RU2670508C1

RU2670508C1 - Method of cooling the lower part of the hot stamp and the device for its implementation

Info

Publication number: RU2670508C1
Application number: RU2017115138A
Authority: RU
Inventors: Тимофей Иванович Кожокин
Original assignee: Тимофей Иванович Кожокин
Priority date: 2017-04-27
Filing date: 2017-04-27
Publication date: 2018-10-23

Abstract

FIELD: machine building.SUBSTANCE: invention relates to the field of mechanical engineering and can be used in tooling for producing blanks such as valves of internal combustion engines. Forming part of the stamp contains the holder in which the matrix is located. Matrix has a shaping cavity with an upper part of a larger diameter, conjugated along radii with a part of a smaller diameter located below it. On the inner surface of the cage there are upper and lower annular grooves in which the transverse windows for the refrigerant are open. Upper annular groove is connected by helical grooves with the middle annular groove located below the interface zone of the matrix cavity parts. Matrix is made with inclined channels located under the coolant located in the interface zone of parts of its cavity. Beginning of the channels is open to the screw grooves of the cage, and the end to the beginning of the grooves on the outer surface of a part of the matrix with a cavity of smaller diameter. These grooves are located inclined to the longitudinal axis of the matrix and open with the ends in the lower annular groove of the yoke.EFFECT: result is an increase in the strength of the matrix.1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к металлургическому производству и пригодно для получения заготовок типа клапанов двигателя внутреннего сгорания с соответствующими поперечными размерами и необходимой длиной.The invention relates to metallurgical production and is suitable for producing blanks of the type of valves of an internal combustion engine with corresponding transverse dimensions and the required length.

Известны молотовые и прессовые неохлаждаемые штампы, формообразующие части которых подвергаются значительным силовым, термическим, эрозионным и прочим нагрузкам, вследствие чего стойкость их составляет несколько тысяч съемов заготовок (см. книгу Технология металлов и конструкционные материалы. / В.А. Кузьмин и др. - М.: Машиностроение, 1989, с. 342-353.)Known hammer and press uncooled stamps, the forming parts of which are subjected to significant force, thermal, erosion and other loads, as a result of which their resistance is several thousand pieces of billets (see the book Metal Technology and Structural Materials. / VA Kuzmin and others. - M .: Mashinostroenie, 1989, p. 342-353.)

Известен способ искусственного охлаждения матрицы нижней части штампа пресса, работавшего в автоматическом режиме с циклом 2-3 секунды. В верхнюю часть каналов, образованных сопрягаемыми поверхностями матрицы и обоймы, подается хладагент и нагретым отводится из нижних частей их. Стойкость этой матрицы равнялась 700-800 съемов заготовок, а на установку новой требовалось 30 минут (данные УЗАМ г. Уфа 90-х г.).A known method of artificially cooling the matrix of the lower part of the press stamp, which worked in automatic mode with a cycle of 2-3 seconds. In the upper part of the channels formed by the mating surfaces of the matrix and the holder, coolant is supplied and heated is drained from their lower parts. The strength of this matrix was 700-800 removal of blanks, and the installation of a new one took 30 minutes (UZAM data, Ufa, 90s).

Известна нижняя часть штампа для получения поковок типа стержней с головкой на конце, например, болтов, содержащая обойму с закрепленной в ней вставкой с формообразующей частью и выталкивателем получаемых заготовок (см. Ковка и штамповка. / Е.И. Семенов и др. - М.: Машиностроение, 1986. - Т. 2, с. 32-33).The lower part of the stamp is known for producing forgings of the type of rods with a head at the end, for example, bolts, containing a holder with an insert fastened in it with a shaping part and an ejector of the resulting blanks (see Forging and stamping. / EI Semenov and others. - M .: Mechanical Engineering, 1986. - T. 2, pp. 32-33).

Ее недостаток: низкая стойкость формообразующей части из-за перегрева при работе, из-за значительных давлений деформируемого металла, действующих на эту часть используемой оснастки.Its disadvantage: low durability of the forming part due to overheating during operation, due to the significant pressures of deformable metal acting on this part of the used equipment.

