RU2705153C1

RU2705153C1 - Shaping part of hot die for billet-shaft with gear at end

Info

Publication number: RU2705153C1
Application number: RU2018147316A
Authority: RU
Inventors: Тимофей Иванович Кожокин
Original assignee: Тимофей Иванович Кожокин
Priority date: 2018-12-27
Filing date: 2018-12-27
Publication date: 2019-11-05

Abstract

FIELD: manufacturing technology.

SUBSTANCE: invention relates to hot-forming tooling. Shaping part of the die comprises a cartridge, in the cavity of which there is a matrix with a shaping cavity. Cavity has cylindrical, conic, radius, conical and cylindrical parts arranged downwards. Cartridge has upper and lower crosswise openings for the coolant and with the upper annular groove on the inner surface. Upper crosswise opening is open to upper annular groove. Matrix has lower annular groove, in which bottom crosswise opening of cartridge is opened, and straight grooves are straight or inclined relative to longitudinal axis of matrix. Surface of the bottom of the above closed grooves is similar to the surface of the forming cavity of the matrix. Edges of the end walls of these grooves are made with one radius of curvature and are located respectively in the upper annular groove of the cartridge and in the lower annular groove of the matrix.

EFFECT: higher matrix resistance.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к металлургическому производству для получения горячей штамповкой заготовок-валов с утолщением на конце.The invention relates to metallurgical production for hot stamping blanks-shafts with a thickening at the end.

Известна нижняя часть штампа для получения поковок типа стержней с головкой на конце, например, болтов, содержащая обойму с закрепленной в ней матрицей с формообразующей полостью и выталкивателем в ее нижней части (см. книгу Ковка и штамповка / Е.Н. Семенов и др. - М.: Машиностроение, 1986. - Т. 2, с. 32-33).The lower part of the die is known for producing forgings such as rods with a head at the end, for example, bolts, containing a holder with a matrix fixed to it with a forming cavity and an ejector in its lower part (see the book Forging and Stamping / E.N.Semenov and others. - M.: Mechanical Engineering, 1986. - T. 2, p. 32-33).

Его недостатки: незначительная стойкость формообразующей полости матрицы из-за значительных тепловых и силовых нагрузок, действующих на нее при получении поковки.Its disadvantages: insignificant resistance of the forming cavity of the matrix due to significant thermal and power loads acting on it when receiving forgings.

Известна формообразующая часть штампа для получения заготовок типа клапанов двигателей внутреннего сгорания, содержащая обойму с верхней и нижней кольцевыми канавками на внутренней поверхности с открытыми в них поперечными окнами под хладагент и концами ее и матрицы винтовых канавок, открытых также противоположными концами в среднюю кольцевую канавку ее, расположенную ниже зоны сопряжения частей полости матрицы (зсчпм) с выполненными в этой зоне ее наклонными каналами под хладагент с началом их в винтовых канавках обоймы, а концом их в начале винтовых канавок на наружной поверхности матрицы, охваченной обоймой, с частью ее полости меньшего диаметра (см. патент РФ №2670508 С2 от 23.10.2018).Known formative part of the stamp to obtain blanks such as valves of internal combustion engines, containing a clip with upper and lower annular grooves on the inner surface with transverse windows open under them for the refrigerant and its ends and the screw grooves matrix, also open with opposite ends in its middle annular groove, located below the interface zone of the parts of the cavity of the matrix (hsfm) with its inclined channels for the refrigerant made in this zone with their beginning in the screw grooves of the cage, and their end beginning helical grooves on the outer surface of the die covered by a holder, with a part of its cavity a smaller diameter (see. №2670508 C2 RF patent from 10/23/2018).

Недостатки этого решения: из-за расположения средней канавки ниже зсчпм усложняется попадание хладагента из канавок матрицы в канавки обоймы, что также затрудняет сборку этих деталей между собой из-за необходимости совмещения концов этих канавок.The disadvantages of this solution: due to the location of the middle groove below the CSPF, it is more difficult for the refrigerant to enter the matrix grooves into the holder grooves, which also makes it difficult to assemble these parts together due to the need to combine the ends of these grooves.

Выполнение наклонных каналов под хладагент на наружной боковой поверхности матрицы возможно наклонной установкой ее на столе, например, сверлильного или координатного станков, для зацентровки этой поверхности трудоемко, как и выполнение на ней и на внутренней поверхности обоймы наклонных канавок.The execution of inclined channels for the refrigerant on the outer side surface of the matrix is possible by inclinedly installing it on a table, for example, a drilling or coordinate machine, to center this surface is time-consuming, as well as performing on it and on the inner surface of the holder of the inclined grooves.

Задачей предлагаемого решения является повышение эффективности охлаждения матрицы и ее стойкости, технологичности этой части штампа и упрощении его конструкции.The objective of the proposed solution is to increase the cooling efficiency of the matrix and its durability, adaptability of this part of the stamp and simplify its design.

