Устройство для обжима тонкостенных цилиндрических колец

Полезная модель относится к области обработки металлов давлением, в частности к устройствам для обжима тонкостенных цилиндрических колец. Устройство для обжима цилиндрических колец содержит пуансон 1, матрицу 2, выполненную с возможностью одновременного обжима, в данном случае, 3-ех колец, и с рабочей поверхностью, выполненной криволинейной S-образной формы, а также опорное кольцо 3 и деформируемые кольца 4, 5, 6. Опорное кольцо 3 имеет сквозное боковое окно для удаления деформированных колец. Матрица 2 имеет верхнюю направляющую часть диаметром d₀ для установки начального цилиндрического кольца и нижний калибрующий поясок диаметром d для деформированного цилиндрического кольца, выталкиваемого из матрицы. Первое цилиндрическое кольцо 4 с начальными размерами d₀, h₀, Н₀ устанавливается в верхнюю направляющую часть матрицы диаметром d₀. При перемещении пуансона 1, входящего в верхнюю направляющую часть матрицы, кольцо 4 проталкивается до середины профиля матрицы. Затем в верхнюю направляющую часть матрицы устанавливается второе цилиндрическое кольцо 5. При втором перемещении пуансона 1 кольцо 5 проталкивается до середины профиля матрицы. Кольцо 4 проталкивается в нижнюю часть профиля матрицы с выходом торца кольца из калибрующего пояска матрицы. Затем в верхнюю направляющую часть матрицы устанавливается третье цилиндрическое кольцо 6. При третьем перемещении пуансона 1 кольцо 6 занимает положение кольца 5, проталкиваемого в положение кольца 4, которое выталкивается из матрицы, принимая конечные размеры d, h, Н. Цилиндрическое кольцо 4 удаляется из полости опорного кольца 3 через боковое окно.

Фиг.1

Полезная модель относится к области обработки металлов давлением, в частности к устройствам для обжима тонкостенных цилиндрических колец.

Известны устройства для получения конической и криволинейной формы на концах трубных заготовок с уменьшением диаметра обжимом в штампах: Романовский В.П. Справочник по холодной штамповке. Л.: Машиностроение, 1979; Попов Е.А. Основы теории листовой штамповки. М: Машиностроение. 1977; Аверкиев Ю.А., Аверкиев А.Ю. Технология холодной штамповки. М.: Машиностроение, 1989.

Наиболее распространенными на практике являются устройства для обжима концов трубных заготовок коническими матрицами.

Недостатками известных устройств являются искажение формы образующей деформируемой заготовки свободным пластическим изгибом перед контактом с конической поверхностью матрицы и на выходе из матрицы. (Попов Е.А. Основы теории листовой штамповки. М: Машиностроение. 1977, стр.228, 229; Аверкиев Ю.А., Аверкиев А.Ю. Технология холодной штамповки. М.: Машиностроение, 1989, стр.199.). Они не позволяют получать цилиндрические кольца меньшего диаметра заданной длины без искажения их формы обжимом цилиндрических колец большего диаметра при проталкивании через конические матрицы.

Задачей, на решение которой направлена заявленная полезная модель, является обеспечение по всему профилю рабочей поверхности матрицы непрерывного контакта с поверхностью деформируемых колец, что в конечном итоге позволяет получать цилиндрические кольца меньшего диаметра с увеличенной толщиной стенки без искажения цилиндрической формы по высоте кольца.

Поставленная задача решается посредством того, что в устройстве для обжима тонкостенных цилиндрических колец, содержащем пуансон, матрицу и опорное кольцо, матрица выполнена с возможностью одновременного обжима, по меньшей мере, двух тонкостенных колец, а ее рабочая поверхность выполнена S-образной образующей, показанной на фиг.1.

Полезная модель поясняется чертежом, где на фиг.1 показано устройство для обжима трех цилиндрических колец с начальными размерами d₀, h₀, Н₀.

На левой части фигуры показаны кольца при верхнем положении пуансона. На правой части фигуры показаны кольца после перемещения пуансона в нижнее положение.

Устройство для обжима цилиндрических колец содержит пуансон 1, матрицу 2, выполненную с возможностью одновременного обжима, в данном случае, 3-ех колец, и с рабочей поверхностью, выполненной криволинейной S-образной формы, а также опорное кольцо 3 и деформируемые кольца 4, 5, 6. Опорное кольцо 3 имеет сквозное боковое окно для удаления деформированных колец. Матрица 2 имеет верхнюю направляющую часть диаметром d₀ для установки начального цилиндрического кольца и нижний калибрующий поясок диаметром d для деформированного цилиндрического кольца, выталкиваемого из матрицы.