Известно устройство реализации последнего способа - нижняя часть горячего штампа для образования заготовок клапана, содержащая обойму, с размешенной в ней матрицей с формообразующей полостью разных диаметров, соединенных радиусами сопряжения; в верхней части обоймы выполнено поперечное окно, открытое в ее внутреннюю кольцевую канавку, куда также открыта и ее винтовая канавка под циркулирующий хладагент, подводимый по выше указанным элементам; с нижнего торца матрицы образована продольная кольцевая полость, в которую открыты своими концами ее наклонные каналы, начинающиеся с ее наружной боковой поверхности и расположенные в зоне сопряжения радиусов ее полостей и открытые в имеющуюся ее винтовую канавку; хладагент из этой кольцевой полости отводится по каналам другого элемента этой части штампа (см. материалы заявки 93007928/27 (006570 от 09.02.1993).A device for implementing the latter method is known - the lower part of a hot stamp for forming valve billets containing a holder with a matrix disposed in it with a shaping cavity of different diameters connected by conjugation radii; in the upper part of the holder there is a transverse window open to its inner annular groove, where its helical groove is also open under the circulating refrigerant supplied through the above-mentioned elements; a longitudinal annular cavity is formed from the lower end of the matrix, into which its inclined channels open with their ends, starting from its outer lateral surface and located in the junction zone of the radii of its cavities and open into its screw groove; the refrigerant from this annular cavity is discharged through the channels of another element of this part of the stamp (see application materials 93007928/27 (006570 dated February 9, 1993).

Его недостатки: наличием кольцевой полости в нижней части матрицы она значительно ослабляется и радиально деформируется при работе, что сказывается на качестве получаемых поковок; использованием как минимум 4-х уплотнительных элементов, нагреваемых при работе, не гарантируется герметичность соответствующих соединений, что отрицательно сказывается на надежности этого устройства и стойкости его матрицы; конструктивная сложность из-за втулки, на которую она опирается, со своими каналами под хладагент; также наличие прижима, воздействующего на их верхние торцы и фиксирующего выше приведенное на столе пресса.Its disadvantages are: by the presence of an annular cavity in the lower part of the matrix, it is significantly weakened and radially deformed during operation, which affects the quality of the forgings; the use of at least 4 sealing elements heated during operation does not guarantee the tightness of the corresponding connections, which adversely affects the reliability of this device and the durability of its matrix; constructive complexity due to the sleeve on which it rests, with its own channels under the refrigerant; also the presence of the clamp, acting on their upper ends and fixing the above given on the press table.

Задачей предлагаемого является повышение эффективности охлаждения и прочности формообразующей и нижней частей матрицы с упрощением конструкции.The objective of the proposed is to increase the cooling efficiency and durability of the formative and lower parts of the matrix with simplified design.

Технический результат заключается в повышении стойкости и прочности формообразующей и нижней части матрицы с улучшением ее технологичности.The technical result is to increase the durability and strength of the forming and the lower part of the matrix with the improvement of its adaptability.

Это достигается тем, что у формообразующей части штампа для получения заготовок типа клапанов двигателей внутреннего сгорания, содержащая обойму, в которой расположена матрица, выполненная с формообразующей полстью, имеющей верхнюю часть большего диаметра, сопряженную по радиусам с расположенной под нею частью меньшего диаметра, новым является то, что обойма выполнена с расположенными на внутренней поверхности верхней и нижней кольцевыми канавками с открытыми в них поперечными окнами под хладагент; эти канавки соединены между собой винтовыми канавками и с расположенной ниже зоны сопряжения частей формообразующей полости матрицы средней кольцевой канавкой обоймы; при этом матрица выполнена с расположенными в зоне сопряжения ее частей наклонными каналами под хладагент, начала которых открыты в винтовые канавки обоймы, а концы - в начала канавок на наружной поверхности части матрицы с полостью меньшего диаметра, расположенных под углом наклона 0 к продольной оси и открытых концами в нижнюю кольцевую канавку обоймы.This is achieved by the fact that in the forming part of the stamp for producing blanks of the type of valves of internal combustion engines, containing a holder, in which a matrix is arranged, which is made with a forming field, having an upper part of a larger diameter, conjugated in radii with a part of a smaller diameter located under it, the new one is that the cage is made with upper and lower annular grooves located on the inner surface with transverse windows open in them under the refrigerant; these grooves are interconnected by screw grooves and with the middle annular groove of the casing located below the junction zone of the parts of the forming cavity of the matrix; the matrix is made with inclined coolant channels located in the interface area of its parts, the beginnings of which are open to the screw grooves of the cage, and the ends to the beginning of the grooves on the outer surface of the part of the matrix with a cavity of smaller diameter located at an angle of inclination 0 to the longitudinal axis and open ends in the lower annular groove of the clip.

