Инструмент для прессования

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союа СоветскикСоциапистическикРеспублик н 1 М 4 6714(22) Заявлено 13.10,80 (21) 2992866/25-27 Р 1)М К з В 21 С 25/00 В 21 С 26/00 с присоединением заявки Но -Государственный комитет СССР но делам изобретений н открытий(23) Приоритет -Опубликована 300782, Бюллетень М 2 28 РЙ УДК 621. 777. .07(088.8) Дата опубликования описания 30.07.82 72) Авторы изобретени И.Батурин, А.В.Гусев, В.Г.Шелков 71 Заявител НСТРУМЕНТ ДЛЯ ПРЕССОВАНИЯ влен- поло разэлемен цен ненно мещен ЗО тов,Изобретение относится к обработ металлов давлением, а именно к конструкциям пресс-шайб для прессования металлов и сплавов непрер ным или полунепрерывным методом. Известен инструмент для прессования, содержащий пресс-штемпель и соосно прикрепленную к его торцу пресс- шайбу, выполненную вогнутой в сторону пресс-штемпеля и установленную в выполненном на торце последнего уг лублении с образованием увеличивающе" гася к периферии зазора И .Недостаток данной пресс-шайбы за-, ключается в малой стойкости прессового инструмента, так как упругий элемент (в данном случае сама пресс- шайба) имеет сравнительно небольшую толщину и в частом контакте со стен ками втулки контейнера быстро изнашивается и перестает выполнятьсвои функции. В то же время рабочий торец пресс-штемпеля, имеющий коническое углубление, воспринимает в процессе работы, кроме продольных нормальных напряжений, еще и радиальные, направ" ленные от оси инструмента к перифе- " . рии, В результате пресс-штемпель подвергается интенсивному износу и его приходится перетачивать или заменять целиком.При приложении усилия прессования пресс-шайба воздействует на цилиндрическое тело крепежного болта 1отчего на поверхности последнего возникают сжимающие, а при.обратном ходе - растягивающие напряжения. Этоможет послужить причиной обрыва болтового крепления пресс-шайбы к прессштемпелю, Кроме того, при возможномзатекании металла заготовки в зазормежду головкой крепежного болта отпресс-остатка увеличивается износ 15 пресс-шайбы.Воздух, запертый. последующей заготовкой в полости, образованной головкой крепежного болта в пресс-остатке предыдущей заготовки, способ О ствует возникновению в пресс-иэделиях дефектов .в виде свищей и пузырей.Наиболее близким к предлагаемомуявляется инструмент для прессования, 25 содержащий заходящий в контейнерпресс-штемпель и соосно устаноиую пресс-шайбу с насадкой, вый в виде нескольких сооснных чашеобраэных упругихсопряженных между собой втральной части посредством стяжногоболта с конической головкой ( 2,Недостаток указанного инструментазаключается в том, что ввиду отсутствия зазора между чашеобразнымиупругими элементами насадка не может 5увеличивать свой внешний диаметр, таккак под равномерным давлением металла на всЮ чашеобраэную поверхностьпереднего упругого элемента прессшайба работает как единый жесткий 10элемент. Этим обусловлена ненадежность и неэффективность работы прессшайбы в режиме непрерывного прессования.Кроме того, затруднено выполнениеи сопряжение криволинейных поверхностей чашеобразных упругих элементов, а углубление (вогнутость) накорпусе пресс-шайбы (как и в предыдущем случае) создает предпосылки квозникновению в процессе прессованиякак продольных нормальных, так и ра-диальных напряжений, приводящих кбыстрому износу корпуса пресс-шайбыиз-за образования трещин,25Цель изобретения - увеличеййестойкости пресс-шайбы и пресс-штемпеля и повышение надежности работыпрессового инструмента в режиме непрерывного или нолунепрерывногоЗОпрессования.Поставленная цель достигается тем, что в инструменте для прессования, содержащем заходящийполость контейнера пресс-штемпель и соосно 35 установленную на нем пресс-шайбу с насадкой, выполненной в виде нескольких соосно размещенных чашеобразных элементов, сопряженных между собой в центральной части посредством стяж ного болта с конической головкой, упругие элементы размещены с образованием между ними периферийного зазора и выполнены с переменной увели чивающейся от центра к периферии толщиной, а поверхности их сопряжения выполнены коническими с увеличивающимися в сторону пресс-шайбы углами их образующих.Сопрягающаяся с пресс-шайбой поверхность насадки может быть выполнена плоской.Суммарная величина периферийных зазоров между упругими элементами равна557. Ь = (0,006-0, 008) Д где Д- диаметр полости контейнера,На обращенной к головке болта поверхности упругого элемента выполнена коническая впадина с углом наклона ее образующей, меньшим угла наклона образующей конической поверхности головки.