Способ изготовления сложной крупногабаритной цельноштампованной детали из листовой заготовки
Изобретение относится к обработке давлением и может быть использовано при изготовлении сложных крупногабаритных цельноштампованных деталей из листовых материалов, преимущественно кузовных деталей транспортных средств. Производят штамповку детали из заготовки, сваренной из двух листов. Заготовку сваривают по ломаной линии, один из отрезков которой является наиболее длинным. Указанный отрезок располагают с учетом положения отштампованной детали в узле изделия. При этом используют листы одинаковой номинальной толщины из материалов различных марок. Прочность, пластичность, сопротивление усталости и ударным нагрузкам первого листа, из которого штампуют наиболее напряженный участок детали, выше упомянутых параметров второго листа, из которого штампуют менее напряженный участок детали. Штамповка включает операции вырубки, гибки, вытяжки, обрезки, правки, пробивки и отбортовки. В результате обеспечивается возможность изменения прочности и жесткости отдельных участков детали в соответствии с требованиями к функционированию этой детали в узле изделия, что позволяет повысить качество деталей и снизить материалоемкость. 5 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к листовой штамповке и может быть использовано в прессовых производствах различных отраслей народного хозяйства для изготовления сложных крупногабаритных цельноштампованных деталей из листовых материалов (металлов и неметаллов), преимущественно для изготовления сложных крупногабаритных цельноштампованных кузовных деталей автомобилей, тракторов, сельхозмашин, бытовой и другой техники на автоматизированных линиях.
Известны типичные технологические процессы штамповки сложных крупногабаритных кузовных деталей автомобилей и другой техники. Эти процессы широко применяются на автомобильных и других заводах и подробно описаны в многочисленной литературе, например:
1. Романовский В.П. Справочник по холодной штамповке. - СПб.: Машиностроение, 1979, с.165.
2. Нефедов А.П. Конструирование и изготовление штампов. - М.: Машиностроение, 1973, с.32, табл.5.
3. Технология изготовления автомобильных кузовов. / Под общ. Ред. Д.В.Горячего. - 2-е изд. - М.: Машиностроение, 1990, с.41, табл.1.
Традиционные технологические процессы штамповки сложных крупногабаритных кузовных деталей включают следующие основные операции штамповки:
вырубка плоской заготовки из цельного исходного листового материала (листа, полосы, ленты или рулона), который имеет одинаковую по поверхности толщину, в заготовительном отделении прессового производства;
гибка заготовки с целью получения полуфабриката с поверхностью, приближающейся к поверхности вытянутой детали, на отдельном прессе простого действия;
вытяжка полуфабриката на головном прессе двойного действия в линии прессов или на первой позиции мощного листоштамповочного многопозиционного автомата;
предварительная обрезка технологического припуска и пробивка отверстий на полуфабрикате на следующем в линии прессе простого действия;
правка всей формы полуфабриката;
окончательная обрезка технологического припуска, пробивка отверстий;
отбортовка фланцев по краям полуфабриката, правка отдельных участков и получение готовой детали.
Недостатком известных технологических процессов изготовления листоштампованных деталей из цельной заготовки одинаковой по поверхности толщины является завышенная масса таких деталей и соответственно завышенные расход листового проката и себестоимость изготовления таких деталей, так как в таких деталях из цельной заготовки одинаковой толщины технологически невозможно изменять толщину, прочность и жесткость отдельных участков детали в соответствии с требованиями функциональности этой детали в узле машины. Поэтому для таких известных технологических процессов конструкторы выбирают завышенную толщину и марку наиболее прочного листового материала, чтобы обеспечить необходимую прочность и жесткость детали в ее наиболее напряженных участках, в то время как во всех остальных участках поверхности детали завышенные толщина и прочность листа не нужны.
На производстве, например, при изготовлении крыши для кабин большегрузных автомобилей и подобной техники, ввиду отсутствия холоднокатаных листов больших размеров, известен технологический процесс, когда заготовку больших размеров сваривают встык из двух листов одинаковых толщины и марки материала. Затем сварочный шов зачищают, и полученную таким образом сварную заготовку штампуют в традиционных штампах.
