Содержание к диссертации
Введение
1 Аналитический обзор литературы и постановка задач исследования 12
1.1 Области применения длинноосных цилиндров 12
1.2 Технологические проблемы 13
1.3 Особенности комбинированного выдавливания .19
1.4 Методы решения задач процессов комбинированного выдавливания 22
Выводы 28
Постановка цели и задач исследования 30
2 Математическая модель комбинированного выдавливания 31.
2.1 Основные положения энергетического метода 31
2.2 Решение задачи комбинированного выдавливания ступенчатых втулок при плоскодеформированном состоянии 36
2.2.1 Стационарный процесс 37
2.2.2 Конечная нестационарная стадия 43
2.2.3 Комбинированное выдавливание втулок с наклонной перемычкой 48
Выводы 53
3 Экспериментальные исследования комбинированного выдавливания кольцевых заготовок 54
3.1 Описание экспериментальной установки 54
3.2 Комбинированное выдавливание втулок 61
3.2.1 Комбинированное выдавливание 61
3.2.2 Чистовая резка сдвигом 62
3.2.3 Комбинированное редуцирование 63
3.2.4 Частные случаи комбинированного выдавливания 64
3.2.5 Комбинированное выдавливание втулки с наклонной перемычкой 65
Выводы 67
4. Технология изготовления стальных цилиндров 68
4.1 Расчет технологических операций 68
4.2 Составление маршрутной технологии 74
4.3 Расчет максимальной длины полых стальных цилиндров 80
4.4 Конструирование инструмента и технологической оснастки 90
4.4.1 Конструкция штампа 92
4.4.2 Настройка штампа по разностенности детали 94
4.5 Опытная отработка технологии 95
Выводы 99
Заключение 100
Библиографический Список
- Технологические проблемы
- Решение задачи комбинированного выдавливания ступенчатых втулок при плоскодеформированном состоянии
- Комбинированное выдавливание втулок
- Расчет максимальной длины полых стальных цилиндров
Введение к работе
Актуальность темы: Современное машиностроение развивается по следующим направлениям: ресурсосбережение, содержащее в себе экономию трудозатрат, металла, электроэнергии и т.д.; повышение качества получаемых изделий, зависящего от точности используемых заготовок, оптимальных технологических режимов и точности настройки оборудования; конкурентоспособность, заключающаяся в улучшении товарного вида изделий, экологичности технологий и себестоимости деталей.
Процессы холодного выдавливания из всех штамповочных операций наиболее полно соответствует выше перечисленным критериям, особенно, если получаемые изделия и полуфабрикаты являются конструктивно усложненными, в этом случае холодному выдавливанию соответствует максимальный коэффициент использования материала, повышенная точность изделия и достаточно низкая себестоимость их изготовления.
Непрерывно усложняющиеся конструкции машин и оборудования, а также применение новых материалов для изготовления деталей, требуют совершенствования технологий, в том числе и обработки металлов давлением.
В связи с этим необходимы так же непрерывные улучшения традиционных процессов холодного выдавливания и переход от простых базовых процессов к более сложным - многоканальным. К таким операциям относится комбинированное выдавливание высокопрочных материалов, в частности деформируемых сталей.
В технической литературе практически отсутствует информация по применению комбинированного выдавливания в изготовлении длинноосных цилиндров, с отношением высоты к диаметру > 5, из стальных заготовок, в
5 частности, с использованием технологий двойного выдавливания. К длинноосным стальным изделиям относятся: баллоны огнетушителей, газовые баллоны сифонов, корпуса амортизаторов, пневматических пружин и т.д. В связи с этим возникает необходимость изучения характера течения металла при комбинированном выдавливании ступенчатых полуфабрикатов и совершенствования способов изготовления длинноосных тонкостенных стальных цилиндров.
Часть исследований выполнена при поддержке Российским фондом фундаментальных исследований (№ 03-01-96377, тема «Исследование закономерностей нестационарного течения при обратном выдавливании заготовок в сложнопрофильной матрице», 2003 г.; № 04-01-96705, тема «Технологическая деформируемость плакированных биметаллических сталь-никелевых заготовок в условиях плоской и объемной деформации» и гранта Президента РФ для поддержки ведущих научных школ № НШ 1456.2003.8 и №НШ 4190.20068.
