RU2761507C2 - Method for extrusion of thin-walled glasses with thick bottom and device for its implementation - Google Patents
Method for extrusion of thin-walled glasses with thick bottom and device for its implementation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2761507C2 RU2761507C2 RU2020111108A RU2020111108A RU2761507C2 RU 2761507 C2 RU2761507 C2 RU 2761507C2 RU 2020111108 A RU2020111108 A RU 2020111108A RU 2020111108 A RU2020111108 A RU 2020111108A RU 2761507 C2 RU2761507 C2 RU 2761507C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- punch
- diameter
- cylindrical
- matrix
- extrusion
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21J—FORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
- B21J13/00—Details of machines for forging, pressing, or hammering
- B21J13/02—Dies or mountings therefor
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21K—MAKING FORGED OR PRESSED METAL PRODUCTS, e.g. HORSE-SHOES, RIVETS, BOLTS OR WHEELS
- B21K21/00—Making hollow articles not covered by a single preceding sub-group
- B21K21/04—Shaping thin-walled hollow articles, e.g. cartridges
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Forging (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при объемной штамповке в машиностроительной, металлургической, автомобильной промышленности.The invention relates to the processing of metals by pressure and can be used for die forging in the machine-building, metallurgical, and automotive industries.
Известен способ выдавливания, в котором из заготовки, имеющей диаметр, равный внешнему диаметру донной части изготавливаемого стакана, непрерывно производят выдавливание стенки стакана и ее раздачу (аналог поперечно-продольного выдавливания) в зазоре между коническими поверхностями пуансона и матрицы (А.с. №1238877 (СССР), МКИ B21K 21/00. Опубл. 23.06.86. Бюл. №23), реализуемый устройством, содержащим пуансон и матрицу с коническими рабочими поверхностями и выталкиватель изделия из матрицы.There is a known method of extrusion, in which from a workpiece having a diameter equal to the outer diameter of the bottom part of the glass being produced, the wall of the glass is continuously squeezed out and distributed (analogous to transverse-longitudinal extrusion) in the gap between the conical surfaces of the punch and the matrix (Inventor's Certificate No. 1238877 (USSR), MKI B21K 21/00. Publ. 06/23/86. Bull. No. 23), implemented by a device containing a punch and a matrix with conical working surfaces and a product pusher from the matrix.
При выдавливании матрицу перемещают синхронно с пуансоном, т.е. их взаимное расположение в процессе деформирования заготовки сохраняется неизменным. Материал заготовки вытекает в заданный чертежом изделия зазор постоянной толщины, обусловленный коническими участками на матрице и пуансоне, расширяющимися в направлении истечения. Указанные участки создают, наряду с осевым, радиальное течение выдавливаемого материала, обуславливающее увеличение диаметра получаемого изделия по сравнению с диаметром исходной заготовки. Это вызывает появление растягивающей составляющей в окружных напряжениях, приводящей к значительному снижению силы деформирования.When extruding, the die is moved synchronously with the punch, i.e. their relative position in the process of deformation of the workpiece remains unchanged. The material of the workpiece flows out into the gap of constant thickness specified by the drawing of the product, due to the conical sections on the die and the punch, expanding in the direction of the outflow. These sections create, along with the axial, radial flow of the extruded material, causing an increase in the diameter of the resulting product in comparison with the diameter of the original workpiece. This causes the appearance of a tensile component in the circumferential stresses, leading to a significant decrease in the deformation force.
По окончании выдавливания готовое изделие выталкивается из матрицы выталкивателем.At the end of extrusion, the finished product is pushed out of the die by the pusher.
Недостатком данного способа является ограничение возможности выдавливания тонкостенного стакана из-за большой величины давления на пуансон со стороны деформируемой заготовки, приводящего к недостаточной стойкости пуансона.The disadvantage of this method is the limitation of the possibility of extruding a thin-walled glass due to the large amount of pressure on the punch from the side of the deformable workpiece, leading to insufficient durability of the punch.
Наиболее близким по технической сущности является известный способ выдавливания деталей типа стаканов (прототип) (патент РФ №2446909, МПК В21K 21/04, B21D 51/54, опубл. 10.04.2012), согласно которому из заготовки, отрезанной от прутка или проволоки, совмещенным поперечно-продольным выдавливанием получают стакан, используя матрицу, имеющую направляющую часть, кольцевую рабочую полость и пуансон. Диаметр кольцевой полости матрицы превышает диаметр ее направляющей части. Пуансон при выдавливании образует зазор по отношению к уровню пересечения направляющей части матрицы с поверхностью ее рабочей полости. Поперечно-продольное выдавливание производят с частичным вытеснением материала заготовки из направляющей части матрицы в ее кольцевую рабочую полость через упомянутый зазор. После выдавливания осуществляют утонение стенки стакана вытяжкой с образованием ее постоянной или переменной толщины, штамповку дна с приданием ему выдавливанием требуемой формы.The closest in technical essence is a known method for extruding parts such as glasses (prototype) (RF patent No. 2446909, IPC B21K 21/04, B21D 51/54, publ. 04/10/2012), according to which from a workpiece cut from a bar or wire, by combined transverse-longitudinal extrusion, a glass is obtained using a matrix having a guide part, an annular working cavity and a punch. The diameter of the annular cavity of the matrix exceeds the diameter of its guiding part. The punch, when extruded, forms a gap in relation to the level of intersection of the guide part of the matrix with the surface of its working cavity. The transverse-longitudinal extrusion is carried out with partial displacement of the workpiece material from the guide part of the matrix into its annular working cavity through the said gap. After extrusion, the wall of the glass is thinned by a hood with the formation of its constant or variable thickness, the bottom is stamped with extrusion of the required shape.