Недостатком штамповки детали из заготовки, сваренной из двух листов одинаковой толщины и марки материала, является невозможность изменять прочность и жесткость отдельных участков детали в соответствии с требованиями функциональности этой детали в узле изделия, что приводит к завышению массы такой детали.
Задачей изобретения является разработка способа изготовления сложной цельно-штампованной детали из листовой заготовки, который дает возможность изменять прочность и жесткость отдельных участков детали в соответствии с требованиями функциональности этой детали в узле изделия и за счет этого повысить точность и качество, а также снизить массу детали и норму расхода материала на эту деталь.
Поставленная задача решается за счет того, что перед штамповкой заготовку сваривают по ломаной линии, состоящей из двух соединяющихся под углом отрезков гладкой, в частном случае, прямой линии, которая может прерываться вырезами в свариваемых краях двух листов, наиболее длинный отрезок ломаной линии располагают по вертикали, горизонтали или наклонно к горизонтали, рассматривая этот отрезок в служебном положении отштампованной из этой заготовки детали в узле изделия, из двух стальных или алюминиевых листов одинаковой толщины, но различных марок. Такие параметры, как прочность, пластичность, сопротивление усталости и ударным нагрузкам первого листа, из которого штампуют наиболее напряженный при эксплуатации участок детали, больше этих же параметров второго листа, из которого штампуют менее напряженный участок детали, а точное соотношение параметров двух листов и расположение линии сварки должны соответствовать расчетным и экспериментально полученным требованиям по прочности, жесткости и возможности формоизменения на заданную глубину без разрушения двух участков поверхности детали, которые штампуют из этих двух сваренных листов.
Под отрезками гладкой линии, из которых состоит ломаная линия в данном техническом решении, понимается отрезок, в каждой точке которого существует только одна касательная. В отличие от гладкой линии, на ломаной линии имеется точка излома, в которой существуют две касательные.
Сущность изобретения по варианту 1 характеризуется фиг.1-4. На фиг.1 слева показана заготовки, сваренная по ломаной линии, у которой наиболее длинный отрезок ВС расположен горизонтально, из двух стальных листов одинаковых номинальных толщин t1 и t2, но различных марок, а справа - деталь типа стойки кузова легкового автомобиля, отштампованная из этой заготовки. Так как марки листов различны, то, в общем случае, различны и допуски на толщину этих двух листов, вследствие чего действительные толщины двух листов различны, и в месте стыка и последующей сварки этих двух листов будет ступенька, что необходимо учитывать при проектировании технологического процесса изготовления детали по данному способу из сварной заготовки.
По варианту 1, способ реализуется следующим образом.
Сначала выполняют расчеты на прочность и жесткость заданной листоштампованной детали в ее служебном положении в узле работающей машины, например, при помощи математического моделирования на компьютере. Затем рассчитывают, например, при помощи математического моделирования на компьютере процесса штамповки заданной детали из этой сварной заготовки, форму, размеры в плане и номинальную толщину t1 первого листа плоской заготовки, форму, размеры в плане и номинальную толщину t2 второго листа плоской заготовки, а также расположение линии сварки этих листов, чтобы обеспечить наиболее благоприятные условия формоизменения частиц заготовки и возможность формообразования детали из этой заготовки на заданную глубину детали без разрушения заготовки, а также обеспечить служебные характеристики этой детали после всех операций штамповки. Из двух расчетных номинальных толщин t1, и t2 для двух листов различных марок, для реализации данного способа выбирают для этих двух листов одну номинальную толщину, обеспечивающую предъявляемые к детали служебные требования.
