Способ штамповки цилиндрических колец
Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано для изготовления полых цилиндрических деталей, преимущественно заготовок подшипниковых колец. Способ штамповки цилиндрических колец включает размещение заготовки, выполненной в виде кольца, соосно отверстию матрицы, выворот заготовки посредством деформирования ее пуансоном с конической заходной частью внутри матрицы с конической заходной частью при введении пуансона внутрь отверстия матрицы и извлечение цилиндрического кольца из матрицы. В способе задают угол наклона образующей конической поверхности заходной части матрицы отгносительно ее продольной оси, высоту hм конической поверхности заходной части матрицы вдоль ее продольной оси, угол наклона
образующей конической поверхности заходной части пуансона относительно его поперечной оси, размеры заготовки. Извлечение цилиндрического кольца из матрицы осуществляют через меньшее по диаметру отверстие конической заходной части под воздействием собственного веса цилиндрического кольца. Технической задачей данного изобретения является повышение качества, коэффициента использования металла и производительности. 4 з.п.ф-лы, 8 ил. 1 табл.
Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано для изготовления полых цилиндрических деталей, преимущественно заготовок подшипниковых колец.
Известны различные методы для изготовления подшипниковых колец, одним из которых является способ формирования колец штамповкой с выворотом заготовки в виде кольца [1], [2]. Методы осуществляют выворотом заготовки посредством деформирования ее пуансоном с конической заходной частью внутри матрицы с конической заходной частью при введении пуансона внутрь отверстия матрицы. Преимуществом этих методов является низкий расход металла. Однако, эти методы включают в себя доштамповку заготовки, при которой получают поверхность подшипникового кольца непосредственно повторяющую форму внутренней поверхности матрицы, т.е. форму готового изделия. При полной доштамповке заготовки в результате взаимодействия поверхностей пуансона, заготовки и матрицы при неправильном выборе размеров заготовки матрицы и пуансона могут испытывать критические давления, приводящие их к разрушению. При наличии же облойной канавки появляется заусенец, который требует дополнительной операции при дальнейшей механической обработке. Время изготовления заготовок увеличивается за счет извлечения колец из полости матрицы специальными приспособлениями, выталкивающими из нее подшипниковые кольца. Кроме того, при применении этих методов снижается время эксплуатации матрицы и пуансона за счет высокой степени их естественного износа в связи со значительным повышением давления при доштамповке. Известен способ штамповки цилиндрических колец, включающий размещение заготовки, выполненной в виде кольца, соосно отверстию матрицы, выворот заготовки посредством деформирования ее пуансоном с конической заходной частью внутри матрицы при введении пуансона внутрь ее отверстия, и извлечение цилиндрического кольца из матрицы [3]. В этом способе угол наклона конической поверхности пуансона относительно его поперечной плоскости выбирают в пределах 25 - 40o, а матрица выполнена с отверстием, имеющим цилиндрическую стенку. Извлечение цилиндрического кольца производится его удалением выталкивателем. При использовании этого технического решения можно получить поковки с отношением их высоты к диаметру в интервале 0,2 - 0,7 при относительной толщине поковок 1,8 - 5,4, а формирование более высоких цилиндрических колец сопровождается появлением разрушающих трещин по периметру отверстия. Кроме того, при выбранном угле наклона конической поверхности пуансона на торцевой поверхности цилиндрического кольца поковки образуется заусенец, который требует трудоемкой операции удаления, и такой способ не применим для получения всех типоразмеров цилиндрических колец подшипников. Известен способ штамповки полых цилиндрических деталей, включающий размещение заготовки, выполненной в виде кольца, соосно отверстию матрицы, выворот заготовки посредством деформирования ее пуансоном внутри матрицы с конической заходной частью при введении пуансона внутрь отверстия матрицы, при этом диаметр меньшего отверстия конической заходной части матрицы выбирают соответствующим максимальному диаметру цилиндрического кольца, и извлечение цилиндрического кольца из матрицы [4]. Преимуществом этого способа перед другими является возможность извлечения заготовки из матрицы через ее нижнее отверстие, однако это извлечение осуществляют проталкивая заготовку пуансоном при проведении дополнительной операции калибровки. При реализации этого способа, заходная поверхность пуансона выбрана цилиндрической, а угол наклона образующей конической поверхности матрицы выбран в пределах 8 - 12o. Выворот заготовки осуществляют с одновременным приложением радиальных растягивающих усилий со стороны ее внутренней поверхности, а усилие выворота прикладывают на кольцевом участке, внутренний диаметр которого превышает внутренний диаметр заготовки, а наружный диаметр соответствует внутреннему диаметру изделия. Для осуществления такого выворота необходимо дополнительно устанавливать в отверстии матрицы оправку с конической рабочей частью и центрирующим пояском, что усложняет используемое оборудование. Кроме того, при своем окончательном перемещении пуансон осуществляет раздачу заготовки, проталкивание ее через калибрующий поясок матрицы и обжимание заготовки. Введение калибровки, хотя и позволяет улучшить форму цилиндрической поверхности изделия, но малейшее отклонение в размерах заготовки может привести к образованию заусенца или заклиниванию инструмента. За счет выбора пуансона с цилиндрической заходной частью не удается получить цилиндрические кольца для всех типоразмеров подшипников. Наиболее близким к предложенному является способ штамповки цилиндрических колец, включающий размещение