Недостатком данного способа является невысокое качество изготавливаемых изделий, поскольку утонению стенки подвергают выдавленный стакан, имеющий внутренний диаметр, превышающий диаметр пуансона, осуществляющего вытяжку. При этом возможно эксцентричное положение заготовки и инструмента в начале операции вытяжки. Также возможно различное пружинение выдавленных элементов стенок заготовок в зависимости от их местоположения по общей высоте изделия (см., например, патент 2313416 RU), которое необходимо компенсировать последующей обработкой. Кроме того, в работе: Данилин Г.А., Огородников В.П. Теория и расчеты процессов комбинированного пластического формоизменения / Балт. гос. техн. ун-т. СПб., 2004 на стр. 138 отмечено, что при вытяжке с утонением первый этап - деформация дна, которая характеризуется малыми степенями деформации, что в сочетании с термической обработкой может привести к скачкообразному росту зерна в дне.The disadvantage of this method is the low quality of the manufactured products, since the wall thinning is subjected to an extruded glass having an inner diameter that exceeds the diameter of the punch carrying out the drawing. In this case, an eccentric position of the workpiece and the tool is possible at the beginning of the drawing operation. It is also possible to have a different springback of the extruded elements of the walls of the blanks, depending on their location along the total height of the product (see, for example, patent 2313416 RU), which must be compensated for by subsequent processing. In addition, in the work: Danilin G.A., Ogorodnikov V.P. Theory and calculations of combined plastic deformation processes / Balt. state tech. un-t. SPb., 2004 on p. 138 it is noted that when drawing with thinning, the first stage is the bottom deformation, which is characterized by low degrees of deformation, which, in combination with heat treatment, can lead to an abrupt growth of grain in the bottom.
Кроме уже отмеченного, недостатками данного способа являются его многооперационность и связанная с этим ограниченная производительность процесса, а также наличие в технологическом процессе незавершенного производства - емкостей с полуфабрикатами, при этом в последних происходит явление старения материала.In addition to what has already been noted, the disadvantages of this method are its multi-operation and the associated limited productivity of the process, as well as the presence in the technological process of unfinished production - containers with semi-finished products, while in the latter the phenomenon of aging of the material occurs.
Задачей настоящего изобретения является устранение недостатков прототипа, в частности, повышение технологических возможностей операции вытяжки стенки стакана с утонением, повышение точности соблюдения диаметральных размеров стенки изделия, сокращение количества операций путем совмещения выдавливания и вытяжки и, как следствие, снижение себестоимости готовой продукции.The objective of the present invention is to eliminate the disadvantages of the prototype, in particular, to increase the technological capabilities of the operation of drawing the wall of the glass with thinning, to increase the accuracy of observing the diametrical dimensions of the wall of the product, to reduce the number of operations by combining extrusion and drawing and, as a consequence, to reduce the cost of the finished product.
Поставленная задача достигается сочетанием известных признаков, таких как отрезка заготовки от прутка, изготовление цилиндрического стакана совмещенным поперечно-продольным выдавливанием заготовки в матрицу, выполненную с направляющей частью и кольцевой рабочей полостью с диаметром, превышающим диаметр направляющей части, использование пуансона, диаметр которого в его приторцевой рабочей части на величину удвоенной толщины стенки окончательного изделия меньше диаметра направляющей части матрицы, наличие зазора между пуансоном и уровнем пересечения направляющей части матрицы с поверхностью ее рабочей полости, через который производят поперечно-продольное выдавливание заготовки с частичным вытеснением ее материала из направляющей части в кольцевую рабочую полость матрицы, осуществление утонения стенки стакана вытяжкой с образованием ее постоянной или переменной толщины, штамповку дна стакана с приданием ему требуемой формы, и новых признаков, заключающихся в том, что заключительную стадию выдавливания, с целью повышения качества изделий и производительности технологического процесса, совмещают с началом утонения стенки вытяжкой, создавая на пуансоне давление, превышающее давление на предшествующей стадии выдавливания в 1,5…2,5 раза, и продолжают комбинированное с вытяжкой выдавливание до получения бесступенчатых цилиндрических внешней и внутренней поверхностей изделия на уровне кромки цилиндрической рабочей части пуансона. После окончания выдавливания и остановки толкателя заготовки вытяжку продолжают перемещением матрицы для утонения всей стенки стакана.The task is achieved by a combination of well-known features, such as cutting a workpiece from a bar, making a cylindrical cup by combined transverse-longitudinal extrusion of a workpiece into a matrix made with a guide part and an annular working cavity with a diameter exceeding the diameter of the guide part, the use of a punch, the diameter of which in its edge the working part is by the value of twice the wall thickness of the final product less than the diameter of the guiding part of the die, the presence of a gap between the punch and the level of intersection of the guiding part of the die with the surface of its working cavity, through which transverse-longitudinal extrusion of the workpiece is carried out with partial displacement of its material from the guiding part into the annular working part the cavity of the matrix, the implementation of the thinning of the glass wall by drawing to form its constant or variable thickness, stamping the bottom of the glass with giving it the required shape, and new features, consisting in the fact that the final stage squeezing, in order to improve the quality of products and the productivity of the technological process, is combined with the beginning of the wall thinning by drawing, creating a pressure on the punch that exceeds the pressure at the previous stage of squeezing by 1.5 ... 2.5 times, and the combined squeezing with drawing is continued until stepless cylindrical outer and inner surfaces of the product at the level of the edge of the cylindrical working part of the punch. After the end of the extrusion and the stopping of the workpiece pusher, the drawing is continued by moving the matrix to thin the entire wall of the glass.
