ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Результат конструкторской разработки.

Изобретение относится к кузнечно-штамповочному производству и предназначено для штамповки поковок удлиненной формы с утолщениями и боковыми отростками.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежом, на котором изображен штамп для безоблойной штамповки поковок из труднодеформируемых материалов в разрезе: слева - исходное положение штампа перед штамповкой; справа - положение штампа в момент окончания штамповки.

Штамп для безоблойной штамповки поковок из труднодеформируемых материалов содержит деформирующий пуансон 1, матрицу с двухсторонними клиновыми скосами и с вертикальным разъемом, разделяющим ее на полуматрицы 2, которыми образуется ручей для установки заготовки. В полуматрице 2 размещен выталкиватель 3 поковки, имеющий возможность перемещения в пазу одной из стоек 4.

Стойки 4 выполнены в виде усеченных пирамид и снабжены двухсторонними противолежащими клиновыми скосами. Матрица установлена клиновыми скосами в оппозитных клиновых скосах стоек 4 с возможностью перемещения относительно этих стоек. Внешние скосы стоек 4 сопрягаются с узлами 5 крепления стоек к опорной плите 6, выполненные в виде клиновых реек и винтов.

Под матрицей размещен упругий элемент 7, а также подъемный механизм, снабженный, например, пневмоцилиндром (на чертеже не показан) и пустотелым толкателем 8. Величина максимального сжатия упругого элемента 7 при усилии, соответствующем усилию зажима полу матриц 2 в стойках 4, равна величине опускания матрицы при штамповке. На верхних поверхностях стоек 4 установлены упорные 1фонштейны 9. Для сбора поковок под толкателем 8 расположен бункер (на чертеже не показан).

Углы скосов стоек 4 и размеры их оснований определяются из условия (1).

Штамп для безоблойной штамповки поковок из труднодефортмируемых материалов работает следующим образом:

В исходном положении штампа матрица свободно опирается на упругий элемент 7, обеспечивая полное смыкание полуматриц 2. В образованный полуматрицами 2 ручей устанавливается заготовка. При движении пуансона 1 вниз заготовка деформируется. Одновременно под действием усилия штамповки матрица опускается по клиновым скосам стоек 4, преодолевая сопротивление упругой деформации системы "стойки - матрица" и упругого элемента 7. По мере опускания матрицы увеличивается усилие зажима полуматриц 2, достигая регламентированного значения в момент доштамповки при расчетной величине опускания матрицы. Этому моменту соответствует максимальное сжатие упругого элемента 4, ограничивающего дальнейшее опускание матрицы.

После штамповки матрица возвращается в исходное положение в результате обратного пружинения упругого элемента 7, а затем толкателем 8 поднимается до упорных кронштейнов 9. При этом обеспечивается образование полости между полуматрицами 2, достаточной для свободного удаления поковки. В процессе подъема матрицы торец выталкивателя 3, перемещаясь по скосу в пазу стойки 4, выталкивает поковку в полость между полуматрицами 2. Под действием собственного веса поковка через пустотелый толкатель 8 попадает в бункер.

Таким образом, противодавление упругого элемента 7 ограничивает опускание матрицы до величины, соответствующей необходимому зажиму полуматриц 2. Это исключает заклинивание матрицы между стойками 4, что позволяет существенно снизить износ наклонных поверхностей стоек 4 и матрицы и облегчает подъем матрицы после штамповки, так как в результате обратного пружинения упругого элемента 7 матрица возвращается в исходное положение. Кроме того, использование упругого элемента 7 в качестве амортизирующего устройства предохраняет от перегрузки пресс и штамп, особенно - деформирующий пуансон 1.

Расчет параметров упругого элемента 7 осуществляется в следующем порядке. Вначале определяется необходимая для зажима матрицы величина ее опускания по клиновым скосам стоек 4.

Усилие зажима может быть найдено из соотношения

Р _заж= _у· s _заж, (2)

где Р _заж - усилий зажима полуматриц 2;

s _заж - площадь поверхности зажима полуматриц 2;

_у - предел упругости материала полуматриц 2, определяемый согласно закону Гука

_у= · Е, (3)

где - степень упругой деформации полуматриц 2;

Е - модуль упругости материала полуматриц 2.

Степень упругой деформации определяется из выражения

где в _н - размер поперечного сечения полуматрицы 2 до штамповки;

в _к - размер поперечного сечения полуматрицы 2 после штамповки;

l _оп - величина опускания матрицы;

- угол скоса контактирующей со стойкой 4 поверхности матрицы.

С учетом формул (2) и (3) из формулы (4) получают

Как известно, усилие зажима полуматриц 2 при штамповке в матрицах с вертикальным разъемом достигает 75-100% от усилия (Р _шт) штамповки (см. книгу Атрошенко А.Л. и Федорова В.И. Горячая штамповка труднодеформируемых материалов. - Л.: Машиностроение, 1979, 146 с, третий абзац снизу).

Тогда формула (5) для расчета необходимого для зажима полуматриц опускания матриц примет вид

По расчетной величине опускания матрицы и усилию зажима выбираются параметры упругого элемента 7.

Применение конструкции стоек 4 в виде усеченных пирамид с двумя противолежащими клиновыми скосами и клиновым креплением больших оснований, рассчитанные из условия (1), обеспечивают направление векторов равнодействующих распорных усилий, приложенные к середине высоты ручья матрицы в момент доштамповки, не выше узла 5 крепления стоек 4 к опорной плите штампа, что исключает возникновение опрокидывающего момента стоек 4 в результате действия распорных усилий в процессе штамповки и тем самым повышает жесткость и надежность штампа.

Пример расчета элементов штампа.

1. Расчет параметров упругого элемента.

При штамповке тройника с диаметром корпуса, равным 32 мм, из стали марки О8Х18Н9Т расчетное усилие штамповки составило 420 тс. Размер поперечного сечения полуматрицы 2 до штамповки равен 70 мм; угол скоса боковых поверхностей =7° ; модуль упругости стали Е=2,1· 10 ⁴ кг/мм ²; площадь поверхности зажима полуматриц 2 составляет 2800 мм ².

По формуле (6) находим

По величине максимального сжатия упругого элемента, равного величине (l _оп) опускания матрицы при штамповке, и усилию зажима полуматриц Р _заж=0,75Р _шт=315 тc с учетом конструктивных размеров штампа выбираем, например, упругий элемент в виде комплекта тарельчатых пружин.

2. Расчет опорных элементов штампа

По конструктивным соображениям расстояние от опорной поверхности стойки 4 до середины высоты ручья матрицы в конце штамповки составила h _p=86 мм; высота узла крепления стойки h _кр=64 мм; угол скоса контактирующих с матрицей поверхностей стоек = 7° .

По формуле (1) определяем

Принимаем l _р=180 мм. С учетом найденных ранее конструктивных элементов штампа рассчитываются размеры оснований стоек 4.

Таким образом, применение стоек в виде усеченных пирамид с двумя противолежащими клиновыми скосами с клиновым креплением больших оснований к опорной плите штампа, рассчитанные из условия обеспечения наибольшей жесткости конструкции штампа, и введение упругого элемента в качестве регламентирующего величину опускания матрицы и, кроме того, амортизирующего устройства позволяют существенно повысить жесткость и надежность штампа.