заготовки, выполненной в виде кольца, соосно отверстию матрицы, выворот заготовки посредством деформирования ее пуансоном с конической заходной частью внутри матрицы с конической заходной частью при введении пуансона внутрь отверстия матрицы, при этом диаметр меньшего отверстия конической заходной части матрицы выбирают соответствующим максимальному диаметру цилиндрического кольца, и извлечение цилиндрического кольца из матрицы [5]. Преимуществом этого способа является выполнение пуансона и матрицы с коническими заходными частями, что позволяет повысить однородность и симметричность деформации заготовки при ее вывороте, а при выборе соответствующих заходных углов и размеров заготовок, не указанных в описании к этому патентному документу, получить возможность изготовить практически все возможные типоразмеры подшипниковых колес без образования трещин. Однако в этом техническом решении окончательное формирование цилиндрического кольца производят его доштамповкой цилиндрической поверхностью пуансона, сопряженной с его конической заходной поверхностью, и цилиндрической поверхностью отверстия матрицы, сопряженной внизу с ее конической заходной поверхностью, и выполнением в цилиндрической стенке отверстия матрицы ступеньки. В этом случае возникают дополнительные деформации заготовки, связанные с операцией доштамповки, как в ранее описанных способах по патентам США. Сокращается производительность из-за необходимости использования специальных приспособлений для извлечения цилиндрического кольца из матрицы. Решаемая изобретением задача - повышение качества, коэффициента использования металла (КИМ) и производительности. Технический результат, который может быть получен при осуществлении способа, - возможность изготовления широкого ассортимента цилиндрических колец без образования заусенца на их торце, а также повышение долговечности инструмента. Кроме того, возможно получение дополнительных технических результатов, таких как получение изделий с максимально ровной и симметричной относительно продольной оси цилиндрического кольца внутренней стенкой отверстия, получение изделий с заданной соосностью среди них радиусов нижней и верхней частей цилиндрического кольца, а также получение цилиндрических колец, максимально соответствующих форме готового изделия. Для решения поставленной задачи с достижением указанного технического результата в известном способе штамповки цилиндрических колец, включающем размещение заготовки, выполненной в виде кольца, соосно отверстию матрицы, выворот заготовки посредством деформирования ее пуансоном с конической заходной частью внутри матрицы с конической заходной частью при введении пуансона внутрь отверстия матрицы, при этом меньший диаметр отверстия конической заходной части матрицы выбирают соответствующим максимальному диаметру цилиндрического кольца, и извлечение цилиндрического кольца из матрицы, согласно изобретению угол наклона![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/945.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/945.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/946.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/11/115978.gif)
где входящие в систему неравенств величины выбирают из следующих соотношений
S* = 1/3h'[9(R'')2 - (2R'' + R')2]/[(R'')2 - (R')2],
h' = 1/3n[(Rср + m/2)2 - (Rср - m/2)2]/[(Rср - n/6)2 - (Rср - n/2)2],
R'' = Rср + 1/2n,
R' = Rср - 1/2n,
hmin = 1/3n[(Rср + m/2)2 - (Rср - m/2)2]/[Rц - n/6)2 - (Rц - n/2)2],
Rц = Rср - m/2 + S*/2,
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/11/115979.gif)
R1ц = Rcp+m/2-S*/2,
а извлечение цилиндрического кольца из матрицы осуществляют через меньшее по диаметру отверстие конической заходной части матрицы под действием собственного веса цилиндрического кольца. Возможны дополнительные варианты осуществления способа, в которых целесообразно чтобы угол наклона
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/946.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8773.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/946.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8773.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/176.gif)
k
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8805.gif)
одну из поверхностей заготовки выполняли плоской и ортогональной продольной оси кольца, и размещали бы плоскую поверхность заготовки в направлении к пуансону, угол наклона
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/946.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8773.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/946.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8773.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/176.gif)
k
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8805.gif)
и заготовку выполняли симметричной относительно поперечной плоскости, проходящей через середину h/2 толщины кольца. За счет выбора углов наклона
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/945.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/946.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/946.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/946.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/946.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/946.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/945.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/945.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/946.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/11/115980.gif)
где входящие в систему неравенств величины выбирают из следующих соотношений
S* = 1/3h'[9(R'')2 - (2R'' + R')2] / [(R'')2 - (R')2],
h' = 1/3n[(Rср + m/2)2 - (Rср - m/2)2] / [(Rср - n/6)2] - (Rср - n/2)2],
R'' = Rср + 1/2n,
R' = Rср - 1/2n,
hmin = 1/3n[(Rср + m/2)2 - (Rср - m/2)2] / [(Rц - n/6)2 - (Rц - n/2)2],
Rц = Rср - m/2 + S*/2,
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/11/115981.gif)
R1ц = Rcp+m/2-S*/2.