Поставленная задача достигается и за счет того, что устройство для выдавливания, содержащее матрицу с цилиндрическими рабочими участками разного диаметра, между которыми расположен конический переходный участок от одного диаметра полости к другому, в цилиндрическом участке полости матрицы меньшего диаметра размещен толкатель заготовки, внутри цилиндрического участка полости матрицы большего диаметра размещен пуансон, имеющий одинаковый по всей высоте своей рабочей части диаметр или коническую расширяющуюся от рабочего торца поверхность, соотношение углов конусности матрицы α и торца пуансона β, описываемое величиной tgα/tgβ, выдерживается в пределах от 1,15 до 1,25, матрица и толкатель заготовки имеют возможность независимых друг от друга перемещений под действием приложенных к ним независимых внешних сил, а с целью расширения функциональных возможностей и повышения качества изделия цилиндрический направляющий участок полости матрицы меньшего диаметра является также вытяжной матрицей, диаметр пуансона в его приторцевой рабочей части на величину удвоенной толщины стенки окончательного изделия меньше диаметра направляющей (вытяжной) части рабочей полости матрицы.The task is also achieved due to the fact that the device for extrusion, containing a matrix with cylindrical working sections of different diameters, between which there is a conical transition section from one diameter of the cavity to another, a pusher of the workpiece is placed in the cylindrical section of the cavity of the matrix of a smaller diameter, inside the cylindrical section of the cavity a punch with the same diameter over the entire height of its working part or a conical surface expanding from the working end, the ratio of the taper angles of the matrix α and the end of the punch β, described by the value of tgα / tgβ, is maintained in the range from 1.15 to 1.25 , the matrix and the pusher of the workpiece have the ability to move independently of each other under the action of independent external forces applied to them, and in order to expand the functionality and improve the quality of the product, the cylindrical guide section of the matrix cavity of a smaller diameter is also a drawing matrix, the diameter of the punch in its frontal working part is by the amount of twice the wall thickness of the final product less than the diameter of the guide (exhaust) part of the working cavity of the matrix.
Указанные отличительные признаки, согласно проведенным патентно-информационным исследованиям, являются новыми, промышленно применимыми, неочевидными и направлены на достижение поставленной изобретением задачи.These distinctive features, according to the conducted patent information research, are new, industrially applicable, non-obvious and are aimed at achieving the problem posed by the invention.
Отметим, что в связи с сокращением по сравнению со способом-прототипом количества операций нанесения смазочного материала на заготовку предложенное техническое решение целесообразно для изготовления тонкостенных стаканов из медных сплавов. При изготовлении их из сталей на отрезанную от прутка и калиброванную заготовку целесообразно нанести медесодержащее покрытие или использовать сочетание фосфатирования поверхности заготовки со смазыванием фосфатированной заготовки пастой дисульфида молибдена.Note that due to the reduction in comparison with the prototype method of the number of operations for applying a lubricant to the workpiece, the proposed technical solution is expedient for the manufacture of thin-walled cups from copper alloys. When making them from steels, it is advisable to apply a copper-containing coating to a workpiece cut from a bar and calibrated, or to use a combination of phosphating of the workpiece surface with lubrication of the phosphated workpiece with a molybdenum disulfide paste.
Соотношение углов конусности матрицы α и пуансона β, описываемое величиной tgα/tgβ, выдерживается в пределах от 1,15 до 1,25, что создает боковой подпор для выдавливаемого в конический зазор материала заготовки и обеспечивает качество изделия.The ratio of the taper angles of the matrix α and the punch β, described by the value tgα / tgβ, is maintained in the range from 1.15 to 1.25, which creates a side support for the workpiece material extruded into the conical gap and ensures the quality of the product.
Нижняя граница указанного, создаваемого при осуществлении способа, превышения в 1,5 раза давления на пуансоне на заключительной стадии выдавливания, совмещенного с вытяжкой с утонением стенки штампуемого стакана, по отношению к предшествующей стадии выдавливания, объясняется тем, что при меньшем превышении давления продвижение конической части матрицы относительно торца пуансона может вызвать обратное течение металла из выдавленной ранее толстой стенки стакана в его донную часть. Верхняя граница превышения давления в 2,5 раза объясняется тем, что, несмотря на непродолжительность рассматриваемого этапа выдавливания заготовки с повышенным давлением, большее давление приведет к заметному повышению энергоемкости процесса и создаст нагрузку на пуансон, существенно сокращающую срок его работоспособности.The lower boundary of the specified, created during the implementation of the method, 1.5 times excess of the pressure on the punch at the final stage of extrusion, combined with the drawing with the thinning of the wall of the pressed cup, in relation to the previous stage of extrusion, is explained by the fact that with a smaller excess of pressure, the advancement of the conical part matrix relative to the end of the punch can cause a reverse flow of metal from the previously extruded thick wall of the glass into its bottom. The upper limit of the excess pressure by 2.5 times is explained by the fact that, despite the short duration of the considered stage of extrusion of the workpiece with increased pressure, higher pressure will lead to a noticeable increase in the energy consumption of the process and create a load on the punch, which significantly reduces its service life.
Рассматриваемая стадия выдавливания, комбинированного с вытяжкой, аналогична по напряженно-деформированному состоянию заготовки разновидности выдавливания, называемой выдавливанием с противонатяжением (см., например, Справочник «Ковка и штамповка». В 4 т. Т. 3. Холодная объемная штамповка. Штамповка металлических порошков / Под ред. A.M. Дмитриева. - 2-е изд. / Под общ. ред. Е.И. Семенова. - М.: Машиностроение, 2010. 352 с. - Рис. 22 на стр. 81, также Справочник «Ковка и штамповка». В 4 т. Т. 3. Холодная объемная штамповка / Под ред. Г.А. Навроцкого - М.: Машиностроение, 1987. 384 с. - Рис. 23 на стр. 140).The considered stage of extrusion, combined with drawing, is similar in the stress-strain state of the workpiece of the type of extrusion, called extrusion with counter-tension (see, for example, the Forging and Stamping Handbook. In 4 vols. Vol. 3. Cold forging. Stamping of metal powders / Under the editorship of AM Dmitriev. - 2nd ed. / Under the general editorship of E.I. punching ". In 4 volumes. Vol. 3. Cold die forging / Ed. by GA Navrotskiy - M .: Mashinostroenie, 1987. 384 pp. - Fig. 23 on page 140).