Технический результат от него: повышение стойкости и технологичности матрицы с улучшением экономических показателей такого штампа.The technical result from it: increasing the durability and manufacturability of the matrix with the improvement of economic indicators of such a stamp.

Это достигается тем, что формообразующая часть горячего штампа под заготовку-вал с шестерней на конце, содержащая обойму с верхней и нижней кольцевыми канавками на внутренней поверхности и открытыми в них поперечными окнами под хладагент и концами ее и матрицы винтовых канавок, открытых также противоположными концами в среднюю кольцевую канавку ее, расположенную ниже зоны сопряжения частей полости матрицы с выполненными в этой зоне ее наклонными каналами под хладагент с началом их в винтовых канавках обоймы и концом в начале винтовых канавок на наружной поверхности охваченной обоймой матрицы с частью ее полости меньшего диаметра, НОВЫМ ЯВЛЯЕТСЯ ТО, ЧТО только на наружной боковой поверхности матрицы в зоне ее формообразующей полости выполнены закрытые канавки с углом наклона ≥0 относительно ее продольной оси и с формой дна, подобной поверхности формообразующей полости матрицы, причем нижние и верхние края их торцевых стенок, образованные с одним значением радиуса кривизны <∞, расположены соответственно в нижней кольцевой канавке матрицы, куда открыто нижнее поперечное окно обоймы, и в верхней кольцевой канавке обоймы у верхних торцевых стенок между нижними и верхними краями сопряжены последовательно участки с радиусами кривизны <∞This is achieved by the fact that the forming part of the hot stamp for the workpiece-shaft with a gear at the end, containing a clip with upper and lower annular grooves on the inner surface and transverse windows open under them for the refrigerant and its ends and the matrix of helical grooves also open at opposite ends in its middle annular groove, located below the interface between the parts of the matrix cavity and its inclined channels for the refrigerant made in this zone, with their beginning in the screw grooves of the ferrule and the end at the beginning of the screw curling on the outer surface of the covered matrix holder with a part of its cavity of a smaller diameter, NEW IS THAT only closed outer grooves with an inclination angle ≥0 relative to its longitudinal axis and with a bottom shape similar to the forming surface are made on the outer side surface of the matrix in the area of its forming cavity cavity of the matrix, the lower and upper edges of their end walls formed with the same value of the radius of curvature <∞, respectively, are located in the lower annular groove of the matrix, where the lower transverse e cage box and the top annular groove of the cage at the upper end walls between the lower and upper edges are conjugate portions sequentially with radii of curvature <∞

и=∞, центры которых расположены с противоположной предыдущим центрам стороны; эти стенки разделены участком дна каждой из канавок длиной ≥0, выполненным с радиусом кривизны =∞;and = ∞, the centers of which are located on the side opposite to the previous centers; these walls are separated by a bottom portion of each of the grooves of length ≥0, made with a radius of curvature = ∞;

Выполнением только на наружной боковой поверхности матрицы в зоне ее формообразующей полости закрытых с радиусными торцевыми стенками канавок с углом наклона ≥0 относительно ее продольной оси, донья которых подобны поверхности формообразующей полости матрицы, упрощаются конструкции обоймы без винтовых канавок, внутренних средней и нижней кольцевых канавок, а также и матрицы без наклонных каналов в зоне сопряжения радиусов ее формообразующей полости, чем повышается их технологичность.By executing only on the outer lateral surface of the matrix in the area of its forming cavity of grooves closed with radial end walls with an angle of inclination ≥0 relative to its longitudinal axis, the bottoms of which are similar to the surface of the forming cavity of the matrix, clip designs without screw grooves, inner middle and lower annular grooves are simplified, as well as matrices without inclined channels in the mating zone of the radii of its forming cavity, which increases their manufacturability.

Расположением краев таких канавок матрицы соответственно в нижней кольцевой канавке матрицы и в верхней кольцевой канавке обоймы отпадает надобность в ее средней кольцевой канавке и упрощается ее изготовление.The location of the edges of such grooves of the matrix, respectively, in the lower annular groove of the matrix and in the upper annular groove of the cage eliminates the need for its middle annular groove and simplifies its manufacture.

