Способ изготовления полых осесимметричных изделий с фланцем

 

Использование: обработка металлов давлением, вытяжка полых осесимметричных изделий с фланцем при экономии металла за счет уменьшения припусков на обрезку. Сущность изобретения: припуск на обрезку фланца при неполной вытяжке осесимметричных деталей определяют аналитически в зависимости от геометрических размеров изделия, его механических свойств с учетом их анизотропии и других технологических факторов, 3 ил., 2 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)я В 21 D 22/20

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ф !

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4717887/27 (22) 11.07.89 (46) 30.03.92. Бюл. и 12 (71) Днепродзержинский индустриальный институт им. M.È.Àðñåíè÷åâà (72) А.В,Никулин, Ю.И.Коковихин, Л.А,Апостолов, И.А.Бухбиндер и В.Б,Рудасев (53) 621.983.3 (088.8) (56) Шевелев В.В„Яковлев С.П, Анизотропия листовых материалов и ее влияние на вытяжку, М.: Машиностроение, 1972, с,8-9.

Изобретение относится к листоштамповоч ному производству и может быть использовано при совершенствовании процессов штамповки —. вытяжки деталей с фланцем путем снижения расхода металла на обрезь.

Известен способ изготовления полых осесимметричных изделий с фланцем, при котором в зависимости от размеров готового изделия и инструмента определяется исходный диаметр заготовки Оа, а затем по величинам требуемого диаметра фланца Оф и относительного диаметра фланца Оср/Ол, где 0п -диаметр пуансона, по таблице устанавливается величина припуска на сторону.

Недостатки способа определяются тем, чта в нем представлен ограниченный диапазон размеров диаметра фланца Оф, сетка изменения относительно диаметра фланца является довольно крупной. Кроме того, по этому способу припуски на обрезку определяются усредненно без учета анизотропии свойств листового материала. и:влияния тех„„. Ж„„1722655 А1 (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛЫХ

ОСЕСИММЕТРИЧНЫХ ИЗДЕЛИЙ С

ФЛАНЦЕМ (57) Использование: обработка металлов давлением, вытяжка полых осесимметричных изделий с фланцем при зкономии металла за счет уменьшения припусков на обрезку. Сущность изобретения: припуск на обрезку фланца при неполной вытяжке осесимметричных деталей определяют аналитически в зависимости от геометрических размеров изделия, его механических свойств с учетом их анизотропии и других технологических факторов, 3 ил„2 табл. налогических факторов процесса на неравномерность деформации образца. Поэтому получаемые величины припусков на обрезку являются завышенными, обуславливающими излишние потери металла в абрезь.

Этот недостаток частично устранен в способе оценки штампуемости, где предложено учитывать влияние анизотрапии свойств материала на геометрию заготовки.

Недостатки способа заключаются в следуюЩем: вытяжка образца всегда производится из дисковой заготовки диаметром, большим предельного, т.е. всегда происходит разрушение образца и пари этом напряженно-деформированное состояние, определяющее проявление неравно лерности деформаций, качественно отличается от напряженно-деформированного состояния при вытяжке детали без ее разрушения.

Кроме тога, за геометрический параметр фигуры, ограниченной контуром фланца, принята ее площадь, которая не характери1722655

20 степень фестонообразования не характери- 25

55 зует формы этой фигуры, а величина припуска на обрезку деталей по этому способу не определяется.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ определения фестонообразования, определяемый тем, что при глубокой вытяжке полых деталей плоскостная анизотропия проявляется в образовании фестонов (неровных краев), что вызывает необходимость обрезки краев деталей и потери металла.

По этому способу из дисковых заготовок на прессе двойного действия цилиндрическим пуансоном производят вытяжку до получения стакана, э о степени фестонообразовэния судят по величине

"макс пмин (1)

"ср где пмакс и амин — максимальная (по фестону) и минимальная (по впадине) высота вытянутого стакана;

>ср 0,5 (нмакс + нмнн) сРеднЯЯ высста стакана.

Недостаток способа состоит в том, что зует неравномерности деформаций при неполной вытяжке, когда отштампованные образцы имеют фланец, но нет фестонов. В этих случаях механические схемы напряжений и деформаций различаются по влиянию усилия прижима и других технологических факторов на процесс деформировэния и неравномерность деформаций материала образца. Разность в формоизменении вдоль периметра внешней кромки фланца обусловливает последующее образование фестонов при полной вытяжке анизотропного материала, а при неполной вытяжке, как правило, фестоны не образуются.

При такой неполной вытяжке высота получающегося стакана по всем направлениям постоянна и степень фестонообразования Е равна нулю. всегда. Однако неравномерность деформаций проявляется в искажении первоначальной формы (окружности) внешнего контура фланца.

Известно, что весьма широкая номенклатура деталей в машиностроении (например, многие детали автомобилей) и в других отраслях промышленности изготавливается штамповкой —. вытяжкой с образованием фланца. При этом для оценки доли обрези и снижения расхода металлопроката путем выбора рациональной величины припуска необходимо определять и учитывать неравномерность деформаций материала образца, Цель изобретения — уменьшение и рипуска на обрезку при штамповке деталей с фланцем.