Цель работы: Повышение эффективности изготовления стальных тонкостенных длинноосных цилиндров за счет применением прогрессивных процессов комбинированного выдавливания.
Задачи исследования:
Исследовать процесс комбинированного выдавливания полых заготовок из высокопрочных материалов.
Учесть кинематику течения материала, геометрию инструмента и граничные условия процесса для установления силовых и деформационных параметров на основании разработанных математических моделей.
Экспериментально исследовать характер деформирования металла и силовые параметры при комбинированном выдавливании полуфабрикатов и сопоставить данные с теоретическими результатами.
Изучить предельные технологические возможности разработанной технологии по относительной длине изготавливаемых стальных изделий при заданных толщине стенки и наружного диаметра.
Усовершенствовать технологию получения стальных тонкостенных длинноосных цилиндров на примере пневмогидравлического амортизатора.
Методы исследования: Режимы деформирования определялись энергетическим методом, основанным на экстремальном принципе теории пластичности. Экспериментальные исследования проводились методами текстурного анализа и электротензометрирования с использованием современных испытательных машин и регистрирующей аппаратуры. Сопрягаемость деталей и узлов штамповой оснастки при проектировании проверялась методом твердотельного моделирования.
Научная новизна: Выявлены закономерности для комбинированного выдавливания ступенчатых деталей с прямой и наклонной перемычкой, связывающие силовые, деформационные и кинематические параметры процессов с размерами заготовок и изделий, с механическими свойствами материалов, трением на контактных границах и геометрией инструмента с помощью выведенных математических моделей в виде опорных решений для различных стадий деформирования и видов пластического течения металла;
Экспериментальным путем установлен характер течения материала и силовые параметры при комбинированном выдавливании ступенчатых деталей с образованием глобальных поверхностей разрыва при переходе от стационарной к конечной нестационарной стадии.
Практическая значимость: Разработаны рекомендации по проектированию базовых технологий получения стальных тонкостенных
7 корпусов на примере изготовления рабочего цилиндра пневмогидравлического амортизатора;
Созданы алгоритм и программа для расчета оптимальных параметров технологии, с помощью которых получены зависимости предельной относительной длины стальных тонкостенных корпусов от толщины стенки готового изделия при их изготовлении с применением двойного выдавливания по схеме «обратное + комбинированное»;
Спроектирована специальная конструкция штампа для комбинированного выдавливания с динамической настройкой по разностенности детали, оптимизированная на твердотельной модели.
Реализация работы: Методика расчёта технологических режимов процесса комбинированного выдавливания длинноосных стальных цилиндров была использована на ОАО «Щегловский вал» (г. Тула), а результаты работ - в учебном процессе ГОУ ВПО «ТулГУ».
Апробация работы: Материалы настоящей работы представлялись на следующих конференциях и выставках: ежегодных профессорско-преподавательских конференциях кафедры МПФ ТулГУ (2004 - 2006 гг.);
Международных молодежных научных конференциях «Гагаринские чтения» (Москва, МАТИ - РГТУ им. К.Э. Циолковского, 2000, 2002 гг.);
Российской молодёжной научной и инженерной выставке «Шаг в будущее» / RYP SF Fair (Москва, МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1999, 2002 гг.);
Втором Международном конгрессе студентов, молодых ученых и специалистов «Молодежь и наука - третье тысячелетие»/У8ТМ'02 (Москва, МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002 г.); - IX Международной выставке молодежных научно-технических проектов «ЭКСПО-НАУКА 2003», Международном молодежном научном
8 конгрессе «Молодежь. Наука. Общество», Ассамблее Международного молодежного научного движения под девизом «Судьба планеты в руках молодых» (Москва, ВВЦ, 2003 г.). Полученные награды: - Диплом победителя за первое место в Региональной выставке «Шаг в будущее - Центр России» (Россия, Липецк, 1999 г.); - Диплом лауреата и Свидетельство кандидата в сборную РФ на Лондонский международный молодежный научный форум на Национальном соревновании молодых ученых Европейского Союза «Шаг в будущее» (Москва, МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1999 г.);
Медаль с удостоверением Министерства образования РФ «За лучшую студенческую работу» в Открытом конкурсе на лучшую научную работу студентов по естественным, техническим и гуманитарным наукам в высших учебных заведениях РФ (2000 г.);
Диплом I степени за победу в конкурсе студенческих научных работ в рамках Международного конгресса автомобилестроителей «ФИЗИТА -2002» (Финляндия, Хельсинки, 2002 г.); - Диплом лауреата Всероссийского конкурса молодежных проектов «Ползуновские гранты» (Россия, Барнаул, 2002 г.); - Медаль и Диплом лауреата IX Международной выставки молодежных научно-технических проектов «ЭКСПО-НАУКА 2003 (ESI'2003, Moscow)» и Международного молодежного научного конгресса «Молодежь. Наука. Общество» (Москва, ВВЦ, 2003 г.); - Серебряная медаль и Диплом Международного Жюри, Диплом почтения и благодарности на VII Московском Международном салоне промышленной собственности «Архимед 2004» (Москва, ВЦ «Сокольники», 2004 г.).