Выдавливание с противонатяжением производится при наименьшем давлении на пуансоне, по сравнению с другими видами выдавливания аналогичных стаканов. Поэтому даже при значительном превышении давления на пуансоне на рассматриваемой стадии выдавливания величина этого давления не превысит допустимой с позиций его усталостной прочности величины давления на пуансоне, как это видно из приведенного ниже примера.Extrusion with counter-tension is carried out at the lowest pressure on the punch, in comparison with other types of extrusion of similar glasses. Therefore, even with a significant excess of the pressure on the punch at the considered stage of extrusion, the value of this pressure will not exceed the value of the pressure on the punch, which is admissible from the standpoint of its fatigue strength, as can be seen from the example below.
При превышении давления в 1,5…2,5 раза по отношению к предшествующей стадии выдавливания, помимо достижения основной задачи недопущения обратного течения металла в донную часть заготовки, будет повышено качество выдавливания требуемого рельефа дна детали, а также повышена степень деформации дна, что предотвратит отмеченный выше скачкообразный рост зерна в дне при последующей термообработке.When the pressure is exceeded by 1.5 ... 2.5 times in relation to the previous stage of extrusion, in addition to achieving the main task of preventing the reverse flow of metal into the bottom part of the workpiece, the quality of extrusion of the required bottom relief of the part will be improved, as well as the degree of bottom deformation, which will prevent the above-noted abrupt growth of grain in the bottom during subsequent heat treatment.
При вытяжке с утонением стенки стакана, осуществляемой раздельно с выдавливанием стакана (как в способе-прототипе), начальный этап вытяжки (см. работу Данилин Г.А., Огородников В.П. Теория и расчеты процессов комбинированного пластического формоизменения / Балт. гос. техн. ун-т. СПб., 2004, стр. 139) характеризуется необходимостью приложения к заготовке наибольшей силы, которая затем по ходу вытяжки снижается. При предлагаемом способе выдавливания, комбинированном с вытяжкой, график изменения силы по ходу выполнения операции на этапе утонения стенки стакана будет иметь такую же форму, как при отдельной от выдавливания вытяжке, только величина деформирующей силы будет несколько выше. В то же время, будет достигнута поставленная цель изобретения.When drawing with a thinning of the glass wall, carried out separately with squeezing out the glass (as in the prototype method), the initial stage of drawing (see the work of G.A. Danilin, V.P. Ogorodnikov. Theory and calculations of combined plastic deformation processes / Baltic State. St. Petersburg, 2004, p. 139) is characterized by the need to apply the greatest force to the workpiece, which then decreases in the course of drawing. With the proposed method of extrusion, combined with an extrusion, the graph of the change in force during the operation at the stage of thinning the glass wall will have the same shape as when the extrusion is separate from extrusion, only the value of the deforming force will be slightly higher. At the same time, the intended purpose of the invention will be achieved.
Предложенный способ реализуется устройством, содержащим матрицу с цилиндрическими рабочими участками разного диаметра, между которыми расположен конический переходный участок от одного диаметра полости к другому. Цилиндрический участок полости меньшего диаметра выполняет функцию направляющей и вытяжной части матрицы. В нем размещен толкатель заготовки. Внутри участка полости большего диаметра размещен пуансон, имеющий одинаковый по всей высоте рабочей части диаметр или коническую расширяющуюся от рабочего торца поверхность. Диаметр пуансона в его приторцевой рабочей части на величину удвоенной толщины стенки окончательного изделия меньше диаметра направляющей (вытяжной) части рабочей полости матрицы.The proposed method is implemented by a device containing a matrix with cylindrical working sections of different diameters, between which there is a conical transition section from one cavity diameter to another. The cylindrical section of the cavity with a smaller diameter serves as a guiding and pulling part of the matrix. It houses the workpiece pusher. Inside the section of the cavity with a larger diameter, there is a punch having the same diameter over the entire height of the working part or a conical surface expanding from the working end. The diameter of the punch in its face-to-face working part is by the amount of twice the wall thickness of the final product less than the diameter of the guide (exhaust) part of the working cavity of the matrix.
Матрица и толкатель заготовки имеют возможность независимых друг от друга перемещений под действием приложенных к ним независимых внешних сил.The matrix and the pusher of the workpiece have the ability to move independently from each other under the action of independent external forces applied to them.
В качестве привода устройства используют пресс марки РПГ-37, изготовленный ОФО Тяжпрессмаш (г. Рязань). Схема этого пресса опубликована в ряде изданий, в т.ч. Справочнике «Ковка и штамповка». В 4 т. Т. 3. Холодная объемная штамповка. Штамповка металлических порошков / Под ред. A.M. Дмитриева.- 2-е изд. / Под общ. ред. Е.И. Семенова. - М.: Машиностроение, 2010. 352 с. - См. рис. 21 на стр. 284.The press of the RPG-37 brand, manufactured by OFO Tyazhpressmash (Ryazan), is used as a drive for the device. The diagram of this press has been published in a number of publications, incl. Reference book "Forging and stamping". In 4 volumes. Vol. 3. Cold die stamping. Stamping of metal powders / Ed. A.M. Dmitriev. - 2nd ed. / Under total. ed. E.I. Semenova. - M .: Mashinostroenie, 2010.352 p. - See fig. 21 on page 284.
Также в качестве привода может быть использовано устройство для прессования, защищенное а.с. СССР №1301725, опубликованном 07.04.87 в Бюл. №13.Also as a drive can be used a device for pressing, protected by A.S. USSR No. 1301725, published 04/07/87 in Bul. No. 13.
