RU165055U1

RU165055U1 - PUNCH FOR MULTI-JUNCTION RETURNING OF SMALL-SHAPED HOLE IN SHEET DETAIL WITH FORMING PIPE

Info

Publication number: RU165055U1
Application number: RU2015146585/02U
Authority: RU
Inventors: Анатолий Кондратьевич Онищенко; Дмитрий Михайлович Забельян
Original assignee: Акционерное общество "Научно-производственный центр газотурбостроения "Салют"
Priority date: 2015-10-29
Filing date: 2015-10-29
Publication date: 2016-09-27

Abstract

Пуансон для многопереходной отбортовки отверстия некруглой формы в листовой детали с формированием патрубка, содержащий хвостовую часть и сопряженную с ней рабочую часть, рабочая поверхность которой выполнена криволинейной формы, отличающийся тем, что рабочая поверхность имеет торообразную форму, а рабочая часть образована частью, отсеченной вертикальной плоскостью от расположенного в горизонтальном положении тора, при этом высота рабочей части Н составляет R+r, максимальные ширина В и длина L рабочей поверхности пуансона в поперечном сечении составляют, соответственно, 2r и 2(R+r), при этом выполнено соотношение R≥r, где: r - радиус окружности, образующей поверхность тора, мм; R - расстояние от центра тора до центра окружности, образующей торообразную поверхность, мм.A punch for multi-junction flanging of a non-circular hole in a sheet metal with the formation of a nozzle containing a tail part and a working part mating with it, the working surface of which is curved, characterized in that the working surface has a toroidal shape, and the working part is formed by a part cut off by a vertical plane from the horizontal position of the torus, while the height of the working part H is R + r, the maximum width B and the length L of the working surface of the punch in the transverse the cross sections are, respectively, 2r and 2 (R + r), and the relation R≥r is satisfied, where: r is the radius of the circle forming the surface of the torus, mm; R is the distance from the center of the torus to the center of the circle forming a toroidal surface, mm.

Description

Полезная модель относится к оборудованию для обработки металлов давлением и может быть использована для отбортовки некруглых патрубков в листовых деталях, например, в силовых кольцах газотурбинных двигателей (ГТД), используемых в авиационной и энергетической промышленности.The utility model relates to equipment for metal forming and can be used for flanging non-circular nozzles in sheet parts, for example, in power rings of gas turbine engines (GTE) used in the aviation and energy industries.

Известен пуансон для отбортовки горловин, содержащий заходную часть, отбортовывающую часть и хвостовик. Заходная часть выполнена в виде сверла и сопряжена с нижним торцом отбортовывающей части, верхней частью сопряженной с хвостовиком и состоящей из конического и цилиндрического участков, причем наружная поверхность отбортовывающего участка выполнена винтовой, с шагом винта не менее толщины стенки горловины, а диаметр цилиндрического участка равен внутреннему диаметру горловины. В месте сопряжения верхнего торца отбортовывающей части и хвостовика закреплена торцевая фреза.Known punch for flanging the neck, containing the lead-in part, the flanging part and the shank. The approaching part is made in the form of a drill and is conjugated to the lower end of the beading part, the upper part conjugating to the shank and consisting of a conical and cylindrical sections, the outer surface of the beading section being made screw, with a screw pitch not less than the neck wall thickness, and the diameter of the cylindrical section is equal to the inner neck diameter. An end mill is fixed at the interface between the upper end of the beading part and the shank.

В процессе отбортовки горловины пуансону сообщают вращательное и возвратно-поступательное движение, в результате чего сверло высверливает отверстие в горловине детали, которое отбортовывается винтовой поверхностью отбортовывающей части, а при дальнейшем поступательном перемещении пуансона фреза осуществляет торцовку отбортованной горловины. (см. а.с. СССР №473542, кл. B21D 19/00, 1975 г.).In the process of flanging the throat, the punch is given a rotational and reciprocating movement, as a result of which the drill drills a hole in the throat of the part, which is flanged by the screw surface of the flanging part, and with further translational movement of the punch, the cutter trims the flanged throat. (see USSR AS No. 473542, class B21D 19/00, 1975).

Недостатком конструкции данного пуансона является высокая трудоемкость изготовления его заходной части и сложность конструкции в целом, так как конструкция пуансона сочетает инструменты для обработки сверлением, фрезерованием и давлением. При этом область применения данного пуансона ограничена использованием для отбортовки патрубков только цилиндрической формы, то есть, имеющих в поперечном сечении форму кольца. Это обусловлено цилиндрической формой сверла и отбортовывающей части пуансона.The disadvantage of the design of this punch is the high complexity of manufacturing its input part and the complexity of the design as a whole, since the design of the punch combines tools for processing by drilling, milling and pressure. Moreover, the scope of this punch is limited to using only cylindrical shapes for flanging the pipes, that is, having a ring shape in cross section. This is due to the cylindrical shape of the drill and the beading part of the punch.