Каждый упругий элемент насадки установлен с зазором по отношению к поверхности болта, увеличивающимся всторону пресс-шайбы,Выполнение упругих элементов переменной толщины необходимо для плавного перехода от конических поверхностей упругих элементов к плоскойповерхности пресс-шайбы. Насадка должна включать в себя не менее трехупругих элементов, так как при меньшем количестве толщина каждого изних становится слишком большой. Врезультате этого работа упругих элементов в условиях упругой деформацииусложняется, так как чем меньше толщина упругого элемента, тем лучше онработает в условиях упругой деформации.Выполнение поверхности пресс-шайбы плоской (с углом, равным 180 )наиболее оптимально, так как при этомна пресс-шайбу в процессе прессования воздействуют только нормальныенапряжения, направленные по оси инструмента, что исключает преждевреманный ее износ. Допускается изготовление пресс-шайбы с торцовой поверхностью, у которой угол большео180 . При этом на пресс-шайбу воздействуют и нормальные и радиальныесжимающие напряжения, но в этом случае усложняется конструкция упругихэлементов. При выполнении поверхности пресс-шайбы с углом меньше180 О в процессе прессования на неевоздействуют как нормалЬные, так ирадиальные растягивающие Напряжения,которые привоцят к разрушению прессшайбы.Выполнение зазоров между упругими элементами и пресс-шайбой увеличивающимися от центра к периферии необходимо для создания возможностиувеличения внешнего диаметра упругого элемента, контактирующего с заготовкой и поверхностью контейнерав процессе прессования. Наличие зазоров междукаждым упругим элементом ипресс-шайбой обеспечивает перераспределение упругой деформации на несколько упругих элементов, а следовательно, и повышение надежности работы устройства.Суммарная величина максимальныхзазоров Ь между упругими элементамина периферии инструмента не должнабыть меньше 0,006 Д , так как увеличение внешнего диаметра упругого элемента, контактирующего со стенкамиполости контейнера, в этом случаенезначительно, а это приведет к увеличению толщины "рубашки" и снижениюкачества пресс-изделий,Вместе с тем, при незначительномизменении внешнего диаметра упругого элемента после снятия давления и возврата пресс-штемпеля в исходное положение между поверхностями контейнера и упругого элемента, контактирующего с поверхностью контейнера, возникают силы трения большой величины, которые могут привести к отрыву крепежного болта и поломке упругого элемента. 5Выполнение увеличивающегося к оси инструмента зазора между упругим элементом и конической головкой стяжного болта исключает затекание металла между сопрягающимися поверхностями 10 этих деталей. Даже в случае выполнения соприкасающихся поверхностей конической головки стяжного болта и упругого элемента с одинаковыми углами в процессе прессования послед ний занимает-рабочее положение и между этими поверхностями образуется зазор, в который затекает металл.Этот металл затруднит возврат упругого элемента в исходное положение, в результате чего внешний диаметр упругого элемента неуменьшится или уменьшится не до исходного размера.При возврате пресс-штемпеля в исходное положение произойдет поломка инструмента.25В случае постоянного зазора между упругими элементами и цилиндрической поверхностью стяжного болта в процессе прессования, когда все упругие элементы займут свое рабочее положение, контактирующие цилиндрические поверхности упругих элементов со стороны пресс-шайбы будут воздействовать на цилиндирческую поверхность болта и создавать в нем сжимающие 35 напряжения, а при возврате инструмента после прессования в исходное положение - растягивающие напряжения, Создание знакопеременных нагрузок приведет к преждевременному разруше нию стяжного болта. Увеличение суммарной величины максимальных зазоров между упругими эле" ментами на периферии инструмента бо лее 0,008 Д также нецелесообразно, так как из-за малого зазора, образующегося в процессе прессования между поверхностью контейнера и внешним диаметром упругого элемента, произойдет нарушение "рубашки" контейнера, а следовательно, и снижение качества пресс-изделий. Вместе с тем увеличится износ поверхности упругого элемента, контактирующего с поверхностью контейнера, или произойдет заклинива ние упругого элемента в контейнере.