Способ и устройство поясняются чертежами, гдеThe method and device are illustrated by drawings, where
На фиг. 1 изображено устройство при поперечно-продольном выдавливании полуфабриката, у которого площадь поперечного сечения полости (и, соответственно, стенки выдавливаемого стакана) в конической части равна площади поперечного сечения полости в начале вытекания металла в ее цилиндрическую часть;FIG. 1 shows a device for transverse-longitudinal extrusion of a semi-finished product, in which the cross-sectional area of the cavity (and, accordingly, the wall of the extruded glass) in the conical part is equal to the cross-sectional area of the cavity at the beginning of the outflow of metal into its cylindrical part;
На фиг. 2 изображено устройство на заключительной стадии предшествующего этапа выдавливания и на стадии выдавливания, совмещенного с утонением стенки выдавленного стакана вытяжкой, которая производится в этом же инструменте, при одновременной штамповке дна стакана с приданием дну требуемой формы;FIG. 2 shows the device at the final stage of the previous stage of extrusion and at the stage of extrusion, combined with the thinning of the wall of the extruded glass by an extraction, which is produced in the same tool, while punching the bottom of the glass with giving the bottom the required shape;
На фиг. 3 изображено устройство на этапе вытяжки стакана с утонением его стенки;FIG. 3 shows the device at the stage of drawing a glass with a thinning of its wall;
На фиг. 4 изображен график изменения силы выдавливания Р: Р1, Р2, Р3, действующей на заготовку 3 со стороны пуансона 1 (см. фиг. 1), для всех трех указанных выше этапов штамповки, в зависимости от времени, занимаемого каждым этапом.FIG. 4 shows a graph of the change in the extrusion force P: P 1 , P 2 , P 3 , acting on the
На фиг. 1, 2, 3 слева от оси исходные, а справа от оси конечные положения элементов устройства на рассматриваемой стадии.FIG. 1, 2, 3 to the left of the axis are the initial, and to the right of the axis are the final positions of the device elements at the stage under consideration.
Устройство (фиг. 1) содержит неподвижный пуансон 1, который формирует полость изделия диаметром d, имеющий со стороны рабочего торца с диаметром d конический участок с углом β, матрицу 2 с коническим (с углом α) участком и цилиндрическими участками с диаметрами D и d1, а также толкатель 4 с диаметром d1, вставленный в нижнюю цилиндрическую полость матрицы. Диаметр d1 превышает диаметр d пуансона на величину, равную удвоенной наибольшей толщине цилиндрической стенки изделия. Заготовка 3, имеет диаметр d1.The device (Fig. 1) contains a
Способ осуществляют следующим образом.The method is carried out as follows.
В начальном положении штамповки матрицу 2 (фиг. 1) с помощью рабочих частей пресса одной из указанных выше двух конструкций фиксируют по отношению к пуансону 1 с обеспечением толщины зазора между коническими поверхностями пуансона и матрицы. Толщину зазора обеспечивают из условия, что площадь поперечного сечения зазора в его конической части равна площади поперечного сечения зазора в начале, по отношению к течению выдавливаемого металла, его цилиндрической части. Заготовку 3, имеющую диаметр d1, устанавливают на верхний торец толкателя 4.In the initial position of stamping, the die 2 (Fig. 1) is fixed with respect to the
Толкатель 4 перемещает заготовку 3 в направлении стрелки v и создает деформирующую заготовку силу Р1, которая обеспечивает первую стадию штамповки.The
На следующем этапе штамповки (фиг. 2) осуществляют перемещение матрицы 2 в направлении пуансона 1, при этом толкатель 4 продолжает свое движение, такое же, как и на предыдущем этапе, и создает деформирующую заготовку силу Р2, которая обеспечивает вторую стадию штамповки.In the next step of punching (Fig. 2) is moved towards the
В результате перемещения матрицы ее коническая часть смещается в положение выше конической поверхности торца пуансона 1 и располагается напротив цилиндрической рабочей части пуансона. При этом ниже конической части полости матрицы между ее цилиндрической поверхностью полости с меньшим диаметром и цилиндрической поверхностью приторцевой рабочей части пуансона образуется зазор, равный наибольшей толщине стенки изделия.As a result of the movement of the matrix, its conical part is displaced to a position above the conical surface of the end of the
На заключительном этапе штамповки (фиг. 3) непрерывным по отношению к предыдущему этапу движением матрицы 2 в направлении пуансона 1 при неподвижном толкателе 4 производят вытяжку заготовки 3 с утонением ее стенки. При этом со стороны пуансона 1 действует сила Р3.At the final stage of stamping (Fig. 3), continuous with respect to the previous stage, the movement of the
Изменение величины деформирующей заготовку силы: Р1, Р2, Р3, действующей со стороны пуансона 1 на разных этапах штамповки изделия согласно изобретению, показано на приведенном далее примере.The change in the magnitude of the force deforming the workpiece: P 1 , P 2 , P 3 , acting from the side of the
В качестве примера были рассчитаны следующие необходимые для выполнения этапов штамповки силы. Сила холодного выдавливания стакана, имеющего внешний диаметр D=25,8 мм и диаметр полости d=20 мм, из заготовки из латуни Л63, имеющей исходный диаметр d1=23,5 мм в матрице с углом конусности α=15°. Сила совмещенных выдавливания и вытяжки с утонением стенки части изделия, имеющей бесступенчатые цилиндрические поверхности с внешним диаметром d1=23,5 мм и внутренним диаметром 20 мм, из выдавленного на предыдущем этапе стакана. Сила продолжаемой, после остановки толкателя заготовки, вытяжки с утонением стенки полуфабриката перемещением только матрицы до получения завершенного изделия с высотой стенки 
