице 1.

В случае осуществления операции с подогревом заготовки может быть на 20…30% больше, чем без подогрева. Оптимальная температура нагрева: для стали 08кп – 580…600  С; латуни Л63 – 480…500  С, Д16АТ – 400…420  С.

Таблица 1 – Значения коэффициента раздачи

Материал	При
		0,45…0,35		0,32…0,28
		без отжига	с отжигом	без отжига	с отжигом
сталь 10			1,05	1,15
алюминий		1,25	1,15	1,20

Силу раздачи можно определить по формуле:

где С – коэффициент, зависящий от коэффициента раздачи.

При.

2.3. Определение размеров исходной заготовки

Длина заготовки определяется из условия равенства объема заготовки и детали, а диаметр и толщина стенки принимаются равными диаметру и толщине стенки цилиндрического участка детали. После раздачи конический участок детали имеет неравномерную толщину стенки, изменяющуюся от до.

Продольная длина заготовки может быть определена по следующим формулам:

1. при раздаче по схеме а) (рис.8):

Рисунок 8. – Схема расчета исходной заготовки

2. при раздаче по схеме б) в случае если радиусы изгиба заготовки при перемещении ее на коническую часть пуансона и сходе с нее равны друг другу и их значения соответствуют:

2.4. Конструкции штампов

Конструктивная схема штампа для раздачи зависит от требуемой степени деформации. Если степень деформации не велика и коэффициент раздачи меньше предельного, то местная потеря устойчивости исключена. В этом случае применяются открытые штампы без противодавления на цилиндрический участок заготовки.

При высоких степенях деформации, когда коэффициент больше предельного, применяют штампы со скользящей втулкой-подпором, создающим противодавление на цилиндрический участок заготовки (рис. 9).

Скользящая втулка 4 спускается вниз регулируемыми по длине толкателями 3, закрепленными на верхней плите 1, что исключает возможность пережима заготовки на участке контакта пуансона 2, заготовки и скользящей втулки 4. Применение штампа со скользящей втулкой – подпором позволяет повысить степень деформации на 25 – 30%.

Рисунок 9- Схема штампа для раздачи с противодавлением: 1-плита верхняя; 2-пуансон; 3—толкатели; 4-втулка скользящая; 5-оправка; 6-пружины; 7-плита нижняя

Предельную степень деформации при раздаче конусным пуансоном также можно повысить, если на кромке заготовки получить небольшой фланец шириной при внутреннем радиусе изгиба (рис. 10). При раздаче фланец воспринимает без разрушения более высокие окружные растягивающие напряжения, чем кромка заготовки без фланца. При этом предельная степень деформации увеличивается на 15 – 20%.

Рисунок 10 - Схема раздачи заготовки с небольшим фланцем

Раздача заготовок в штампах может производиться на механических и гидравлических прессах.

Размеры деталей из труб проверяют после каждой технологической операции. Допуски на отклонение размеров задаются чертежами и техническими условиями на поставку деталей.

Длину заготовки или детали после операции отрезки проверяют нормальным мерительным инструментом: линейкой, рулеткой, штангенциркулем и др.

Контроль фасонного среза концов труб можно выполнить концевыми или цельными шаблонами, которые надевают на трубу, аналогично шаблонам обрезки контура (ШОК).

При повышенных требованиях к качеству фасонного среза трубы для контроля изготавливают специальные плазы.

ЗАДЕЛКА КОНЦОВ ТРУБ

Развальцовка

Развальцовка концов труб является наиболее часто применяемой операцией при изготовлении разъёмных ниппельных соединений трубопроводов гидравлических и масляных систем самолёта. Развальцовку труб диаметром до 20мм с толщиной стенки до 1мм можно производить вручную конусной оправкой двумя способами. Для этого конец трубы зажимают в приспособлении поз.2 , состоящем из двух половин с гнездом по наружному диаметру трубы и конусной частью по форме развальцовки и по оправке поз.1 наносят несколько ударов молотком или вращают вручную оправку поз.3 до получения требуемых размеров конуса.

Развальцовку труб диаметром до 20мм с толщиной стенки до 1мм можно производить вручную конусной оправкой двумя способами. Для этого конец трубы зажимают в приспособлении 2 , состоящем из двух половин с гнездом по наружному диаметру трубы и конусной частью по форме развальцовки и по оправке 1 наносят несколько ударов молотком или вращают вручную оправку до получения требуемых размеров конуса. Однако при развальцовке этими способами сложно получить требуемую правильность и чистоту внутренней конусной поверхности. Эти качества особенно важны для ниппельных соединений, в которых герметичность создаётся без дополнительных уплотнений. Кроме того, указанные способы малопроизводительны. Поэтому концы труб более рационально развальцовывать на специальных трубо-развальцовочных станках. Сущность процесса развальцовки концов труб на станке состоит в получении конического

Раструба действием сосредоточенной силы изнутри трубы с помощью вращающегося инструмента.