На фиг.1 изображен инструмент до начала прессования, общий вид; на фиг.2 - то же, в момент прессования,Инструмент для прессования состо ит из пресс-штемпеля 1, на плоском торце которого соосно установлена пресс-шайба 2, сопрягающаяся своей ,плоской контактной поверхностью с насадкой, которая выполнена в виде 65 пакета чашеобразных упругих элементов З-б ограниченных на участкахвзаимного сопряжения коническими поверхностями, образующими с однойстороны каждого элемента выступ, а сдругой - впадину. У каждого упругого элемента величина угла при вершине конической поверхности выступапревышает соответствующую величинуугла впадины. Таким образом, все упругие элементы выполнены переменной толщины, увеличивающейся от центра к периферии, Вместе с тем угол при вершине конуса поверхности выступа каждого упругого элемента меньше, чем,угол при вершине конуса сопрягаемой с ним впадины другого упругого элемента. Следовательно, углы при вершине конических поверхностей выступов и впадин упругих элементов постепенно убывают в направлении от пресс-шайбы 2 до рабочего торца насадки, т.е. у прилегающего к пресс-шайбе упругого элемента 3 угол при вершине конической поверхности выступа является наибольшим и близким к 180 , а угол при вершине конической поверхности впадины крайнего (образующего торец насадки) упругого элемента б выполнен наименьшим из всех конических поверхностей упругих элементов.Упругие элементы 3-б отделены друг от друга и от пресс-шайбы 2 зазорами П, увеличивающимися от центра к периферии. Суммарная величина максимальных зазоров Ь на периферии инструмента определяется из соотношения;Е Ь = (0,006 - 0,008)Дкгде Д к -диаметр полости койтейнера экструзионного пресса.Диаметр торцового упругого элемента б превышает диаметр остальных упругих элементов, оставаясь меньше диаметра полости контейнера. Прн этом элемент б выполнен более массивным, чем другие упругие элементы,Упругие элементы З-б и пресс-шайба 2 имеют центральные сквозные отверстия, в которые пропущен стяжной болт 7, снабженный конической головкой с плоским торцом и жестко связывающий насадку и пресс-шайбу с пресс- штемпелем с помощью гайки 8,. Угол при вершине конуса головки болта 7 больше,чем у сопрягающейся с ней конической впадины наружного упругого элемента б. Тем самым коническая поверхность головки болта отделена от конической поверхности впадины упругого элемента б зазором, увеличивающимся от периферии к оси инструмента.Отверстия упругих элементов З-б выполнены коническими с образовани 94 б 714ем между каждым из них и цилиндрической поверхностью стержни стяжного болта 7 зазора, увеличивающегося в сторону пресс-шайбы 2.Инструмент работает следующим образом. 5При взаимодействии с прессуемой заготовкой во время совершения пресс- штемпелем 1 рабочего хода наружный упругий элемент б, а вслед за ним и остальные упругие элементы 3-5 пре терпевают упругую деформацию, При этом выбираются все. зазоры, существовавшие ранее между деталями инструмента, и упругие элементы 3-б входят в непосредственный контакт друг с другом и с головкой и стержнем болта 7, при этом прилегающий к пресс- шайбе 2 упругий элемент 3 опирается непосредственно на плоскую поверхность последней. За счет упругой деформации наружного упругого элемента б диаметр его увеличивается, приближаясь к диаметру полости контейнера пресса. Усилие прессования передается заготовке, которая в результате своей пластической деформации заполняет впадину, образованную конической поверхностью упругого элемента б и плоскостью торца головки болта 7, и начинает выдавливаться через. очко матрицы. При этом образуется 30 пресс-изделие заданной конфигурации и пресс-остаток с выступом в виде усеченного конуса. При обратном ходе пресс-штемпеля 35 1 чашеобразные элементы 3-б за счет собственной упругости восстанавливаютпервоначальную форму и размеры, пресс- штемпель с пресс-шайбой легко выходит из контейнера, не разрушая "ру башку", В контейнер загружают очередную заготовку и сообщают пресс- штемпелю рабочий ход. Под воздействием усилия пресс-штемпеля происходит взаимное пластическое деформирование 4 торца новой заготовки и выступа пресс-остатка предыдущей заготовки, в результате чего находящийся между ними воздух вытесняется перемещающимся металлом в направлении стенок полости контейнера, а оттуда выходит в окружающую атмосферу. В дальнейшем цикл идет в описанной последовательности.Выполнение упругих элементов переменного сечения и отделение их друг от друга зазорами, увеличивающимися от центра к периферии, способствует повышению надежности работы устройства за счет перераспределения упругой деформации на несколько элементов 60 составляющих насадку. Вместе с тем увеличение толщины каждого упругого элемента от центра к периферии обеспечивает дополнительный запас прочности наиболее нагруженных участков 65 насадки и, следовательно, повышает срок ее службы, в то время как выполнение плоским примыкающего к насадке торца пресс-шайбы увеличивает эксплуатационную стойкость последней.