Способ вытяжки полых изделий из листовой заготовки

 

Использование: относился к обработке металлов давлением и предназначено для изготовления полых изделий из листового металла методом глубокой вытяжки, позволяетувеличить глубину вытяжки полых изделий без фланца путем создания оптимальных условий деформирования во фланцевой части заготовки. Сущность изобретения1 температуру материала в любой точке фланца деформируемой заготовки определяют из следующего соотношения: Т ТП{1-0,1 УП+100(НТ„/Тп)ри/М} где Тп - предельное значение температуры обработки материала, соответствующее верхней границе температурного интервала ковки и штамповки; Тм - значение температуры материала у начала скругления фланца (рабочей кромки матрицы); RM - радиус вытягиваемого изделия; г - текущее значение радиуса. 1 табл.. 1 ил. сл с

09) (! 1) СОЮЗ СОВЕТСКИХ .

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (Я)5 В 21 0 22/20, 37/16

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4745398/27 (22) 19,07,89 . (46) 15 08.92. Бюл. ¹ 30 (71) Днепропетровский металлургический институт и Научно-производственное объединение по механизации, роботизации труда И совершенствованию ремонтного обеспечения на предприятиях черной металлургии "Черметмеханиэация" (72) Ю.Ф, Харченко, О.Н. Ткачев, А.П. Грудев и Г.Я, Алексеенко (56) Авторское свидетельство СССР

N1575409,,кл,,В 21 D22/20,,1988. (54) СПОСОБ ВЫТЯЖКИ ПОЛЫХ ИЗДЕЛИЙ

ИЗ ЛИСТОВОЙ ЗАГОТОВКИ (57) Использование: относится к обработке металлов давлением и предназначено для

Изобретение относится к обработке металлов давлением и предназначено для йз- готовления полых изделий из листового металла методом глубокой вытяжки.

Известен способ вытяжки полых изделий из листового металла с подогревом фланца заготовки, при котором создание неоднородного поля температур в исходной заготовке перед вытяжкой за счет дифференцированного нагрева в штампе позволяет снизить сопротивление деформации фланца иуменьшить напряжения в опасном сечении при неизменном исходном сопротивлении разрушению пластически неде формируемой донной части.

Недостатком этого способа, существенно ограничивающим область его применения, является малая степень вытяжки; так как .отсутствие дополнительного упрочнеизготовления полых изделий из листового металла методом глубокой вытяжки, позволяет увеличить глубину. вытяжки полых иэделий без: фланца путем создания оптимальных условий деформирования во фланцевой части заготовки. Сущность изобретения; температуру материала"в любой точке фланца деформируемой заготовки определяют из сле его т ошения

Т=Тп(1 — 0,1 (1+100(1+Тм/Тп) )Ни/1 1) где Тп— предельное значение температуры обработки материала, соответствующее верхней границе температурного интервала ковки и штамповки; TM — значение температуры материала у начала скругления фланца (рабочей кромки матрицы); R . — радиус вытягиваемого изделия, r — текущее значение радиуса. 1 табл.. 1 ил. ния металла в зоне перехода донной части вытягиваемого изделия в его стенку не позволяет в полной мере использовать пластические и прочностные свойства штампу-.

I емого материала и получать изделия с Ь достаточно большой степенью деформации. 3

Вторым недостатком является низкая стой- QQ кость штампового инструмента из-эа высокой температуры рабочих поверхностей матрицы и прижима в процессе вытяжки, так как последние нагреваются заранее посредством электроподбгрева, Известен способ вытяжки деталей с . нагревом, при котором фланцевую часть заготовки, зажатую между матрицей и прижимом, нагревают до температуры горячей деформации пропусканием через нее электрического тока, а в йроцессе деформирования осуществляют допблнйтельный нагрев

1754280

10

20

30

45

50 заготовки посредством теплопередачи от матрицы и прижима.

