Формирование отверстий вращающимся пуансоном в листовой заготовке

Для формирования резьбового отверстия в листовой заготовке толщиной 1–12 мм применяют отверстия, изготовленные, например, вращающимся пуансоном на вертикально-сверлильном и вертикально-фрезерном станках с механической подачей инструмента [1–4]. При этом для каждой толщины заготовки назначаются определённые режимы и параметры: диаметр пуансона и число оборотов, подача инструмента [2]. Однако неизвестна методика определения этих параметров, что затрудняет разработку технологии изготовления отверстий. С целью совершенствования технологии изготовления отверстий в заготовке толщиной от 2 мм и менее предлагается использовать вертикально-сверлильные станки, где вместо принудительной подачи инструмента применяют рычажную систему, обеспечивающую перемещение пуансона при заданной нагрузке. Это позволяет также применять станки только с ручной подачей инструмента и малой мощности, что значительно увеличивает возможности получения отверстий для изготовления резьбовых соединений. При реализации этой схемы автоматически устанавливается взаимосвязь между толщиной заготовки δ, осевым усилием P ос , временем протекания процесса t , температурой деформированного металла T , тепловой мощностью источника q и геометрическими параметрами отверстия.

Образцы для получения отверстий изготавливались из стали 08кп, толщиной 2; 1,5; 0,8 мм. Пуансон изготовлен из твёрдого сплава ВК6, диаметром 5 мм, с углом конуса 20°. Частота вращения пуансона 2000 мин–1. Измерение осевого усилия в процессе деформирования заготовки производилось с применением динамометра и индикатора модели И-410, а температуры – хро-мель-алюмелевой термопарой. Измерение температуры производилось на расстоянии 2,5 мм от осевой линии намечаемого отверстия на верхней и нижней поверхностях заготовки в процессе всей деформации. Показания всех приборов фиксировалось цифровой фотокамерой с частотой 10 кадров в секунду, с последующим построением графиков на компьютере.

На рис. 1 представлены стадии образования отверстия в заготовке при свободном перемещении вращающегося пуансона при заданной нагрузке.

По характеру изменения осевого усилия весь цикл образования отверстия в заготовке можно разделить на четыре стадии (рис. 1, а). На первой стадии происходит нагрев заготовки за счет сил трения вращающимся пуансоном, внедрение его в заготовку, пластическое течение металла в верхнюю и нижнюю части заготовки (рис. 1, б). При этом осевая сила не изменяется. На второй стадии наблюдается колебание осевой силы, а на третьей – её некоторое снижение. На четвертой стадии процесса, по мере уменьшения площади контакта поверхности конуса и формируемого отверстия, сопротивление перемещению пуансона снижается, осевое усилие уменьшается. В момент выхода конуса пуансона из отверстия осевое усилие снижается до нуля и окончательно формируются параметры отверстия с нижним и верхним кольцами. При изготовлении отверстия вращающимся пуансоном на заготовках толщиной 1,5 и 0,8 мм также отмечаются четыре стадии изменения осевого усилия. Следует отметить, что на заготовке толщиной 0,8 мм верхнее кольцо не образуется и весь деформируемый металл идёт на формирование только нижнего кольца отверстия.

После обработки экспериментальных результатов, полученных при изготовлении отверстия вращающимся пуансоном в листовом металле толщиной 0,8; 1,5; 2,0 мм по вышепр и ведённой методике, установлено (см. таблицу), что осевое у с илие определяет все основные параметры операции: температуру деформированного металла заготовки, время процесса, тепловую мощность и геометрические размеры отверстия (рис. 2).

а)

б)

Рис. 1. Стадии образования отверстия вращающимся пуансоном в тонколистовом металле толщиной δ = 2,0 мм: а – изменение осевого усилия P ос и температуры Т в точке измерения в зависимости от времени t ; б – стадии образования отверстия

Экспериментальные результаты, полученные при изготовлении отверстия вращающимся пуансоном в листовом металле толщиной 0,8; 1,5; 2,0 мм