Способ гибки металлических заготовок

 

Способ гибки металлических заготовок из профилей относится к области обработки металлов давлением, в частности к способам гибки с растяжением профильных заготовок с использованием электроимпульсного воздействия, и может найти применение в авиационной промышленности и смежных к ней отраслях машиностроения. Полное устранение пружинения профилей без приложения дополнительного растягивающего усилия после изгиба с растяжением достигается путем электроимпульсного воздействия на них при значениях удельной энергии q=0,6 - 2,8 .. Дж/мм³ и длительностью обработки импульсным током τ_i = 0,1 - 0,3 сек. При этом способе технологический процесс упрощается, производительность труда увеличивается в 1,3 раза, повышается качество и стабильность характеристик деталей. 1 табл.

Изобретение относится к области обработки металлов давлением в частности, к способам гибки с растяжением заготовок из профилей с введением импульсов электрического тока и может найти применение в авиационной промышленности и смежных к ней отраслях машиностроения.

Известен способ гибки с растяжением (1), в соответствии с которым процесс формообразования деталей, преимущественно из малопластичных и высокопрочных материалов проводится по схеме: нагрев растяжение изгиб, после чего производят последующую доводку деталей калибровкой. Применение нагрева наряду с повышением пластических свойств материала, снижает усилия деформирования и уменьшает пружинение материала.

К недостаткам этого способа следует отнести: необходимость выполнения трудоемкой операции доводки деталей вручную калибровки, а также повышение затрат за счет изготовления термостойкой оснастки и ее нагрева.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатом является "Способ обтяжки металлических заготовок" (2), содержащий обтяжку листовой заготовки с введением пластифицирующих импульсов электрического тока и последующую калибровку растяжением с электроимпульсным воздействием (ЭИВ) всей заготовки. Этот способ принят за прототип.

Недостатком указанного способа является: необходимость выполнения операций калибровки совмещенной с (ЭИВ), увеличивающей трудоемкость процесса формообразования и дополнительные энергозатраты.

Указанный недостаток обусловлен тем, что применение способа не предусматривалось для таких операций как: изгиб с растяжением заготовок из профилей, где уменьшается необходимость выравнивания неоднородности деформирования по сечению и формообразование осуществляется при значительно меньших деформациях, как утонения, так и удлинения.

Целью данного изобретения является снижение трудоемкости, повышение качества и стабильности характеристик формообразуемых деталей.

Поставленная цель достигается тем, что в предлагаемом способе проводят предварительное растяжение заготовки, последовательное пропускание разупрочняющих импульсов электрического тока через всю заготовку и постепенный изгиб с растяжением до полного прилегания заготовки к пуансону в пределах угла охвата α_i< α_п.у. (где α_п.у. угол охвата, при котором наступает потеря устойчивости для данного растягивающего усилия), при этом первый и каждый последующий разупрочняющие импульсы тока прикладывают при α_i< α_п.у. на 20. 30% для титановых сплавов и нержавеющей стали, на 40.50% для высокопрочных углеродистых сталей и на 60.70% для алюминиевых сплавов, а заключительный импульс прикладывают после достижения полного угла охвата α_к без приложения к заготовке дополнительного растягивающего усилия.

Процесс формообразования выполняется за одну операцию. При реализации способа для различных материалов меняются параметры силового и энергетического воздействия на заготовки в ходе формообразования.

К режимам силового воздействия относится величина растягивающего усилия P_p. По традиционной технологии заготовки изгибаются до полного угла охвата α_к, после чего усилие P_p повышают до величин P_к (где: P_к усилие калибровки), соответствующее пластической деформации 3 6% и выполняют калибровку, после которой несколько снижается величина пружинения.

Важным достоинством предлагаемого способа с ЭИВ является то, что заготовка растягивается и изгибается с растяжением до полного угла охвата α_к при усилии P_p, однако калибрующее усилие P_к оказывается ненужным, так как пружинение полностью устраняется введением импульсного тока, как в процессе формообразования, так и после достижения полного угла охвата α_к. К режимам энергетического воздействия относятся такие параметры, как удельная энергия импульсного тока q и количество импульсов N_имп, определяемое необходимостью периодического снятия деформационного упрочнения в ходе формообразования.

А основной показатель качества деталей точность их изготовления и стабильность характеристик достигается последовательным введением ряда импульсов в заготовки в процессе гибки и времени воздействия.

Последовательность введения импульсов для различных углов облегания и оптимальные значения энергии воздействия для применяемых материалов является "ноу хау" предлагаемого способа.

Пример конкретного осуществления способа.

Изгиб с растяжением выполнялся на станке с ПГР на профилях уголкового сечения с размерами: В95чТ 15x15x1,5 мм; 1420 15x15x1,5 мм; ОТЧМ - 15,7x16x1,7 мм; ВТ2ОМ 15,5x15,5x1,85 мм и 18x18x2,4 мм. Импульсный электрический ток (ИЭТ) вводился в детали от источника питания, включающего понижающий силовой трансформатор 380x40 в мощностью 160 кВт, прерыватель тока ПСПТ-1200.

