RU2705157C1

RU2705157C1 - Shaping part of hot die for billet-shaft with gear at end

Info

Publication number: RU2705157C1
Application number: RU2018147323A
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. Cartridge has crosswise openings for the coolant and with the upper and lower ring grooves on the inner surface. Crosswise openings are open to said annular grooves. Cavity of cartridge is made with cylindrical upper part of larger diameter, changing into conical part. Cylindrical part of smaller diameter is arranged on cone vertex side. Matrix is made with outer side surface identical to cartridge cavity surface and with shank. Matrix is installed in cavity of cartridge with interference between their conical surfaces. On the conical cavity of the cavity of the cartridge or on the conical outer lateral surface of the matrix there are longitudinal or inclined grooves for the coolant. Grooves are opened by their ends in upper and lower circular grooves of cartridge. Mat is screwed on the shank end of the female die and thrusts against the rear butt end of the holder.

EFFECT: simplified assembly and disassembly of die forming part.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к металлургическому производству для получения горячей штамповкой заготовок-валов с конической шестерней на конце. 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 invention relates to metallurgical production for hot stamping of blanks-shafts with a bevel gear at the end. 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, S. 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 усложнено 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.

Заготовка матрицы материалоемка из-за одного диаметра по всей длине ее. Сложна сборка матрицы с обоймой, нагреваемой до 725К в течение 3-4 часов, а разборка не возможна из-за их коррозии от хладагента, что исключает использование обоймы с новыми матрицами, взаимодействующими с циркулирующим по их канавкам хладагентом-водой.The blank of the matrix is material-intensive due to one diameter along its entire length. It is difficult to assemble a matrix with a holder heated to 725K for 3-4 hours, and disassembling is not possible due to their corrosion from the refrigerant, which excludes the use of the holder with new matrices interacting with the refrigerant-water circulating through their grooves.

Задачей предлагаемого решения является упрощение сборки и разборки этой части штампа, конструкции обоймы и материалоемкости матрицы. Технический результат от него: повышение технологичности сборки-разборки обоймы с матрицей и уменьшение расхода стали 3Х3М3Ф ГОСТ 5950-00 на изготовление последней.The objective of the proposed solution is to simplify the assembly and disassembly of this part of the stamp, the design of the cage and the material consumption of the matrix. The technical result from it: improving the manufacturability of the assembly-disassembling of the holder with the matrix and reducing the consumption of steel 3X3M3F GOST 5950-00 for the manufacture of the latter.

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 (зсчпм) 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 матрицы с частью ее полости меньшего диаметра; при этом имеющаяся на конце матрицы гайка уперта передним торцом в задний торец обоймы, охватывающей матрицу с натягом, НОВЫМ ЯВЛЯЕТСЯ ТО, ЧТО у обоймы без винтовых канавок и средней кольцевой канавки выполнена в верхней части цилиндрическая полость большего диаметра, переходящей в усеченную коническую полость, расположенную в зоне формообразующей полости матрицы, с основанием со стороны ее верхнего торца, с вершины которой образована другая цилиндрическая полость меньшего диаметра; в такой полости обоймы расположена матрица с идентичными наружными боковыми поверхностями и канавками с углом наклона ≥0° на ее конической поверхности, открытыми своими краями в нижнюю и верхнюю кольцевые канавки обоймы; канавки с углом наклона ≥0° выполнены на конической поверхности полости обоймы. Отсутствием у обоймы винтовых канавок и средней кольцевой канавки упрощается конструкция и повышается технологичность ее. Выполнением в верхней части обоймы цилиндрической полости большего диаметра, под ней усеченной конической полости и под последней другой цилиндрической полости меньшего диаметра обеспечивается сборка ее без нагрева с матрицей.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 (hsfm) and its inclined channels for the refrigerant made in this zone, with their beginning in the screw grooves of the holder and the end at the beginning of the wines ovyh grooves on the outer surface of the matrix with its part of smaller diameter of the cavity; in this case, the nut at the end of the matrix is abutted by the front end against the rear end of the cage, covering the matrix with an interference fit, A NEW IS THAT that at the cage without screw grooves and the middle annular groove, a larger cylindrical cavity is made in the upper part, turning into a truncated conical cavity located in the zone of the mold cavity of the matrix, with a base on the side of its upper end, from the top of which another cylindrical cavity of a smaller diameter is formed; in such a cavity of the holder there is a matrix with identical outer side surfaces and grooves with an angle of inclination ≥0 ° on its conical surface, open with their edges into the lower and upper annular grooves of the holder; grooves with an inclination angle of ≥0 ° are made on the conical surface of the holder cavity. The absence of helical grooves and the middle annular groove in the clip simplifies the design and increases its manufacturability. The execution in the upper part of the holder of a cylindrical cavity of a larger diameter, under it a truncated conical cavity and under the last other cylindrical cavity of a smaller diameter, ensures its assembly without heating with a matrix.