Использованием в нижних частях канавок радиусных торцевых стенок связано с уменьшением тепловой нагрузки к нижнему торцу матрицы от формирующейся в ней поковки; при этом величина их радиуса кривизны <∞ и определяется диаметром дисковой или червячной фрезы, образующей эти канавки с углом наклона ≥0 относительно ее продольной оси и учетом их глубины; при этом в начале и в конце верхних торцевых стенок канавок имеется такой же радиус кривизны, как и выше указанный, определяемый также диаметром этой фрезы на части их длины, а в остальных частях этих стенок двумя другими значениями радиуса кривизны из диапазона ≤∞, сопряженными с начальным и конечным, вследствие наличия радиусов сопряжения у формообразующей полости и значительного изменения ее нижнего диаметра по сравнению с верхним, например, с 80 до 35 мм; поэтому там выполнен прямолинейный наклонный участок с радиусом кривизны =∞, соединяющий концами другие участки. Соединением между собой торцевых стенок по доньям длиной =0 канавок упрощается изготовление матрицы с короткой нижней частью формообразующей полости и повышается прочность ее такими радиусными канавками, что определяется длиной хвостовика у получаемой поковки. Наличием у таких канавок прямых или винтовых участков длиной > (их радиус кривизны =∞) между их торцевыми радиусными стенками обеспечивается эффективное охлаждение поверхностей полости матрицы; они выполняются, как и их торцевые стенки, одной и той же дисковой или червячной фрезой на соответствующем станке.The use of the radial end walls in the lower parts of the grooves is associated with a decrease in the heat load to the lower end of the matrix from the forging formed in it; the value of their radius of curvature <∞ and is determined by the diameter of the disk or worm cutter forming these grooves with an angle of inclination ≥0 relative to its longitudinal axis and taking into account their depth; moreover, at the beginning and at the end of the upper end walls of the grooves there is the same radius of curvature as indicated above, also determined by the diameter of this cutter on a part of their length, and in the remaining parts of these walls by two other values of the radius of curvature from the range ≤∞, conjugated with initial and final, due to the presence of mating radii of the forming cavity and a significant change in its lower diameter compared to the upper, for example, from 80 to 35 mm; therefore, a straight inclined section with a radius of curvature = ∞ is made there, connecting the ends of other sections. The interconnection of the end walls along the bottoms of length = 0 grooves simplifies the manufacture of a matrix with a short lower part of the forming cavity and increases its strength by such radial grooves, which is determined by the length of the shank of the resulting forgings. The presence of straight or screw sections of length> (their radius of curvature = ∞) between their grooved radius walls in such grooves ensures effective cooling of the matrix cavity surfaces; they are performed, like their end walls, by the same disk or worm mill on the corresponding machine.

Формированием у верхних торцевых стенок между нижними и верхними краями сопряженных с имеющимися последовательно двух участков со своими радиусами кривизны <∞ иThe formation at the upper end walls between the lower and upper edges of the mating with the existing two successive sections with their radii of curvature <∞ and

=∞ с их центрами, расположенными с противоположной предыдущим центрам стороны, создаются прямые или винтовые канавки под циркулирующий по ним хладагент.= ∞ with their centers located on the opposite side to the previous centers, straight or helical grooves are created for the refrigerant circulating along them.

Анализ предлагаемого и известных решений показывает, что оно ново, с существенными отличиями и промышленной пригодностью и поэтому соответствует критерию ИЗОБРЕТЕНИЕ.An analysis of the proposed and known solutions shows that it is new, with significant differences and industrial suitability and therefore meets the criterion of the INVENTION.

Оно представлено на чертеже фиг. 1 и содержит обойму 1 с поперечными окнами 2 и 3 (верхним) и (нижним) под хладагент, открытыми в ее внутреннюю верхнюю кольцевую канавку 4 и нижнюю кольцевую канавку 5 матрицы, охваченной с натягом обоймой 6 с формообразующее полостью 7, содержащей сверху вниз цилиндрическую, коническую, радиусную, коническую и цилиндрическую под выталкиватель сформированной поковки части, и с наружными закрытыми с радиусными внизу (R1<∞) и радиусно-прямыми (R1<∞, R2 ∞ и R3=∞) вверху торцевыми стенками канавки 8 с углом наклона их ≥0 (на чертеже он равен 0) относительно ее продольной оси; при этом между радиусами R1 и R1 торцевых стенок может быть прямой участок канавок с R3 или их начала с R1 и R1 совмещены и поэтому и протяженность такого участка =0 (показано штриховой линией, когда у поковки короткая хвостовая часть); эти канавки отделены от поверхности формообразующей полости 7 матрицы стенками постоянной толщины (желательно) и образуются дисковыми или червячными фрезами, которыми формируется также подобный поверхности формообразующей полости матрицы профиль по доньям канавок 8; края их торцевых стенок 9 и 10 открыты в нижнюю кольцевую канавку 5 матрицы 6 и верхнюю 4 кольцевую канавку 4 обоймы 1.It is shown in the drawing of FIG. 1 and comprises a holder 1 with transverse windows 2 and 3 (upper) and (lower) under the refrigerant, open into its inner upper annular groove 4 and the lower annular groove 5 of the matrix, covered with an interference fit by a holder 6 with a forming cavity 7, containing a cylindrical cavity from top to bottom , conical, radial, conical and cylindrical under the ejector of the formed forgings of the part, and with external closed ones with radius below (R1 <∞) and radius-straight (R1 <∞, R2 ∞ and R3 = ∞) above the end walls of the groove 8 with an angle of inclination their ≥0 (in the drawing it is 0) relative to its longitudinal axis; between the radii R1 and R1 of the end walls there can be a straight section of grooves with R3 or their beginning with R1 and R1 combined and therefore the length of such a section = 0 (shown by a dashed line when the forgings have a short tail); these grooves are separated from the surface of the forming cavity 7 of the matrix by walls of constant thickness (preferably) and are formed by disk or worm cutters, which also form a profile similar to the surface of the forming cavity of the matrix along the bottoms of the grooves 8; the edges of their end walls 9 and 10 are open in the lower annular groove 5 of the matrix 6 and the upper 4 annular groove 4 of the holder 1.