Выполнением на внутренней поверхности обоймы верхней и нижней кольцевых канавок, куда открыты ее поперечные окна под хладагент, соединенных между собой имеющимися винтовыми канавками этой части штампа, обеспечивается циркуляция хладагента вдоль внутренней поверхности обоймы с охлаждением при этом нагревающейся при работе матрицы.The execution on the inner surface of the cage upper and lower annular grooves, where its transverse windows under the refrigerant are open, interconnected by the available screw grooves of this part of the stamp, circulates the refrigerant along the inner surface of the cage with cooling while heating the matrix.

Наличием в средней части обоймы внутренней кольцевой канавки ниже зоны сопряжения частей формообразующей полости матрицы обеспечивается необходимая прочность ее за счет утолщения ее стенок вследствие значительного уменьшения диаметра полости ее нижней части. Совмещением концов образованных снаружи матрицы наклонных каналов с краями ее наклонных канавок и с канавками обоймы обеспечивается эффективное охлаждение все матрицы, в том числе и зоны сопряжения радиусов ее формообразующей полости, где нагрев наибольший. Наклонными наружными канавками матрицы увеличиваются ее охлаждаемая поверхность и прочность по сравнению с прямыми канавками. Анализ предлагаемого с известными сейчас решениями показывает, что оно ново, с существенными отличиями, промышленно пригодно и отвечает критерию ИЗОБРЕТЕНИЕ. The presence in the middle of the cage inner ring grooves below the junction of the parts of the forming cavity of the matrix provides the necessary strength due to the thickening of its walls due to a significant decrease in the diameter of the cavity of its lower part. The combination of the ends of the inclined channels formed outside the matrix with the edges of its inclined grooves and the grooves of the cage ensures effective cooling of all the matrices, including the junction areas of the radii of its shaping cavity, where the heating is greatest. Inclined outer grooves of the matrix increase its cooled surface and strength compared with straight grooves. Analysis of the proposed solutions with currently known solutions shows that it is new, with significant differences, industrially suitable and meets the criterion of INVENTION.

Оно представлено на чертеже фиг. 1 и содержит обойму 1, в цилиндрической полости которой с натягом расположена матрица 2 с формообразующей полостью в верхней части 3 большего диаметра, чем в остальной части 4 ее, соединенными между собой радиусами сопряжения; при этом в обойме 1 выполнен верхнее поперечное окно 5 под отводимый нагретый матрицей хладагент, выходящее в ее верхнюю внутреннюю кольцевую канавку 6, куда открыты также и винтовые канавки 7, образованные на ее внутренней поверхности и выходящие концами в ее среднюю кольцевую канавку 8; канавки 7 открыты и в начала наклонных каналов 9 матрицы, расположенных в зоне сопряжения выше упомянутых радиусов и выходящих концами в начала наклонных канавок 10 на наружной поверхности ее нижней части; эти канавки также открыты своими концами в нижнюю кольцевую канавку 11 обоймы, куда выходит ее нижнее поперечное окно 12. Предлагаемое охлаждается так: хладагент по окну 12 подается в кольцевую канавку 11 обоймы 1, а из нее в канавки 10 матрицы 2, по которым поступает в концы ее наклонных каналов 9; по ним и через их начала он оказывается в винтовых канавках 7 обоймы, по которым устремляется в ее верхнюю кольцевую канавку 6 и затем через поперечное окно 5 нагретый теплом матрицы 2 хладагент отводится за ее пределыIt is shown in FIG. 1 and contains the holder 1, in a cylindrical cavity of which the matrix 2 is located with a tension, with a shaping cavity in the upper part 3 of a larger diameter than in the rest of its 4, connected by interfacing with the radii of conjugation; while in the casing 1 there is an upper transverse window 5 under the coolant discharged by the matrix, leading into its upper inner circumferential groove 6, where the helical grooves 7 formed on its inner surface and exiting with its ends in its middle annular groove 8 are also opened; the grooves 7 are open and at the beginning of the inclined channels 9 of the matrix located in the interface zone of the above-mentioned radii and leaving the ends at the beginning of the inclined grooves 10 on the outer surface of its lower part; these grooves are also open at their ends in the lower annular groove 11 of the cage, into which its lower transverse window 12 goes. The proposed cooling is as follows: coolant through the window 12 is fed into the annular groove 11 of the cage 1, and from it into the grooves 10 of the matrix 2, through which it enters the ends of its inclined channels 9; along them and through their beginnings, he finds himself in the screw grooves 7 of the yoke, along which the upper ring groove 6 rushes and then through the transverse window 5 the coolant heated by the heat of the matrix 2 is diverted beyond its limits