При развальцовке происходит уменьшение исходной толщины стенки трубы S 0 до S 1 . Толщину стенки на краю развальцовки можно рассчитать по формуле

Где S 1 --- толщина стенки в торце раструба;

S 0 --- толщина стенки трубы в цилиндрической части;

D 0 --- наружный диаметр трубы до развальцовки;

D 1 --- наружный диаметр трубы после развальцовки. Развальцовку коротких труб производят на развальцовочных штампах.

Обжим концов труб

Трубы с обжатыми концами применяют в конструкции жёстких тяг управления самолётом. Схема процесса обжима показана ниже.

Под действием сжимающих сил Р происходит уменьшение диаметра с D 0 до d , утолщение стенки с S 0 до S 1 и удлинение трубы с L 0 до L 1 .

Существует два способа обжима концов труб. Первый способ. Обжим проталкиванием трубы в кольцевую матрицу. Схема штампа для обжима труб показана выше. Заготовку детали (трубу) поз.2 диаметром D 0 укладывают в матрицу поз.3, имеющую конусную заходную и калибрующую часть с диаметром d. При рабочем ходе ползуна пресса пуансон поз.1 фиксирует по наружному диаметру трубу и проталкивает её нижнюю часть в матрицу, обжимая конец трубы до диаметра d .

Предел уменьшения диаметра исходной трубы определяется потерей устойчивости (продольным изгибом) стенки не обжатой части и пластичностью материала. Потеря устойчивости наступает в момент, когда напряжение в материале достигает предела текучести. На устойчивость стенки трубы влияет отношение толщины трубы к наружному диаметру S 0 / D 0 .

Максимальная степень обжима труб определяется предельным значением коэффициента обжима Kобж, .

Для увеличения Kобж применяют подпор стенки трубы между матрицей и пуансоном, предотвращающий потерю устойчивости.

Хорошие результаты получаются при местном нагреве конца трубы, уменьшающем предел текучести материала в деформируемой части. Вследствие уменьшения давления на трубы потеря устойчивости наступает значительно позже. Этот способ особенно эффективен при обжиме труб из алюминиевых сплавов. В связи с высокой теплопроводностью этих сплавов нагревают не трубу, а матрицу; труба нагревается от контакта с матрицей.

Второй способ. Обжим в разъёмных штампах.

По первому способу длинные трубы обжимать не целесообразно, так как необходимы прессы с большой закрытой высотой, крупные штампы и специальные зажимы, предохраняющие трубу от продольного изгиба. Более широкое распространение имеет способ обжима концов особенно длинных труб на разъёмных штампах.Схема процесса показана.

Схема процесса обжима концов труб разъёмными матрицами.Поз.1 и 3 – верхний и нижний бойки штампа, поз.2 – труба, поз.3 – калибрующая оправка.

Верхний и нижний бойки поз. 1 и 4 штампа имеют рабочую часть, проточенную в сомкнутом состоянии и соответствующую форме обжатой части трубы. Бойки совершают частое возвратно-поступательное движение (вибрируют), обжимая конец трубы поз.2. Трубу постепенно подают в штамп до получения требуемой длины обжатой части.

В тех случаях, когда необходимо получить точный внутренний диаметр обжатой части трубы, внутрь вводят калибрующую оправку поз.3 и подают её в штамп вместе с трубой. После окончания процесса оправку вынимают из трубы. Преимущества процесса обжима концов труб в вибрационной разъёмной матрице следующие:

а) создаются более благоприятные условия для пластической деформации, чем при обжиме кольцевой матрицей;

б) осевое усилие трубы в штамп Q значительно меньше, чем в первом способе;

в) уменьшается количество переходов;

г) можно применять оправку, что позволяет получать калиброванный внутренний диаметр трубы без последующей механической обработки.

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано для изготовления деталей из трубчатых заготовок. Штамп содержит матрицу, пуансон, прижим, верхнюю и нижнюю обоймы. Верхняя обойма выполнена с рабочей поверхностью, внутренний диаметр которой равен наружному диаметру трубчатой заготовки. Штамп содержит вкладыш из пластичного металла с диаметром, равным внутреннему диаметру трубчатой заготовки. Нижняя обойма выполнена с нерабочей полостью, диаметр которой равен диаметру вкладыша из пластичного металла, а высота равна длине трубчатой заготовки. Между верхней и нижней обоймами размещена фильера с калиброванным отверстием. При этом вкладыш из пластичного металла совместно с фильерой выполнен с возможностью их переворота. Повышается производительность за счет многократного использования вкладыша. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Рисунки к патенту РФ 2277027

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано для изготовления деталей из трубчатых заготовок.

Известен штамп для изготовления деталей из трубчатых заготовок (авторское свидетельство SU №797820, МКИ B 21 D 22/02, 1981), содержащий вкладыш, матрицу, пуансон и направляющую втулку. Недостатком известного штампа является конструктивная сложность составного пуансона и трудоемкость удаления обжатой заготовки из полости матрицы.

