Способ штамповки-вытяжки изделий из листового металла

 

Изобретение относится к листовой штамповке и может быть использовано в самолето-, судостроении и в других отраслях машиностроения при изготовлении листовых изделий сложных форм. Согласно способу штамповки-вытяжки изделий из листового материала, осуществляемому путем воздействия жесткой матрицей на листовую заготовку, расположенную в контейнере над деформирующимся материалом, в качестве деформирующегося материала используют пакет листовых заготовок с высотой его загрузочной части H_загр от одного до полутора диаметров заготовки D_о. Формирование полого изделия осуществляют контактным давлением на боковую поверхность пакета заготовок со стороны внутренней стенки контейнера, в зоне его сужения на высоте H_суж с величиной не менее диаметра заготовки D_о. При этом происходит изменение наружного диаметра заготовки от D_о до диаметра фланцевой части изделия D_фл, причем полную высоту пакета заготовок Η_Σ и угол наклона образующей конической поверхности пакета заготовок в зоне сужения контейнера α_суж принимают согласно зависимостям где α_суж - угол наклона боковой поверхности пакета заготовок к его оси в зоне сужения; D_о - исходный диаметр заготовки; D_{фл. н.} - наружный диаметр фланца заготовки; H_загр. - высота пакета заготовок в зоне загрузки контейнера; H_Σ - полная высота пакета заготовок. H_суж - высота пакета заготовок в зоне сужения. 5 ил.

Изобретение относится к области обработки металла давлением, в частности к листовой штамповке, и может быть использовано в самолето-, судостроении и других отраслях машиностроении при изготовлении полых листовых деталей сложной формы.

Известен способ формообразования изделий из листовой металла давлением со стороны деформирующего материала, при котором листовая заготовка принимает форму матрицы под действием деформирующего материала, в качестве которого может быть использована эластичная среда (например, резина) [1].

Недостатком этого способа является то, что давление со стороны деформируемого материала, достаточное для штамповки центральной части заготовки, оказывается недостаточным для предотвращения складкообразования материала во фланцевой части заготовки.

Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является способ штамповки-вытяжки изделий из листового металла, при котором жесткой матрицей воздействуют на листовую заготовку, расположенную в контейнере над деформирующимся материалом [2].

Недостатки этого способа заключаются в необходимости осуществления двухкратного силового воздействия на деформирующийся материал для изготовления одного изделия, а также в повышенном расходе металла на изготовление изделий.

Технический результат, достигаемый при использовании предложенного технического решения, заключается, во-первых, в повышении производительности штамповки полых листовых изделий за счет устранения операции по разглаживанию деформирующегося металла и исключения операции по обрезке фланца заготовки, во-вторых, в расширении технологических возможностей штамповки деталей сложных форм за счет устранения застойной ("мертвой") зоны пластичного металла в надфланцевой части заготовки и, в-третьих, в повышении КИМ за счет устранения фестонообразования во фланце при вытяжке изделия.

Достижению отмеченного технического результата способствует то, что в способе штамповки-вытяжки изделий из листового металла, при котором на листовую заготовку, расположенную в контейнере над деформирующимся материалом, воздействуют жесткой матрицей, в качестве деформирующегося материала используют пакет листовых заготовок с высотой его загрузочной части H_загр. в пределах от одного до полутора диаметров заготовки D₀, а формообразование листовой заготовки в изделие сопровождают воздействием на боковую поверхность пакета заготовок контактов давлением со стороны внутренней стенки контейнера в зоне его сужения на высоте сужения H_суж не менее одного диаметра D₀ с изменением исходного диаметра заготовки D₀ до требуемого диаметра фланцевой части D_фл, причем угол наклона образующей боковой конической поверхности к ее оси в зоне сужения контейнера и высоту пакета устанавливают согласно зависимостям H_загр + H_суж = (2,0 - 2,5) D₀; где H_загр - высота пакета заготовок; H_суж. - высота сужения контейнера; D₀ - исходный диаметр заготовки; D_фл.н - наружный диаметр фланца изделия;
α - угол наклона образующей конической поверхности контейнера к его оси.

Указанные особенности предложения представляют собой его отличия от прототипа и обуславливают новизну предложения. Эти отличия являются существенными, поскольку именно они обеспечивают создание положительного эффекта, отраженного в цели предложения, и отсутствуют в известных технических решениях с таким же эффектом.

