Штамп для глубокой вытяжки осесимметричных деталей

Авторы патента:

Кузина Антонина Александровна (RU)

Нестеренко Елена Сергеевна (RU)

Попов Игорь Петрович (RU)

B21D22/20 - глубокая вытяжка (специальные устройства для этой цели, конструктивно сопряженные с прессами или приспособленные к ним, B21D 24/00)

Владельцы патента RU 2494830:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева (национальный исследовательский институт)" (СГАУ) (RU)

Изобретение может быть использовано в машиностроении при обработке металлов давлением. Вытяжку листовой заготовки производят с упругими прижимом и матрицей, прилегающими по всей поверхности фланца в течение всего процесса. Прижим и матрица выполнены в виде металлических колец, которые обеспечивают упругие перемещения, позволяющие прижать фланец заготовки с необходимым давлением по всей его поверхности. При этом матрица установлена на неподвижное опорное кольцо. Повышается качество поверхности изделия, его точность, устраняется интенсивное гофрообразоваиие фланца, снижается усилие прижима, повышается предельный коэффициент вытяжки. 3 ил.

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано во всех отраслях машиностроения для глубокой вытяжки деталей из листовых материалов.

Известно устройство для вытяжки тонколистового материала с прижимом в виде тарельчатой пружины, образующей угол наклона к горизонтальной поверхности фланца, который обеспечивает контролируемое образование гофров на фланце заготовки в процессе вытяжки с последующим их разглаживанием при воздействии усилия, передаваемого упорами в виде роликов от рабочего органа пресса [Патент №2255828, МПК⁷ B21D 22/22, 24/04. Опубл. 10.07.2005].

К недостаткам данного устройства можно отнести следующее: конструкция устройства сложна в изготовлении и малопроизводительна, применение устройства ограничено толщиной штампуемой заготовки $\frac{s}{D} 100 % \geq (1,0 - 1,5)$ , используется для высокопластичных материалов.

Известен штамп для глубокой вытяжки цилиндрических деталей [Патент №2072271, МПК⁶ B21D 22/20. Опубл. 27.01.1997]. Конструкция данного штампа содержит упругие кольца в матрице.

К недостаткам данного штампа можно отнести следующее: для него необходимо специально энергоемкое прессовое оборудование, процесс штамповки сопровождается заливкой жидкости в полость матрицы, удаление жидкости с детали является трудоемким.

Наиболее близким техническим решением является штамп с использованием упругого прижима [А.с. 1400723, СССР, МКИ⁴ B21D 22/22, 24/04. Опубл. 07.06.1988]. Штамп содержит пуансон, матрицу, прижим, выполненный в виде кольцевого упора, упругого прижимного кольца, смонтированных в обойме. Штамп используется при небольшой разнотолщинности, для относительно гонких заготовок. Прижим выполнен в виде смонтированных в обойме упругого металлического прижимного кольца с переменной по радиусу толщиной и размещенного соосно и в контакте с ним кольцевого упора. Такую форму прижима неудобно использовать при конструировании штампа, достаточно трудно изготовить кольцо с переменной толщиной с необходимой точностью.

Поставлена задача разработать такой штамп, который позволит улучшить качество поверхности для тонкостенных деталей, снизить гофрообразование фланца. Конструкция устройства должна быть проста в изготовлении.

Задача достигается за счет того, что в штампе для глубокой вытяжки осесимметричных деталей, содержащем соосно установленные пуансон, прижим и матрицу. При этом штамп содержит неподвижное опорное кольцо, а матрица и прижим выполнены в виде упругих металлических колец постоянной высоты.

На фигуре 1 представлена схема вытяжки.

На фигуре 2 представлена схема нагружения упругого прижима.

На фигуре 3 представлена схема нагружения упругой матрицы.

Штамп состоит из пуансона 1 с упругими элементами прижимом 2 и матрицей 3, опорного кольца 4, упругого прижимного кольца 5.

В процессе вытяжки опорное кольцо 4 неподвижно. Неравномерное изменение толщины фланца заготовки 6 при глубокой вытяжке тонколистового материала возможно учесть в штампе с упругими прижимом 2 и матрицей 3. Заготовку 6 устанавливаю'!' на упругую матрицу 3. К заготовке 6 подводят прижим 2 с упругим прижимным кольцом 5. Вытяжка осуществляется с помощью пуансона 1. Фланец заготовки 6 во время вытяжки прижат упругим кольцом 5, на которое передается усилие прижима 2. Усилие прижима 2 равномерно распределяется по всей поверхности фланца заготовки 6.

