RU2254202C1

RU2254202C1 - Hollow part pressing out method

Info

Publication number: RU2254202C1
Application number: RU2003138229/02A
Authority: RU
Inventors: Ф.П. Михаленко (RU); Ф.П. Михаленко; А.М. Шнейберг (RU); А.М. Шнейберг; О.С. Кошелев (RU); О.С. Кошелев; А.С. Пудов (RU); А.С. Пудов
Priority date: 2003-12-31
Filing date: 2003-12-31
Publication date: 2005-06-20

Abstract

FIELD: plastic working of meals, possibly manufacture of hollow parts such as sleeves, tubes, bushes by cold pressing out.

SUBSTANCE: method comprises steps of plastic deforming of blank at translation and rotation of deforming tool; realizing said motions of tool from separate drive units; setting speed of translation less than that of rotation and selecting relation of said speed values less than 2.5.

EFFECT: enhanced manufacturing possibilities of method.

2 cl, 2 dwg, 2 ex

Description

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано для изготовления полых заготовок типа втулок, трубок или стаканов, а также деталей Н-образного сечения методом холодного выдавливания.The invention relates to the processing of metals by pressure and can be used for the manufacture of hollow billets such as bushings, tubes or glasses, as well as parts of an H-shaped section by cold extrusion.

Существует способ холодного выдавливания (Справочник: Ковка и штамповка./Под ред. Г.А.Навроцкого. М.: Машиностроение. т.3, 1987 г., табл.1, с.9), в котором инструмент совершает только поступательное движение. Известно, что при данном способе выдавливания необходимо создавать значительные удельные силы, величина которых составляет четыре и более значений напряжения текучести деформируемого материала. При холодном обратном выдавливании величина контактных напряжений достигает 2000-2500 МПа (Справочник: Ковка и штамповка./Под ред. Г.А.Навроцкого. М.: Машиностроение т.3., 1987 г., с.211), что является одной из причин, затрудняющих применение операции холодного выдавливания для среднеуглеродистых сталей из-за низкой стойкости инструмента, в частности пуансонов, это ограничивает номенклатуру и габариты выдавливаемых изделий. При этом возникает неравномерное распределение деформации, а следовательно, и механических свойств по сечению изделия.There is a method of cold extrusion (Reference: Forging and stamping. / Ed. By G.A.Navrotsky. M: Mechanical Engineering. Vol. 3, 1987, table 1, p. 9), in which the tool performs only translational motion . It is known that with this extrusion method it is necessary to create significant specific forces, the value of which is four or more values of the yield stress of the deformable material. With cold reverse extrusion, the magnitude of contact stresses reaches 2000–2500 MPa (Reference: Forging and stamping. / Ed. By G.A.Navrotsky. M: Mechanical Engineering vol. 3, 1987, p. 211), which is one from the reasons that make it difficult to use the cold extrusion operation for medium-carbon steels due to the low resistance of the tool, in particular punches, this limits the range and dimensions of extruded products. In this case, an uneven distribution of deformation, and, consequently, of mechanical properties over the cross section of the product.

В качестве прототипа принят способ выдавливания полых деталей, осуществляемый на штампе (авт. свид. СССР №1509166, B 21 J 13/02, 1989 г.). Штамп для выдавливания состоит из матрицы, обоймы, установленной в матрице с возможностью вращения относительно ее оси с помощью подшипника, фиксируемого опорным кольцом, верхнего инструмента, снабженного приводом вращательного движения, нижнего инструмента.As a prototype adopted the method of extrusion of hollow parts, carried out on a stamp (ed. Certificate. USSR No. 1509166, B 21 J 13/02, 1989). The extrusion stamp consists of a matrix, a holder, mounted in the matrix with the possibility of rotation about its axis with the help of a bearing fixed by a support ring, an upper tool equipped with a rotary drive, the lower tool.