Недостатком данного способа является невысокая производительность, так как процесс вытяжки осуществляют в несколько этапов, на каждом из которых сначала заготовку нагревают и прижимают прижимом, а затем уменьшают усилие прижима и производят ее деформирование путем приложение усилия вытяжки к центральной зоне заготовки. Вторым недостатком является малая степень вьг яжки из-3аЪтсутствия охлаждения зоны перехода донной части вытягиваемого иэделия в его стенку в процессе деформирования, Известен также способ вытяжки изделий из листового материала с подогревом фланца заготовки, при котором нагрев производят до температуры ковки обрабатываемого материала, начиная с периферии с постепенным ее уменьшением к центру заготовки, Недостатком известного способа является незначительная глубина вытяжки, обусловленная тем, что процесс деформирования осуществляют практически при равномерно нагретой фланцевой части заготовки, что происходит вследствие вырав»ивания температуры по сечению заготовки. за счет теплопроводности при транспортировке и укладке нагретой в специальном приспособлении заготовки в рабочую зону штампового инструмента, а также путем теплопередачи при соприкосновении с массивной зодоохла>кдаемой матрицей. Вто- 35 ром недостатком является""ограниченная степень деформации при вытяжке вследствие отсутствия в ходе формообразования дополнительного упрочнения металла в зоне перехода донной части формируемого изделия в его стенку.

Наиболее близким к предлагаемому является способ глубокой вытяжки полых изделий из листовой заготовки, предусматривающий йредварительный неравномерный нагрев заготовки вне штампа до температуры ковки обрабатываемого материала",начиная с периферии, с постепенным .ее уменьшением к центру заготовки, размещение заготовки в штампе, а также создание и поддержание в процессе, вытяжки во фланелевой части заготовки в радиальном направлении требуемого градиента температуры путем охлаждения и подогрева отдельных участков фланца. Согласно данному способу после размещения и зажима нагретой заготовки между рабочими торцами матрицы и прижима периферийный участок фланца подогревают от равномерно нагреты" заранее периферийных участков рабочих поверхностей матрицы и прижима, а в процессе формообразовайия заготовки производят одновременное двухстороннее охлаждение зоны перехода донной части вытягиваемого изделия в его стенку и кольцевого участка фланца вытягиваемого изделия, прилегающего к зоне сопряжения фланца со стенкой, ширина которого составляет 0,14-0,48 от ширины фланца заготовки, а также прикладывают противодавление к донной части вытягиваемого изделия, Недостатком этого способа является незначительная глубина вытяжки полых иэделий, обусловленная тем, что в процессе деформирования требуемый градиент температуры в радиальном направлении создают и поддерживают только в пределах упомянутого, строго ограниченного по ширине, охлаждаемого кольцевого участка фланца, в то время как основная flo протяженности периферийная часть фланца, составляющая 0,52 — 0,86 от его ширины; при вытяжке не охлаждается, а равномерно подогревается, принимая .заданную температуру предварительно равномерно прогретых электронагревателями соответствующих периферийных участков рабочих поверхностей матрицы и прижима. Обрыв металла на указанном, основном по протяженности, равномерно нагретом периферийном участке ширины фланца, вследствие пониженной по отношению к его охлаждаемой кольцевой части прочности и ограничивает деформационные возможности способа-прототипа, препятствуя дальнейшему увеличению глубины вытяжки изделий. В известном способе максимальное значение предельного коэффициента вытяжки составляет для стали 4,2

Целью изобретения является увеличение глубины вытяжки полых изделий без фланца путем создания оптимальных условий деформирования во фланцевой части заготовки, Это позволяет уменьшить парк штамповочного и термического оборудова- . . ния, сократить численность производственного персонала, снизить капитальные затраты и расход энергоресурсов, повысить производительность труда, Поставленная цель достигается тем, что в известном способе глубокой вытяжки полых изделий из листовой заготовки:, при котором ее нагревают вне штампа до температуры ковки обрабатываемого материала, начиная с периферии,. с постепенным ее уменьшением к центру заготовки, размещают заготовку в штампе, а также создают и поддерживают в процессе вытяжки во фланцевой части заготовки в радиальном направлении требуемый градиент темпера1754280

6 туры путем охлаждения и подогрева от- щего 0,14-0,48 от ширины фланцевой части. дельных участков фланца. температуру Известные решения не позволяют размематериала в любой точке фланца деформи- стить отдельные участки подогрева и охлажруемой заготовки определяют из следующе- дения материала по всей ширине фланца в го соотношения; : 5 радиальном направленийв последовательности, создающей монотонный перепад

Т=Тлх ... температуры по требуемому закону по всей

„1 01 1+100 1-™ Ви 1

2 рациональное распределение напряжения

10 текучести металла па всей ширине фланца в где Тп — предельное значение температуры процессе формообразовайия заготовки, ко- обработки материала. соответствующее торов достигается в предлагаемом способе, верхней границе температурного интервала Размещение отдельных участков подоковки и штамповки; грева и охлаждения материала по всей шиTM — значение температуры материала у 15 рине фланца в радиальном направлении в начала скругления фланца (рабочей кромки последовательности, создающей монотонматрицы); ный перепад. температуры, определяемый