По варианту 2 данного способа на производстве перед штамповкой заготовку сваривают по ломаной линии BCD (фиг.1, слева), у которой наиболее длинный отрезок ВС располагают по горизонтали или близко к горизонтали, рассматривая этот отрезок ВС в служебном положении отштампованной из этой заготовки детали в узле машины, из двух стальных листов 1 и 2 одинаковых номинальных толщин t1, и t2, равных, например, 1,8 мм (фиг.1, посередине), но различных марок. Такие параметры, как прочность, пластичность, сопротивление усталости и ударным нагрузкам верхнего стального листа 1, из которого штампуют наиболее напряженный при эксплуатации участок детали, больше соответствующих параметров нижнего стального листа 2, из которого штампуют менее напряженный нижний участок детали, а точное соотношение параметров двух стальных листов и расположение линии сварки должны соответствовать расчетным и экспериментально полученным требованиям по прочности, жесткости и возможности вытяжки на заданную глубину без разрушения двух участков поверхности детали, которые штампуют из этих двух сваренных листов.
Далее сварной шов зачищают с учетом допусков на одинаковую номинальную толщину, но различные марки двух сваренных листов и затем выполняют традиционные операции штамповки заданной детали.
По варианту 3, перед штамповкой заготовку сваривают по ломаной линии BCD, у которой наиболее длинный отрезок ВС располагают по вертикали или близко к вертикали, рассматривая этот отрезок ВС в служебном положении отштампованной из этой заготовки детали в узле машины, из двух стальных листов 1 и 2 (фиг.2) одинаковой номинальной толщины t1, (равной, например, 1,8 мм), но различных марок. Такие параметры, как прочность, пластичность, сопротивление усталости и ударным нагрузкам первого стального листа 1, из которого штампуют наиболее напряженный участок детали, больше соответствующих параметров второго стального листа 2, из которого штампуют менее напряженный участок детали, а точное соотношение параметров двух стальных листов и расположение линии сварки должны соответствовать расчетным и экспериментально полученным требованиям по прочности, жесткости и возможности вытяжки на заданную глубину без разрушения двух участков поверхности детали, которые штампуют из этих двух сваренных листов. На фиг.2 вариант 3 продемонстрирован для случая штамповки из сварной заготовки конфигурации 3 внутренней панели двери 4 легкового автомобиля. На ломаной линии сварки BCD точка излома С, в которой с достаточно большой вероятностью возможен брак сварки, находится в проеме окна двери и удаляется в отход в процессе штамповки детали.
По варианту 4, перед штамповкой заготовку сваривают по ломаной линии BCD, у которой наиболее длинный отрезок ВС располагают под определенным углом α к горизонтали (фиг.3), рассматривая этот отрезок ВС в служебном положении отштампованной из этой заготовки детали в узле машины, из двух стальных листов 1 и 2 (фиг.3) одинаковой номинальной толщины t1 (равной, например, 1,8 мм), но различных марок. Такие параметры, как прочность, пластичность, сопротивление усталости и ударным нагрузкам первого стального листа 1, из которого штампуют наиболее напряженный участок детали, больше соответствующих параметров второго стального листа 2, из которого штампуют менее напряженный участок детали, а точное соотношение параметров двух стальных листов и расположение линии сварки должны соответствовать расчетным и экспериментально полученным требованиям по прочности, жесткости и возможности вытяжки на заданную глубину без разрушения двух участков поверхности детали, которые штампуют из этих двух сваренных листов.
По варианту 5 способ изготовления детали аналогичен соответственно вариантам 1, 2, 3 и 4 с тем отличием, что заготовку сваривают по ломаной линии из двух листов стали одинаковой номинальной толщины, но различных марок.
По варианту 6 способ изготовления детали аналогичен соответственно вариантам 1, 2, 3 и 4 с тем отличием, что заготовку сваривают по ломаной линии из двух листов алюминия или алюминиевого сплава одинаковой номинальной толщины, но различных марок.
В целом, заготовка, сваренная из листов одинаковой толщины, но различных марок, дает следующие преимущества перед цельной заготовкой одинаковой по поверхности толщины или перед заготовкой, сваренной из двух листов одинаковых толщины и марки:
- за счет использования одного из листов с повышенными прочностью, сопротивлением усталости и ударным нагрузкам, достигается повышение прочности и жесткости определенных участков детали с учетом ее функциональности в узле изделия;
- за счет использования одного из листов с повышенной пластичностью, на операции вытяжки появляется возможность получить большую глубину в определенных участках вытянутого полуфабриката без разрушения заготовки;
- снижение массы детали (за счет применения листа меньшей толщины и массы, но большей прочности в наиболее напряженном участке детали);
- уменьшение себестоимости изготовления детали (в основном, за счет снижения массы детали и экономии листового проката);
- снижение массы автомобиля (или другой техники), на который устанавливается эта деталь меньшей массы, и соответствующее снижение удельного расхода топлива на перемещение этого автомобиля и выброса вредных выхлопных газов в атмосферу.