После подачи заготовки в штамп верхний инструмент начинает перемещаться вниз с заданной скоростью, вследствие чего металл начинает пластически деформироваться. При соприкосновении деформируемого металла с обоймой она начинает совершать вращательное движение вокруг оси штампа в направлении движения верхнего инструмента, что снижает технологическую силу и уменьшает неравномерность деформации металла. Уменьшение осевой силы происходит за счет выполнения впадин на торцовой поверхности вращающегося верхнего инструмента, которые способствуют разрушению упрочненного приконтактного слоя металла, а также за счет снижения трения между заготовкой и стенкой обоймы.After the workpiece is fed into the stamp, the upper tool begins to move down at a given speed, as a result of which the metal begins to deform plastically. When the wrought metal comes in contact with the cage, it begins to rotate around the axis of the stamp in the direction of movement of the upper tool, which reduces the technological force and reduces the uneven deformation of the metal. The decrease in axial force occurs due to the implementation of depressions on the end surface of the rotating upper tool, which contribute to the destruction of the hardened contact layer of metal, as well as by reducing friction between the workpiece and the wall of the cage.

В а.с. показано, что технологическая сила и неравномерность деформации металла достигаются за счет независимого вращения обоймы относительно матрицы, которое совершается от продольного и вращательного перемещения пуансона.In A.S. It is shown that the technological force and unevenness of metal deformation are achieved due to the independent rotation of the cage relative to the matrix, which occurs from the longitudinal and rotational movement of the punch.

Известный способ, принятый в качестве прототипа, имеет следующие недостатки:The known method adopted as a prototype has the following disadvantages:

- в авторском свидетельстве не раскрыто соотношение поступательной и вращательной скоростей деформирующего инструмента и не приведены получаемые характеристики и сила деформирования.- the author’s certificate does not disclose the ratio of translational and rotational speeds of the deforming tool and does not show the obtained characteristics and the deformation force.

Опыт показывает, что возможности известного способа ограничены из-за невозможности регулирования соотношения скоростей.Experience shows that the possibilities of the known method are limited due to the inability to control the ratio of speeds.

Поэтому решается задача совершенствования известного способа в плане расширения его технологических возможностей.Therefore, the task of improving the known method in terms of expanding its technological capabilities.

Технический результат - снижение силы деформирования, а следовательно, повышение стойкости деформирующего инструмента за счет возможности регулирования соотношения скоростей поступательного и вращательного движения деформирующего инструмента, что необходимо при различной номенклатуре деталей по их размерам и материалу.The technical result is a reduction in the deformation force, and consequently, an increase in the resistance of the deforming tool due to the possibility of regulating the ratio of the translational and rotational speeds of the deforming tool, which is necessary with a different nomenclature of parts according to their size and material.

Этот технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе выдавливания полых деталей, включающем пластическое деформирование металла при поступательном движении деформирующего инструмента, один из инструментов совершает независимое вращательное движение. Поступательное и вращательное движения осуществляют от независимых приводов, при этом соотношение скоростей поступательного и вращательного движений инструмента (параметр i=ν/n, где ν - скорость поступательного движения, мм/сек; n - скорость вращательного движения, 1/сек) принимают меньше 2,5.This technical result is achieved by the fact that in the proposed method for extruding hollow parts, including plastic deformation of the metal during the translational movement of the deforming tool, one of the tools performs an independent rotational movement. The translational and rotational movements are carried out from independent drives, and the ratio of the speeds of translational and rotational movements of the tool (parameter i = ν / n, where ν is the speed of translational movement, mm / s; n is the speed of rotational movement, 1 / s) take less than 2 ,5.

Так как перемещение точки деформируемого тела на поверхности контакта с инструментом в единицу времени от поступательного движения деформирующего инструмента меньше перемещения от вращательного движения (например, для образца ⌀32×10 мм при ν=5 мм/мин и n=2 1/мин, перемещение от поступательного движения за 1 мин составит 5 мм, а от вращательного -

где r₀и h₀ - исходные радиус и высота образца, r и h - радиус и высота образца в процессе деформирования), таким образом, скорость поступательного движения меньше скорости вращательного движения.Since the displacement of the point of the deformable body on the contact surface with the tool per unit time from the translational movement of the deforming tool is less than the displacement from the rotational movement (for example, for a sample ⌀32 × 10 mm with ν = 5 mm / min and n = 2 1 / min, displacement from translational motion in 1 min will be 5 mm, and from rotational -

where r ₀ and h ₀ are the initial radius and height of the sample, r and h are the radius and height of the sample during deformation), thus, the speed of translational motion is less than the speed of rotational motion.

На фиг.1 приведена схема примера выполнения привода с независимыми скоростями поступательного и вращательного движений одного из деформирующих инструментов (в данном случае матрицы).Figure 1 shows a diagram of an example of a drive with independent speeds of translational and rotational movements of one of the deforming tools (in this case, the matrix).