В работе: Снижение силы при штамповке стаканов путем совмещения закрытой прошивки заготовки и раздачи стенки поковки / С.Н. Григорьев, A.M. Дмитриев, Н.В. Коробова, Н.С. Толмачев // Вестник машиностроения, 2013, №5, с. 74-78, - путем планирования и обработки результатов многофакторного физического эксперимента получена следующая математическая модель, которая связывает величину относительного усредненного давления на торце пуансона q/σs с углом конусности матрицы а и соотношением D/d:In work: Reducing the force when punching glasses by combining the closed piercing of the workpiece and expanding the wall of the forging / S.N. Grigoriev, AM Dmitriev, N.V. Korobova, N.S. Tolmachev // Bulletin of mechanical engineering, 2013, No. 5, p. 74-78, - by planning and processing the results of a multifactorial physical experiment, the following mathematical model was obtained, which connects the value of the relative average pressure at the end of the punch q / σ s with the taper angle of the matrix a and the ratio D / d:
Усредненное давление выдавливания q определено как сила, развиваемая прессом, деленная на площадь поперечного сечения пуансона 1 в его приторцевой цилиндрической части (фиг. 1).The average extrusion pressure q is defined as the force developed by the press divided by the cross-sectional area of the
Напряжение текучести σs определено для латуни Л63 по графику, приведенному в уже указанном выше Справочнике «Ковка и штамповка». В 4 т. Т. 3. Холодная объемная штамповка. Штамповка металлических порошков / Под ред. A.M. Дмитриева. - 2-е изд. / Под общ. ред. Е.И. Семенова. - М.: Машиностроение, 2010. 352 с. - Рис. 40 на стр. 104. В справочнике приведен график изменения σs в зависимости от ε. В рассматриваемой операции выдавливания (фиг. 1)The yield stress σ s was determined for L63 brass according to the graph given in the already mentioned Handbook "Forging and stamping". In 4 volumes. Vol. 3. Cold die stamping. Stamping of metal powders / Ed. AM Dmitrieva. - 2nd ed. / Under total. ed. E.I. Semenova. - M .: Mashinostroenie, 2010.352 p. - Rice. 40 on page 104. The handbook shows a graph of the change in σ s depending on ε. In the considered operation of extrusion (Fig. 1)
где Fизд - площадь поперечного сечения выдавленного стакана, Fзаг - площадь поперечного сечения заготовки.where F ed is the cross-sectional area of the extruded glass, F zag is the cross-sectional area of the workpiece.
В данном примере для первого этапа выдавливанияIn this example, for the first stage of extrusion
ε1=[23,52-(25,82-202)]/23,52=0,519.ε 1 = [23.5 2 - (25.8 2 -20 2 )] / 23.5 2 = 0.519.
Рассчитанной степени деформации соответствует определенное по графику напряжение текучести σs1=550 МПа.The calculated degree of deformation corresponds to the yield stress σ s1 = 550 MPa determined from the graph.
По формуле (1) определено усредненное давление на торце пуансона при первом этапе выдавливания:According to the formula (1), the average pressure at the end of the punch at the first stage of extrusion was determined:
q1=550 [48,76+20,8(25,8/20)2- 62,16(25,8/20) - 0,089⋅15]=1017 МПа.q 1 = 550 [48.76 + 20.8 (25.8 / 20) 2 - 62.16 (25.8 / 20) - 0.089 - 15] = 1017 MPa.
Сила выдавливания P1 равна усредненному давлению q1, умноженному на площадь поперечного сечения пуансона 1 в его приторцевой цилиндрической части (фиг. 1): πd2/4. Величина этой силы составляет 320 кН (см. фиг. 4). При таком значении силы P1 выдавливается стакан, показанный на фиг. 1, справа от оси.Extrusion force P 1 is equal to the average pressure q 1 multiplied by the cross-sectional area of the
Заключительную стадию выдавливания (второй этап) и начало утонения стенки выдавленного стакана вытяжкой производят одновременно в одном инструменте, как показано на фиг. 2, создавая на пуансоне давление, превышающее давление на предшествующей стадии выдавливания в 1,5…2,5 раза.The final stage of extrusion (the second stage) and the beginning of the thinning of the wall of the extruded glass by drawing are carried out simultaneously in one tool, as shown in FIG. 2, creating a pressure on the punch that exceeds the pressure at the previous stage of extrusion by 1.5 ... 2.5 times.
При расчете в данном примере превышения давления на рассматриваемом этапе по сравнению с предыдущим учтено, что выдавливаемая стенка становится тоньше, поэтому степень деформации повышается по сравнению с предыдущим этапом и, соответственно повышается напряжение текучести σs материала заготовки. При заданных размерах изделияWhen calculating in this example the excess pressure at the considered stage in comparison with the previous one, it was taken into account that the extruded wall becomes thinner, therefore the degree of deformation increases in comparison with the previous stage and, accordingly, the yield stress σ s of the workpiece material increases. With the given dimensions of the product
ε2=[23,52-(23,52-202)]/23,52=0,724.ε 2 = [23.5 2 - (23.5 2 -20 2 )] / 23.5 2 = 0.724.
Рассчитанной степени деформации соответствует определенное по графику напряжение текучести σs2=720 МПа.The calculated degree of deformation corresponds to the yield stress σ s2 = 720 MPa determined from the graph.
