Способ формообразования тонкостенных осесимметричных деталей усеченной сужающейся формы

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к формообразованию тонкостенных осесимметричных оболочек, и может быть использовано при изготовлении крупногабаритных тонкостенных деталей усеченной сужающейся формы. Создают растягивающие усилия вдоль образующей заготовки, направленные от меньшего диаметра к большему посредством эластичного элемента переменной толщины, что обеспечивает повышение качества оболочек. 1 ил.

 

Изобретение относится к холодной листовой штамповке, в частности к формообразованию тонкостенных осесимметричных оболочек, и может быть использовано при изготовлении крупногабаритных тонкостенных деталей усеченной сужающейся формы на прессах двойного действия.

Известен способ раздачи оболочки (А.с. 1563813 СССР, МКИ⁵ B21D 41/02, опубл. 15.05.90, Бюл. №18) для получения цилиндрической оболочки из трубной заготовки меньшего диаметра. Согласно предлагаемому решению способ реализуется в две стадии: на первой стадии раздачи заготовку деформируют в выпуклую форму до достижения окружной деформации в центральной части величиной 95-98%, на торцах 0,2-1% от требуемой величины деформации. При ходе клина секции разжимного инструмента раздвигают в радиальном направлении. На второй стадии очаг пластической деформации распространяется от торцев заготовки к ее центральной части до момента придания ей требуемой цилиндрической формы. Раздачу производят двумя разжимными инструментами с помощью клина.

Недостатком способа является получаемая при формообразовании раздачей огранка детали и многократность повторения процесса с поворотом заготовки по окружности после каждого перехода, либо наличие дополнительного процесса термофиксации. Это приводит к увеличению трудоемкости, дополнительным затратам электроэнергии.

Наиболее близким по технической сущности является способ штамповки осесимметричных деталей эластичным инструментом переменной жесткости (А.с. 755378 СССР, MKИ4 B21D 22/10, опубл. 1980, Бюл. №30), в котором последовательное деформирование заготовки происходит в форме направленной волны. При этом в начале процесса локальным давлением эластичной среды формируется небольшой участок заготовки, величина которого обеспечивает устойчивость. С нарастанием усилия пресса зона нагружения заготовки и очаг деформирования последовательно распространяются вдоль оси заготовки до полного оформления детали по контуру матрицы. Схема процесса осуществляется в течение одного хода пресса при использовании пуансона, состоящего из кольцевых эластичных элементов (шайб) с различными характеристиками сжатия, т.е. с переменной жесткостью на сжатие. В процессе формования детали в каждый данный момент времени деформируется небольшой участок заготовки с размерами, не допускающими потери устойчивости. Часть заготовки, лежащая ниже этого участка, является уже отформованной и прижатой эластичной средой к матрице, а верхняя часть еще не контактирует с пуансоном. Она в процессе формовки свободно подтягивается в зону деформирования, что снижает утонение стенки детали и увеличивает предельную степень формоизменения заготовки за один переход.

Недостатком этого способа является завышенная трудоемкость изготовления из-за низкого коэффициента использования материала; необходимость применения значительных дополнительных усилий формообразования из-за большой площади эластичной среды со стороны приложения усилия для формообразования.

Качество полученной детали снижается из-за возникающих сил трения сжатия между заготовкой и эластичной средой для тонкостенных заготовок $$\frac{S}{D}\le 0,008$$ (где S - толщина заготовки; D - средний диаметр), приводящих к смятию. Не исключены гофрообразование, потеря устойчивости свободной части, так как она деформируется в условиях напряженно-деформируемой схемы, близкой к процессу вытяжки, где действуют сжимающие тангенциальные напряжения.

Задачей изобретения является получение качественной тонкостенной осесимметричной сужающейся детали без огранки за один ход пресса, повышение коэффициента использования материала.

Задача решается за счет того, что в способе формообразования тонкостенных осесимметричных деталей усеченной сужающейся формы из цилиндрических заготовок путем приложения равномерного по окружности внутреннего давления согласно изобретению создают растягивающие усилия вдоль образующей заготовки, направленные от меньшего диаметра к большему.

Способ реализуется с помощью устройства и поясняется чертежом.

Устройство содержит под верхней плитой штампа 1 раздвижные сектора 2, эластичный элемент 3, матрицу 4, конус с направляющими пазами 5, опорное кольцо 6, установленные на плиту штампа 7. Заготовка 8.

Способ осуществляют следующим образом:

Опорное кольцо 6 поднято вверх. Матрица отведена кверху на высоту, обеспечивающую установку заготовки. Раздвижные секторы 2 подняты вверх вместе с эластичным элементом 3. В этом положении устанавливают цилиндрическую заготовку сверху на эластичный элемент. Эластичный элемент выполнен в виде конической оболочки переменной толщины. Причем наибольшая толщина выполнена в зоне малых диаметров, а наименьшая - в зоне больших диаметров. Заготовка применяется в виде цилиндрической оболочки с радиусом:

r_заг=const.

Для получения равномерной толщины стенки детали необходимо создать такие внешние условия, которые позволяют получать одинаковые деформации по толщине за счет меридиональных, тангенциальных напряжений растяжений. Результат достигается при деформировании за счет происходящего увеличения внутреннего диаметра эластичного элемента. В предложенной компоновке эластичный элемент перемещается в направлении от меньшего к большему диаметру деформируемой заготовки, создавая растягивающие усилия вдоль образующей заготовки, направленные от меньшего диаметра к большему и возрастающие от свободного торца с большим диаметром к меньшему диаметру, прижатому к рабочей поверхности матрицы, что позволяет утонить элементы в зоне малого диаметра заготовки. Благодаря растягивающим напряжениям деформация по толщине может достичь значений как у элементов в зоне наибольшего диаметра, хотя у элементов заготовки меньшего диаметра тангенциальная деформация меньше, чем у элементов заготовки большего диаметра.

Способ формообразования тонкостенных осесимметричных деталей усеченной сужающейся формы из цилиндрических заготовок, включающий приложение равномерного по окружности внутреннего давления и создание растягивающих усилий вдоль образующей деформируемой заготовки, направленных от ее меньшего диаметра к большему, отличающийся тем, что растягивающие усилия создают посредством эластичного элемента, выполненного в виде конической оболочки переменной толщины, который устанавливают наибольшим диаметром в зоне меньшего диаметра деформируемой заготовки и перемещают в направлении от меньшего к большему диаметру деформируемой заготовки.