На чертеже изображена схема осуществления способа штамповки-вытяжки изделия из листового металла, где показано: на фиг.1 - положение в момент штамповки-вытяжки изделия после загружения контейнера полым пакетом заготовок; на фиг. 2 - положение после штамповки изделия и перед удалением его из матрицы; на фиг.3 - положение в момент окончания штамповки загруженного пакета заготовок; на фиг. 4 - положение перед загрузкой пакета заготовок в устройство; на фиг.5 - положение после загрузки пакета заготовок в устройство.

Предлагаемый способ осуществляется в устройстве, включающем в себя следующие основные детали:
- установленную на верхнем неподвижном столе пресса 1 матрицу 2 с выталкивателем 3, приводимым в действие штоком 4 (привод выталкивателя условно не показан);
- закрепленный на нижнем приводном столе пресса 5 при помощи основания 6 шток-пуансон 7 с гидроцилиндром-контейнером 8, верхняя часть которого служит контейнером для размещения пакета заготовок, причем на верхнем торце гидроцилиндра-контейнера 8 установлен подпорный элемент 9 в виде обоймы с внутренней конической поверхностью 10.

Уплотнение полостей 11 и 12 гидроцилиндра обеспечивается резиновыми кольцами 13. В гидроцилиндре 8 образовано загрузочное окно 14 для загрузки полости 15 гидроцилиндра-контейнера 8 пакетом заготовок 16, который при помощи манипулятора 17 (условно не показан) перемещается к зоне загрузки устройства, после чего пакет 16, состоящий из заготовок 18, 19, 20... при помощи толкателя 21 (условно не показан) перемещается в загрузочную полость 15 на торцевую поверхность 22 поршня-пуансона 7 (см. фиг.4 и 5).

Деформируемым заготовкам в подпорном элементе 9 и отштампованному изделию присвоены соответственно позиции 23, 24, 25 и 26.

Предлагаемый способ реализуют следующим образом. Заготовки 18, 19, 20... (разделенные пленкой и смазкой), собранные в загрузочный пакет 16 высотой H_загр = (1,0-1,5)D₀ (где D₀ - диаметр заготовок в пакете), помещают в гидроцилиндр-контейнер 8 и устанавливают на поршень-пуансон 7 (см. фиг.4 и 5), в результате чего при рабочем ходе пресса его стол 5 поднимается вверх, обеспечивая сначала соприкосновение плоских участков матрицы 2 и подпорного элемента 9; затем подъем загрузочного пакета до соприкосновения его с пакетом штампуемых заготовок 23, 24, 25...; при создании требуемого усилия сжатия обоих пакетов заготовок самая верхняя заготовка принимает форму изделия 26 (см. фиг.1).

Формообразование детали 26 осуществляется при создании противодавления стравливания жидкости (из полости 12 гидроцилиндра 8), величину которого задают достаточным для того, чтобы не происходило раскрытие стыка по плоским участкам матрицы 2 и подпорного элемента 9. Обратный ход пресса сопровождается опусканием стола пресса 5 с нижней частью устройства на высоту H₁, достаточную для удаления отштампованной детали 26 из рабочей зоны устройства, которая выталкивается из матрицы 2 выталкивателем 3 (см. фиг.2).

После этого осуществляются следующие циклы штамповки деталей до тех пор, пока поршень-пуансон 7 на займет положение согласно фиг.3, при котором весь загрузочный пакет заготовок вошел в подпорный элемент 9, и необходимо осуществлять загрузку в устройство следующего пакета заготовок. Для этого опускают стол пресса 5 в крайнее нижнее положение и путем подачи жидкости под давлением в полость 12 поднимают гидроцилиндр-контейнер 8 в крайнее верхнее положение (см. фиг.4), в результате чего нижняя площадка загрузочного окна 14 устанавливается на высоте H от подвижного стола пресса 5. После этого с манипулятора 17 (на котором предварительно установлены заготовки 18, 19, 20..., собранные в пакет 16) обеспечивают вталкивание пакета 16 высотою H_загр в загрузочную полость 15 гидроцилиндра-контейнера 8 при помощи толкателя 21 (см. фиг.4).

В дальнейшем осуществляется штамповка следующей партии деталей с использованием вновь загруженного пакета заготовок.