Наиболее близким к предлагаемому штампу по технической сущности и назначению является штамп для вытяжки (авторское свидетельство SU №863075, МКИ B 21 D 22/02, 1980 г.). Штамп содержит пуансон, матрицу с рабочей полостью, заполненной пластичным металлом, прижим и втулку с нерабочей полостью и калиброванным отверстием, размещенную в рабочей полости матрицы. При этом калиброванное отверстие втулки сообщается с полостью матрицы. Недостатком известного штампа является то, что после формообразования изделия на данном штампе необходимо проводить операцию по отделению и удалению из втулки пластичного металла, что требует переналадки штампа в течение рабочего процесса.

Задачей изобретения является повышение производительности работы штампа без ухудшения качества готовых изделий за счет возможности многократного использования вкладыша из пластичного металла без дополнительной операции по отделению и удалению его из полости штампа и переналадки его в течение рабочего процесса.

Для решения этой задачи штамп, содержащий матрицу, пуансон и прижим, в отличие от прототипа, снабжен верхней и нижней обоймами. Верхняя обойма выполнена с рабочей полостью, внутренний диаметр которой равен наружному диаметру трубчатой заготовки D, в которой размещен вкладыш из пластичного металла с диаметром, равным внутреннему диаметру d обрабатываемой заготовки. Нижняя обойма выполнена с нерабочей полостью, диаметр которой равен диаметру d вкладыша из пластичного металла, а линейный размер по высоте равен длине L трубчатой заготовки. Благодаря воздействию усилия на вкладыш из пластичного металла (например, свинца) обеспечивается радиальное противодавление, что препятствует образованию круговых волн (гофров) на трубчатой заготовке и утолщению стенок как в зоне формообразования, так и в зоне подпора. Между верхней и нижней обоймами расположена фильера с калиброванным отверстием. Вкладыш из пластичного металла и фильера выполнены с возможностью совместного переворота их на 180° в осевом направлении. После переворота вкладыша совместно с фильерой процесс возобновляется без дополнительных подготовительных работ. Кроме того, конструктивно предусмотрена сменность фильер с отличными параметрами калиброванного отверстия. За счет этого можно регулировать величину противодавления внутри трубчатой заготовки.

Изобретение поясняется графическими материалами, где на фиг.1 представлен штамп для изготовления деталей из трубчатых заготовок перед началом работы; на фиг.2 - то же после окончания обжима.

Предлагаемый штамп содержит матрицу 1, пуансон 2, верхнюю обойму 3, внутренний диаметр которой равен внешнему диаметру D трубчатой заготовки 4. В заготовку 4 установлен вкладыш 5 из пластичного металла (например, свинца) с диаметром d, равным внутреннему диаметру обрабатываемой заготовки. Штамп содержит также нижнюю обойму 6, фильеру 7 и прижим 8. Диаметр нерабочей полости нижней обоймы 6 равен диаметру d вкладыша из пластичного металла, а линейный размер по высоте равен длине трубчатой заготовки L.

Штамп работает следующим образом. В нижнюю обойму 6 вставляют вкладыш из пластичного металла 5 с фильерой 7, устанавливают заготовку 4 и верхнюю обойму 3, а затем пуансон 2 и матрицу 1. При рабочем ходе матрицы 1 и пуансона 2 вкладыш из пластичного металла 5 через калиброванное отверстие в фильере 7 выдавливается в полость нижней обоймы 6, при этом верхняя часть трубчатой заготовки 4 проталкивается в рабочую полость, образуемую между матрицей 1 и пуансоном 2, в результате чего происходит обжим трубчатой заготовки. После окончания обжима трубчатой заготовки прижим 8 возвращает верхнюю обойму 3 в исходное положение. После получения и съема готовой детали для повторения процесса обжима трубчатых заготовок вкладыш 5 из пластичного металла вместе с фильерой 7 удаляется из нижней обоймы, переворачивается на 180° и вновь устанавливается в штампе, закладывается новая трубчатая заготовка, и процесс обжима повторяется. При необходимости изменить величину противодавления, оказывающего влияние на качество формообразования обжимаемой трубчатой заготовки, достаточно заменить фильеру с другим параметром калиброванного отверстия.

Использование предлагаемого изобретения позволяет без дополнительной переналадки штампа вести формообразование деталей. Возможность использования сменных фильер с разными калиброванными отверстиями позволяет изменять величину противодавления в штампе и получать детали с заданной распределенной толщиной стенок, получаемых из трубчатых заготовок с различными геометрическими и механическими параметрами.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Штамп для обжима трубчатых заготовок, содержащий матрицу, пуансон и прижим, отличающийся тем, что он снабжен верхней и нижней обоймами, верхняя обойма выполнена с рабочей поверхностью, внутренний диаметр которой равен наружному диаметру трубчатой заготовки, и вкладышем из пластичного металла с диаметром, равным внутреннему диаметру трубчатой заготовки, нижняя обойма выполнена с нерабочей полостью, диаметр которой равен диаметру вкладыша из пластичного металла, а линейный размер равен длине трубчатой заготовки, фильерой с калиброванным отверстием, расположенной между верхней и нижней обоймами, при этом вкладыш из пластичного металла совместно с фильерой выполнен с возможностью их переворота.

2. Штамп по п.1, отличающийся тем, что фильера выполнена сменной, с различными диаметрами калиброванного отверстия.