Усредненное относительное давление q/σs на торце пуансона при выдавливании изделия с такой толщиной стенки в неподвижной матрице (т.е. без использования предлагаемого изобретения) в соответствии с графиком на рис. 3 работы Дмитриев A.M. Перспективные формоизменяющие операции и оборудование для производства осесимметричных деталей из железных порошков // Вестник Московского государственного технического университета (тогда он был только один). Серия «Машиностроение», 1991, №1. С. 60-71, при величине фактора трения μ=0,1 составило бы 3,9,The average relative pressure q / σ s at the end of the punch when extruding a product with such a wall thickness in a stationary die (i.e. without using the invention) in accordance with the graph in Fig. 3 works Dmitriev AM Promising shaping operations and equipment for the production of axisymmetric parts from iron powders // Bulletin of the Moscow State Technical University (then there was only one). Series "Mechanical Engineering", 1991,
Тогда, с учетом величины σs2=720 МПа усредненное давление q составило бы 2810 МПа. При таком давлении выполнение операции выдавливания лимитируется или разрушением, или очень низкой стойкостью пуансона.Then, taking into account the value of σ s2 = 720 MPa, the average pressure q would be 2810 MPa. At this pressure, the extrusion operation is limited either by rupture or by very low punch durability.
Выдавливание на втором этапе (в соответствии с изобретением) выполняют с противонатяжением стенки стакана (см. фиг. 2). При этом, как следует из Справочника «Ковка и штамповка». В 4 т. Т. 3. Холодная объемная штамповка. Штамповка металлических порошков / Под ред. A.M. Дмитриева. - 2-е изд. / Под общ. ред. Е.И. Семенова. - М.: Машиностроение, 2010. 352 с. - Рис. 23 на стр. 82, а также Справочника «Ковка и штамповка». В 4 т. Т. 3. Холодная объемная штамповка / Под ред. Г.А. Навроцкого - М.: Машиностроение, 1987. 384 с. - рис. 26 на стр. 143, усредненное давление на пуансоне q2 снижается до величины, равной 0,58 от усредненного давления q, определенного выше.Extrusion in the second stage (in accordance with the invention) is performed with counter-tension of the glass wall (see Fig. 2). Moreover, as follows from the Forging and Stamping Handbook. In 4 volumes. Vol. 3. Cold die stamping. Stamping of metal powders / Ed. AM Dmitrieva. - 2nd ed. / Under total. ed. E.I. Semenova. - M .: Mashinostroenie, 2010.352 p. - Rice. 23 on page 82, as well as the Forging and Stamping Handbook. In 4 volumes. V. 3. Cold die stamping / Ed. G.A. Navrotsky - M .: Mechanical Engineering, 1987.384 p. - rice. 26 on page 143, the average punch pressure q 2 is reduced to a value equal to 0.58 times the average pressure q defined above.
Следовательно, q2=0,58⋅2810=1629 МПа. Таким образом, на рассматриваемом этапе выдавливания, совмещенного с вытяжкой, создают превышение давления q2/q1=1629/1017=1,6. Такое превышение давления укладывается в обоснованный в изобретении диапазон: в 1,5…2,5 раза. Отметим, что величина превышения давления зависит от толщины стенки изготавливаемого стакана. По мере утонения стенки необходимое превышение давления возрастает все более значительно.Therefore, q 2 = 0.58 - 2810 = 1629 MPa. Thus, at the considered stage of extrusion, combined with the extraction, an excess of pressure q 2 / q 1 = 1629/1017 = 1.6 is created. Such an excess of pressure fits into the range justified in the invention: 1.5 ... 2.5 times. Note that the magnitude of the excess pressure depends on the wall thickness of the glass to be produced. As the wall becomes thinner, the required excess pressure increases more and more significantly.
При q2=1629 МПа сила выдавливания Р2 составляет 512 кН (см. фиг. 4).When q 2 = 1629 MPa, the extrusion force P 2 is 512 kN (see Fig. 4).
Совмещенное с вытяжкой выдавливание с рассчитанной силой осуществляют до получения бесступенчатых цилиндрических поверхностей изделия на уровне кромки цилиндрической рабочей части пуансона 1 (см. фиг. 2, справа от оси).The extrusion combined with the extrusion with the calculated force is carried out until the stepless cylindrical surfaces of the product are obtained at the level of the edge of the cylindrical working part of the punch 1 (see Fig. 2, to the right of the axis).
Сила Р3 на заключительном этапе вытяжки стенки стакана с ее утонением рассчитана с использованием примера, приведенного в работе Данилин Г.А., Огородников В.П. Теория и расчеты процессов комбинированного пластического формоизменения / Балт. гос. техн. ун-т. СПб., 2004, стр. 154. В примере, приведенном в этой работе на стр. 154, производится вытяжка стакана с теми же размерами, что и в настоящем примере. Однако материал стакана имеет σs=450 МПа, что характерно для заготовки из малоуглеродистой стали. Величина осевого напряжения σz в подвергаемой утонению стенке стакана при угле конусности матрицы α=15° составила 400 МПа.The force P 3 at the final stage of drawing the wall of the glass with its thinning was calculated using the example given in the work of G.A. Danilin, V.P. Ogorodnikov. Theory and calculations of combined plastic deformation processes / Balt. state tech. un-t. SPb., 2004, p. 154. In the example given in this work on p. 154, a glass is drawn with the same dimensions as in the present example. However, the nozzle material has σ s = 450 MPa, which is typical for a billet made of low-carbon steel. The value of axial stress σ z in the wall of the nozzle subjected to thinning at an angle of taper of the matrix α = 15 ° was 400 MPa.
Это осевое напряжение пересчитано в данной заявке на деформирование латунной заготовки, имеющей σs2=σs3=720 МПа. В результате получено: σz=400⋅720/450=640 МПа.This axial stress is recalculated in this application for the deformation of a brass billet having σ s2 = σ s3 = 720 MPa. As a result, obtained: σ z = 400 - 720/450 = 640 MPa.
