Способ формообразования длинномерных заготовок и многофункциональный гибочно-правильный станок для его осуществления

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к изготовлению деталей из профилей. Прикладывают изгибающие нагрузки с заданным усилием или прогибом заготовки за один или несколько переходов по площади заготовки путем ротационно-локального деформирования вдоль линий кривизны нажимным перемещающимся роликом на раздвигающихся опорах, установленных на различном расстоянии между ними в зависимости от радиусов кривизны детали. При этом формообразование осуществляют с минимизацией пятна контакта верхнего нажимного ролика с заготовкой путем уменьшения диаметра ролика и радиуса его кривизны в поперечном направлении. Осуществляют способ при помощи станка, верхний деформирующий элемент которого выполнен в виде смонтированного на штоке силового привода ходовой части ролика. Нижний - в виде двух раздвижных секций, установленных с возможностью взаимодействия с верхним деформирующим роликом. Станок оснащен манипуляторами для поддержания обрабатываемой заготовки. Обеспечивается ресурсосбережение. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к изготовлению корпусных деталей обшивок и гофрированных переборок судов, а также гнутых свай и деталей широкого применения из профилей.

Известны и широко применяются способы формообразования длинномерных гнутых листовых деталей на листогибочных валковых машинах (вальцах), а также на гидропрессах. Однако эти процессы и оборудование являются фондо-, материало- и энергоемкими из-за высоких значений усилий гибки (до 5000 тс).

В последние годы созданы научные основы и гибочно-правильное оборудование нового поколения для минисилового ротационно-локального деформирования (РЛД) (см. Александров В.Л., Горбач В.Д., Куклин О.С., Шабаршин В.П. Высокие прорывные технологии гибки и правки. «Вестник технологии судостроения» №4, 1996 г.).

Наиболее близким к заявляемому является способ формообразования гнутых листовых деталей по патенту РФ №2199408, который принят за прототип. Этот способ формообразования гнутых листовых деталей на разнесенных опорах, заключающийся в приложении изгибающих нагрузок с заданным усилием или прогибом листовой заготовки за один или несколько переходов по площади заготовки, при этом изгибающие нагрузки прикладывают локально-последовательно (метод деформирования - ПЛД) или ротационно-локально (метод РЛД) вдоль линий кривизны, а прогиб или усилие изменяют пропорционально кривизне изгиба листовой заготовки под нагрузкой с учетом их формы.

В предлагаемом способе формообразования длинномерных заготовок гибку и правку осуществляют ротационно-локальным деформированием на разнесенных раздвигающихся опорах, устанавливаемых на различном расстоянии между ними в зависимости от формы детали и радиусов кривизны детали по линиям гиба. При этом изгибающие нагрузки прикладывают с заданным усилием или заданным прогибом листовой заготовки за один или несколько переходов по ее площади. Формообразование заготовок осуществляют с минимизацией пятна контакта верхнего нажимного ролика с заготовкой по направлению его перемещения путем уменьшения диаметра ролика и радиуса его кривизны в поперечном направлении. Отмеченные условия исключают смятие нажимного ролика, а смятие и утонение заготовки не превышают допустимых значений, причем рабочая поверхность ролика обрабатывается поверхностной закалкой, например с применением токов высокой частоты (ТВЧ), что не требует применения особо прочных сталей, к тому же у ролика сохраняется податливая сердцевина, что благоприятствует деформированию различных заготовок.

В частном случае предлагаемого способа ширину верхнего нажимного ролика выбирают наибольшей из условия достижения пластической деформации изгиба или утонения заготовки и с радиусом, приближенным к радиусу изгиба заготовки в ее поперечном направлении, что достигается сменой ролика.

В другом частном случае при правке длинномерной листовой заготовки ее первоначально изгибают на опорных балках до выпрямления образующих по длине заготовки на согнутой заготовке, а затем после кантовки ее разгибают на тех же опорах до плоского состояния.

В третьем частном случае ротационно-локальную раскатку заготовок осуществляют на вкладной плоской призме, устанавливаемой по оси приложения изгибающих нагрузок между опорами или на опорах. В данном случае происходит изменение схемы приложения усилия: «свободная гибка» на раздвигающихся опорах заменяется на «стесненную гибку» (раскатка), т.к. между опорами или на опоры устанавливается вкладная призма, на которой выполняется данная операция. Как правило, гибка заготовки ротационо-локальным способом на опорах выполняется свободным изгибом.