Созданием у последней идентичных наружных поверхностей поверхности осуществляется центрирование ее в обойме их контактирующими коническими поверхностями и натяг между ними. Перемещением при разборке изношенной матрицы на несколько миллиметров относительно обоймы достаточно для дальнейшего беспрепятственного извлечения ее из последней.By creating at the last identical outer surfaces of the surface, it is centered in the holder by their contacting conical surfaces and an interference between them. When disassembling a worn matrix by a few millimeters relative to the holder, it is enough to further remove it from the latter.

Формированием на наружной конической поверхности матрицы прямых или наклонных канавок под хладагент гарантируется нахождение их краев в кольцевых канавках обоймы, циркуляция хладагента по ним и эффективное охлаждение наружной и внутренней поверхностей этой части ее. Выполнением канавок с углом наклона ≥0° на конической поверхности полости обоймы, а не на конической поверхности матрицы, упрощается конструкция последней, снижается стоимости ее и штампа в целом из-за многократного использования обоймы с новыми матрицами. Анализ предлагаемого и известных решений показывает, что оно ново, с существенными отличиями, промышленно пригодно и отвечает критерию ИЗОБРЕТЕНИЕ.Formation of straight or inclined grooves for the refrigerant on the outer conical surface of the matrix ensures that their edges are found in the annular grooves of the cage, circulation of the refrigerant along them and effective cooling of the outer and inner surfaces of this part of it. By making grooves with an angle of inclination ≥0 ° on the conical surface of the cavity of the holder, and not on the conical surface of the matrix, the design of the latter is simplified, its cost and the stamp as a whole are reduced due to the repeated use of the holder with new matrices. An analysis of the proposed and known solutions shows that it is new, with significant differences, industrially suitable and meets the criterion of the INVENTION.