Известен пуансон, содержащий хвостовик и рабочую часть, рабочая поверхность которой выполнена криволинейной.Known punch containing the shank and the working part, the working surface of which is made curved.

(см. В.Л. Романовский «Справочник по холодной штамповке», Л. «Машиностроение», 1971 г., стр. 282, рис. 234 - форма пуансона 3).(see VL Romanovsky “Handbook of cold stamping”, L. “Mechanical Engineering”, 1971, p. 282, Fig. 234 — punch form 3).

Данный пуансон значительно проще по конструкции по сравнению с приведенным выше, однако он, как и предыдущий, предназначен для отбортовки только круглых отверстий.This punch is much simpler in construction compared to the above, but it, like the previous one, is designed for flanging only round holes.

Известен пуансон для отбортовки отверстий, содержащий хвостовик, на котором имеются элементы фиксации для установки пуансона в оснастку, а также рабочую часть, выполненную цилиндрической формы, на нижней части рабочей поверхности которой выполнен торообразный участок. На торцевой поверхности торообразного участка выполнен фигурный ловитель, образованный выступами, между которыми имеются конические участки с наклоном образующей 70-75° и длиной, равной высоте лепестка вырубленного фигурного отверстия, которое бортуется этим пуансоном. В процессе работы пуансон ловит подлежащее отбортовке отверстие листовой заготовки, центрируясь с ним, после чего производит отгибку лепестков в направлении отбортовки коническими участками и отбортовку кольцевого участка, примыкающего к отверстию рабочей поверхностью.Known punch for flanging holes containing a shank on which there are fixing elements for installing the punch in the tool, as well as a working part made of a cylindrical shape, on the lower part of the working surface of which a toroidal section is made. On the end surface of the toroidal section, a figured catcher is formed, formed by protrusions, between which there are conical sections with a slope of the generatrix of 70-75 ° and a length equal to the height of the petal of the cut-out figured hole, which is aboard this punch. In the process, the punch catches the hole of the sheet blank to be flanged, centering with it, after which it bends the petals in the flanging direction with conical sections and flanges the annular section adjacent to the hole with the working surface.

(см. а.с. СССР №1690904, кл. B21D 19/00, 1991 г.) - наиболее близкий аналог.(see USSR AS No. 1690904, class B21D 19/00, 1991) is the closest analogue.

В результате анализа известного решения необходимо отметить, что использование данного пуансона позволяет повысить качество деталей за счет точного относительного расположения заготовки и пуансона, а также увеличить высоту патрубка за счет выполнения рабочей части значительной высоты и части рабочей поверхности рабочей части - торообразной. Недостатком данного пуансона является существенное утонение толщины исходной листовой заготовки при отбортовке отверстия из-за большой высоты рабочей части пуансона и, следовательно, повышенного трения между инструментом и заготовкой. Кроме того, данный пуансон, как и приведенные выше, обеспечивает формование только круглых патрубков.As a result of the analysis of the known solution, it should be noted that the use of this punch allows you to improve the quality of parts due to the exact relative location of the workpiece and punch, as well as to increase the height of the nozzle due to the implementation of the working part of a significant height and part of the working surface of the working part is toroidal. The disadvantage of this punch is a significant thinning of the thickness of the initial sheet billet when flanging holes due to the high height of the working part of the punch and, therefore, increased friction between the tool and the workpiece. In addition, this punch, like the ones above, provides the molding of only round nozzles.

Необходимо заметить, что все приведенные выше конструкции пуансонов обеспечивают отбортовку только круглых отверстий, что является их общим недостатком. It should be noted that all the above designs of the punches provide flanging only round holes, which is their common drawback.

Техническим результатом настоящей полезной модели является разработка конструкции пуансона, обеспечивающего отбортовку некруглых патрубков в листовых деталях. Оригинальное выполнение рабочей части пуансона обеспечивает получение патрубков как при одно-, так и многопереходной отбортовке отверстий вместо традиционного использования в последнем случае нескольких пуансонов, что значительно расширяет технологические возможности пуансона.The technical result of this utility model is the development of the design of the punch, ensuring the flanging of non-circular nozzles in sheet parts. The original execution of the working part of the punch ensures the production of nozzles for both single and multi-junction flanging of holes instead of the traditional use of several punches in the latter case, which greatly expands the technological capabilities of the punch.