Матрица охлаждается так: хладагент подводится через нижнее поперечное окно 3 обоймы 1 и нижнюю кольцевую канавку 5 матрицы 6 к краям радиусных торцевых стенок 9 канавок 8, по которым устремляется вверх к зоне сопряжения частей полости 7 матрицы 6, где максимальны силовое, тепловое и прочие воздействия нагретого металла формируемой поковки; в этой зоне обеспечивается наибольший эффект охлаждения наружной (по доньям и боковым стенкам канавок 8 поверхности матрицы и, следовательно, ее внутренней поверхности-зоны сопряжения по радиусам верхней и нижней частей ее полости 7; из этой зоны через верхние края радиусно-прямых или винтовых торцевых стенок 10 канавок 8 нагретый хладагент поступает в кольцевую канавку 4 обоймы 1 и через ее поперечное окно 2 отводится за пределы штампа.The matrix is cooled as follows: the refrigerant is supplied through the lower transverse window 3 of the holder 1 and the lower annular groove 5 of the matrix 6 to the edges of the radial end walls 9 of the grooves 8, along which it rises up to the interface zone of the parts of the cavity 7 of the matrix 6, where the maximum power, thermal and other influences heated metal forgings; in this zone, the greatest cooling effect is provided for the outer (along the bottoms and side walls of the grooves 8 of the matrix surface and, therefore, its inner surface — the mating zone along the radii of the upper and lower parts of its cavity 7; from this zone through the upper edges of the radially straight or helical end the walls 10 of the grooves 8, the heated refrigerant enters the annular groove 4 of the cage 1 and through its transverse window 2 is discharged outside the stamp.

Эффективность охлаждения матрицы определяется величиной установившейся к началу очередной запрессовки металла в нее температурой ее внутренней поверхности, зависящей от теплопоступления в нее, темпа работы пресса, толщины ее стенок по доньям канавок 8, расхода и скорости циркуляции хладагента по ним и чем меньше значение этой температуры, тем выше стойкость матрицы; предлагаемым и испытанным решением она увеличена в 1,7 раза.The cooling efficiency of the matrix is determined by the value of the temperature of its inner surface, which was established at the beginning of the next pressing of metal into it, depending on the heat input into it, the pace of the press, the thickness of its walls along the bottoms of the grooves 8, the flow rate and rate of circulation of the refrigerant over them, and the lower the value of this temperature, the higher the resistance of the matrix; the proposed and tested solution, it is increased 1.7 times.

Количество прямых или наклонных канавок (как минимум 10-12) матрицы определяется поперечными размерами ее формообразующей полости, длина которой задается длиной получаемой поковки.The number of straight or inclined grooves (at least 10-12) of the matrix is determined by the transverse dimensions of its forming cavity, the length of which is determined by the length of the obtained forging.

Таким образом, предлагаемым решением упрощается конструкция обоймы при незначительном усложнении матрицы с повышением стойкости ее как минимум в 1,7 раза и улучшенными экономическими показателями штампа.Thus, the proposed solution simplifies the design of the clip with a slight complication of the matrix with an increase in its resistance by at least 1.7 times and improved economic performance stamp.

Claims

The forming part of the hot stamp for receiving a workpiece in the form of a shaft with a gear at the end, containing a cage, in the cavity of which an interference fit is installed, is made with a forming cavity having a cylindrical, conical, radial, conical and cylindrical parts located from top to bottom, the casing being made with upper and lower transverse windows for refrigerant and with an upper annular groove on the inner surface into which the said upper transverse window is open, characterized in that the matrix is made and with a lower annular groove into which the lower transverse window of the cage is open, and with closed grooves straight or inclined relative to the longitudinal axis of the matrix, the bottom surface of the said grooves is similar to the surface of the forming cavity of the matrix, and the edges of their end walls are made with the same radius of curvature and are located respectively, in the upper annular groove of the cage and in the lower annular groove of the matrix.