RU2074040C1 - Mandrel for forming inner splined profile of sleeve-type parts - Google Patents

Abstract

FIELD: tools for making parts by cold plastic deformation, namely, mandrels for forming lengthwise profile on inner surface of sleeve-type part of reducing tubular blank. SUBSTANCE: mandrel includes shaped cylindrical working portion in the form of hollow cylinder whose inner surface is cone one and joined with said portion cone core that may be moved along axis of hollow cylinder and connected with it by elastic link. Core has guiding necking portion at side of its small diameter. Necking portion is joined with guiding sleeve mounted in end of hollow portion of mandrel and passing to less diameter portion rigidly supporting removable abutment. The latter is in the form of cap secured to nut arranged on mounting portion of core. EFFECT: improved design of mandrel providing it enhanced strength. 3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к инструменту для изготовления деталей методом холодного пластического деформирования, а именно, к оправкам для формирования продольного профиля на внутренней поверхности детали типа втулки путем редуцирования трубной заготовки. The invention relates to a tool for manufacturing parts by cold plastic deformation, and in particular, to mandrels for forming a longitudinal profile on the inner surface of a sleeve-like part by reducing a tube billet.

Известна оправка для формирования внутреннего шлицевого профиля деталей типа втулки методом холодного пластического деформирования, содержащая профильную цилиндрическую рабочую часть. Known mandrel for the formation of the internal spline profile of parts such as sleeve method of cold plastic deformation, containing a profile cylindrical working part.

Заготовку устанавливают без зазора на профилирующую оправку (напрессовывают) и редуцируют через матрицу. На завершающем этапе оправку извлекают из готовой детали путем выпрессовки. The workpiece is installed without a gap on the profiling mandrel (pressed) and reduced through the matrix. At the final stage, the mandrel is removed from the finished part by extrusion.

Задачей изобретения является обеспечение возможности снижения контактных давлений между оправкой и деталью при выпрессовке для повышения стойкости оправки. The objective of the invention is to provide the possibility of reducing contact pressure between the mandrel and the part during extrusion to increase the durability of the mandrel.

Технический результат достигается за счет того, что в оправке для формирования внутреннего шлицевого профиля деталей типа втулки методом холодного пластического деформирования, содержащей профильную цилиндрическую рабочую часть, последняя выполнена в виде полого цилиндра с коническим отверстием, а оправка снабжена установленным в отверстии с возможностью осевого возвратно-поступательного перемещения коническим сердечником, конец меньшего диаметра которого выполнен в виде направляющей шейки и крепежного участка меньшего диаметра, направляющей втулкой, размещенной между полым цилиндром и направляющей шейкой и съемным упором, жестко закрепленный на крепежном участке, при этом сердечник соединен с полым цилиндром посредством упругой связи. The technical result is achieved due to the fact that in the mandrel for the formation of an internal spline profile of parts such as bushings by cold plastic deformation containing a cylindrical profile working part, the latter is made in the form of a hollow cylinder with a conical hole, and the mandrel is equipped with an axial reciprocating translational movement with a conical core, the end of a smaller diameter of which is made in the form of a guide neck and a mounting section of a smaller diameter, a guide sleeve located between the hollow cylinder and the guide neck and a removable stop, rigidly fixed to the mounting portion, the core being connected to the hollow cylinder by means of an elastic connection.

Упор может быть выполнен в виде колпачка, закрепленного на сердечнике промежуточной гайкой с внутренней и наружной резьбой. The emphasis can be made in the form of a cap fixed to the core with an intermediate nut with internal and external threads.

Упругая связь сердечника с полым цилиндром может быть реализована в виде пружины сжатия, расположенной между гайкой и торцем направляющей втулки. The elastic connection of the core with the hollow cylinder can be implemented in the form of a compression spring located between the nut and the end of the guide sleeve.

Конструкция оправки представлена на фиг.1. The design of the mandrel is presented in figure 1.