На фиг.2 показана схема осуществления способа в эксперименте. Установка состоит из электродвигателя 1 с реверсом, клиноременной передачи 2, вариатора 3, муфты 4, червячного вала 5, червячного колеса 6 с установленной на нем матрицей (на фиг.1 не показана), подшипниковых опор 7. Вариатор 3 снабжен регулятором числа оборотов 8. Установка монтируется на гидропрессе. Продольное перемещение матрицы осуществляется за счет перемещения траверсы 9 гидропресса по колоннам 10.Figure 2 shows a diagram of the implementation of the method in the experiment. The installation consists of an electric motor 1 with a reverse, a V-belt transmission 2, a variator 3, a clutch 4, a worm shaft 5, a worm wheel 6 with a matrix installed on it (not shown in Fig. 1), bearing bearings 7. The variator 3 is equipped with a speed controller 8 The installation is mounted on a hydraulic press. The longitudinal movement of the matrix is carried out by moving the traverse 9 of the hydraulic press on the columns 10.

Способ осуществляют следующим путем. Перед подачей заготовки на внутреннюю и внешнюю часть обоймы, а также на торец пуансона и выталкиватель наносят технологическую смазку. Заготовку укладывают в матрицу. При выдавливании матрица вращается и перемещается в осевом направлении навстречу пуансону. После окончания процесса выдавливания матрица опускается вниз, при этом выталкиватель удаляет готовую деталь из штампа. Поступательное и вращательное движения инструмента начинаются сразу после включения установки и отключаются в конце процесса выдавливания.The method is carried out in the following way. Before supplying the workpiece to the inner and outer part of the cage, as well as to the end face of the punch and the ejector, a technological lubricant is applied. The workpiece is placed in a matrix. When extruding, the matrix rotates and moves axially towards the punch. After the extrusion process is completed, the matrix falls down, while the ejector removes the finished part from the stamp. The translational and rotational movements of the tool begin immediately after the installation is turned on and turn off at the end of the extrusion process.

Эффект комбинированного нагружения при выдавливании полых деталей с независимыми скоростями поступательного и вращательного движений деформирующего инструмента был установлен следующим образом.The effect of combined loading when extruding hollow parts with independent translational and rotational speeds of the deforming tool was established as follows.

Кривые «сила - ход» (фиг.2) записывали при выдавливании стаканов по схемам OВ (обратное выдавливание) и КОВ (комбинированное обратное выдавливание) как в режиме непрерывного нагружения (назовем его условно «ОВ», КОВ - const»), так и при смене режимов (ОВ→КОВ-ОВ→...) на одном образце (циклические испытания).The force – stroke curves (Fig. 2) were recorded when the glasses were extruded according to the OV (reverse extrusion) and KOV (combined reverse extrusion) schemes both in continuous loading mode (let's call it conventionally “OV”, KOV - const ”), and when changing modes (OV → KOV-OV → ...) on one sample (cyclic tests).

Циклический вид испытаний позволяет исключить влияние на силу деформирования возможного различия исходных механических свойств, упрочнения, различного при ОВ и КОВ (так как при быстром включении/выключении вращения инструмента температура и структура металла не успевают измениться), а также влияния внешних факторов (эксцентриситета, коэффициента трения и т.д.).The cyclic type of tests eliminates the influence on the deformation force of a possible difference in the initial mechanical properties, hardening, which is different for OV and KOV (since when turning the tool on / off quickly, the temperature and structure of the metal do not have time to change), as well as the influence of external factors (eccentricity, coefficient friction, etc.).

На индикаторной диаграмме Р-Н (фиг.2) при циклических испытаниях достаточно четко обнаруживается разница между силой Р в режимах ОВ и КОВ. Заметим, что режим выдавливания изменяли в тот момент, когда кривая Р-Н соответствовала стабильному периоду выдавливания. После начала вращения (ОВ→КОВ) инструмента отмечается переходный период - снижение нагрузки и период ее возрастания при остановке вращения (КОВ→ОВ). Величина снижения нагрузки, или безразмерный параметр η=Р_OВ/Р_КОВ, сначала увеличивается с уменьшением h (ср. циклы I и IV, а затем, при малом значении h, начинает уменьшаться (цикл V).On the indicator diagram RN (figure 2) during cyclic tests clearly shows the difference between the force P in the modes of OB and KOV. Note that the extrusion mode was changed at the moment when the curve PH corresponded to a stable extrusion period. After the start of rotation (OB → KOV) of the tool, a transition period is noted - a decrease in load and a period of its increase when rotation is stopped (KOV → OB). The magnitude of the load reduction, or the dimensionless parameter η = Р _ОВ / Р _КОВ , first increases with decreasing h (compare cycles I and IV, and then, with a small value of h, it begins to decrease (cycle V).