Публикации: за время проведения исследований было опубликовано по теме диссертации 15 научных работ (Общий объем - 2,4 п.л.; личный вклад -1,8 п.л.).
Структура и объём диссертации: Диссертационная работа состоит из введения, 4 разделов, заключения, списка литературы и приложения. Диссертация изложена на 93 страницах машинописного текста, содержит 61 рисунок, 9 таблиц и 105 наименований библиографического списка. Общий объём работы 126 страниц.
В первой главе проведен обзор изготовления типовых деталей в виде тонкостенных стальных цилиндров. Проанализированы способы получения таких деталей. Выяснено, что эти детали можно получать более рациональным способом, например с использованием комбинированного выдавливания.
Проведен обзор теоретических методов исследования холодного осевого комбинированного выдавливания. На основании проведенного обзора сформулированы цели и задачи исследования.
Во второй главе приведены основные уравнения энергетического метода и описан теоретический метод решения задачи по комбинированному выдавливанию ступенчатой втулки. Выведены основные уравнения рассматриваемого процесса для стационарной и нестационарной стадий, а также для комбинированного выдавливания с наклонными кромками инструмента. Установлены закономерности течения материала при различных схемах деформирования и проанализированы силовые параметры зависящие от режимов деформирования, геометрии инструмента и условий на контактных границах.
Построено осесимметричное решение на базе опорного плоского решения для стационарной стадии с использованием сечений усреднённого расхода металла. Проведено сопоставление результатов по кинематическим и силовым параметрам.
В третьей главе выполнены экспериментальные исследования холодного комбинированного выдавливания при изготовлении ступенчатых втулок из кольцевых заготовок на специальном экспериментальном штампе.
Силовые параметры процесса получены исследованы с помощью тензометрического метода, а на основании текстурного анализа определен характер течения металла при различных схемах деформирования с различной геометрией инструмента. Выявлено наличие мертвых зон, глобальных поверхностей разрыва и размеры пластических областей.
Проведено сопоставление теоретических и экспериментальных данных для установления точности и универсальности выведенных математических соотношений.
В четвёртой главе Разработана базовая технология получения стальных тонкостенных цилиндров для пневмогидравлических амортизаторов. Приведены расчеты технологических режимов и параметров инструмента. Проведены опытные испытания технологии с анализом причин образующихся дефектов. Даны рекомендации по бездефектному комбинированному выдавливанию.
Приведены методика и алгоритм расчета максимальной длины длинноосных стальных цилиндров с учетом предельных степеней деформации на каждой операции, рекомендованных в справочной литературе. Получены зависимости предельной длины от исходных размеров: наружного диаметра и толщины стенки изделия.
Спроектирована конструкция универсального штампа, в котором можно получать как обычные стаканы обратным выдавливанием (первая формоизменяющая операция), так и ступенчатые стаканы комбинированным выдавливанием.
Технологические проблемы
На примере деталей для амортизаторов рассмотрим основные недостатки существующих технологий.
Рабочий цилиндр амортизатора или корпус резервуара двухтрубного амортизатора представляют собой стальные стаканы с наружным стержнем в центре дна или без стержня, но к дну приваривается стержень или крепёжное кольцо (рис. 1.1, в) [12, 33,45].