Прижим 2 и матрица 3 имеют форму колец. В процессе вытяжки фланец заготовки 6 перемещается между упругим прижимом 2 и рабочей поверхностью упругой матрицы 3. В результате неравномерности деформаций в процессе вытяжки угол естественного утолщения фланца заготовки 6 постоянно меняется. Упруго деформируясь, прижим 2 и матрица 3 меняют угол между рабочей поверхностью матрицы 3 и рабочей поверхностью прижима 2, повторяя угол заготовки 6. При этом давление прижима 2 и матрицы 3 равномерно распределяется по поверхности фланца. Усилие на прижим 2 передается через прижимное кольцо 5, расположенное по внешнему радиусу прижима 2. В процессе вытяжки под действием усилия прижим 2 и матрица 3 будут упруго деформироваться. Величина этого упругого перемещения ограничена упругими свойствами материала оснастки, которые должны превышать Δs_max максимальную величину разнотолщинности на фланце.

Внутренний и внешний радиусы прижима 2 и матрицы 3 определяются исходя из геометрических размеров детали.

Под действием усилия прижим 2 и матрица 3 должны прогнуться на величину Δs_max, а после снятия нагрузки принять начальную форму.

Условие пластичности по максимальным касательным напряжениям имеет вид:

σ_θ=σ_ρ-σ_0,2,

где σ_θ - окружные напряжения;

σ_p - меридиональные напряжения;

σ_0,2 - предел текучести.

Радиус независимой переменной изменяется в пределах:

r_д≤ρ≤R_H,

где r_д - радиус детали;

R_H, ρ - радиусы соответственно кромки заготовки и рассматриваемого элемента заготовки.

Разнотолщинность определяется по формуле:

Δs=s_max-s_min,

где s_max и s_min - максимальная и минимальная толщины детали.

В процессе вытяжки под действием усилия Q прижим прогибается, опираясь при этом на наружный край заготовки. На прижим действуют: поперечная сила Q (усилие прижима) и сила от опоры Р. Поперечные сечения прижима в плоскости поворачиваются, прижим осесимметрично изгибается и растягивается.

Опираясь на край заготовки, матрица прогибается, при этом на матрицу действуют: сила Q и сила от опоры Р. Поперечные сечения матрицы поворачиваются в плоскости, и матрица изгибается.

Угол поворота определяется из формулы:

$t g ϑ = \frac{Δ S_{\max}}{r_{2} - r_{1}}$ ,

где Δs_max - максимальная разнотолщинность на фланце,

r₁, r₂ - внутренний и наружный радиусы матрицы и прижима.

Так как угол поворота мал, то tgϑ=ϑ.

Максимальная стадия разнотолщинности на фланце определяется по формуле:

Δs_max=s_кромки-s_{матрицы},

где s_кромки - толщина кромки,

s_{матрицы} - толщина матрицы.

Толщина кромки определяется по формуле:

$s_{к р о м к и} = s \sqrt{\frac{R_{з а г}}{R_{ф л а н ц а}}}$

где s - толщина заготовки,

R_заг. - радиус заготовки,

R_фланца - радиус фланца.

Толщина матрицы определяется по формуле:

$s_{м а т р и ц ы} = s \sqrt{\frac{R_{з а г}}{R_{м а т р и ц ы}}}$

где s - толщина заготовки,

R_заг. - радиус заготовки,

R_{матрицы} - радиус матрицы.

Усилие прижима определяется по формуле:

$q = \frac{Q}{π (R_{i}^{2} - ρ^{2})}$

где Q - полное усилие прижима,

R_i - радиус кромки заготовки,

ρ - радиус рассматриваемого элемента заготовки.

Полное усилие упругого прижима равно:

$Q_{0} = \frac{1}{c} ω_{0} [- \frac{4 π^{2} l}{4 a_{к}^{2} b} (σ_{θ с р} s b^{2} N_{к} + \frac{4}{3} π^{2} E_{p} J M_{к})]$

где s - толщина заготовки,

$E_{p} = \frac{σ_{i}}{ε_{i}}$ - модуль пластичности изотропного материала,

- момент инерции,

$s' = \frac{s}{2 R_{з}}$ - относительная толщина листовой заготовки,

a_к, b - размеры критического элемента фланца, на котором образуются гофры,

N_k и M_k - константы потери устойчивости.

ω₀ - величина перемещения от дополнительных усилий выпрямления волны,

с - константа упрочнения материала заготовки.