Указанный технический результат достигается тем, что в пуансоне для многопереходной отбортовки отверстия некруглой формы в листовой детали с формированием патрубка, содержащем хвостовую и сопряженную с ней рабочую часть, рабочая поверхность которой выполнена криволинейной формы, новым является то, что рабочая поверхность имеет торообразную форму, а рабочая часть образована частью, отсеченной вертикальной плоскостью от расположенного в горизонтальном положении тора, при этом высота рабочей части Н составляет R+r, максимальные ширина В и длина L рабочей поверхности пуансона в поперечном сечении составляют, соответственно, 2r и 2(R+r), при этом выполнено соотношение R≥r, где: r - радиус окружности, образующей поверхность тора, мм; R - расстояние от центра тора до центра окружности, образующей торообразную поверхность, мм.The specified technical result is achieved by the fact that in the punch for multi-transition flanging of a non-circular hole in the sheet metal with the formation of a nozzle containing a tail and mating working part, the working surface of which is curved, the new one is that the working surface has a toroidal shape, and the working part is formed by the part cut off by a vertical plane from the torus located in a horizontal position, while the height of the working part H is R + r, the maximum width B and the length L of the working surface of the punch in the cross section is, respectively, 2r and 2 (R + r), while the relation R≥r is fulfilled, where: r is the radius of the circle forming the surface of the torus, mm; R is the distance from the center of the torus to the center of the circle forming a toroidal surface, mm.

Конструкция рабочей части пуансона и выполнение ее рабочей поверхности торообразной позволяет существенно снизить трение между инструментом и заготовкой и силу отбортовки в целом за счет снижения площади контакта инструмент - заготовка. Кроме того, деформация заготовки при отбортовке некруглых патрубков пуансоном с торообразной формой рабочей поверхности будет более однородной, а рост усилия плавным и равномерным, что, в свою очередь, способствует равномерному упрочнению материала при холодной отбортовке и снижает риск раннего образования трещин на торце горловины патрубка. В зависимости от материала листовой заготовки и коэффициента отбортовки предлагаемый пуансон может использоваться и как однопереходный, то есть, полную отбортовку патрубка данным пуансоном можно производить как за один, так и за несколько переходов с промежуточными отжигами (для сталей и сплавов аустенитного класса - закалками).The design of the working part of the punch and the execution of its toroidal working surface can significantly reduce friction between the tool and the workpiece and the flanging force as a whole by reducing the contact area of the tool - workpiece. In addition, the deformation of the workpiece during the flanging of non-circular nozzles with a punch with a toroidal shape of the working surface will be more uniform, and the increase in force will be smooth and uniform, which, in turn, promotes uniform hardening of the material during cold flanging and reduces the risk of early cracking at the end of the nozzle neck. Depending on the material of the sheet stock and the flanging coefficient, the proposed punch can be used as a single junction, that is, the pipe can be completely flanged with this punch in one or several transitions with intermediate annealing (for steels and alloys of the austenitic class, with hardening).

Например, данным пуансоном за один переход осуществляют отбортовку патрубка заготовки силового кольца ГТД из титанового сплава изотермической штамповкой в состоянии сверхпластичности материала.For example, with this punch, in one transition, the pipe billet of the GTE power ring blank is flanged from titanium alloy by isothermal stamping in the state of superplasticity of the material.

Так как относительное удлинение титанового сплава при температуре 850°С превышает 300% или в относительных величинах больше 3, то коэффициент отбортовки К_отб=D(2r)/d_o(2r₀)=1+δ=1+3=4 (где: К_отб - коэффициент отбортовки; D(2r) - внутренний диаметр (ширина) отбортованного патрубка; d_o(2r₀) - диаметр (ширина) отверстия под отбортовку; δ - относительное удлинение листового материала). То есть, при ширине (внутреннем диаметре) патрубка 20 мм его отбортовка за один переход возможна при диаметре отверстия под отбортовку 5 мм, что позволяет за одну отбортовку, без предварительной вытяжки, получить патрубок высотой (по В.П. Романовскому): h=(D/2-d_o/2)+0,57r_п=(20/2-5/2)+0,57*10=7,5+5,7=13,2 мм (где h - высота патрубка, r_п - радиус пуансона). То есть, при малом радиусе предлагаемого пуансона, равным 10 мм, высота отбортованного патрубка составит более 13 мм.Since the relative elongation of the titanium alloy at a temperature of 850 ° C exceeds 300% or in relative values is greater than 3, the flanging coefficient K _sb = D (2r) / d _o (2r ₀ ) = 1 + δ = 1 + 3 = 4 (where : To a _sel - flanging coefficient; D (2r) - an inner diameter (width) of the flanged pipe; d _o (2r ₀₎ - the diameter (width) of the hole flanging; δ - elongation of the sheet material). That is, with a width (inner diameter) of the nozzle of 20 mm, it can be flanged in one transition with a diameter of the hole for the flanging of 5 mm, which allows for one flanging, without preliminary drawing, to obtain a pipe with a height (according to V.P. Romanovsky): h = (D / 2-d _o / 2) + 0.57r _p = (20 / 2-5 / 2) + 0.57 * 10 = 7.5 + 5.7 = 13.2 mm (where h is the height of the nozzle , r _p is the radius of the punch). That is, with a small radius of the proposed punch equal to 10 mm, the height of the flanged pipe will be more than 13 mm.