Очевидно технологический процесс не должен сильно отличаться в обоих вариантах. С этой целью разрабатываются технологии производства изделий с плоским или коническим дном, с последующей приваркой крепёжной детали. Имеет экономическую выгоду и получение стержня вместе с деталью.
Рассмотрим некоторые конструктивные особенности, формирующие технологию изготовления таких цилиндров.
Относительно большая глубина полости рабочего цилиндра h/d = 6,5...7 показывает, что деталь за одну операцию (например, обратным выдавливанием) получить нельзя. А допуск на внутренний диаметр цилиндра по 10 квалитету точности требует обязательной калибровочной операции путём вытяжки или раскатки. Таким образом, из заготовки деталь можно получить как минимум за 3 штамповочные операции [9, 104,105].
Амортизаторы выпускают в основном двух видов: телескопические двухтрубные и газонаполненные. Причем выпуск последних, в связи с их высокими эксплуатационными характеристиками, постоянно увеличивается. Например, общий объем выпуска амортизаторов трех фирм «Фихтель и Захс», «Боге», «Билыытайн» достигает свыше 23 млн. штук в год для автомобильной промышленности, из них около 5 млн. штук в год газонаполненных амортизаторов.
Кроме автомобильной промышленности, в которой амортизаторы используются для передней и задней подвесок автомобилей и прицепов, их применяют также для мототехники, тракторов, стиральных машин, высокоскоростных прессов и пр.
Поэтому разработка прогрессивного технологического процесса получения рабочего цилиндра амортизатора (наиболее трудоемкого изделия) может дать значительный экономический эффект.
Самая распространённая технология изготовления цилиндров амортизатора из существующих заключается в получении цилиндра из 3-х деталей: трубы, дна и стержня, свариваемых между собой. Недостатком такой технологии в первую очередь является использование контактной сварки при сборке цилиндра, что ухудшает надежность амортизатора в работе и его герметичность (количество разгерметизированных амортизатора иногда доходило до 10%). Это вызывает острую необходимость перевода производства рабочих цилиндров на новый технологический процесс, позволяющий исключить указанные недостатки. В своё время Э. Мюллер [47] отказался от существовавших приемов (сварки труб, многооперационной вытяжки с утонением стенки и др.) и предложил вариант с двойным выдавливанием по схеме «обратное + прямое». Это позволило не только повысить качество получаемых изделий, но и существенно сократить технологический цикл, отказавшись от дополнительных операций. Впоследствии были предложены и др. варианты двойного и тройного выдавливания по различным схемам [42].
Решение задачи комбинированного выдавливания ступенчатых втулок при плоскодеформированном состоянии
Как указывалось в первом разделе, осевое комбинированное выдавливание сочетает в себе базовые процессы с прямым и обратным истечением металла, при чём преимущественное течение в ту или иную сторону зависит от многих параметров и поэтому не может быть определено заранее. Даже незначительное изменение геометрии инструмента может перевести процесс либо в базовое обратное выдавливание, либо - в прямое выдавливание втулки с буртом.
Анализ комбинированного выдавливания ступенчатых втулок проведём для трёх типовых схем: стационарной и нестационарной стадии инструментом с прямоугольными кромками и стационарной комбинированного выдавливания инструментом с наклонными кромками.
Все размеры указаны в относительных единицах, отнесенных к наибольшему диаметру полости матрицы D. Рассмотрим процесс комбинированного выдавливания ступенчатой втулки из кольцевой заготовки на стационарной стадии инструментом с прямоугольными кромками [66].
На рисунке 2.1 представлена схема деформирования в виде разрывного поля скоростей а) и его годографа б). Разрывное поле скоростей состоит из двух очагов деформации (блоки 2 и 5), промежуточной непродеформированной заготовки (блок 4) и элементов образующегося изделия (блоки 3 и 6). В углах пуансона и матрицы сформированы 2 «мертвые» зоны металла (блоки 1 и 0), неподвижные относительно примыкающего инструмента.
Размеры пластических областей определяются геометрией инструмента и соответствующими параметрами х и у.