В четвертом частном случае предлагаемого способа для заготовок деталей, имеющих двоякую продольно-поперечную кривизну, предварительно выполняют на участках двоякой кривизны ротационно-локальную раскатку детали нажимным роликом по плоской призме, а затем ротационно-локальным изгибом выполняют гибку нажимным роликом на опорах. Для деталей, имеющих двоякую кривизну сначала на участках двоякой кривизны, выполняют раскатку на плоской призме, а затем осуществляют гибку свободным изгибом, т.е. меняют схему приложения усилия: «стесненную гибку» (раскатка) заменяют на «свободную гибку» на опорах.

В пятом частном случае при правке и гибке полосовых заготовок на ребро раскатку выполняют по плоскости полосы нажимным роликом на плоской призме с постепенным разворотом заготовки по нормали к радиусу кривизны.

Раскатку полосовых деталей, у которых l/b<5, выполняют не по центральной линии или всей ширине, а по одному краю, в результате чего после первого прохода деталь приобретает некоторый радиус, для последующих проходов после первого для прямолинейной траектории перемещения гибочного ролика деталь необходимо разворачивать под роликом по нормали к радиусу кривизны.

Для расширения арсенала применяемых для формообразования длинномерных заготовок технических средств предлагается многофункциональный гибочно-правильный станок, содержащий ходовую часть для возвратно-поступательного перемещения относительно основания, станину, выполненную в виде двух рам, и размещенные между рамами траверсы, несущие соответственно верхний и нижний деформирующие элементы, верхний из которых выполнен в виде ролика, смонтированного на штоке силового привода ходовой части с возможностью возвратно-поступательного перемещения в вертикальной плоскости в направлении к нижней траверсе и вдоль нее, а нижний - в виде двух опорных балок, установленных с возможностью взаимодействия с верхним деформирующим роликом. При этом станок снабжен манипуляторами для поддержания обрабатываемой заготовки, а опорные балки нижнего деформирующего элемента выполнены в виде разрезных секций с возможностью их раздвижения.

В частном случае предлагаемого устройства общая длина разрезных секций составляет не менее 12 м.

В другом частном случае предлагаемого устройства его опорные балки выполнены с проемами шириной до 5 толщин обрабатываемой заготовки для доступа к ним манипуляторов.

В еще одном частном случае предлагаемого устройства захваты манипуляторов, которыми оборудовано предлагаемое устройство для поддержания заготовки за один или оба торца во время ее перемещения, выполнены с возможностью поддержания заготовки как выше, так и ниже опорной поверхности опорных балок.

По сравнению с прототипом и другими аналогами предлагаемый способ благодаря вышеприведенным отличиям обеспечивает минимизацию усилия гибки и минимизацию переходов с одной линии гиба на другую, выбор радиусов поперечной и продольной кривизны наименее возможными, а ширину наоборот наиболее возможной из указанных условий и конструктивных соображений, а также оптимизацией применения процессов ротационно-локального изгиба на раздвигающихся опорах и ротационно-локальную раскатку на плоской призме.

Заявленный многофункциональный гибочно-правильный станок для реализации способа может выполнять ротационно-локальный изгиб по длине заготовки, а не по ее ширине, как у рассматриваемого аналога, что значительно расширяет его возможности. Для гибки листов с двух сторон заготовки манипуляторы снабжены захватами, которые поддерживают и перемещают заготовку как в плоскости опорных балок (см. прототип), так и выше или ниже опорной поверхности опорных балок.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется прилагаемыми схемами:

Фиг.1 - общий вид многофункционального гибочно-правильного станка,

Фиг.2 - вид сбоку многофункционального гибочно-правильного станка при ротационно-локальном изгибе листовой заготовки с манипуляторами;

Фиг.3 - то же при ротационно-локальной раскатке участка листовой заготовки двоякой кривизны (манипулятор не показан);

Фиг.4 - гибка и правка на ребро длинномерной заготовки из профиля (вид сверху на плоскую призму).

Многофункциональный гибочно-правильный станок (Фиг.1-3) состоит из станины, выполненной в виде двух рам 1, размещенные между рамами верхняя 2 и нижняя 3 траверсы, несущие соответственно: верхний деформирующий элемент в виде ролика 4, который смонтирован на штоке 5 силового привода и перемещается в вертикальном направлении 6 и вдоль траверсы по направлениям 7, а нижний - в виде опорных балок 8, состоящих из секций 9 и раздвигающихся на расстояние L в зависимости от радиуса кривизны R заготовки 10 (фиг.1-2).