Величина r находится из формулы:

$g = \frac{D ϑ}{r^{3}}$

где D - изгибная жесткость пластины, определяемая по формуле:

$D = \frac{E \cdot h^{3}}{12 (1 - μ^{2})}$ ,

где Е - модуль упругости,

h - высота пластины,

µ - коэффициент Пуассона.

ϑ - угол поворота,

g - интенсивность поверхностной нагрузки.

Интенсивность поверхностной нагрузки при определении высоты матрицы имеет вид:

$g = \frac{E h^{3} \cdot Δ s_{\max}}{9 r^{3} (r_{1} - r_{2}) (1 - μ^{2})}$

где Е - модуль упругости,

h - высота матрицы,

Δs_max - максимальная разнотолщинность на фланце заготовки,

r - переменный радиус, изменяется от r₁ до r₂,

r₁, r₂ - внутренний и наружный радиусы матрицы и прижима,

µ - коэффициент Пуассона.

Тогда высоты прижима и матрицы определяются по формулам:

$h_{п р и ж и м а} = \sqrt[3]{= \frac{g \cdot 12 r^{3} (r_{1} - r_{2}) (1 - μ^{2})}{E Δ s_{\max}}}$

$h_{м а т р и ц ы} = \sqrt[3]{= \frac{g \cdot 9 r^{3} (r_{1} - r_{2}) (1 - μ^{2})}{E Δ s_{\max}}}$

где g - интенсивность поверхностной нагрузки,

r - переменный радиус, изменяется от r₁ до r₂,

r₁, r₂ - внутренний и наружный радиусы матрицы и прижима,

µ - коэффициент Пуассона,

Е - модуль упругости,

Δs_max - максимальная разнотолщинность на фланце заготовки.

Величина r находится из формулы:

$g = \frac{D ϑ}{r^{3}}$

где D - изгибная жесткость пластины, определяемая по формуле:

$D = \frac{E \cdot h^{3}}{12 (1 - μ^{2})}$

где Е - модуль упругости,

h - высота пластины,

µ - коэффициент Пуассона.

ϑ - угол поворота,

g - интенсивность поверхностной нагрузки.

Сопоставимый анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что штамп для глубокой вытяжки осесимметричных деталей, имеющий упругие прижим и матрицу, позволяет улучшить качество поверхности детали, снизить гофрообразование фланца. Конструкция устройства проста в изготовлении, высоты прижима и матрицы постоянны. Применяется в случае, когда разнотолщинность ΔS>35%.

Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию изобретения «новизна».

Заявляемое устройство реализуется на кривошипных прессах с буферным устройством и кривошипных прессах двойного действия.

Штамп для глубокой вытяжки осесимметричных деталей применяется, когда разнотолщинность фланца больше упругого перемещения прижима.

Использование штампа с упругими прижимом и матрицей для глубокой вытяжки осесимметричных деталей позволяет получать тонкостенные заготовки S/D_заг<0,01, улучшать качество поверхности детали, увеличивать коэффициент вытяжки на 15-20%, снижать усилие прижима, необходимое для ликвидации гофрообразования фланца заготовки.

Штамп с упругими прижимом и матрицей для глубокой вытяжки осесимметричных деталей дает возможность для тонкостенных деталей с S/D>35% использовать коэффициенты вытяжки на 10-20% больше. Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию «изобретательский уровень».

Штамп для глубокой вытяжки осесимметричных деталей, содержащий соосно установленные пуансон, прижим и матрицу, отличающийся тем, что он снабжен неподвижным опорным кольцом, а матрица и прижим выполнены в виде упругих металлических колец постоянной высоты.

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, в частности к штамповке крупногабаритных деталей сложной формы для транспортных средств. Штамп содержит пуансон, матрицу с перетяжными ребрами, прижим с выемками под перетяжные ребра, подъемники и механизм удаления деталей из штампа.

Способ изготовления полых цилиндрических изделий // 2491144

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для изготовления штамповкой из листа цилиндрических тонкостенных изделий. .

Способ изготовления полых деталей // 2486025

Изобретение относится к листовой штамповке и может быть использовано во всех отраслях машиностроения для вытяжки деталей из листовых материалов на прессах простого и двойного действия.

Способ вытяжки сложного крупногабаритного полуфабриката из листовой заготовки на прессе (варианты) // 2481913

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано при вытяжке полуфабриката из листовой заготовки. .

Стальной лист с металлическим покрытием и способ горячей штамповки стального листа с металлическим покрытием // 2466210

Способ и устройство для определения излома металлического штампованного изделия, программа и машиночитаемый носитель записи // 2463123

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, точнее, к определению возможности возникновения трещин в процессе штампования различных материалов из металла.