Непродеформированная заготовка (блок 4) движется с некоторой скоростью v4, которая так же является скоростным параметром процесса. Эта скорость устанавливает, в какую сторону произойдет преимущественное истечение металла, благодаря чему будут сформированы продольные размеры детали. Так как блок 4 опускается относительно стенки матрицы с одной стороны и перемещается с отставанием от оправки пуансона с другой стороны, то на этих контактных поверхностях возникают активные силы трения Тк, слева в сторону обратного истечения, а справа в сторону прямого выдавливания.
Из баланса мощностей внутренних и внешних сил, составленного на основании выше изложенной методики, получим удельное безразмерное значение силы деформирования комбинированного выдавливании на стационарной стадии: Р 1 А l-m{H-y) 2к 2а 2аТ Х\ (2.23) Д где Ах = —=-+±{т + m(a - f)]f тН I t Вх = l L+Цт + m{b - ґ, )]f mH У \ Минимизация выведенной функции даст нам в аналитическом представлении значения параметров очагов деформации: 2аТ (2.24) х = У = Н(Т + тЬ) T + ma m2(H-y)tly t 2Tb(l+y2(T + mb) Интенсивность деформации сдвига определяется как средне интегральная величина накопленной информации при движении частиц металла вдоль линии тока.
На рисунке 2.2 показаны зависимости, из которых видно, что при достаточной относительной высоте Я 0,5 с увеличением Я удельная сила деформирования на пуансоне падает неоднозначно с изменением показателя трения т, причем при т = 0,9 она из наибольшей делается наименьшей. Это связано с противодействием двух конкурирующих сил трения: активного и реактивного, действующих на поверхностях контейнера 104,1оз и оправки пуансона
Графики имеют точку пересечения при достижении условия равного воздействия сил Тк активного и реактивного трения на общую технологическую силу, т.е. когда Я= 1,4. Левее этой точки преобладают силы реактивного трения, а правее - активного трения, независимо от величины его показателя т. На графиках зависимости скоростного параметра v4 от Я (рис. 2.3) эта ситуация отображается монотонным слиянием зависимостей с различным трением в одну линию, что связано с симметрией воздействия сил трения на перемещение заготовки (блок 4) в рабочей зоне инструмента. С увеличением Н 1,5-2 интенсивность приращения скоростного параметра v4 затухает и перемещение высокой заготовки в рабочей зоне инструмента практически не изменяется.
Комбинированное выдавливание втулок
Расположение зоны раздела течения металла, локализация деформаций в этих зонах способствует возникновению в них трещин. Изменение геометрии инструмента влияет на характер локализации деформации. Резкие изгибы траектории течения материала в пластической области вызывает увеличение силы деформирования.
На появление микротрещин, являющихся источником разрушения изделия, значительное влияние оказывает гидростатическое давление, которое, в свою очередь, зависит от сопротивления деформированию материала, геометрии инструмента и вида смазки. Замеры деформирующей силы и степени деформации позволяют установить величину среднего гидростатического давления в пластической области и прогнозировать возможность разрушения изделия при различных размерах инструмента.
Сопоставление комбинированного выдавливания инструментом с прямыми и наклонными кромками при одинаковых степенях деформации показало, что технологическая сила деформирования в последнем случае 7-10% ниже. ВЫВОДЫ
1. Проведены экспериментальные исследования холодного комбинированного выдавливания при изготовлении ступенчатых втулок из кольцевых заготовок на экспериментальном штампе с использованием тензометрического и текстурного анализа для различных видов деформирования в широком диапазоне степеней деформации.
2. Комбинированное выдавливание может быть как самостоятельной операцией при изготовлении ступенчатых втулок, так и элементом, при получении ступенчатого стаканообразного полуфабриката для длинноосных цилиндрических изделий с дном, причем влияние дна на процесс комбинированного выдавливания незначительное.
3. Экспериментальные исследования ступенчатых полуфабрикатов по текстуре детали показали, что при комбинированном выдавливании всех рассмотренных видов существует глобальная поверхность разрыва в виде изломов линий текстуры, появляющаяся при переходе из стационарной в конечную нестационарную стадию, и мертвые зоны в углах инструмента. Установлены также формы и размеры пластических областей.