Наибольшая высота H_загр пакета 16 из заготовок 18, 19, 20..., с пленками и смазкой в гидроцилиндре-контейнере 8 должна быть не более полуторного диаметра пакета заготовок D₀, т.е. H_{загр.мах.} = 1,5 D₀ (где D₀ - диаметр заготовки 18, 19, 20. . .), так как при больших значениях H_загр усилие со стороны ползуна пресса для формообразования деталей посредством деформирующейся среды будет существенно возрастать из-за роста сил трения между пакетом заготовок 16 и стенкой гидроцилиндра-контейнера 8. Использование же пакета заготовок 16 высотой H_мин = D₀ приводит к снижению производительности штамповки из-за частой загрузки устройства пакетами заготовок 16.

Следовательно, пакет заготовок с пленками и смазкой для дозаправки устройства должен быть по высоте H_загр не менее одного D₀ и не более полутора диаметров заготовок D₀, т.е. H_загр = (1,0-1,5)D₀.

С тем, чтобы в первоначально закладываемом в гидроцилиндр-контейнер 8 в деформируемых заготовках 23, 24, 25... при перемещении в подпорном элементе 9 по формообразующей поверхности 10 штамповка изделий 26 согласно матрице 2 осуществлялась без складкообразования штампуемого материала необходимо, чтобы высота H_суж пакета заготовок 23, 24, 25... в подпорном элементе 9 была не меньше исходного диаметра D₀ заготовок, т.е. H_суж≥ D₀.

Полная высота пакета заготовок H_Σ после загрузки в устройство с учетом высоты пакета заготовок H_суж по формуле (2) в зоне сужения гидроцилиндра-контейнера 8 и высоты загрузочного пакета заготовок H_загр по формуле (1) будет:

При этом α_суж - угол наклона образующей конической поверхности пакета заготовок к оси этого пакета согласно фиг.2 устанавливают из следующего соотношения:

Усилие пресса P_ш при штамповке-вытяжке изделий по предложенному способу устанавливается из условия создания контактных давлений q_k на боковой поверхности пакета заготовок 23, 24, 25... (в зоне сужения контейнера) и на поверхности фланцевой части изделия в пределах от одного до двух пределов прочности σ_в штампуемого материала, т.е. q_к = (1-2) σ_в. Следовательно:

Пример осуществления способа.

Для штамповки-вытяжки конической детали из сплава DDIM (σ_в= 7 кгс/мм²) с наружным и внутренним диаметрами фланца D_фл.н=250 мм и D_фл.вн.=150 мм и диаметром донной части изделия D_дна = 50 мм при наклоне стенки изделия β = 45° и при толщине стенки S₀ = 5 мм из условия равенства площади заготовки и изделия имеем:

откуда

Согласно формуле (1) устанавливаем полную высоту пакета заготовок H_Σ :
H_суж. = D₀ = 285 мм; H_загр. = 1,5·D₀=428 мм; H_Σ = 2,5D_o= 713 мм.
Количество заготовок m, загружаемых в устройство для осуществления способа при исходной толщине заготовки S₀ =5 мм составляет

Усилие пресса P_ш, потребное для штамповки конических изделий заданной формы составляет

Таким образом, для осуществления предложенного способа установлены размеры пакетов заготовок и силовые параметры оборудования для изготовления деталей заданной формы.

Разработанный способ штамповки-вытяжки полых изделий из листового металла опробирован в лабораторных условиях при изготовлении конических деталей из заготовок диаметром D₀= 30 мм и толщиной S₀= 0,5 мм т.е. рассмотренная в примере деталь практически выполнена в масштабе 1:10.

Формула изобретения

\ \ \1 Способ штамповки-вытяжки изделий из листового металла, включающий воздействие жесткой матрицей на листовую заготовку, расположенную в контейнере над деформирующимся материалом, отличающийся тем, что в качестве деформирующегося материала используют пакет листовых заготовок высотой Н_загр, равной от одного до полутора диаметров D_о заготовки, а формирование полого изделия осуществляют проталкиванием пакета листовых заготовок в сужающуюся часть контейнера, воздействуя со стороны ее внутренней поверхности контактным давлением на боковую поверхность пакета и изменяя при этом диаметр D_о заготовки до диаметра, равного диаметру фланцевой части изделия D_фл, при этом высоту сужающейся части контейнера Н_суж устанавливают равной не менее диаметра D_о заготовки, а угол конусности сужающейся части контейнера выбирают из выражения \\\6 \ \ \ 1 причем полная высота находящегося в контейнере пакета заготовок составляет \\\6

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5