Предположив, что причина разности в формоизменении фланца по разным направлениям с феноменологической точки зрения состоит в различии механических свойств листового материала в зависимости от угла между. выбранным направлением прокатки листа, применяют известную методику исследования формоизменения.

Рассматривая формоизменение дисковой заготовки при вытяжке цилиндрическим пуансоном для изотропного материала, получают уравнение для определения внешнего диаметра фланца Оф вЪ е, (й+ 1в р» 2в

< и, ко

Эу=п. 1-О,ol (2) где Do — диаметр дисковой заготовки; о.о — предел текучести в исходном недеформировэнном состоянии; о> н — временное сопротивление при степени суммарной деформации;

А, n> — постоянные, характеризующие интенсивность упрочнения материала в процессе деформирования;

f, t>p.м — показатели внешнего трения;

S — толщина листового материала; гм — радиус закругления матрицы.

Подставляя значения о .о, сге,н; А и п1 в зависимости от угла между выбранным направлением и направлением прокатки, ortределяют наибольший Омакс и наименьший

0»н размеры фигуры, ограниченной внешним контуром фланца, при заданной степени вытяжки Do/Dn (где Dn — диаметр пуансона), Неравномерность деформаций по абсолютной величине определяется параметром д 0 = Омакс — Омнн, по относительной — безразмерным показателем А = =— д0 ф (Оф — диаметр. фланца стакана), так как при последующем определении припускэ Л D при задаваемом значении Оф не требуется обратный пересчет.

Величину припуска определяют по формуле

ЛО= Îp+A(1+025A) Оф — Dp, (3) где Do = 10ф+ 4 Dn Н вЂ” 3,44 гм Dn, (4)

Н вЂ” высота вытягиваемого стакана.

Для экспериментального определения неравномерности деформаций на прессе двойного действия пуансоном диаметром

Dn производят неполную вытяжку цилиндрического стакана высотой Н с фланцем диаметром Оф из дисковой заготовки диаметром Оо с заданной степенью вытяж1722655

10

45

55 ки D(>/Оп. Затем одним из известных способов(например, с помощью штангенциркуля) опРеДелЯют наибольший D 1акc и нэи(1Яеньший Ом«размеры фигуры, ограниченной внешним контуром фланца, На фиг,1 представлена дисковая заготовка до вытяжки; на фиг,2 — вытянутый цилиндрический стакан с фланцем; на фиг.3— цилиндрический стакан с фланцем после удаления обреэи.

Способ осуществляют следующим образом.

По заданным (фиг.3) размерам изделия (Оф, Н, S) и инструмента (D(i, rM), а также при известных параметрах свойств листового материала (> D (, (:а «<), А(-., и т,,(.! (где t2— угол между заданным направлением и направлением прокатки листа) и контактного трения (f, T>p м) с помощью указанной методики по формуле (2) определяют DMBKc.è

Омнн (фИГ.2), ЗатЕМ ВЫЧИСЛявт д D = DMaKG— — Ом,н и рассчитывают значение показателя неоднородности деформаций д (>

Вф

По найденному значению А и заданным значениям DD и Оф(целесообразно принять

Оф = Омнн) опРеДелЯют величинУ ДиаметРа заготовки О, (фиг,1) по формуле

Dç =((Р + А(1 0.25 А} D (5)

Предлагаемый способ изготовления полых осесимметричных изделий с фланцем испытывается при штамповке цилиндрических стаканов с фланцем из тонколистовых сталей на испытательной машине 140-12 Мр..—

Использование свойств Toнколистового материала заключается в том, что расчеты производятся по наружным размерам детали, в более общем случае расчеты следует производить по размерам срединной поверхности, которые для тонколистовых материалов- мало отличаются от наружных размеров деталей.

Для образца, изготовленного из стали

08ГСЮТ толщиной S = 1,0 мм, по расчетам. получают Омакс = 108,0 мм и Омнн = 106,8 мм.

Тогдад0 =1,2 мм и А= = =0,0112 дЭ д0

0ф (мин при Оа = 115 мм. Экспериментально получают следующие значения: D»« = 108,25 мм;

1 1,15

Эмин = 107,1 мм;ОО.= 1,15мм и А =

107,1

= 0,0107. Такая точность расчетов удовлетворительна.

Более точный учет неравномерности деформаций и уменьшение припусков на обрезку деталей при использований предлагаемого способа изготовления позво15

30 лят получить экономию металла за счет более рационального выбора размеров заготовки.

Для оценки величины ожидаемой экономии металлопроката рассмотрим вытяжку типичной полой осесимметричной детали простой формы — цилиндрического стакана высотой Н и диаметром фланца после обрезки Оф из дисковой заготовки диаметром

Do.