Основной частью оправки является ее рабочая часть 1, выполненная в виде полого цилиндра с коническим отверстием и наружным шлицевым профилем, соответствующим деформируемому профилю детали. В отверстии полого цилиндра находится конический сердечник 2, образующий с ним разъемное соединение. С двух сторон сердечник 2 снабжен двумя крепежными резьбовыми участками 3 и 4. Со стороны меньшего диаметра сердечник имеет также гладкую направляющую шейку 5, примыкающую к крепежному участку 3. В торец полой рабочей части 1, расположенный со стороны меньшего диаметра сердечника, запрессована направляющая втулка 6, сопряженная с направляющей шейкой 5. Резьбовой участок 3 со стороны меньшего диаметра конического сердечника служит для присоединения съемного упора, состоящего из промежуточной гайки 7 с внутренней и наружной резьбой и буртом и колпачка 8. Между буртом промежуточной гайки 7 и торцем направляющей втулки 6 расположена пружина сжатия 9. The main part of the mandrel is its working part 1, made in the form of a hollow cylinder with a conical hole and an external spline profile corresponding to the deformable profile of the part. In the hole of the hollow cylinder there is a conical core 2, which forms a detachable connection with it. On both sides, the core 2 is provided with two threaded fastening sections 3 and 4. On the smaller side, the core also has a smooth guide neck 5 adjacent to the fastening section 3. A guide sleeve 6 is pressed into the end face of the hollow working part 1 located on the side of the smaller core diameter. coupled to the guide neck 5. The threaded portion 3 from the side of the smaller diameter of the conical core is used to attach a removable stop consisting of an intermediate nut 7 with internal and external threads and a collar and olpachka 8. Between the intermediate collar nut 7 and the end of the guide sleeve 6 is arranged a compression spring 9.

Оправку используют для редуцирования на гидропрессе с рабочим усилием свыше 1000 кН, а также при других процессах холодного пластического деформирования. The mandrel is used for reduction on a hydraulic press with a working force of more than 1000 kN, as well as in other processes of cold plastic deformation.

В процессе редуцирования пружина 9 прижимает конический сердечник 2 к полому цилиндру 1 таким образом, что эти детали образуют беззазорное соединение, обладающее радиальной жесткостью и прочностью сплошного вала, и оправка работает как цельная. После редуцирования усилие, создаваемое прессом, обеспечивает сжатие пружины 9 и выборку зазора между втулкой 6 и упором. При этом, в результате их относительного перемещения, между сердечником 2 и полым цилиндром 1 образуется радиальный зазор. Радиальная жесткость полого цилиндра 1, контактирующего с заготовкой (показана пунктиром), уменьшается в несколько раз, что сопровождается снижением контактного давления между деталью и оправкой и уменьшением усилия распрессовки. In the process of reduction, the spring 9 presses the conical core 2 against the hollow cylinder 1 in such a way that these parts form a clearance-free joint having radial rigidity and solid shaft strength, and the mandrel works as a single piece. After reduction, the force created by the press provides compression of the spring 9 and selection of the gap between the sleeve 6 and the stop. Moreover, as a result of their relative movement, a radial clearance is formed between the core 2 and the hollow cylinder 1. The radial stiffness of the hollow cylinder 1 in contact with the workpiece (shown by the dotted line) decreases several times, which is accompanied by a decrease in contact pressure between the part and the mandrel and a decrease in the pressure of extrusion.

Стойкость оправки зависит от уровня контактных давлений на ее поверхности, определяющих интенсивность адгезионного взаимодействия и износа. Усилие распрессовки Qр при прочих равных условиях характеризует величину средних контактных давлений q кг/мм², входящую в формулу:
Q_p= fqπd_эк•k•L (кг) (1),
где f коэффициент трения,
d_эк диаметр условной эквивалентной поверхности контакта, мм;
k отношение величины фактической площади контакта по шлицевой поверхности к условной поверхности контакта диаметром d_эк;
L длина поверхности контакта оправки с деталью вдоль оси, мм;
Согласно зависимости Ляме для упругого взаимодействия цилиндров для нашего случая контакта шлицевых поверхностей имеем:

где δ натяг детали на оправку, мм;
Е модуль упругости, кг/мм²;
C_o, C_q коэффициенты Ляме для оправки и детали.The durability of the mandrel depends on the level of contact pressures on its surface, which determine the intensity of adhesive interaction and wear. The pressing force Qр, ceteris paribus, characterizes the average contact pressure q kg / mm ² included in the formula:
Q _p = fqπd _ek • k • L (kg) (1),
where f is the coefficient of friction
d _ek diameter of the conditional equivalent contact surface, mm;
k the ratio of the actual contact area along the spline surface to the conditional contact surface with a diameter of d _ek ;
L is the length of the contact surface of the mandrel with the part along the axis, mm;
According to the Lyame dependence for the elastic interaction of the cylinders for our case of contact of splined surfaces, we have:

where δ is the tightness of the part on the mandrel, mm;
E modulus of elasticity, kg / mm ² ;
C _o , C _q Lame coefficients for the mandrel and the part.

Из (1) и (2) следует, что при изменении жесткости оправки, определяемой коэффициентом С_о, будут меняться контактные давления и усилие при распрессовке в К раз (q',Qp', C_q' значения величин для сборной оправки):

Для цельной стальной оправки:
C_o= 1-μ (4)
где μ коэффициент Пуассона (m=0,3 0,3 для стали).From (1) and (2) it follows that with a change in the rigidity of the mandrel, determined by the coefficient C _o , the contact pressures and the force when extruding by a factor of K will change (q ', Qp', C _q 'the values for the combined mandrel):

For solid steel mandrel:
C _o = 1-μ (4)
where μ is the Poisson's ratio (m = 0.3 0.3 for steel).

