Штамп для получения кольцевых деталей
Изобретение относится к области обработки металлов давлением, в частности к изготовлению колец подшипников из кольцевых (трубных) заготовок. Устройство для получения колец содержит двухступенчатый пуансон 1, бандажированную матрицу 2, выполненную с возможностью поочередной раздачи и выдавливания, и деформированные кольца 3, 4. Матрица имеет верхнюю часть с диаметром D, для раздачи колец и нижнюю часть с коническим калибрующим пояском диаметром d2, для запрессовки первого кольца и выдавливания последующих. Первая кольцевая заготовка 4 запрессовывается в матрицу прямым выдавливанием с наружным диаметром исходной заготовки примерно равным диаметру цилиндрической части матрицы и внутренним диаметром несколько большим диаметра пуансона. После выдавливания, верхний торец полуфабриката является опорой для следующей кольцевой заготовки 3. Затем, при перемещении пуансона 1 идет раздача заготовки 3, при дальнейшем продвижении пуансона 1 идет выдавливание заготовки 4 и запресовывание заготовки 3 в калибрующий поясок матрицы 2. Извлечение готового полуфабриката происходит автоматически, при движении пуансона вверх. Фиг.1
Полезная модель относится к области обработки металлов давлением, в частности, к изготовлению колец подшипников из кольцевых (трубных) заготовок.
Известен способ изготовления подшипниковых колец, в котором описано устройство, позволяющее изготавливать кольца методом раскатки с отделением штучных заготовок от трубы пластическим деформированием, роликовыми ножами с одновременной расточкой с целью ликвидации разностенности. При этом, каждому типоразмеру кольца соответствуют трубы определенного сортамента с заданными диаметрами и толщинами стенок (Ковка и штамповка. Справочник том 3 под ред. Г.А.Новроцкого Холодная объемная штамповка. М.: Машиностроение, 1987, 384 с. см. стр.82).
Недостатком данного устройства является большое количество типоразмеров потребляемых труб, отличающихся друг от друга не более чем на 10% по диаметру и толщине, что в конечном итоге сужает его технологические возможности.
Задачей, на решение которой направлена заявленная полезная модель, является расширение технологических возможностей, за счет сокращения количества типоразмеров потребляемых труб при изготовлении колец.
Поставленная задача решается посредством того, что в штампе для получения кольцевых деталей, содержащем соосно расположенные относительно друг друга бандаж, матрицу, и пуансон с оправочной частью и калибрующей частью, выполненной в форме конуса с заходным углом, согласно полезной модели, калибрующий диаметр пуансона выполнен равным в технологически регламентированных пределах внутреннему диаметру матрицы, при этом диаметр оправочной части пуансона составляет 0,74-0,8 от внутреннего диаметра матрицы, а угол 
<(0,34-0,75)
, где:
- угол конической части пуансона;
- угол конической части матрицы
Полезная модель поясняется чертежами, где:
- на фиг.1 - представлены первые два этапа получения колец с наружным диаметром и толщиной стенки d2, h2 из трубной заготовки с наружным диаметром и толщиной стенки d1, h1 , а именно прямое выдавливание первой кольцевой заготовки и раздача следующей трубной заготовки.
- на фиг.2 - показаны следующие два этапа получения колец с наружным диаметром и толщиной стенки d2, h2 из трубной заготовки с наружным диаметром и толщиной стенки d1, h1, а именно последующий обжим и выдавливание заготовки, подвергнутой раздаче.
Штамп содержит двухступенчатый пуансон 1, бандажированную матрицу 2. Диаметр пуансона 1 верхней цилиндрической части равен D диаметру матрицы 2 и входит в нее на скользящей посадке для раздачи и выдавливания полуфабриката, при этом диаметр оправочной части d больше внутреннего диаметра исходной заготовки. (d 1-h1<d) для раздачи кольцевой заготовки.
В матрице 2 выполнена цилиндрическая полость с диаметром D с коническим калибрующим пояском диаметром d2, большим, чем наружный диаметр d1 и обратным конусом в заходной части матрицы (вид А, правая часть на фиг.2) для удержания деформируемой выдавливанием заготовки и снятия готового полуфабриката с оправки.
Штамп работает следующим образом.