Сущность полезной модели поясняется графическими материалами, на которых:The essence of the utility model is illustrated by graphic materials on which:

- на фиг. 1 - фрагмент пуансона, рабочая поверхность пуансона, вид в плане;- in FIG. 1 - a fragment of the punch, the working surface of the punch, a plan view;

- на фиг. 2 - фрагмент пуансона, рабочая поверхность пуансона, вид сбоку;- in FIG. 2 - a fragment of the punch, the working surface of the punch, side view;

- на фиг. 3 - фрагмент пуансона, рабочая поверхность пуансона, вид сверху;- in FIG. 3 - fragment of the punch, the working surface of the punch, top view;

- на фиг. 4 - деталь, обработанная с использованием заявленного пуансона;- in FIG. 4 - detail processed using the claimed punch;

- на фиг. 5 - разрез А-А по фиг. 4.- in FIG. 5 is a section AA in FIG. four.

Заявленный пуансон для многопереходной отбортовки состоит из хвостовой части 1 и рабочей части 2, представляющих единую деталь. На хвостовой части имеются места (не показаны) для установки пуансона в оснастку, например, штамповую. Поверхность рабочей части 2 выполнена торообразной, а рабочая часть образована частью, отсеченной вертикальной плоскостью от расположенного в горизонтальном положении тора и сопряжена плоскостью реза с хвостовой частью, то есть, торообразная поверхность пуансона, в отличие от наиболее близкого аналога, образована частью вертикально расположенного тора.The claimed punch for multi-junction flanging consists of a tail part 1 and a working part 2, representing a single part. On the tail end there are places (not shown) for installing the punch in a snap, for example, die. The surface of the working part 2 is made toroidal, and the working part is formed by a part cut off by a vertical plane from the horizontal torus and connected by a cutting plane to the tail part, i.e., the toroidal surface of the punch, in contrast to the closest analogue, is formed by a part of a vertically located torus.

В поперечном сечении максимальные длина (L) и ширина (В) рабочей части пуансона, соответственно, равны 2(R+r) и 2r, а максимальная высота (Н) его рабочей части по фронтальному сечению - R+r, при этом для радиусов торообразной поверхности рабочей части пуансона соблюдается соотношение R≥r.In the cross section, the maximum length (L) and width (B) of the working part of the punch, respectively, are 2 (R + r) and 2r, and the maximum height (H) of its working part in the front section is R + r, while for radii the toroidal surface of the working part of the punch, the ratio R≥r is observed.

Нетрудно заметить, что при таких параметрах рабочая часть пуансона представляет собой половину расположенного вертикально тора (полутор).It is easy to notice that with these parameters, the working part of the punch is half of the vertically arranged torus (one and a half).

При многопереходной отбортовке (при низкой пластичности материала δ) на первых переходах используют часть торообразной рабочей поверхности, высотой H₁ меньшей Н и, соответственно, с получением промежуточного отверстия патрубка длиной L₁ менее L и шириной B₁ менее В.In multi-junction flanging (with low ductility of the material δ), a part of a toroidal working surface with a height H ₁ less _than N is used at the first junctions and, accordingly, with an intermediate hole of the nozzle with a length L ₁ less than L and a width B ₁ less than B.