Для полой оправки:

где: d средний диаметр конического отверстия полой рабочей части оправки, мм
Для детали:

где D наружный диаметр детали, мм.For hollow mandrels:

where: d is the average diameter of the conical hole of the hollow working part of the mandrel, mm
For detail:

where D is the outer diameter of the part, mm.

Рассчитаем эффективность применения сборной оправки при получении методом редуцирования шлицевого профиля втулки кардана грузового автомобиля ГАЗ при следующих условиях:
диаметр окружности выступов шлицев Da 54 мм;
диаметр окружности впадин Df 62 мм;
эквивалентный диаметр d_эк 57,2 мм;
наружный диаметр детали D 73 мм;
материал детали углеродистая сталь, μ=0,3;
средний диаметр конического отверстия оправки d 46 мм.We calculate the effectiveness of the use of a prefabricated mandrel when a method for reducing the splined profile of a gimbal sleeve of a GAZ truck under the following conditions:
diameter of the circumference of the protrusions of the slots Da 54 mm;
the diameter of the circumference of the depressions Df 62 mm;
equivalent diameter d _ec 57.2 mm;
the outer diameter of the part D 73 mm;
part material carbon steel, μ = 0.3;
the average diameter of the conical hole of the mandrel d 46 mm

По формуле (4):
C_o= 1-μ=1-0,3=0,7
По формуле (5):

По формуле (6):

По формуле (3) находим, во сколько раз уменьшается усилие распрессовки и контактные давления на поверхностиданной оправки при переходе от цельного к ее сборному варианту:

Зависимость стойкости от контактных давлений не является линейной, поэтому уменьшение давлений в К раз вызывает повышение стойкости в К.К³, т.е. в 1,71. 5 раз. Это приводит к значительной экономии быстрорежущей стали, идущей на изготовление оправки. Поскольку оправка выполнена сборной, то после полного износа замене подлежит только полая нагружная часть, что также сокращает расход быстрорежущей стали.According to the formula (4):
C _o = 1-μ = 1-0.3 = 0.7
According to the formula (5):

According to the formula (6):

By the formula (3) we find how many times the pressing force and contact pressure on the surface of the mandrel decreases during the transition from the integral to its prefabricated version:

The dependence of resistance on contact pressures is not linear, therefore, a decrease in pressure by a factor of K causes an increase in resistance in K. K ³ , i.e. at 1.71. 5 times. This results in significant savings in high speed steel for mandrel manufacture. Since the mandrel is made by the national team, after full wear only the hollow loading part is subject to replacement, which also reduces the consumption of high-speed steel.

Claims (3)

1. Оправка для формирования внутреннего шлицевого профиля деталей типа втулки методом холодного пластического деформирования, содержащая профильную цилиндрическую рабочую часть, отличающаяся тем, что профильная рабочая часть выполнена в виде полого цилиндра с коническим отверстием, а оправка снабжена установленным в отверстии с возможностью осевого возвратно-поступательного перемещения коническим сердечником, конец меньшего диаметра которого выполнен в виде направляющей шейки и крепежного участка меньшего диаметра, направляющей втулкой, размещенной между полым цилиндром и направляющей шейкой, и съемным упором, жестко закрепленным на крепежном участке, при этом сердечник соединен с полым цилиндром посредством упругой связи. 1. A mandrel for forming an internal spline profile of parts of a sleeve type by cold plastic deformation, comprising a cylindrical profile working part, characterized in that the profile working part is made in the form of a hollow cylinder with a conical hole, and the mandrel is provided with an axial reciprocating mounted in the hole movement with a conical core, the end of a smaller diameter of which is made in the form of a guide neck and a fastening section of a smaller diameter, the guide in a sleeve located between the hollow cylinder and the guiding neck, and a removable stop rigidly fixed to the mounting portion, the core being connected to the hollow cylinder by means of an elastic connection. 2. Оправка по п.1, отличающаяся тем, что съемный упор выполнен в виде установленной на крепежном участке промежуточной гайки с наружной и внутренней резьбой и закрепленного на ней колпачка. 2. The mandrel according to claim 1, characterized in that the removable stop is made in the form of an intermediate nut installed on the mounting section with an external and internal thread and a cap fixed to it. 3. Оправка по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что упругая связь сердечника с полым цилиндром выполнена в виде пружины сжатия, расположенной между торцом направляющей втулки и съемным упором. 3. The mandrel according to claims 1 and 2, characterized in that the elastic connection of the core with the hollow cylinder is made in the form of a compression spring located between the end of the guide sleeve and a removable stop.