RM — радиус вытягиваемого изделия; предлагаемым соотношением, по всей шиг - текущее значение радиуса, рине фланца обуславливает наиболее рациПредлагаемыйспособотличаетсяотиз- 20 ональное распределение напряжения вестного наличием размещения отдельных текучести металла rio всей ширине фланца в участков подогрева и охлаждения материа- . процессе формообразования и, следовала по всей ширине фланца в радиальном . тельно, обеспечивает создание оптимальнаправлении в последовательности, созда-. ных условий деформирования во фланцевой ющей монотонный перепад температуры, 25 части заготовки. Это приводит к существенописываемый предлагаемой зависимостью, ному снижению растягивающих напряже. по всей ширине фланца, что обуславливает . ний в очаге деформации, что позволяет наиболее рациональное распределение значительно увеличить глубину вытяжки понапряжения текучести нагретого металла лых изделий без фланца, по всей ширине фланца, и, следовательно, 30 Способ осуществляют следующим о..: обеспечивает создание оптимальных усло- разом. вий деформирования во фланцевой части . Листовую заготовку предварител но заготовки, нагревают в специальном приспособлении

Известны способы, в которых при вы- (например, индукционном нагревателе) эа тяжке применяютдополнительноетепловое 35 пределами рабочей зоны штампового.инствоздействие на фланцевую часть предвари- румента, причем нагрев производят до тельно нагретой заготовки, дополнитель- температуры ковки обрабатываемого матеный нагрев для повышения пластичности риала, начиная с периферии с постепенным фланца и дополнительное. охлаждение от- ееуменьшением кцентруэаготовки. дельных его участков для повышения сопро- 40 После нагрева заготовка имеет предтивления их разрушению B процессе . варительный температурный профиль, подеформирования, Однако при указанном . казанный на чертеже — кривая T i дополнительном тепловом воздействии на предварительного распределения темпера-.. заготовку в штампе перед началом дефор- туры по радиальному сечению заготовки. мирования во фланцевой части последней 45 Затем нагретую заготовку транспорти- . создают один периферийный участок подо- руют в рабочую зону штампового инстругрева с постоянйой температурой матер%а- мента, укладывают между рабочими ла в его пределах либо осуществляют торцами матрицы и прижима, зажимают равномерный подогрев всегофланца отра- йрижимом, В процессе транспортировки зогретых предварительно матрицы и при- 50 нагретой заготовки в рабочую зону штампожима. Поэтому в известных способах в .. вого инструмента, укладки на матрицу и запроцессе вытяжки во фланцевой части 3aro- жима. при низком температурном товки в радиальном направлении требуе- сопротивлении холодной центральной часмый градиент температуры либо вообще не ти диска теплопроводности и одновремен создают, либо создают и поддерживают. 55 ном высоком сопротивлении воздушной только в пределах строго ограниченного по среды конвективному теплообмену, происширине, охлаждаемого кольцевого участка фланца вытягиваемого изделия, примыкающего к началу его скругления и составляюходит разогрев центральной части заготовки при соответствующем понижении температуры ее периферии. Кроме того. по1754280 соотношением температур, с монотонным увеличением температуры к наружному контуру фланца R>. После осуществления серии укаэанных одновременныхдополнительных местных разогревов и охлаждений в штампе

55 сле укладки заготовки нэ матрицу, а также после ее зажима между менее нагретыми массивными блоками матрицы и прижима происходит интенсивное остывание флан. цевой части заготовки за счет теплопро- 5 водности при низком температурном сопротивлении более холодного инструмента, Следовательно, к моменту зажима заготовки в рабочей зоне штампового инструмента ее предварительный (после 10 нагрева) температурный профиль — температурная кривая Тлр(см. фиг, 1) -существенно искажается, выравнивается, а ее уровень понижается. После зажима в рабочей зоне штампа заготовка имеет уже новый, некото- 15 рый промежуточный температурный профиль, показанный на фиг, 1 — кривая Тр.з. промежуточного распределения температуры по радиальному сечению заготовки.