Способ глубокой вытяжки деталей из тонколистовых заготовок и штамп для его осуществления (варианты) // 2408447

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности при глубокой вытяжке деталей из тонколистовых заготовок. .

Контейнер, изготовленный методом глубокой вытяжки, и способ его изготовления // 2382298

Способ глубокой вытяжки и штамп для его осуществления // 2367536

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к глубокой вытяжке деталей с широким фланцем. .

Штамп для вытяжки кузовных деталей // 2366527

Изобретение относится к листовой штамповке и может быть использовано во всех отраслях народного хозяйства для вытяжки различных деталей из листовых материалов, преимущественно для вытяжки кузовных деталей автомобилей.

Способ технологического испытания листов из титановых сплавов при глубокой вытяжке и устройство для его осуществления // 2497621

Изобретение относится к горячей листовой штамповке (вытяжке) и может быть использовано во всех отраслях народного хозяйства для установления технологических параметров деформирования листовых материалов из титановых сплавов. Производятся несколько циклов испытаний на максимальную вытяжку в изотермических условиях с последующим построением графика «максимальная вытяжка - температура испытания» и определением параметров технологического процесса или пригодности испытанного листового материала, из которого был изготовлен образец. Устройство содержит камеру с нагревательными элементами, в камере на одной оси установлены верхний термошток, к которому жестко крепится матричный корпус с пазом, в корпус устанавливается испытуемый образец и термовставка, пуансон со сферической поверхностью размещен на нижнем термоштоке и имеет возможность перемещения в осевом направлении с помощью привода. Технический результат - повышение точности деталей, снижение трудоемкости контроля качества листовых полуфабрикатов в процессе изготовления изделий из них, а также универсальность применения. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

Штамп для вытяжки сложного крупногабаритного полуфабриката из листовой заготовки на прессе (варианты) // 2501618

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано для вытяжки полуфабриката из листовой заготовки па прессе. Один вариант штампа предназначен для использования на прессе двойного или тройного действия. При этом матрица выполнена с отверстиями на прижимной поверхности и снабжена распределителями с трубками для подвода сжатого воздуха в упомянутые отверстия прижимной поверхности матрицы. Причем распределители выполнены с возможностью подачи сжатого воздуха через отверстия в прижимной поверхности матрицы на краевую часть вытянутого полуфабриката после окончания процесса вытяжки полуфабриката в момент начала подъема выталкивателя для выталкивания полуфабриката из матрицы. Другой вариант штампа предназначен для использования на прессе простого действия или многопозиционном прессе-автомате. В этом варианте штампа матрица выполнена аналогично первому варианту, а распределители выполнены с возможностью подачи сжатого воздуха через отверстия в прижимной поверхности матрицы на краевую часть вытянутого полуфабриката после окончания процесса вытяжки полуфабриката в момент начала отсоединения матрицы от прижимной плиты. Повышается точность и качество вытягиваемого полуфабриката. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

Способ и устройство для формирования корпуса консервной банки // 2506137

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, в частности к устройствам для изготовления корпусов консервных банок на прессе одинарного действия. Устройство содержит верхний фиксатор, поддерживающий вытяжной и вырубной штампы, содержащие внешнюю нажимную втулку и внутреннюю нажимную втулку, окружающие центральный поршень штампа, причем все они имеют исполнительные поршни. Указанный центральный поршень штампа имеет резервуар воздуха, соединенный посредством воздушных каналов, которые образуют пневмопружины для внешней нажимной втулки, а внешняя нажимная втулка получает такой же регулируемый воздух, как указанный резервуар или установка подачи воздуха низкого давления. Указанная внутренняя нажимная втулка имеет выступающую носовую часть. При движении указанного пресса вверх пробойник нижней панели формирует центральную панель, панельную стенку и фаску. Повышается производительность. 5 з.п. ф-лы, 12 ил.

Листовая сталь для горячего штампования и способ изготовления горячештампованной детали с использованием листовой стали для горячего штампования // 2520847

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению листовой стали для горячего штампования, используемой для изготовления горячештампованных деталей, обладающих высокой стойкостью к коррозии. На поверхность стальной основы нанесено последовательно два слоя: плакирующий слой I, содержащий 60 мас.% и более Ni и остальное Zn и неизбежные примеси, при этом масса покрытия находится в диапазоне от 0,01 до 5 г/м2; и плакирующий слой II, содержащий от 10 до 25 мас.% Ni и остальное Zn и неизбежные примеси, при этом масса покрытия находится в диапазоне от 10 до 90 г/м2. Достигается высокая стойкость к перфорирующей коррозии. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 3 табл., 2 пр.