Сила, необходимая для выполнения третьего этапа штамповки (см. фиг. 3), определяется как произведение осевого напряжения σz в вытягиваемой одновременно с ее утонением стенке стакана на площадь F поперечного сечения этой вытянутой с утонением стенки: F=π(d1 2-d2)/4=119,5 мм2. Рассчитанная величина силы составила P3=76,5 кН.The force required to perform the third stage of stamping (see Fig. 3) is determined as the product of the axial stress σ z in the glass wall stretched simultaneously with its thinning by the cross-sectional area F of this wall stretched with thinning: F = π (d 1 2 - d 2 ) / 4 = 119.5 mm 2 . The calculated value of the force was P 3 = 76.5 kN.
График на фиг. 4 построен в соответствии со значениями сил и пропорций занимаемого этапами долей времени штамповки для рассмотренного примера.The graph in FIG. 4 is constructed in accordance with the values of the forces and proportions of the stamping time fractions occupied by the stages for the considered example.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020111108A RU2761507C2 (en) | 2020-03-17 | 2020-03-17 | Method for extrusion of thin-walled glasses with thick bottom and device for its implementation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020111108A RU2761507C2 (en) | 2020-03-17 | 2020-03-17 | Method for extrusion of thin-walled glasses with thick bottom and device for its implementation |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2020111108A3 RU2020111108A3 (en) | 2021-09-17 |
| RU2020111108A RU2020111108A (en) | 2021-09-17 |
| RU2761507C2 true RU2761507C2 (en) | 2021-12-09 |
Family
ID=77745200
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020111108A RU2761507C2 (en) | 2020-03-17 | 2020-03-17 | Method for extrusion of thin-walled glasses with thick bottom and device for its implementation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2761507C2 (en) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3977225A (en) * | 1975-03-27 | 1976-08-31 | Aluminum Company Of America | Forging method |
| FR2363386A1 (en) * | 1976-09-03 | 1978-03-31 | Hutogepgyar | Forming thick walled aluminium high pressure gas bottles - uses heated billet and backwards extrusion by punch with rounded end |
| SU721246A1 (en) * | 1977-01-03 | 1980-03-15 | Предприятие П/Я М-5344 | Method of producing sleeve like articles with exterior beads |
| RU2446909C2 (en) * | 2010-03-17 | 2012-04-10 | Закрытое акционерное общество "Барнаульский патронный завод" | Method of producing cartridge cases for small arms |
| RU2602936C2 (en) * | 2014-12-24 | 2016-11-20 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева (национальный исследовательский университет)" (СГАУ) | Method of extrusion parts such as glasses and device for its implementation |
| RU2660472C1 (en) * | 2017-04-26 | 2018-07-06 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ) | Method of glass-type parts extrusion and device for its implementation |
-
2020
- 2020-03-17 RU RU2020111108A patent/RU2761507C2/en active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3977225A (en) * | 1975-03-27 | 1976-08-31 | Aluminum Company Of America | Forging method |
| FR2363386A1 (en) * | 1976-09-03 | 1978-03-31 | Hutogepgyar | Forming thick walled aluminium high pressure gas bottles - uses heated billet and backwards extrusion by punch with rounded end |
| SU721246A1 (en) * | 1977-01-03 | 1980-03-15 | Предприятие П/Я М-5344 | Method of producing sleeve like articles with exterior beads |
| RU2446909C2 (en) * | 2010-03-17 | 2012-04-10 | Закрытое акционерное общество "Барнаульский патронный завод" | Method of producing cartridge cases for small arms |
| RU2602936C2 (en) * | 2014-12-24 | 2016-11-20 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева (национальный исследовательский университет)" (СГАУ) | Method of extrusion parts such as glasses and device for its implementation |
| RU2660472C1 (en) * | 2017-04-26 | 2018-07-06 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ) | Method of glass-type parts extrusion and device for its implementation |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2020111108A3 (en) | 2021-09-17 |
| RU2020111108A (en) | 2021-09-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Mori et al. | State-of-the-art of plate forging in Japan | |
| US3360157A (en) | Method of forming a coated metal container and article produced thereby | |
| EP3372324B1 (en) | Long cartridge case | |
| CN103415360A (en) | Punch for cold backward extrusion forging | |
| EP3988225A1 (en) | Ironing die | |
| US8250897B2 (en) | High strength workpiece material and method and apparatus for producing the same | |
| US3670543A (en) | Drawing and ironing process | |
| RU2761507C2 (en) | Method for extrusion of thin-walled glasses with thick bottom and device for its implementation | |
| RU2491147C2 (en) | Method of forging large-sized half-bodies of ball valves with throat and spherical part | |
| JP5056631B2 (en) | Manufacturing method of shaft | |
| CN100409971C (en) | Method of manufacturing outer ring member for constant velocity joint | |
| RU2660472C1 (en) | Method of glass-type parts extrusion and device for its implementation | |
| RU2707456C1 (en) | Method and device for production of shell with variable wall thickness in height | |
| RU2759281C1 (en) | Method for manufacturing semi-hollow rod step parts | |
| KR101276631B1 (en) | Apparatus and method for severe plastic deformation | |
| RU2729520C1 (en) | Hollow articles stamping method with external flange | |
| Yanagida et al. | Check for updates Forming of Spur Gear by Combination of Divided Flow Forging and Slide Motion by Using Liquid Lubricant | |
| EP2149412A1 (en) | Horizontal-press cold-forging machine with reduced-speed hammering | |
| Singh | Forming Operations | |
| CN114535486B (en) | Forging forming method and die for unequal-thickness shell piece plate | |
| Mori | Plate forging for controlling wall thickness distribution of products | |
| CN113784808B (en) | Precision forging method, precision forging device and precision forging piece | |
| TWI840324B (en) | Method of producing a long cartridge case blank, method of forming a cartridge case blank, and a kit of punches and dies for shaping tubes of long cartridge case blanks in a progressive forming machine | |
| JP2023035336A (en) | Manufacturing method of formed part and transfer press device | |
| US9120138B2 (en) | Forged sideways extrusion |