По формуле (12) (В,П,Романовский, Справочник по холодной штамповке. Л.: Машиностроение, 1979, табл,32, с.94 — 98) диаметр заготовки 0(> определяется из соотношения (4), Вследствие неравномерности деформаций материала образца, обусловленной анизотропией свойств листового проката, внешний контур фланца не будет окружностью. Поэтому для получения требуемой формы детали применяется последующая обрезка неровного края, В соответствии с этой целью предусматривается технологический припуск Лна обрезку; Для определения величины Лна практике рекомендуется использовать данные табл.35 справочника

Романовского (там же, с,99).

Тогда, окончательно, диаметр заготовки

Da будет больше рассчитанного по формуле (4) диаметра Оо или выбранного из других соображений на величину hp, т.е.

D"ç,= Dî + hp, (6) где hp — величина припуска по данным табл.35.

Для определения величины припуска в соответствии с методикой определения степени фестонообразования необходимо опя ределить диаметр заготовки Da по способу

С.П.Яковл

Da = D(> + 2 Оп hcp E, (7) где Š— степень фестонообразования.

В соответствии с изобретением величина диаметра заготовки Da определяется следующим образом. Получение детали с фланцем требуемой формы при уменьшении припуска обеспечивается, если минимальный

РаЗМЕР фЛаНЦа РаВЕН Оф, т.Е. Омнн = Оф.

При этом фигура, ограниченная внешним контуром фланца, будет равновеликой кругу с диаметром Оср = 0 5 (Эмакс + Эмин) Тогда, вводя величину неравномерности деформаЦий д 0 = DMaKG Омнн, имЯЮт

DGp = Эмин + 0,5 (Омакс Эмин) =

= Оф+0,5д О, Зная диаметр равновеликого. круга по формуле (4) можно определить диаметр исходной за

Ээ = YDGp + 4 Оп H — 3,44 гм Оп.

Так как по определению

1722655

30

Таблица 1

1/ Г

Do = ОФ + 4 Оп Н вЂ” 3,44 гм Оп. то с учетом введенных обозначений

C 2 2

Оз = Оср+ Оо Оф =

=((Офф05дD) фD,— Оф=

Ф

1 Оо + А (1 + 0,25 А) О мин, т.е. с учетом неравномерности деформаций по предлагаемому способу диаметр заготовки определяется по формуле (5):

Более точный учет влияния аниэотро- 15 пии позволяет уменьшить рекомендуемый диаметр заготовки на 0,2 — 3, получив при этом экономию металла до 4,5 массы заготовки. Эту экономию металла можно определить путем расчета отношения 20 разности масс заготовок, найденных по известной и предлагаемой методикам, к массе заготовок по известной методике где Л Э вЂ” экономия металлопроката по сравненик1 Со способами В.П.Романовского (индекс Р) и С.П,Яковлева (индекс Я); р — плотность материала; 35

S — исходная толщина заготовки; я,я

D3, — диаметр заготовки, оп редел яемый по методике В.П.Романовского (формупа,6) или С.П.Яковлева (7);

D> — диаметр заготовки по формуле (5), 40

Таким образом, расчет экономии листавого материала сводится к расчету отношения (03/О> ) и дальнейшему определению

@.й

ЬЭ по формуле (8).

С целью получения экспериментальных 45 оценок минимизации припуска и соответствующей экономии листового материала на прессе двойного действия производится вытяжка цилиндрических стаканов, Из дисковых заготовок с начальными диаметрами Оо, равными 90, 100, 110 и 115 мм, изготовленных из листовой стали 08пс толщиной 0,8 мм, вытягиваются стаканы без фланца (полная вытяжка) и с фланцем (неполная вытяжка). Результаты определения соответствующих параметров неоднородности деформаций и величин припусков по сравниваемым способам представлены в табл.1

Очевидно (h D < оя < hp), что при опреI делении величины припуска по предлагаемому способу удалось уменьшить исходный диаметр заготовки при изготовлении цилиндрических стаканов с фланцем.

Уменьшение исходного диаметра заготовки на 0,21-2,82 позволяет снизить расход листового материала и получить экономию металлопроката по сравнению с известными способами в пределах от 0,44 до 4,26 (табл.2).

Формула изобретения

Способ изготовления полых осесимметричных изделий с фланцем путем получения плоской заготовки в виде диска, вытяжки и обрезки припуска, отличающийся тем, что, с целью уменьшения припуска на обрезку,. обусловленного неравномерностью деформаций материала заготовки, плоскую заготовку получают с наружным диаметром, определяемым из следующего соотношения

Оз = Оо + А (1 + 0,25 А) Омин, где Do — минимальный диаметр заготовки, обеспечивающий заданную степень вытяжки; д D Омакс Омин

А,т — =— показатель - мин Омин неравномерности деформаций;

DMBKc — максимальный диаметр фланца вытянутой детали перед обрезкой, определяемый аналитически;

Омин — минимальный диаметр фланца вышеупомянутой детали, определяемый аналитически.

1722655

Таблица 2

pug. с

Составитель А.Никулин

Редактор И.Касарда Техред М.Моргентал Корректор Н.Ревская

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 1019 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5