4. Сопоставление экспериментальных и теоретических значений по силе деформирования показало, что существует расхождение данных, которое в среднем составило: для комбинированного выдавливания - 10,3 %; для чистовой резки - 22%; для редуцирования - 20,7%; для прямого выдавливания -37,3% и для обратного - 26,6%. Большой разброс между теоретическими и экспериментальными значениями дает обратное и прямое выдавливание втулок с фланцем в связи с тем, что в замкнутую полость инструмента из-за больших распорных нагрузок затекал неравномерный заусенец.
Изготовление стальных длинноосных цилиндров можно производить по двум принципиально отличающимся вариантам в зависимости от требований заказчика к изделиям:
1. Получение изделий максимальной длины с использованием максимально допустимых степеней деформации при наименьшем количестве формоизменяющих операций;
2. Получение изделий фиксированной длины с оптимальным балансом степеней деформации на каждой операции.
Корректирующим параметром в обоих случаях является относительная толщина стенки изделия.
В качестве примера рассмотрим возможность получения рабочего цилиндра пневмогидравлического амортизатора для подвески кабины автомобиля марки "КАМАЗ" предложенным сочетанием обратного и комбинированного выдавливания.
Рабочий цилиндр амортизатора (рис. 4.1 а) представляет собой длинноосный стальной стакан с отношением Н/ D = 224 / 35 = 6,4 (рис. 4.1, б). Его можно отнести к тонкостенному изделию, так как относительная толщина стенки равна t /Dcp = 2,5 / 32,5 = 0,077, что меньше 0,1 для толстостенных деталей.
Принята к разработке базовая технология производства цилиндров с плоским или рельефным дном, с последующей приваркой наружного стержня. Отметим, что экономическую выгоду имеет процесс получения цельного стакана со стержнем в дне, но технология в этом случае будет более сложной.
Расчет максимальной длины полых стальных цилиндров
На первой операции обратного выдавливания стального #. ступенчатого стакана инструмент работает с удельными нагрузками до 2,3 кН/мм , т.е. матрицы должны обладать достаточной прочностью. Толщина стенки матрицы должна удовлетворять соотношению dHAP 4dBHyp.
Дальнейшее увеличение диаметра не влияет на стойкость и разрушение матрицы. В данном случае СІНАГ ЬІ ММ. В этом случае матрица (Р6М5) может выдержать давление до 2,50 кН/мм . При этом учитывается, что матрица не только закаленная, но и бандажированная [88].
Диаметры бандажей определяются следующими соотношениями: D=l,4d = 63,3MM, D! = 2,0d = 90,4 мм, D2 = 2,7d= 122 мм, D3 = 4,7d= 167,2 мм, где D - наружный диаметр матрицы; Dj, D2, D3 - наружные диаметры бандажных колец. Натяги бандажей: Д, = 0,025 D =1,58 мм Д2 = 0,008 Dj =0,72 мм А3 = 0,004 D2 = 0,49 мм А4=0 Бандажирование осуществляется запрессовкой в наружное кольцо внутреннего и так далее на гидравлических прессах. Сила, необходимая для запрессовки, может достигать 2500...3000 кН [88].
При бандажировании производится нагрев наружного кольца до температуры около 400С с последующей запрессовкой в него холодного внутреннего. Минимальный зазор при сборке, необходимый для вкладывания внутренней вставки в наружную, составляет 80 = 0,05...0,06 мм на диаметр.
В отличие от первой операции, вторая операция (комбинированное выдавливание) производится с использованием двухбандажной матрицы, т.к. сила на второй операции значительно ниже, чем на первой. Диаметры бандажей определяются соотношениями: D= l,6d = 72,3 мм, Dj = 2,56d = 115,7 мм, D2 = 4,ld= 185,3 мм, Натяги бандажей для второй операции: Ai = 0,037 D =0,27 мм А2= 0,0037 Di =0,43 мм А3= 0,0037 D2 = 0,69 мм На первой операции пуансон изготавливается из стали 8Х4В2С2МФ. Твердость пуансона на первой операции после закалки и отпуска 62...63 HRC, а матрицы - 62...64 HRC.
На второй операции пуансон целесообразно изготавливать из быстрорежущей стали Р6М5, хотя возможен вариант первой операции. Твердость пуансона на второй операции 64...65 HRC, а матрицы 64...66 HRC.
