Штамп для изготовления изделий из труднодеформируемых материалов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК ЯО 1016014 А зсмэ В 21 1 5/04; В 21 1 13/02 ИЯОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ 1 К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(72) Ю. Д. Пашин и Ю. В. Баранов (71) Саратовский ордена Знак Почета институт механизации сельского хозяйства им. М. И. Калинина(54) (57) 1. ШТАМП ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ТРУДНОДЕФОРМИРУЕМЫХ МАТЕРИАЛОВ, содержащий контейнер с камерой высокого давления, состоящей из двух полостей неравного поперечного сечения, сообщенных между собой посредством каналов, и входящие в камеру с противоположных сторон контейнера плунжеры, а также размещенный внутри контейнера деформирующий инструмент, отличающййся тем, что, с целью снижения энергозатрат, упрощения конструкции и повышения надежности в работе, контейнер выполнен с внутренней поперечной перегородкой и установлен с возможностью осевого перемещения относительно плунжеров, две упомянутые полости камеры высокого давления образованы перегородкой контейнера, а деформирующий инструмент установлен в полос 1 ти меньшего поперечного сечения.2. Штамп пс и. 1, отличающийся тем, что каналы для сообщения полостей выполнены в перегородке контейнера.3. Штамп по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что деформирующий инструмент установлен на перегородке контейнера.= - (5 - з) ГСВ Я Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при изготовлении изделий сложнойформы из труднодеформируемых, малопластичных материалов,Известен штамп для изготовления изделий из труднодеформируемых материалов,содержащий контейнер с камерой высокогодавления, состоящей из двух полостей одинакового сечения, сообщенных между собойпосредством выполненных в контейнере каналов, расположенный в контейнере плавающий плунжер и закрепленный на немдеформирующий инструмент 11.Недостатками известного штампа являются высокие нагрузки при деформировании заготовки, поскольку 30 - 40 ОЙ затрачиваемого усилия расходуется на преодоление трения плавающего плунжера о стенки контейнера; сложность конструкции итрудность извлечения изделия из штампа.Известен штамп для изготовления изделий из труднодеформируемых материалов,содержащий контейнер с камерой высокогодавления, состоящей из двух полостей неравного поперечного сечения, сообщенныхмежду собой посредством каналов, и входящие в камеру с противоположных сторонконтейнера плунжеры, а также размещенный внутри контейнера на подвижном плунжере деформирующий инструмент, Известный штамп обеспечивает плавное регулирование давления жидкости в процессе деформирования заготовки 2.Недостатками данного штампа являютсяповышенные энергозатраты на осуществление его работы, поскольку значительная частьнагрузки затрачивается на преодоление трения подвижного плунжера о стенки контейнера; сложность конструкции и связанное сэтим отсутствие достаточной надежностиштампа в работе.Цель изобретения - снижение энергозатрат, упрощение конструкции и повышениенадежности штампа в работе. Поставленная цель достигается тем, что в штампе для изготовления изделий из труднодеформируемых материалов, содержащем контейнер с камерой высокого давления, состоящей из полостей неравного поперечного сечения, сообщенных между собой посредством каналов, и входящие в камеру с противоположных сторон контейнера плунжеры, а также размещенный внутри контейнера деформирующий инструмент, контейнер выполнен с внутренней поперечной перегородкой и установлен с возможностью осевого перемещения относительно плунжеров, две упомянутые полости камеры высокого давления образованы перегородкой контейнера, а деформирующий инструмент установлен в полости меньшего поперечного сечения,5 10 15 20 ;5 .30 .35 40 Каналы для сообщения полостей могут быть выполнены в перегородке контейнера.Деформирующий инструмент, в частности, может быть установлен на перегородке контейнера.На фиг. 1 показан вариант штампа при получении полого изделия прошивкой; на фиг. 2 - вариант штампа при получении изделия осадкой заготовки в матрице (высадкой); на фиг. 3 - вариант штампа для формовки полой детали из листовой заготовки.