Первая кольцевая заготовка 4 деформируется в матрице 2 прямым выдавливанием по известной схеме с наружным диаметром исходной заготовки 4 примерно равным диаметру цилиндрической части матрицы 2 и внутренним диаметром несколько большим диаметра пуансона 1 (левая часть на фиг.1). При этом после выдавливания верхний торец полуфабриката 4 является опорой для следующей кольцевой заготовки 3, подвергаемой раздаче, обжиму и выдавливанию. Устойчивость процесса обеспечивается за счет того, что угол конической части пуансона 1 
15° меньше чем угол в заходной конической части матрицы 2 (
20°), осевая составляющая силы раздачи Рос меньше чем возможная сила обжима Pоб предыдущего полуфабриката, что предотвращает преждевременное проталкивание ранее выдавленного кольца. В том числе преждевременное проталкивание предотвращается за счет увеличение прочностных характеристик ранее выдавленного кольца 4. Пуансон 1 при ходе ползуна пресса вниз центрирует своей конической частью кольцо 3 и раздает его до наружного диаметра D и внутреннего диаметра d (правая часть на фиг.1). Угол конической части пуансона 1 а принимается меньше заходного угла матрицы на 10÷20°. При этом осевая составляющая Р ос силы раздачи будет меньше силы возможного обжима Р об полуфабриката 4 и его преждевременного проталкивания через матрицу. Последовательная раздача колец, сопровождаемая большими растягивающими напряжениями, переходящими за короткий промежуток времени преимущественно в сжимающие напряжения при выдавливании, позволяет проявить эффект Баушенгера, способствующего повышению пластичности деформируемого металла. При дальнейшем ходе ползуна пресса вниз, пуансон 1 воздействует диаметром D на заготовку 3 подверженную раздаче (левая часть на фиг.2), которая в свою очередь воздействует как мягкий пуансон на предыдущую заготовку 4, являющуюся опорой для подвергнутой раздаче заготовки 3, вследствие чего происходит процесс выдавливания с получением наружного диаметра кольца 4 d2 и выдавливание кольца 3 как опоры для следующей заготовки, причем в процессе выдавливания происходит упрочнение материала кольца. При ходе ползуна пресса вверх, происходит снятие готового полуфабриката 4, размеры которого d3, h3, c оправочной части пуансона 1, при этом за счет имеющегося на матрице обратного конуса, заготовка 3 удерживается в матрице при снятии заготовки 4 с оправочной части пуансона (правая часть на фиг.2)
При раздаче цилиндрического кольца с начальными размерами d1, h1 в цилиндрическое кольцо с большими размерами D, d коническим пуансоном, сила определяется по формуле: Попов Е.А. Технология и автоматизация листовой штамповки. М.: МГТУ им. Баумана. 2003, стр.156-162
Безразмерная величина 
вычисляется по формуле
где µ - коэффициент трения,
s - напряжение текучести,
q p - сжимающее давление в стенке кольца диаметром d 1, при h1=const.
Расчет силы при обжиме заготовки в матрице ведется по формуле: Попов Е.А. Технология и автоматизация листовой штамповки. М.: МГТУ им. Баумана. 2003, стр.156-162
Безразмерная величина 
вычисляется по формуле
Условие процесса Рр<Р o дает неравенство
При одинаковом коэффициенте трения µ неравенство (3) с учетом формул (1) и (2) имеет вид
Условие прохождения процесса выполняется при соблюдении геометрических размеров колец и углов захода на матрице и пуансоне.
После операции раздачи кольцевой заготовки 3 идет выдавливание заготовки 4 и деформирование в матрице 2 заготовки 3. Силу и удельное давление при выдавливании рассчитывают по формуле: Б.А.Друянов Теория технологической пластичности. М.: Машиностроение. 1990, стр.159
Причем 
.
В штампе можно выдавливать не только по типовой схеме, когда диаметры исходных заготовок примерно равны диаметру матрицы, но и по предлагаемой схеме, когда штамп позволяет сначала провести раздачу исходной заготовки, а затем, за этот же ход ползуна пресса, прямое выдавливание готового кольцевого изделия
Экспериментально установлены интервалы выполнения диаметра оправочной части и угла конической части пуансона, что подтверждается в нижепредставленных таблицах.
| Вариант | Диаметр оправочной части пуансона, d, мм | Возможность использования | Причина |
| 1 | 0,7d2 | - | При данном условии недостаточны характеристики прочности, т.к. мала степень деформации. |
| 2 | 0,74d2 | + | При данном условии определяется зазор между калибрующим диаметром матрицы и оправочной частью пуансона, что обеспечивает устойчивость |
| 3 | 0,6d2 | + | |
| 4 | 0,8d2 | + |
 | | | технологического процесса. |
| 5 | 0,85d2 | - | При данном условии произойдет провал следующей заготовки, что нарушает устойчивость технологического процесса и работа штампа невозможна. |
| |||
| Вариант | , ° | Возможность использования | Причина |
| 1 | 0,25 | - | Угол уменьшается, что приводит к увеличению Рðàçä , угол увеличивается, что приводит к уменьшению Рîá . В результате, нарушается правильная работа штампа. Без исправления габаритов инструмента возможен разрыв кольца при раздаче. |
| 2 | 0,34 | + | При соблюдении экспериментально найденного интервала зависимости от устойчивость технологического процесса и правильная работа штампа гарантированны. |
| 3 | 0,54 | + | |
| 4 | 0,75 | + | |
| 5 | 0,84 | - | Углы >15°, <20°, что не удовлетворяет устойчивости протекания процесса: недостаточные прочностные характеристики ранее выдавленного кольца приведут к преждевременному проталкиванию. |
Указанные в независимом пункте формулы признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности необходимых признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.
Свойства, регламентированные в заявленном соединении отдельными признаками, общеизвестны из уровня техники и не требуют дополнительных пояснений. Однако следует отметить, что заявленная совокупность существенных признаков обеспечивает в соединении синергетический (сверхсуммарный результат).
Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного технического решения следующей совокупности условий:
- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении предназначен для использования в машиностроении и может быть реализован в качестве штампа для раздачи, и обжима кольцевых деталей из сталей в холодном состоянии;
- для заявленного объекта в том виде, как он охарактеризован в независимом пункте нижеизложенной формулы, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке средств и методов;
- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.
Следовательно, заявленный объект соответствуют требованию условия патентоспособности «промышленная применимость» по действующему законодательству.
Штамп для получения кольцевых деталей, содержащий соосно расположенные относительно друг друга бандаж, матрицу и пуансон с оправочной частью и калибрующей частью, выполненной в форме конуса с заходным углом, отличающийся тем, что калибрующий диаметр пуансона выполнен равным в технологически регламентированных пределах внутреннему диаметру матрицы, при этом диаметр оправочной части пуансона составляет 0,74-0,8 внутреннего диаметра матрицы, а угол <(0,34-0,75), где - угол конической части пуансона; - угол конической части матрицы.