Ограничение участков сопряжения упругих элементов коническими поверхностями, у каждой последующей из которых в направлении от торца насадки к пресс-шайбе угол при вершине конуса выполнен большиМ, чем у предыдущей поверхности, позволяет добиться плавного перехода от конических контактных поверхностей упругих элементов к плоской опорной поверхности пресс-шайбы. При этом на пресс-шайбу в процессе прессования воздействуют только нормальные на.пряжения, направленные по оси инструмента. Кроме того, конические по- верхности упругих элементов обеспечивают снижение трудоемкости их изготовления путем механической обработки.В предлагаемом инструменте крепление на пресс-штемпеле насадки и пресс-шайбы с помощью стяжного болта более удобно и надежно, чем в прототипе. Выполнение увеличивающегося к оси инструмента зазора между наружным упругим элементом и конической головкой стяжного болта исключает затекание металла между сопрягающимися поверхностями этих деталей. В результате уменьшается усилие отрыва пресс- шайбы от пресс-остатка и снижается износ инструмента. Увеличивающийся в сторону пресс-шайбы зазор между каждым упругим элементом и цилиндрическим стержнем стяжного болта исключает образование сжимающих напряжений на поверхности болта и предотвращает его разрушение от знакопеременных нагрузок, попутно увеличивается и стойкость самих упругих элементов.Использование предлагаемого инструмента позволяет повысить срок службы пресс-шайбы примерно в два раза. В то же время сокращение простоев оборудования при замеНе износившегося инструмента способствует повышению производительности процесса прессования. Величину зазоров между упругими, элементами и примыкающими к ним другими деталями инструментального угла (стяжным болтом, пресс-шайбой) можно устанавливать постоянной или изменять в зависимости от намеченно" го приращения диаметра торцового упругого элемента при рабочем ходе пресс-штемпеля и для обеспечения свободного выхода его из контейнера при обратном ходе. Тем самым исключается нарушение оплошности "рубашки" при обратном хоДе пресс-штемпеля и, сле.довательно, улучшается качество прессованных изделий.Предлагаемый инструмент для прессования выполнен с четырьмя упругимиэлементами. Как показывают расчеты,насадка должна включать в себя не 5.менее трех упругих элементов. Толькоторцовый упругий элемент должен иметьрегламентированную толщину периферийного ободка, исключающую его быстрыйизнос от истирания в непосредствен- Оном контакте с полостью контейнера.Толщина остальных упругих элементов,не вступающих в контакт с контейнером, может быть выбрана произвольной,причем чем меньше, толщина упругого 15элемента, тем лучше он работает вусловиях упругой деформации и тем большее количество этих элементов входит в насадку.Следует отметить также, что выполнение инструмента в виде пресс-шайбыс насадкой не является обязательным,функции пресс-шайбы может выполнятьсама насадка, устанолвенная непо-.средственно на плоском торце прессштемпеля и выполненная в соответствиис изобретением,Формула изобретения301. Инструмент для прессования, содержащий заходящий в полость контей-" нера пресс-штемпель и соосно установленную на нем пресс-шайбу с насадкой, выполненной в виде несколь- З 5 ких соосно размещенных чашеобразных упругих элементов, сопряженных между собой в центральной части посредством стяжного болта с конической го-. ловкой; о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью повышения износостойкос-,ти инструмента, упругие элементы размещены с образованием между ними периферийного зазора и выполнены с переменной увеличивающейся от центрак периферии толщиной, а поверхностиих сопряжения выполнены коническимис увеличивающимися в сторону прессшайбы углами их образующих.2. Инструмент по п.1, о т л и -ч а ю щ и й с я тем, что сопрягающаяся с пресс-шайбой поверхность насадки выполнена плоской.3, Инструмент по пп.1 и 2, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что суммарная величина периферийных зазоровмежду упругими элементами равна:Ь = (Ок 006 - Ок 008)Д у.где Д - диаметр полости контейнера.4. Инструмент по п.1, о т л и -ч а ю щ и й с я тем, что на обращенной к головке болта поверхностиупругого элемента выполнена коническая впадина с углом наклона ее образующей, меньшим угла наклона образующей конической поверхности головки.5. Инструмент по п.4, о т л ич а ю щ и й с я тем, что каждыйупругий элемент насадки установлен сзазором по отношению к поверхностистяжного болта, увеличивающимся всторону пресс-шайбы,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРФ 593766, кл. В 21 С 25/О 1, 1978,2. Авторское свидетельство СССРВ 595975, кл. В 21 С 25/ОО, 1976946714 Составитель В.Волкжнина Техред А. Бабинец Корректор А.Дзятк ед писное П "Патент", г.ужгород, ул.Проектная Фил каз 5410/15 Тираж 845 ПодВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д.4/