При выполнении формообразующих операций использовалась технологическая оснастка: а) Гибочные оправки для гибки с растяжением профилей на станке ПГР, изготовленные из двух профилированных блоков упрочненного асбоцемента, скрепленных между собой штифтами и бандажированных с обоих сторон стальными пластинами, которые стягиваются болтами.

б) Универсальная токоподводящая траверса к станку ПГР предназначена для введения ИЭТ на разных расстояниях от центра заготовки с внешней стороны гибочной оправки.

Ток к заготовкам из алюминиевых сплавов подводился непосредственно через концевые зажимы, изолированные токонепроводящими прокладками от корпуса.

Ток к заготовкам из титановых сплавов подводился, как через концевые зажимы, так и через два контакта универсальной токопроводящей траверсы. В этом случае формообразование выполнялось по следующей схеме: предварительное растяжение, постоянный изгиб с растяжением до полного прилегания заготовки к пуансону в пределах угла охвата α_i< α_п.у. и последовательным пропусканием разупрочняющих импульсов электрического тока через всю заготовку по мере возрастания относительного угла облегания , причем первый и каждый последующий импульсы прикладывался при α_i< α_п.у. на 20.30% для титановых сплавов и нержавеющей стали, на 40.50% для высокопрочных углеродистых сталей на 60.70% для алюминиевых сплавов, а заключительный импульс тока прикладывался после достижения полного угла охвата α_к без приложения к заготовке дополнительного растягивающего усилия. При этом каждой стадии гибки соответствует свой конкретный угол охвата.

При работе с малопластичными заготовками до начала их нагружения оказалась необходимой предварительная электроимпульсная пластификация, обеспечивающая повышение пластических свойств и ликвидацию дефектов структуры.

При такой схеме реализации процесса промежуточные импульсы необходимы для обеспечения полного формоизменения (прилегания к оправке) малопластичных титановых заготовок, заключительный для устранения пружинения.

Были проведены эксперименты для установления оптимальных величин энергии и времени воздействия на заготовку, необходимых для полной пластификации и устранения пружинения детали.

Использовались два образца из одного и того же материала, изгибающиеся на оправках большего и меньшего радиусов. Первый из этих образцов изгибался без ЭИВ, второй с введением оптимального количества удельной энергии и времени воздействия τ_i.

Каждый опыт включал три дубля. При проведении экспериментальных исследований проводилось варьирование параметрами энергетического воздействия: удельной энергией импульсов тока q, числом импульсов N имп. и паузой между импульсами τ_i, величины которых определялись необходимостью периодического снятия деформационного упрочнения в ходе формообразования и фиксировались при достижении R_ост/R_опр= 1, где R_ост конечный радиус детали, R_опр радиус оправки. Оптимальные значения q являются разными для различных металлов из-за отличия в теплофизических свойствах, а относительные значения q/q_пл одинаковыми (где q_пл удельная энергия, при которой достигается максимальное повышение пластических свойств определяемое по общеизвестной формуле для расчета количества энергии, необходимой для раскристаллизации металлов и сплавов).

При этом оптимальное значение удельной энергии для всех сплавов оказалось существенно меньшим, чем необходимо для их пластификации. Исследования показали, что оптимальные режимы работы обработки, при которых полностью устраняется пружинение профилей после изгиба с растяжением достигаются при значениях удельной энергии q= 0,5q_плДж/мм³ (для титановых сплавов q=1,2 2,8Дж/мм³ для алюминиевых сплавов q=0,6 0,9Дж/мм³) и длительностью обработки импульсным током τ_i 0,1 0,3 сек. Заданное значение потребной энергии достигается изменением величины тока, напряжения и времени воздействия на заготовку.

Результаты экспериментов представлены в таблице.

Анализ данных, приведенных в таблице показал, что при гибке профилей с растяжением достигнуты режимы, при которых за счет введения ЭИВ отпадает необходимость применения усилия при калибровке и достигается устранение пружинения R_ост/R_опр.=1.

Формула изобретения

Способ гибки металлических заготовок, заключающийся в предварительном растяжении заготовки, последовательном пропускании разупрочняющих импульсов электрического тока через всю заготовку и постепенном изгибе с растяжением до полного прилегания заготовки к пуансону в пределах угла охвата α_i<α_пу, где α_пу угол охвата, при котором наступает потеря устойчивости при данном растягивающем усилии, отличающийся тем, что первый и каждый последующий разупрочняющие импульсы тока прикладывают при a_i<α_пу на 20 30% для титановых сплавов и нержавеющей стали, на 40 50% для высокопрочных углеродистых сталей и на 60 70% для алюминиевых сплавов, а заключительный импульс тока прикладывают после достижения полного угла охвата α_к без приложения к заготовке дополнительного растягивающего усилия.

РИСУНКИ

Рисунок 1