Эффект охлаждения матрицы 2 определяется величиной ее охлаждаемой поверхности, перепадом температур между ней и хладагентом, скоростью и продолжительностью циркуляции последнего по ее канавкам и обоймы, а также минимально допустимыми толщинами стенок теплообменных поверхностей ее и особенно в зоне сопряжения радиусов частей ее полости, где максимальные силовые, температурные, эрозионные и прочие воздействия деформируемого металла заготовки. При оптимальных толщинах стенок матрицы перепад температур dT между ее теплообменными поверхностями определяется по закону теплопроводности Фурье для плоской стенки dT=-q*dп/λ, где q - плотность теплового потока, отведенного от охлаждаемой поверхности; dп - толщина теплообменной стенки; λ - коэффициент теплопроводности материала матрицы; при численных значениях этих параметров 500000, 0,015 и 30 (их размерность в системе СИ) определяемое значение равно 250 градусам, к которым добавляется как минимум 373К - уровень нагрева ее наружной охлаждаемой поверхности. The cooling effect of the matrix 2 is determined by the size of its cooled surface, the temperature difference between it and the refrigerant, the speed and duration of circulation of the latter through its grooves and cages, as well as the minimum allowable wall thicknesses of its heat exchange surfaces and especially in the junction zone of the radii of its cavity parts, where the maximum force , temperature, erosion and other effects of deformable metal billet. At optimal thicknesses of the matrix walls, the temperature difference dT between its heat-exchange surfaces is determined by the Fourier thermal conductivity law for a flat wall dT = -q * dp / λ, where q is the heat flux density diverted from the cooled surface; dp is the thickness of the heat exchange wall; λ is the coefficient of thermal conductivity of the matrix material; for numerical values of these parameters 500000, 0.015 and 30 (their dimensionality in the SI system), the determined value is 250 degrees, to which at least 373K is added - the level of heating of its outer cooled surface.

Таким образом, предлагаемым обеспечиваются оптимальное тепловое состояние матрицы и ее наиболее нагруженной зоны с радиусами сопряжения, чем повышается ее стойкость как минимум в 2 раза.Thus, the proposed provide the optimal thermal state of the matrix and its most loaded zone with the radii of conjugation, which increases its resistance at least 2 times.

Claims

The forming part of the stamp for producing blanks of the type of valves of internal combustion engines, containing a holder in which a matrix is arranged, made with a forming cavity, having an upper part of a larger diameter, conjugated along radii with a part of a smaller diameter located under it, characterized in that the holder is made with on the inner surface of the upper and lower annular grooves and with transverse windows open in them under the refrigerant, said upper annular groove is connected by screw to anavami clips located below the interface zone parts of the forming cavity of the matrix of the middle annular groove of the holder, the matrix is made with inclined channels located in the interface of parts of its forming cavity cavity under the refrigerant, the beginning of which is open to the screw grooves of the holder, and the end - at the beginning of the grooves made on the outer surface of the part of the matrix with a forming cavity of smaller diameter, located at an angle to the longitudinal axis of the matrix and with open ends into the lower annular groove of the yoke.