Штамп содержит (см, фиг. 1) контейнер высокого давления 1, разделенный внутренней поперечной перегородкой 2 на две полости А и Б, сообщенные между собой каналом 3, проложенным в теле контейнера, и запираемые плунжерами 4 и 5. Полости А и Б образуют в совокупности камеру высокого давления, Площадь 5 поперечного сечения верхнего плунжера 5 и полости А меньше площади поперечного сечения 5 нижнего плунжера 4 и полости Б. Внутри контейнера в полости А находится деформирующий инструмент 6.Когда деформирующий инструмент 6, сочлененный с верхним плунжером 5, еще не упирается в заготовку 7, расположенную на перегородке 2, весь объем контейнера 1 (обе его полости) заполнен жидкостью (например, маслом) под давлением, созданным за счет сжатия плунжеров осевым усилием Г, прикладываемым от пресса. В этом случае на контейнер 1 из-за разности ( б - з) вверх действует усилие 1 определяемое сосв,отношением За счет этого при приложении внешнего усилия (от плунжера пресса) к верхнему плунжеру 5 последний перемещается вниз, выталкивая часть жидкости из верхней полости в нижнюю через перепускной канал 3, вследствие чего контейнер 1 поджимается вверх по плунжеру 4. Из этого следует, что при осевом сдавливании системы прессом в рассматриваемом случае верхний плунжер или инструмент 6, с ним сочлененный, может совершать работу против сил упруго- пластической деформации (равно как и против сил трения, возникающих при этом), например, твердого деформируемого тела (заготовки 7), помещенной между перегородкой 2 и инструментом 6; при этом также одновременно во всем объеме жидкости создается гидростатическое давление всестороннего сжатия (на фиг. 1 показано маленькими стрелками), способствующее деформированию заготовки и снижению сил трения.Свободное перемещение вверх контейнера 1, о котором шла речь при выводе соотношения (1), продолжается до упора3формующего инструмента 6 в заготовку 7. При этом выполняется соотношение баланса сил Ы = м(в - Ьз) + РзЬз(2) Простое преобразование соотношения (2) даетр 2 2- - = 1 + - = 1 + -;г (4)Рд ЬьТаким образом, при заданном 6, варь 30 ируя величины Р и д, можно добиться необ ходимого соотношения между давлением жидкости и давлением пуансона на заготовку. Из соотношения (3) и (4) получается для величины усилия 1 = Р Ьз, действующе-го на заготовку, следующее выражение1 = Г(1 - з ) = Г(1 - : - ) (5) При деформации заготовки 7 усилие 1 = Р Ьь раскладывается на две составляю О щие: 1 у= Рр Ьз -усилие деформирования и 1 ж - силИе, противодействующее давлению жидкости и совершающее работу против гидравлических сил, давящих на заготовку. На основании этого 1 у+ 1,х -- Ьз(Р + Р),т.еР = Р+Ъ ЯМ ЕЧздесь Р - удельное усилие (давление),определяющее, собственно, деформирование заготовки. Из соотношений (4) и (6) следует, что давление Ру, идущее на деформирование заготовки, выражается через геометрические параметры схемы таким образом где 3 = хО /4; з =я-,д/4, Ьз, - площади поперечного сечения нижнего плунжера 4 (с диаметром Р); верхнего плунжера 5 (с диаметром д) и пуансона . В случае деформирующего инструмента в форме цилиндрического пуансона (с диаметром ЬЬ з = -- 64 Р - давление жидкости в контейнере 1; Рз - удельное давление пуансона на заго- товку;зВ равенстве (2) слева стоит величина усилия Г, действующего со стороны жидкости на нижний плунжер 4, Г = Р 5, а справа от знака равенства - суммарное усилие, действующее на верхний плунжер со стороны жидкости и заготовки, равное посуществу той же величине силы Г, развяваемой прессом.Отсюда также ясно, что 4Штамп работает следующим образом, Заготовку 7 помещают на перегородку 2 контейнера высокого давления 1, надвинутого на нижний с уплотнением 8 плунжер 4 с диаметром О, стоящий на столе пресса, Возможны варианты, когда заготовка 7 помещается в матрицу, предварительно расположенную на перегородке 2. Далее в контейнер 1 в обе его сообщающиеся полости А и Б заливают рабочую жидкость, например, масло. В верхнее отверстие контейнера 1 вставляют с уплотнением 9 плунжер 5 с диаметром 4, сочлененный с деформирующим инструментом 6, например пуансоном диаметром 6. В осевом направлении прикладывают на плунжер 5 внешнее усилие Г от пресса. В силу того, что 0 д, и соотношения (1) контейнер 1 передвигается вверх, а масло из верхней полости А через канал 3 выталкивается в нижнюю полость Б, происходит сближение заготовки 7 с инструментом 6. После того, как инструмент 6 приходит в контакт с заготовкой 7, в контейнере 1 высокого давления между давлением Р и удельным давлением Р пуансона на заготовку устанавливается соотношение, определяемое равенством (4), а на.