Данный способ может быть применен для изготовления следующей номенклатуры деталей автомобильной и другой техники:
внутренние панели передних дверей легковых автомобилей;
внутренние панели задних дверей, у которых линия сварки короче, чем у внутренних панелей передних дверей;
панели крыши и пола автомобилей и подобной техники и усилители панели крыши и пола;
продольные лонжероны и балки (например, автомобильной рамы), желобки, направляющие, обвязка двери и окна и т.п.;
поперечные лонжероны и балки;
самые разнообразные стойки кузовов автомобилей и подобной техники и других узлов (передние, задние, дверные, оконные, поворотные стойки и т.п.);
самые разнообразные усилители деталей кузовов автомобилей и подобной техники и других узлов.
Все варианты данного способа изготовления цельноштампованной детали из заготовки, сваренной из двух листов одинаковой номинальной толщины, но различных марок, по сравнению с изготовлением детали, сваренной из двух листов одинаковых толщины и марки, позволяют повысить прочность и жесткость определенных участков детали с учетом ее функциональности в узле изделия, на операции вытяжки получить заданную глубину полуфабриката без разрушения заготовки, снизить массу детали (за счет применения листа меньшей толщины, но большей прочности в наиболее напряженном участке детали), уменьшить себестоимости изготовления детали (в основном, за счет снижения массы детали и экономии листового проката), снизить массу автомобиля (или другой подобной техники), на который устанавливается эта деталь меньшей массы, и соответственно снизить удельный расхода топлива на перемещение этого автомобиля и выброс вредных выхлопных газов в атмосферу.
1. Способ изготовления сложной крупногабаритной цельноштампованной детали из листовой заготовки, включающий сварку листовой заготовки из двух листов, зачистку сварного шва, штамповку детали путем осуществления операций вырубки, гибки, вытяжки, обрезки, правки, пробивки и отбортовки, отличающийся тем, что заготовку сваривают по ломаной линии с наиболее длинным отрезком, который располагают с учетом положения отштампованной из указанной заготовки сложной крупногабаритной детали в узле изделия, из двух листов одинаковой номинальной толщины из материалов различных марок, при этом прочность, пластичность, сопротивление усталости и ударным нагрузкам первого листа, из которого штампуют наиболее напряженный участок детали, выше упомянутых параметров второго листа, из которого штампуют менее напряженный участок детали.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что заготовку сваривают по ломаной линии, у которой наиболее длинный отрезок располагают из условия его размещения по горизонтали или близко к горизонтали в сложной крупногабаритной цельноштампованной детали в ее положении в узле изделия.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что заготовку сваривают по ломаной линии, у которой наиболее длинный отрезок располагают из условия его размещения по вертикали или близко к вертикали в сложной крупногабаритной цельноштампованной детали в ее положении в узле изделия.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что заготовку сваривают по ломаной линии, у которой наиболее длинный отрезок располагают из условия его размещения под углом к горизонтали в сложной крупногабаритной цельноштампованной детали в ее положении в узле изделия.
5. Способ по п.1, отличающийся тем, что заготовку сваривают по ломаной линии, у которой наиболее длинный отрезок располагают из условия его размещения под углом к горизонтали в сложной крупногабаритной цельноштампованной детали в ее положении в узле изделия, из двух листов из стали различных марок.
6. Способ по п.1, отличающийся тем, что заготовку сваривают по ломаной линии, у которой наиболее длинный отрезок располагают из условия его размещения под углом к горизонтали в сложной крупногабаритной цельноштампованной детали в ее положении в узле изделия, из двух листов алюминия или алюминиевых сплавов различных марок.