Заявленный пуансон при отбортовке патрубков в листовых деталях работает следующим образом. Пуансон своей хвостовой частью закрепляют в штамповой оснастке, закрепляют в ней матрицу, центрируют пуансон и матрицу между собой, устанавливают и крепят их к верхней и нижней плитам пресса. Листовую заготовку с вырезанными отверстиями некруглой формы под отбортовку укладывают на матрицу и ходом пресса проталкивают пуансон в отверстие заготовки, формируя патрубок детали. При однопереходной отбортовке величина хода пресса составляет не менее Н, а при многопереходной - с величинами H₁, Н₂ …H_n, - менее Н. В случае однопереходной отбортовки при формовке патрубка задействована вся рабочая поверхность пуансона, а при многопереходной, кроме последнего перехода - только ее часть. То есть, в отличие от известныхThe claimed punch when flanging nozzles in sheet parts works as follows. The punch with its tail part is fixed in the die tooling, the matrix is fixed in it, the punch and the matrix are centered between each other, they are installed and fastened to the upper and lower press plates. A sheet blank with cut out non-circular holes for flanging is laid on the die and the punch is pushed into the hole of the blank by the course of the press, forming the nozzle of the part. With a single junction flanging, the press stroke is not less than H, and with a multi junction, with values of H ₁ , H ₂ ... H _n , less than N. In the case of a single junction flanging, the entire working surface of the punch is involved in forming the nozzle, and for a multi junction, except for the last transition - only part of it. That is, unlike the well-known

технических решений, основанных на многопереходной отбортовке и предусматривающих смену пуансонов при каждом технологическом переходе, предлагаемое решение позволяет осуществлять эти операции одним инструментом.technical solutions based on multi-transition flanging and providing for the change of punches at each technological transition, the proposed solution allows these operations to be performed with one tool.

В качестве примера использования предлагаемого пуансона может служить отбортовка шести патрубков на силовом кольце ГТД из сплава ОТ4 - 1, выполненном из листа, толщиной 2 мм и размерами, приведенными на фиг. 4 и фиг. 5.An example of the use of the proposed punch can be the flanging of six nozzles on the power ring of a gas turbine engine from the OT4 - 1 alloy made of a sheet with a thickness of 2 mm and the dimensions shown in FIG. 4 and FIG. 5.

Если по применяемому ране технологическому процессу формовку патрубков производили за три перехода (выдавливание, прошивка отверстия, отбортовка), то предлагаемым пуансоном отбортовку патрубка проводили за одну операцию (с предварительной лазерной вырезкой фигурного отверстия шириной 14 мм.). Для этого использовали пуансон со следующими размерами: L=38 мм; B=19 мм; R=9,5 мм; H=19 мм; r=9,5 мм.If according to the wound used in the technological process, the nozzles were molded in three transitions (extrusion, flashing holes, flanging), then the proposed punch flanging the nozzles was performed in one operation (with preliminary laser cutting of a curly hole with a width of 14 mm.). For this, a punch was used with the following dimensions: L = 38 mm; B = 19 mm; R = 9.5 mm; H = 19 mm; r = 9.5 mm.

При большей толщине листа (2,5-6,0 мм) того же сплава его технологическая пластичность снижается и отбортовка таких и, особенно большей высоты патрубков за один переход становится невозможной из-за образования трещин. Поэтому патрубок высотой 10 мм получали с использование предлагаемого пуансона за два перехода отбортовки с промежуточным отжигом. При начальном отверстии, шириной 10 мм, сначала проводили отбортовку до отверстия 14 мм, после чего следовала операция окончательной отбортовки патрубка - до 19 мм.With a larger sheet thickness (2.5-6.0 mm) of the same alloy, its technological ductility decreases and the flanging of such and, especially, greater height of the nozzles in one transition becomes impossible due to the formation of cracks. Therefore, a pipe with a height of 10 mm was obtained using the proposed punch for two flanging transitions with intermediate annealing. When the initial hole, 10 mm wide, was first flanged to a hole of 14 mm, followed by the operation of the final flanging of the pipe - up to 19 mm.

Предлагаемым пуансоном получение высокого патрубка (10-13 мм) возможно за один переход изотермической отбортовки в интервале температур 850-950°C, при этом температура 850°С является температурой сверхпластичности сплава ОТ4 - 1 (δ≥300%).The proposed punch to obtain a high nozzle (10-13 mm) is possible for one isothermal flanging transition in the temperature range of 850-950 ° C, while the temperature of 850 ° C is the superplasticity temperature of the OT4 - 1 alloy (δ≥300%).

Claims

A punch for multi-junction flanging of a non-circular hole in a sheet metal with the formation of a nozzle containing a tail part and a working part mating with it, the working surface of which is curved, characterized in that the working surface has a toroidal shape, and the working part is formed by a part cut off by a vertical plane from the horizontal position of the torus, while the height of the working part H is R + r, the maximum width B and the length L of the working surface of the punch in the transverse the cross sections are, respectively, 2r and 2 (R + r), and the relation R≥r is satisfied, where: r is the radius of the circle forming the surface of the torus, mm; R is the distance from the center of the torus to the center of the circle forming a toroidal surface, mm.