заготовку действует со стороны инструмента 6 усилие 1, направленное против сил выдавливания, создаваемых сжатой жидкостью, и определяемое равенством (5). При этом в ходе деформирования заготовки излишек жидкости из верхней полости А продожает через канал 3 перераспределяться в нижнюю полость Б с одновременным движением контейнера вверх, причем в ходе деформирования всю массу заготовки локализуют внутри полости А, запираемой плунжером 5 меньшего диаметра, т. е. препятствуют выходу массы заготовки за пределы стенок полости А, так что конец заготовки 7, который противоположен деформирующему инструменту 6, неизменно перемещают со скоростью, совпадающей со скоростью перемещения контейнера 1 (или матрицы),Возможен вариант штампа для изготовления изделия осадкой деформирующим инструментов 6 (плоским бойом) цилиндрической заготовки 7 в матрице 10 с получением детали типа болта с конической головкой. В перегородке 2 выполнено большое отверстие 11, перекрываемое опорной шайбой 12, на которой и располагается матрица 10. Отверстие 11 предназначено для прохождения через него выталкивателя 13, который служит для более оперативного извлечения изделия с .матрицей 10 из полости А после штамповки; в ходе деформирования заготовки выталкиватель неподвижен, обжат уплотнением 14 и упирается своим нижним концом в выталкиватель пресса, либо в неподвижную задвижку. В рассматриваемом случае перепускной канал 3, соединяющий полости А и В контейнера 1, образован каналом в перегородке 2, а также1016014 5системой проточек и фасок на наружной поверхности матрицы 10 и опорной шайбы 12.При необходимости таких каналов может быть проложено несколько (как, впрочем, и в варианте, показанном на фиг. 1).В случае деформирования осадкой подЬь во всех выражениях (2 - 7) следует пони. мать площадь поперечного сечения заготовки (а под Ь - диаметр цилиндрической заготовки) или площадь контакта деформируемого инструмента 6 (бойка) с заготовкой 7.В описываемом штампе удельное усилие деформирования должно превосходить силы давления жидкости, т. е. 1 ф)Р,. Вместе с тем возможен и такой вариант, когда Р,) Ьь,поскольку именно в этом случае обеспечивается нахождение всего объема заготовки в состоянии пластичности.Во всех рассмотренных случаях реализации технического решения возможен вариант, когда заготовка (с матрицей) и деформирующий инструмент (пуансон) поменены местами, т. е. пуансон расположен. на перегородке 2, а матрица (с заготовкой) сочленена с плунжером 5.Выше были рассмотрены реализации предлагаемого изобретения как при прошивке, так и при осадке заготовки: в принципе возможна его реализация в любой комбинации этих двух основйых видов деформирования. Так, например, возможен вариант, когда используется заготовка 7 диаметром, превышающим внутренний диаметр матрицы 10 и проталкивается вниз инструментоне,либо одновременно прошивается им(в случае цилиндрического пуансона с диаметром менее внутреннего диаметра матрицы 10) с получением детали типа втулки.На фиг. 3 представлен вариант штампадля формовки изделия типа стакана излистовой заготовки. В этом случае в матрице 10 и перегородке 2 имеется также дополнительное технологическое отверстие 15,препятствующее запиранию рабочей жидко 10 сти между матрицей и телом деформируемойдетали. Такого рода отверстия могут предусматриваться и в других схемах формообразования деталей особо сложной формы,когда создается угроза запирания рабочейжидкости, при этом матрица может быть нетолько цилиндрической, но и конической,иметь фасонный профиль, а деформирующийинструмент 6 снабжаться выступами, оребрениями и т. п.В случае горячего гидропрессования вкачестве рабочей жидкости может быть применен расплавленный металл (например,олово) или смесь порошка графита с жидким стеклом и т. п,Предлагаемый штамп прост по конструкции, достаточно надежен в работе, а придеформировании заготовки не требуетсядополнительной нагрузки на преодолениетрения всей боковой поверхности плунжерао стенки контейнера. Извлечение изготовленного изделия из штампа осуществляетсядостаточно просто выталкивателем 13 безразборки контейнера..Кес СоставителТехред И. ВТираж 686дарственногоизобретенийЖ - 35, Раушнт, г. Ужгоро Редактор Н. ГорватЗаказ 32759ВНИИПИ Госупо делам13035, москва,Филиал ППП Пате бельников Корректор А. Ильи Подписное комитета СССРоткрытий ская наб., д. 415 д ул Проектная 4