Универсальный штамп для формообразования листовых деталей с двоякой кривизной поверхности // 2522973

Изобретение относится к обработке металлов давлением. Гибка в штампе осуществляется воздействием пуансона на заготовку, уложенную на кольцевую матрицу, с рабочей поверхностью, выполненной по параболе. Радиус пуансона подбирается с учетом пружинения материала заготовки. В центральной части отверстия матрицы размещена дополнительная опора, высота которой регулируется набором сменных листовых прокладок. При этом радиус кривизны рабочей поверхности дополнительной опоры превышает минимальный радиус кривизны получаемых деталей с учетом их толщины. Расширяются технологические возможности. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Способ штамповки элемента из листового металла, в частности рамы автомобиля // 2534650

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к способу штамповки нижней области стойки стороны пассажирского отделения рамы автомобиля с двумя поверхностями, разграниченными между собой двумя уступами, расположенными в поперечном направлении друг относительно друга и соединенными вместе, при этом первая поверхность металлического листа соединена с верхним краем каждого из двух уступов, а вторая поверхность металлического листа соединена с нижним краем каждого из указанных двух уступов. Осуществляют первую штамповку, а затем вторую калибровочную штамповку для уменьшения радиуса закругления между каждым из двух уступов и второй поверхностью металлического листа. Причем в области соединения между двумя уступами в процессе первой штамповки штампуют выпуклость для локального уменьшения глубины штамповки на второй поверхности. Устраняются разрывы металлического листа в области соединения двух уступов. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

Устройство и способ формования вытяжкой с дополнительным нагревом // 2542948

Заявленная группа изобретений относится к обработке металлов давлением, конкретно к формованию металлических изделий горячей вытяжкой. Электрически изолированную заготовку размещают в кожухе вблизи к рабочей поверхности матрицы, зажимают ее противоположные концы. Далее осуществляют резисторный нагрев заготовки и ее формовку. При этом осуществляют подведение лучистого тепла к одному или более участкам заготовки и последующее охлаждение в матрице. Повышается пластичность. 2 н. и 15 з.п. ф-лы, 11 ил.

Стальной лист для горячей штамповки и способ изготовления из него деталей горячей штамповкой // 2548337

Изобретение относится к изготовлению деталей горячей штамповкой из стального листа с гальваническим покрытием. Стальной лист для горячей штамповки включает основной стальной лист, слой гальванического покрытия, сформированный на поверхности основного стального листа с массой покрытия 10-90 г/м2 и содержащий 10-25 мас.% Ni и остальное Zn с неизбежными примесями, причем содержание η фазы в слое гальванического покрытия составляет 5 мас.% или менее. Способ изготовления деталей горячей штамповкой включает нагрев упомянутого стального листа до температуры от точки превращения Ac3 до 1000 °C и горячую штамповку нагретого стального листа. Технический результат: лист обладает отличной адгезией и отличной стойкостью к окислению с подавленим формирования окалины или ZnO при горячей штамповке. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 15 табл., 2 пр.

Способ горячего прессования и форма для горячего прессового формования // 2552819

Изобретение относится к способу горячего прессования с помощью штампа для формования. Нагретую металлическую пластину размещают между пуансоном и матрицей штампа, сближают пуансон и матрицу друг с другом и прессуют металлическую пластину, удерживаемую между пуансоном и матрицей. После прессования металлической пластины подают хладагент в форме жидкости или тумана через множество подающих отверстий, которые предусмотрены в матрице, на поверхность металлической пластины, удерживаемой между пуансоном и матрицей. Сразу после прекращения подачи хладагента распыляют газ на поверхность металлической пластины через множество подающих отверстий для удаления с максимальной скоростью жидкого хладагента, прилипшего к металлической пластине. Исключаются неравнопрочность и коррозия металла. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 11 ил.

Способ изготовления тонкостенных изделий // 2554247

Изобретение относится к обработке давлением и может быть использовано при вытяжке тонкостенных изделий. Из листа вырезают заготовку квадратной формы. По периметру квадратной заготовки выдавливают с переменной амплитудой выступы с переменной длиной волнистой формы, ориентированные по длине к центру сечения заготовки. При вытяжке происходит радиальное течение металла к центру заготовки и обеспечивается высокая степень деформации вблизи углов. Расширяются технологические возможности. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.