Устройство работает следующим образом.

Первое цилиндрическое кольцо 4 с начальными размерами d₀, h₀, Н ₀ устанавливается в верхнюю направляющую часть матрицы диаметром d₀. При перемещении пуансона 1, входящего в верхнюю направляющую часть матрицы, кольцо 4 проталкивается до середины профиля матрицы. Затем в верхнюю направляющую часть матрицы устанавливается второе цилиндрическое кольцо 5. При втором перемещении пуансона 1 кольцо 5 проталкивается до середины профиля матрицы. Кольцо 4 проталкивается в нижнюю часть профиля матрицы с выходом торца кольца из калибрующего пояска матрицы. Затем в верхнюю направляющую часть матрицы устанавливается третье цилиндрическое кольцо 6. При третьем перемещении пуансона 1 кольцо 6 занимает положение кольца 5, проталкиваемого в положение кольца 4, которое выталкивается из матрицы, принимая конечные размеры d, h, H. Цилиндрическое кольцо 4 удаляется из полости опорного кольца 3 через боковое окно.

Сила Р, приложенная к пуансону, возрастает на нестационарной стадии обжима первых двух колец. При обжиме третьего кольца сила Р принимает постоянное значение стационарной стадии. При обжиме цилиндрического кольца с начальными размерами d₀, h₀, Н₀ в цилиндрическое кольцо с меньшим диаметром d толщина стенки h и высота кольца Н после проталкивания через матрицу определяются формулами

Давление p на границе контакта матрицы с деформируемым кольцом зависит от профиля матрицы и определяется формулой

где h - переменная вдоль профиля матрицы толщина стенки кольца; и - окружное и меридиональное напряжения; R₁ и R₂ - радиусы кривизны профиля в меридиональном и нормальном к профилю сечениях. При положительных значениях давления р по всему профилю сохраняется непрерывный контакт матрицы с деформируемым кольцом, и при полном проталкивании кольца через матрицу его цилиндрическая форма не искажается. Так как при обжиме напряжения и отрицательны, то условие положительности давления р принимает вид неравенства

Необходимыми условиями деформирования двух и более цилиндрических колец без искажения их цилиндрической формы после обжима являются: 1) профиль матрицы с S-образной образующей, 2) непрерывный контакт по торцам смежных деформируемых колец и 3) положительное давление р, обеспечивающее контакт колец по всей границе с матрицей. Условие 1) обеспечивает гладкое сопряжение деформируемых колец с цилиндрическими поверхностями на входе и выходе из матрицы. Условие 2) выполняется вследствие сжимающих напряжений при обжиме колец. Условие 3) обеспечивается радиусами кривизны профиля матрицы R₁ и R₂, удовлетворяющими неравенству (4) для заданных технологических режимов обжима колец.

Процесс обжима колец моделируется на ЭВМ по безмоментной теории пластической деформации оболочки вращения с учетом трения, изменения толщины h, упрочнения и нормальной анизотропии материала с квадратичным условием пластичности. Рассчитываются напряжения и в деформируемых кольцах, и проверяется знак давления р.

По программе выполнены расчеты обжима трех колец с начальными размерами d₀=80 мм, h₀ =1 мм, Н₀=12 мм на конечный диаметр d=56 мм из стали 08 кп с пределом текучести 300 Н/мм² с учетом упрочнения и контактного трения f=0.05 через матрицу с S-образным профилем образующей с длиной по оси симметрии L=25 мм. Рассмотрены косинусоидальный профиль с амплитудой 6 мм и круговой профиль с радиусами 15 мм на вогнутом и 17 мм на выпуклом участках. Для обоих профилей матрицы получено положительное давление p вдоль всего профиля с минимальными значениями 12.6 Н/мм² и 3.75 Н/мм ² в точках перегиба. Но при длине кругового профиля L=20 мм появляются отрицательные значения р-2.5 Н/мм² вблизи точки перегиба, и условие 3) нарушается - происходит отрыв деформируемого кольца от матрицы. Расчетная программа показывает возможность получения цилиндрических колец в зависимости от параметров процесса обжима и профиля матрицы.

Устройство для обжима тонкостенных цилиндрических колец, содержащее пуансон, матрицу и опорное кольцо, отличающееся тем, что матрица выполнена с возможностью одновременного обжима, по меньшей мере, двух тонкостенных колец, а ее рабочая поверхность выполнена согласно фиг.1.