Примеры осуществления способаExamples of the method

Пример 1. При выдавливании детали типа «стакан» наружным диаметром D=32 мм, внутренним диаметром d=27 мм, высотой Н=35 мм и толщиной дна h=0,5 мм из свинцового образца ⌀32,5×11,5 мм с соотношением скоростей поступательного и вращательного движений инструмента i=2,16, сила деформирования по сравнению с выдавливанием без вращения инструмента ниже в 1,6 раза (η=Р_ОВ/Р_КОВ=1,6).Example 1. When extruding a part of the "glass" type with an outer diameter of D = 32 mm, an inner diameter of d = 27 mm, a height of H = 35 mm and a bottom thickness of h = 0.5 mm from a lead sample of ⌀32.5 × 11.5 mm with a ratio of the translational and rotational speeds of the tool i = 2.16, the deformation force is 1.6 times lower than extrusion without rotating the tool (η = Р _ОВ / Р _КОВ = 1,6).

Пример 2. При выдавливании стакана следующих размеров: D=25 мм, d=15 мм, Н=18 мм и толщиной дна h=0,5 мм из медного образца ⌀23,5×10 мм при i=1,08-η=1,4.Example 2. When squeezing a glass of the following sizes: D = 25 mm, d = 15 mm, H = 18 mm and a bottom thickness h = 0.5 mm from a copper sample ⌀23.5 × 10 mm at i = 1.08-η = 1.4.

Пример 3. При выдавливании стакана следующих размеров: D=32 мм, d=27 мм, Н=22 мм и толщиной дна h=3,2 мм из сплава АМц ⌀32×10 мм при i=1,45-η=2,1.Example 3. When extruding a cup of the following sizes: D = 32 mm, d = 27 mm, H = 22 mm and a bottom thickness h = 3.2 mm from an alloy AMts ⌀32 × 10 mm at i = 1.45-η = 2 ,1.

Следовательно, при выдавливании данным способом с оптимальным сочетанием скоростей ν и n снижается потребная сила деформирования, а также неравномерность распределения деформации в стенке детали. Вследствие этого уменьшаются удельные нагрузки на рабочие части штампа и, следовательно, повышается его стойкость. При этом прогнозируется расширение технологических возможностей процесса выдавливания, т.е. появляется возможность изготавливать детали из среднеуглеродистых сталей или увеличивать размеры получаемых изделий. Предлагаемый способ рекомендуется для получения полых изделий с тонким дном, а также для сквозной прошивки цилиндрических заготовок.Therefore, when extruding by this method with an optimal combination of speeds ν and n, the required deformation force is reduced, as well as the uneven distribution of deformation in the part wall. As a result, the specific load on the working parts of the stamp is reduced and, therefore, its resistance is increased. In this case, the expansion of technological capabilities of the extrusion process is predicted, i.e. it becomes possible to manufacture parts from medium-carbon steels or to increase the size of the resulting products. The proposed method is recommended for obtaining hollow products with a thin bottom, as well as for through flashing of cylindrical workpieces.

При соотношении скоростей, равном 2,5, осевая сила деформирования возрастала, неравномерность деформирования по объему стакана увеличивалась. Нижние значения соотношения определялись возможностями оборудования.When the ratio of speeds equal to 2.5, the axial deformation force increased, the unevenness of deformation in the volume of the glass increased. The lower values of the ratio were determined by the capabilities of the equipment.

Claims

1. The method of extrusion of hollow parts, including plastic deformation of the metal during the translational and rotational movement of the deforming tool, characterized in that the translational and rotational movements of the deforming tool are carried out from independent drives, while the translational speed is less than the rotational speed.

2. The method according to claim 1, characterized in that the ratio of the speeds of translational and rotational movements of the tool is less than 2.5.