При ротационно-локальном изгибе (фиг.2) формообразование осуществляют с минимизацией пятна контакта шириной 2а верхнего нажимного ролика 4 с заготовкой 10 по направлению 7 его перемещения, что достигается уменьшением до возможно допустимой величины ролика 4 диаметра d_p и радиуса его кривизны R_в в поперечном направлении; для повышения производительности процесса ширину b_р нажимного ролика 4 выбирают наибольшим из условия достижения пластической деформации или утонения Δs заготовки 10 начальной толщиной s, а радиус R_в ролика выбирают наиболее приближенным к радиусу R изгиба заготовки 10 в ее поперечном направлении.

Перемещение 12 (фиг.2) листовой заготовки 10, ее позиционирование с поворотом для совмещения продольной оси с линией гиба, сдвиг заготовки на следующую линию гиба с шагом t, извлечение из рабочей зоны гибки осуществляют манипуляторами 13 (фиг.2) с захватами ниже 14 и выше 13 плоскости опорных балок 8 или другими средствами при отходе нажимного ролика 4 от заготовки 10.

Ротационно-локальную раскатку (фиг.3) для участка заготовки 10 с двоякой кривизной l_р осуществляют верхним роликом 4 по плоской призме 11, устанавливаемой по оси приложения изгибающих нагрузок Р на опорных балках 8 (фиг.3) или между ними.

Правку листовых заготовок 10 выполняют первоначально ротационно-локальным изгибом на опорных балках 8 (фиг.2) до выправления образующих по длине заготовки, а затем после кантовки ее разгибают на тех же опорах до плоского состояния, тем самым устраняется волнистость и коробоватость заготовки.

Правку и гибку полосовых и профильных заготовок 15 на ребро (фиг.4) выполняют раскаткой по заштрихованной плоскости 16 ребра профиля роликом 4 на плоской призме 11, установленной на секциях 9 опорных балок 8 с разворотом заготовки 15 по радиусу кривизны R_пр изгибаемого профиля.

Вышеприведенные технические решения по способу и многофункциональному гибочно-правильному станку получены по результатам НИОКР, выполненным во ФГУП «ЦНИИТС» по Федеральным целевым программам при разработке и опытном освоении новых технологий и гибочно-правильного оборудования нового поколения на принципах ротационно-локального деформирования при формообразовании листовых и профильных деталей.

Примером использования предлагаемого способа служат опытно-штатные работы, проведенные на многофункциональном гибочно-правильном станке МГПС-25 усилием 25 тс при испытаниях его новой модификации МГПС-25М, а также при разработке станка с манипуляторами МГПСМ-50К для гибки и правки листов с габаритными размерами до 3,2×12 м.

Сопоставление новых технологий гибки новыми способами на новом оборудовании представлено в прилагаемой таблице, из которой следует, что станки типа МГПСМ-50К обеспечивают существенное ресурсосбережение по сравнению с традиционными способами и оборудованием:

- предлагаемые станки заменяют по технологическим возможностям гидропрессы и вальцы усилием в 16-40 раз большими;

- масса оборудования снижается в 10-15 раз, масса оснастки более чем в 100 раз;

- энергоемкость процесса снижается в 4-6 раз.

Таблица
Сравнение гибочно-правильного оборудования
Параметры	Новое оборудование	Заменяемое гибочно-правильное оборудование (ОАО "Северная верфь")
МГПСМ-50К, Россия	Пресс-ПБ192, Украина	Пресс-ПБ 3239, Украина	ЛПМ 16×2500, Германия	ЛГМ "Фудзи Кар", Япония	ЛГМ "Демаг", Германия	ЛГМ малые /3 ед/
Усилие, кН	500	4000	8000	-	20000	5000	-
Габаритные размеры листов, мм	30×3200×1200 0	24×2000×6000	30×2500×8000	16×2500×8000	30×2500× 10000	16×2500× 8000	12×2500×4000
Габаритные размеры оборудования (l×b×h), м	15,4×7,2×4,9	9,2×5,0×9,6	11,0х6,4×10,5	8,3×4,3×6,3	18,1×4,8×1 3,7	12,0×4,0×8,5	5,0×1,6×2,5
Занимаемая площадь, м2	40,0	56,0	70,0	37,0	89,0	48,0	80,3
∑380
Установленная мощность, кВт	36,0	74,3	126,8	320,0	88,0	50,0	30,0
∑689
Масса оборудования, т	56,0	72,0	160,0	92,6	344,0	120,0	80,3
869
Обслуживающий персонал, чел	2	3	3	2	3	3	2
Точность гибки и правки, мм	2-5	3-12	3-12	3-10	2-5	2-5	3-5
Типы изготавливаемых деталей	Любые, включая гофры химовозов	Цилиндр, парус, седло, сфера	Цилиндр, парус, седло, сфера	Плоский лист (кроме кромок)	Цилиндр, конус (без подгибки)	Цилиндр (без подгибки)	Цилиндр (без подгибки)