Данное решение представлено на чертеже фиг. 1, где показаны прямые продольные канавки на конической поверхности матрицы п. 1 формулы, и штриховыми линиями винтовые канавки на конической поверхности обоймы согласно п. 2 ее; оно содержит обойму 1, в которой с натягом по их коническим поверхностям расположена матрица 2 с формообразующей полостью 3 в верхней части большего диаметра, чем в остальной части ее, соединенными между собой радиусами сопряжения; при этом в обойме 1 выполнено верхнее поперечное окно 4 под отводимый нагретый теплом матрицы хладагент, выходящее в ее верхнюю внутреннюю кольцевую канавку 5, куда открыты также и верхние края прямых канавок 6 матрицы, образованных на ее конической поверхности в зоне ее формообразующей полости 3 или наклонных внутренних канавок 6^ обоймы, выполненных на ее внутренней конической поверхности; края этих канавок расположены в верхней 5 и нижней 7 кольцевых канавках обоймы 1, куда выходят ее верхнее 4 и нижнее 8 поперечные окна 8 под хладагент; на хвостовик матрицы 2 навернута и застопорена, например, не показанным штифтом, гайка 9, упирающаяся передним торцом в задний торец обоймы 1 и фиксирующая матрицу 2 в последней в осевом и радиальном направлениях с требуемым натягом между их контактирующими коническими поверхностями; герметичность зоны циркуляции хладагента обеспечивается сальником 10, размещенным в канавке заднего торца обоймы 1 и поджатого торцом гайки 9, а также уплотнительным элементом 11, расположенным в кольцевой канавке обоймы, образованной выше канавки 5 ее, но соединенной с ней осевым зазором для его охлаждения; между цилиндрическими поверхностями обоймы 1 и матрицы 2 имеются гарантированные радиальные зазоры, чем упрощается сборка-разборка их. Матрица 2 охлаждается так: хладагент подводится через нижние поперечное окно 8 и кольцевую канавку 7 обоймы 1 к нижним краям прямых канавок 6 матрицы или наклонных канавок 6^ обоймы, по которым устремляется вверх к зоне сопряжения частей формообразующей полости 3 матрицы 2, где максимальные силовое, тепловое и прочие воздействия нагретого металла формируемой поковки; в этой зоне хладагент обеспечивает наибольший эффект охлаждения наружной (по доньям и боковым стенкам продольных канавок 6 матрицы 2 или по ее наружной боковой поверхности (п. 2 формулы) и, следовательно, внутренней поверхности-зоны сопряжения по радиусам верхней и нижней частей ее полости; из этой зоны через верхние края этих канавок нагретый хладагент поступает в верхнюю кольцевую канавку 5 обоймы 1 и через поперечное окно 4 отводится за ее пределы.This solution is shown in the drawing of FIG. 1, which shows straight longitudinal grooves on the conical surface of the matrix of claim 1, and dashed lines of the helical grooves on the conical surface of the holder according to paragraph 2 of it; it contains a holder 1, in which a matrix 2 with an interference cavity 3 is located with interference on their conical surfaces in the upper part of a larger diameter than in the rest of it, interconnected by the radii of conjugation; at the same time, in the holder 1, the upper transverse window 4 is made for the refrigerant discharged by the heat of the matrix heat exiting into its upper inner annular groove 5, where the upper edges of the straight grooves 6 of the matrix, formed on its conical surface in the area of its forming cavity 3 or inclined, are also open internal grooves 6 ^ clips made on its inner conical surface; the edges of these grooves are located in the upper 5 and lower 7 annular grooves of the cage 1, where its upper 4 and lower 8 transverse windows 8 under the refrigerant exit; on the shank of the matrix 2 is screwed and locked, for example, by a pin not shown, a nut 9, abutting the front end against the rear end of the yoke 1 and fixing the matrix 2 in the latter in axial and radial directions with the required interference between their contacting conical surfaces; the tightness of the refrigerant circulation zone is ensured by the stuffing box 10, located in the groove of the rear end of the cage 1 and the end face of the nut 9, as well as the sealing element 11, located in the annular groove of the cage formed above its groove 5, but connected with an axial clearance to cool it; between the cylindrical surfaces of the cage 1 and the matrix 2 there are guaranteed radial clearances, which simplifies their assembly-disassembly. Matrix 2 is cooled as follows: the refrigerant is supplied through the lower transverse window 8 and the annular groove 7 of the holder 1 to the lower edges of the straight grooves 6 of the matrix or inclined grooves 6 ^ of the holder, along which it rises upward to the interface between the parts of the forming cavity 3 of the matrix 2, where the maximum thermal and other effects of heated metal forged forgings; in this zone, the refrigerant provides the greatest cooling effect on the outer (along the bottoms and side walls of the longitudinal grooves 6 of the matrix 2 or along its outer side surface (claim 2 of the formula) and, therefore, the inner surface of the interface zone along the radii of the upper and lower parts of its cavity; from this zone, through the upper edges of these grooves, the heated refrigerant enters the upper annular groove 5 of the holder 1 and is diverted outside of it through the transverse window 4.