После зажима заготовки между рэбочи- 20 . - ми контактными поверхностями матрицы и прижима осуществляют одновременные до. полнительный локальный (очэговый) разогрев периферийных и дополнительное локальное (очаговое) охлаждение централь- 25 ных, прилежащих к рабочему отверстию кольцевых участков фланцевой части заготовки путем создания в радиальном направ, лении кольцевых участков дополнительного разогрева (Лгipзз) и дополнительного ох- 30 лаждения (Лп хл) материала .на соответствующих участках фланца (см. фиг, 1).

Указанные. участки создают известными способами, например, путем теплопередачи при контактном теплообмене между ээ- 35 готовкой и инструментом. В процессе этого дополнительного теплового воздействия на заготовку, имеющую промежуточный тем-пературный профиль Тр.з,, упомянутые кольцевые участки дополнительного разогрева и 40 охлаждения материала размещают в радиальном направлении по всей ширине фланцевой части, т.е, распределяют по координате r (rioxn гipaa) и протяженности (Ь loxn Л прзз) а требуемой последовэ- 45 тельности (закоиомерности). Причем данная последовательность (закономерность) такова, что при дополнительном локальном . разогреве ATipaa и дополнительном локальном охлаждении ЛТ охл материала на 50 каждом иэ соответствующих участков iipaa

Лг(рзз и г1охл Л г!охл во фланцевой части заготовки создается неравномерное температурное.поле, определяемое предлагаемым перед началом деформирования непосредственно перед самым началом вытяжки заготовка будет иметь окончательный температурный профиль, показанный на фиг. 1 — кривая Тзытокончательного распределения температуры по радиальному сечению заготовки, При этом расположение указанных участков (Aгioxp, Ë герлз, Игр — Mx общая граница), их количество и протяженность (Лг охл, Лг1рзз), требуемый перепад температуры (ATipaa, ЛТьхл) в пределах каждого из них по отношению к промежуточному температурному профилю заготовки определяют в зависимости от конкретных условий вытяжки (температурно-скоростных параметров деформации, теплофизических характеристик материала заготовки и инструмента, геометрии очага деформации, условий трения и т.д.) таким образом, чтобы удовлетворить указанному в формуле изобретения соотношению температур при монотонном ходе окончательной температурной кривой Тзц, После придания заготовке требуемого окончательного температурного профиля

Тзы по радиальному сечению производят ее формообразование путем воздействия на ее центральную часть вытяжным усилием, Пример, Произведена вытяжка кор-. пуса газового автомобильного баллона из стали 45ХМА„толщина листового материала равна 9 мм, диаметр исходной заготовки—

1550 мм, диаметр готового иэделия -240 мм.

Относительная толщина заготовки составляет 9/1550=0,0058, а относительная тол-. щина стенки изделия — 9/240-0,038.

Для заданных условий деформации при вытяжке радиус рабочей кромки матрицы равен 100 мм, пуансона "70 мм, коэффициент трения может быть принят равным 0,3, а значения исходных параметров выбраны следующие: Т =1260 С; 7M=850 С; o>M=120

Н/мм (при е= 10 с ).

Рассчитанные по предлагаемому соот- . ношению значения температуры материала во фланцевой части деформируемой заготовки представлены в.таблице.

Созданное с использование предлагаемого соотношения распределение температуры во фланце при деформации (см. таблицу) позволяет получить корпус газового баллона с максимальной глубиной 2450 мм, . что а 2,4 раза больше достигнутой в известном способе глубины вытяжки, Формула изобретения

Способ вытяжки полых изделий из листовой заготовки путем ее нагрева вне штампа до температуры ковки обрабатываемого материала, начиная с периферии с посте1754280

9 пенным ее уменьшением к центру заготовки, размещения заготовки в штампе, а также создания и поддержания в процессе вытяж- „1 — 0 1 1 + „„— TM R„— 1

2 ки во фланцевой части заготовки в радиальном направлении требуемого градиента 5 температуры путем охлаждения и подогре- где T> — предельное значение темйературы ва отдельных участков фланца, о т л и ч а ю- обработки материала, соответствующее . шийся тем, что, с целью увеличения верхней границетемпературногоинтервала глубины вытяжки полых изделий без фланца ковки и штамповки; путем создания оптимальных условий де- 10 Т вЂ” значение температуры материала у формирования во фланцевой части заготов- начала скругления фланца (рабочей кромки ки, температуру материала в любой точке матрицы); фланца деформируемой заготовки опреде-" . R — радиус вытягиваемого изделия; ляют из следующего соотношения: .. r текущее значенйе радиуса.

T-=T

Температура материала во фланце деформируемой заготовки

Продолжение таблицы