Продолжение таблицы
Параметры	Новое оборудование	Заменяемое гибочно-правильное оборудование (ОАО "Северная верфь")
МГПСМ-50К, Россия	Пресс-ПБ 192, Украина	Пресс-ПБ 3239, Украина	ЛПМ 16×2500, Германия	ЛГМ "Фудзи Кар", Япония	ЛГМ "Демаг", Германия	ЛГМ малые /3 ед/
		С припусками
Производительность листов сложной формы в смену, шт	6-8	1,4	1,5		2,7	2,5	2,5
Машинное время, % в т.ч. деформирование %	90	18	15	60	50	50	50
	95	3	3	35	35	35	35
Загрузка, %	до 85	38	18	10	10	5	5
Стоимость, тыс. долл. США	400	400	700	250	1200	600	300
∑3450

1. Способ формообразования длинномерных заготовок на разнесенных опорах, включающий приложение изгибающих нагрузок с заданным усилием или прогибом заготовки за один или несколько переходов по площади заготовки путем ротационно-локального деформирования вдоль линий кривизны нажимным перемещающимся роликом на раздвигающихся опорах, установленных на различном расстоянии между ними в зависимости от радиусов кривизны детали, отличающийся тем, что формообразование осуществляют с минимизацией пятна контакта верхнего нажимного ролика с заготовкой путем уменьшения диаметра ролика и радиуса его кривизны в поперечном направлении.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что ширину верхнего нажимного ролика выбирают наибольшей из условия достижения пластической деформации изгиба или утонения заготовки и с радиусом, приближенным к радиусу изгиба заготовки в ее поперечном направлении.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что при формообразовании листовой заготовки осуществляют ее правку, при которой первоначально изгибают заготовку на опорных балках до выпрямления образующих по длине заготовки, а затем после кантовки ее разгибают на тех же опорах до плоского состояния.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что ротационно-локальную раскатку заготовок осуществляют на вкладной призме, устанавливаемой по оси приложения изгибающих нагрузок между опорами или на опорах.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что для формообразования заготовок деталей, имеющих двоякую продольно-поперечную кривизну, предварительно выполняют на участках двоякой кривизны ротационно-локальную раскатку нажимным роликом по плоской призме, а затем ротационно-локальным изгибом выполняют гибку нажимным роликом на опорах.

6. Способ по п.3, отличающийся тем, что при правке и гибке полосовых заготовок на ребро раскатку выполняют по плоскости полосы нажимным роликом на плоской призме с постепенным разворотом заготовки по нормали к радиусу кривизны.

7. Многофункциональный гибочно-правильный станок, содержащий ходовую часть для возвратно-поступательного перемещения относительно основания, станину, выполненную в виде двух рам, размещенные между рамами траверсы, несущие, соответственно, верхний и нижний деформирующие элементы, верхний из которых выполнен в виде ролика, смонтированного на штоке силового привода ходовой части с возможностью возвратно-поступательного перемещения в вертикальной плоскости в направлении к нижней траверсе и вдоль нее, а нижний - в виде двух опорных балок, установленных с возможностью взаимодействия с верхним деформирующим роликом, отличающийся тем, что он снабжен манипуляторами для поддержания обрабатываемой заготовки, а опорные балки нижнего деформирующего элемента выполнены в виде разрезных секций с возможностью их раздвижения.

8. Многофункциональный гибочно-правильный станок по п.7, отличающийся тем, что общая длина разрезных секций составляет не менее 12 м.

9. Многофункциональный гибочно-правильный станок по п.7, отличающийся тем, что опорные балки выполнены с проемами шириной до 5 толщин обрабатываемой заготовки для доступа к ним манипуляторов.

10. Многофункциональный гибочно-правильный станок по п.7, отличающийся тем, что захваты манипуляторов, поддерживающих заготовку за один или оба торца во время ее перемещения, выполнены с возможностью поддержания заготовки как выше, так и ниже опорной поверхности опорных балок.