По п. 1 формулы толщина стенок матрицы 2 больше с учетом глубины ее канавок 6, а по п. 2 формулы она меньше как минимум на глубину указанных канавок, причем внутренний с постоянной температурой охлаждаемый периметр матрицы по п. 2 значительно протяженнее, чем по п. 1 и, следовательно, эффект охлаждения внутренней поверхности матрицы больше и стойкость ее выше.According to claim 1 of the formula, the wall thickness of the matrix 2 is greater taking into account the depth of its grooves 6, and according to claim 2 of the formula, it is less than at least the depth of these grooves, and the internal cooled perimeter of the matrix with a constant temperature according to claim 2 is much longer than . 1 and, therefore, the cooling effect of the inner surface of the matrix is greater and its resistance is higher.

Эффективность охлаждения матрицы определяется величиной установившейся к началу очередной запрессовки металла в нее температуры внутренней поверхности ее, зависящей от теплопоступления в нее, темпа работы пресса, толщины ее стенок по доньям канавок 6, расхода и скорости циркуляции хладагента по ним и чем меньше значение данной температуры, тем выше стойкость матрицы; предлагаемым решением она увеличится как минимум в 1,5-2 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 6, the flow rate and speed of circulation of the refrigerant over them, and the lower the value of this temperature, the higher the resistance of the matrix; the proposed solution, it will increase at least 1.5-2 times.

Заготовка матрицы - цилиндро-коническая с уменьшенными на одну треть массой по сравнению с цилиндрической заготовкой и объемом лезвийной обработки.The blank of the matrix is cylindrical-conical with a mass reduced by one third compared to a cylindrical blank and the volume of blade processing.

Таким образом, предлагаемым исключается нагрев обоймы перед сборкой с матрицей; она многоразовая в использовании с новыми матрицами; уменьшается расход металла на последние с объемом их лезвийной обработки и улучшаются экономические показатели такого штампа.Thus, the proposed excludes heating clips before assembly with the matrix; it is reusable to use with new matrices; metal consumption for the latter is reduced with the volume of their blade processing and the economic performance of such a stamp is improved.

Claims

Формообразующая часть горячего штампа для получения заготовки в виде вала с шестерней на конце, содержащая обойму, в полости которой установлена матрица, выполненная с формообразующей полостью, имеющей верхнюю часть большего диаметра, сопряженную с частью меньшего диаметра, при этом обойма выполнена с поперечными окнами под хладагент и с верхней и нижней кольцевыми канавками на внутренней поверхности, в которые открыты упомянутые поперечные окна, отличающаяся тем, что полость обоймы выполнена с цилиндрической верхней частью большего диаметра, переходящей в коническую часть, со стороны вершины конуса которой расположена цилиндрическая часть меньшего диаметра, а матрица выполнена с наружной боковой поверхностью, идентичной поверхности полости обоймы, и с хвостовиком и установлена в полости обоймы с натягом между их коническими поверхностями, при этом на конической поверхности полости обоймы или на конической наружной боковой поверхности матрицы выполнены продольные или наклонные канавки под хладагент, открытые своими концами в верхнюю и нижнюю кольцевые канавки обоймы, а на хвостовик матрицы навернута с упором в задний торец обоймы и застопорена гайка. The forming part of the hot stamp to obtain a workpiece in the form of a shaft with a gear at the end, containing a cage, in the cavity of which a matrix is installed, made with a forming cavity having an upper part of a larger diameter, conjugated with a part of a smaller diameter, while the casing is made with transverse windows for refrigerant and with upper and lower annular grooves on the inner surface into which the said transverse windows are open, characterized in that the cavity of the holder is made with a cylindrical upper part of a larger the diameter turning into the conical part, from the side of the top of the cone which is the cylindrical part of a smaller diameter, and the matrix is made with an outer side surface identical to the surface of the holder cavity, and with a shank and installed in the holder cavity with an interference fit between their conical surfaces, while on the conical longitudinal or inclined refrigerant grooves are made on the surface of the holder cavity or on the conical outer lateral surface of the matrix, open at their ends into the upper and lower annular grooves of the refrigerant ymy, and the matrix stem screwed with an emphasis in the rear end of the holder and lock nut.