При выборе габаритных размеров вне указанных диапазонов цилиндрическое кольцо 6, как показали исследования, не соответствует заданным размерам, либо значительно понижается коэффициент использования металла (КИМ). Извлечение цилиндрического кольца 6 из матрицы 2 осуществляют (фиг. 1, 8) через меньшее по диаметру отверстие конической заходной части 5 матрицы 2 под воздействием собственного веса цилиндрического кольца при окончании введения пуансона 3 внутрь матрицы 2. На фиг. 1 также показан радиус скругления R заходной части матрицы для уменьшения задира заготовки 1, а также углы
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/946.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/946.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/946.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/946.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/946.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/946.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/946.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/946.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/176.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/946.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/176.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/946.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/946.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/946.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/946.gif)
k
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8773.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/946.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/946.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/945.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/946.gif)
1. Патент США N 2613429, н.п.к. 29-148.4, опубл. 14.10.52. 2. Патент США N 2880495, н.п.к. 29-148.4, опубл. 07.04.59. 3. С.Д.Жовтобрюх, В.Л.Мохов, Г.П.Пономерева. Экспериментальное исследование штамповки с последующим выворотом, ж-л "Обработка металлов давлением в машиностроении", Харьков, 1986 г., вып. 22, стр. 38-42. 4. Авторское свидетельство СССР N 1109229, B 21 D 53/10, опубл. 23.08.84. 5. Авторское свидетельство ЧССР N 165277, кл. B 21 D 53/10, опубл. 15.10.76.
Формула изобретения
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/945.gif)
0,01 < tg
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/945.gif)
где h - толщина кольца заготовки;
R2 - больший радиус кольца заготовки;
R1 - меньший радиус кольца заготовки,
высоту hм конической поверхности заходной части матрицы вдоль ее продольной оси выбирают удовлетворяющей условию
R2-R1-h < hм < R2-R1 + 4h
угол наклона
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/946.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/11/115982.gif)
где входящие в систему неравенств величины выбирают из следующих соотношений
S* = 1/3h6[9(R'')2 - (2R'' + R')2]/[(R'')2 - (R')2],
h6 = 1/3n[(Rср + m/2)2 - (Rср - m/2)2)]/[(Rср - n/6)2 - (Rср - n/2)2],
R'' = Rср + 1/2n,
R' = Rср - 1/2)n,
hmin = 1/3n[(Rср + m/2)2 - (Rср - m/2)2]/[(Rц - n/6)2 - (Rц - n/2)2,
Rц = Rср - m/2 + S*/2,
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/11/115983.gif)
R1ц = Rср+m/2-S*/2,
а извлечение цилиндрического кольца из матрицы осуществляют через меньшее по диаметру отверстие конической заходной части матрицы под воздействием собственного веса цилиндрического кольца. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что угол наклона
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/946.gif)
k
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8805.gif)
одну из поверхностей заготовки выполняют плоской и ортогональной продольной оси кольца, и размещают плоскую поверхность заготовки в направлении к пуансону. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что угол наклона конической заходной части пуансона относительно его поперечной оси выбирают в интервале от 27 до 65o. 5. Способ по п.4, отличающийся тем, что используют заготовку с толщиной h внутри кольца большей, чем снаружи, при этом толщину k заготовки снаружи выбирают удовлетворяющей условию
k
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8805.gif)
и заготовку выполняют симметричной относительно поперечной плоскости, проходящей через середину h/2 толщины кольца.
РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Дата прекращения действия патента: 21.02.2000
Извещение опубликовано: 27.10.2004 БИ: 30/2004