Для операции вытяжки матрицы изготовлены с конусной заходной частью и рабочим пояском 2 мм. Вторая матрица изготовлена с углом скоса 7 30 на сторону, а первая, исходя из большого диаметра верхней части стакана, - с углом 15 на сторону.
Размер второй матрицы с учетом допуска детали и точности изготовления определяется формулой: DM =(D-A)+S" =(35 -0,1 бГ027 =34,84 -027 мм, где D - номинальный диаметр детали; А- допуск детали (в тело); 8м - допуск на изготовление матрицы. Диаметр пуансона: Dn = {D + A)_AI =(30 + 0,056)_OIOI7 =30,052007 MM.
Предлагается новая конструкция универсального штампа, в котором можно получать как обычные стаканы обратным выдавливанием, так и ступенчатые стаканы комбинированным выдавливанием [65]. На рисунке 4.8 показана конструкция штампа для получения ступенчатого стакана комбинированным выдавливанием, имеющий центрирующий узел с матрицей для регулирования разностенности, крепление быстросъемного пуансона повышенной жесткости, выталкиватель в направляющей гайке и плавающий съемник с удлиненным ходом [19, 20].
Штамп представляет собой блок, состоящий из верхней 1 и нижней 2 плит, соединенных между собой направляющими колонками 3 и втулками 4. К верхней плите 1 крепится пуансонодержатель 5, в котором с помощью конической втулки 6 и зажимной гайки 7 на подпятнике установлен ступенчатый пуансон 8. Нижняя плита 2 имеет углубление, в котором размещается матрицедержатель 9 с подпятником 10, на котором в свою очередь устанавливается бандажированная матрица 11, закрепленная в матрицедержателе гайкой 12. Матрицедержатель 9 крепится к нижней плите с помощью регулировочных клиньев 13 и болтов 14. На дополнительных колонках 15 нижней плиты 2 размещается съемная плита 16, опирающаяся снизу на пружины 17. Дополнительные колонки 15 имеют ограничительные гайки 18. В центральном отверстии нижней плиты 2 размещается выталкиватель 19, защищенный от выпадения гайкой 20.
Штамп работает следующим образом. Заготовка пинцетом подается в рабочую зону матрицы 11. При ходе ползуна вниз заготовка деформируется пуансоном 8 и преобразуется в изделие. При обратном ходе ползуна пресса, если изделие остается на пуансоне 8, то снимается с него съемной плитой 16 и удаляется из рабочей зоны вручную пинцетом или с помощью пневмосдувателя, встроенного в штамп. Если изделие остается в матрице, то оно удаляется оттуда выталкивателем. Хотя ступенчатый полуфабрикат и имеет большую длину, это не влечет за собой резкого увеличения габаритных размеров штампа, так как применен съемник 16 с удлиненным ходом.
Перед выдавливанием на недеформируемой кромке заготовки наносят риску 1 (рис. 4.9, а). Заготовку укладывают в матрицу риской в сторону одного из клиньев 5, например А (рис. 4.10). Штамп перед этим предварительно геометрически сцентрирован. Под воздействием усилия tmax выдавливания центрирование нструмента нарушается, так как опорные плоскости верхней и нижней плит строго не параллельны, ползун пресса смещается в пределах люфта к одной из направляющих, искажая перпендикулярность опорной поверхности, сам пуансон изгибается и т.д. При этом расцентрирование устойчиво при возобновлении выдавливания, что позволяет надежно сцентрировать инструмент при нагружении его усилием деформирования.
После выдавливания на индикаторном приборе замеряют разностенность изделия в требуемом поперечном сечении. Затем определяют минимальную толщину стенок изделия tm\n и в этом месте на ту же кромку наносят вторую риску 2, отличающуюся формой от первой (рис. 4.9, б). Вычисляют значение разностенности изделия. Вновь вставляют изделие в матрицу первой риской к тому же клину А и поворачивают информационное кольцо 19 (рис. 4.10) указателем градиента разностенности 20 ко второй риске на изделии, то есть в направлении tmin. При этом напротив каждого регулировочного клина устанавливаются соответствующие цифры информационной шкалы 21 со знаком "+" или " ", показывающие, в каком направлении требуется подкрутить болты 14 (рис. 4.8) относительно риски 11 на клине.