Способ изготовления сложной крупногабаритной цельноштампованной детали из сварной заготовки

Изобретение относится к изготовлению штамповкой сложных крупногабаритных деталей. Перед штамповкой заготовку сваривают по трем линиям из листов одной марки материала и различных толщин. При этом наиболее напряженному участку соответствует лист, прочность, пластичность, сопротивление усталости и ударным нагрузкам которого превышает указанные параметры листов, соответствующих менее напряженным участкам детали. Повышается прочность и жесткость определенных участков детали с учетом ее функциональности в узле изделия. 6 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

Изобретение относится к листовой штамповке и может быть использовано в прессовых производствах 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. - С.-Пб.: 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, трех и более листов одинаковой толщины и марки материала листов. Затем сварочный шов зачищают, и полученную таким образом сварную заготовку штампуют в традиционных штампах.

Недостатком штамповки детали из заготовки, сваренной из нескольких 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 цельноштампованной 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 в способе изготовления сложной крупногабаритной цельноштампованной детали из сварной листовой заготовки, включающем сварку заготовки из листов, зачистку сварного шва, вырубку, гибку, вытяжку, обрезку, правку, пробивку и отбортовку с получением детали с напряженными участками, кольцевую сварную листовую заготовку получают из листов одной марки материала и различных, по меньшей мере, для двух листов номинальных толщин, соответствующих наиболее и наименее напряженным участкам детали, которые сваривают по трем линиям, из этих трех линий по одной, двум или трем прямым линиям, при этом наиболее напряженному участку детали соответствует лист, прочность, пластичность, сопротивление усталости и ударным нагрузкам которого превышает указанные параметры листов, соответствующих менее напряженным участкам детали.

В частных случаях получают замкнутую кольцевую листовую заготовку: а) из четырех листов с одним отверстием, контур которого образуют контурами нескольких листов; б) с двумя отверстиями, контуры которых образуют контурами нескольких листов, при этом линии сварки прерывают вырезами в свариваемых краях листов; в) из четырех листов с образованием замкнутой кольцевой заготовки с двумя отверстиями, при этом контур и первого отверстия образуют внутри одного листа, а контур второго отверстия образуют контурами нескольких листов, а линии сварки прерывают вырезами в свариваемых краях заготовки; г) из четырех листов с двумя отверстиями, контуры которых образуют внутри одного листа. Также в частных случаях получают незамкнутую кольцевую листовую заготовку: а) из четырех листов, при этом линии сварки прерывают вырезами в свариваемых краях листов; б) из пяти листов, при этом линии сварки прерывают вырезами в свариваемых краях листов.

Заготовка, сваренная из листов одной марки материала и различных номинальных толщин, дает следующие преимущества перед цельной заготовкой одинаковой толщины или перед заготовкой, сваренной из такого же количества листов той же 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 при движении 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.

Сущность изобретения характеризуется фиг. 1. На фиг. 1 показана заготовка, сваренная по трем линиям, из этих трех линий по одной, двум или трем прямым линиям, которые могут прерываться вырезами в свариваемых краях листов, из четырех листов одной марки материала и различных, хотя бы для двух из четырех листов, номинальных толщин t₁, t₂, t₃ и t₄. Так как номинальные толщины листов различны, то различны и допуски на толщину этих листов, что необходимо учитывать при проектировании техпроцесса изготовления детали по данному способу. Такая сварная, в виде замкнутого кольца, заготовка (фиг. 1) служит для изготовления по данному способу, например, панели боковины легкового автомобиля. Отверстие в центре заготовки призвано облегчить глубокую вытяжку в штампе проема для двери автомобиля.

Способ изготовления сложной крупногабаритной цельноштампованной детали из сварной листовой заготовки реализуется следующим образом.

Сначала выполняют расчеты на прочность и жесткость заданной листоштампованной детали в ее служебном положении в узле работающей машины. Затем рассчитывают форму, размеры в плане и номинальную толщину t₁, t₂, t₃ и t₄ четырех листов плоской заготовки, а также расположение трех линий сварки этих листов (фиг. 1), чтобы обеспечить возможность вытяжки полуфабриката из этой заготовки на заданную глубину и служебные характеристики этой детали после всех операций штамповки. Для расчетных номинальных толщин t₁, t₂, t₃ и t₄ четырех листов, для реализации данного способа, выбирают одну марку материала, обеспечивающую предъявляемые к детали требования.

Например, на производстве перед штамповкой заготовку сваривают по трем линиям из четырех стальных или алюминиевых листов 1, 2, 3 и 4 (фиг. 1) одной марки и различных, хотя бы для двух из четырех листов, номинальных толщин t₁, t₂, t₃ и t₄ (равных, например, соответственно 1,8 мм, 1,4 мм, 1,2 мм и 1 мм). Сваренные листы образуют замкнутую кольцевую заготовку с центральным отверстием. Такие параметры, как прочность, пластичность, сопротивление усталости и ударным нагрузкам первого листа 1, из которого штампуют наиболее напряженный участок детали, больше соответствующих параметров 2-го, 3-го и 4-го листов, из которых штампуют менее напряженные участки детали, а точное соотношение параметров четырех листов и расположение трех линий сварки 1, 2 и 3 должны соответствовать расчетным и экспериментально полученным требованиям по прочности, жесткости и возможности вытяжки на заданную глубину без разрушения четырех участков поверхности детали, которые штампуют из этих четырех сваренных листов.

Далее сварные швы зачищают с учетом различных допусков на различную номинальную толщину четырех сваренных листов и затем выполняют традиционные операции штамповки заданной детали.

В первом частном случае, перед штамповкой заготовку собирают по трем линиям сварки 1, 2 и 3 (фиг. 2), из этих трех линий по одной, двум или трем прямым линиям, которые могут прерываться вырезами в свариваемых краях листов, из четырех листов 1, 2, 3 и 4 одной марки материала и различных, хотя бы для двух из четырех листов, номинальных толщин t₁, t₂, t₃ и t₄, образуя замкнутую кольцевую заготовку с двумя отверстиями, контуры которых образуют из контуров нескольких листов. Такая сварная, в виде замкнутого кольца, заготовка (фиг. 2) служит для изготовления по данному способу, например, панели боковины легкового автомобиля. Два отверстия в центре заготовки призваны облегчить глубокую вытяжку в штампе проемов для двух дверей автомобиля.

В другом частном случае, перед штамповкой заготовку собирают по трем линиям сварки 1, 2 и 3 (фиг. 3), из этих трех линий по одной, двум или трем прямым линиям, которые могут прерываться вырезами в свариваемых краях листов, из четырех листов 1, 2, 3 и 4 одной марки материала, но различных, хотя бы для двух из четырех листов, номинальных толщин t₁, t₂, t₃ и t₄, образуя замкнутую кольцевую заготовку с двумя отверстиями, контур первого отверстия образуют внутри одного листа 2, а контур второго отверстия образуют из контуров нескольких листов 1, 2, 3 и 4.

Еще в одном частном случае, перед штамповкой заготовку собирают по трем линиям сварки 1, 2 и 3 (фиг. 4), из этих трех линий по одной, двум или трем прямым линиям, которые могут прерываться вырезами в свариваемых краях листов, из четырех листов 1, 2, 3 и 4 одной марки материала и различных, хотя бы для двух из четырех листов, номинальных толщин t₁, t₂, t₃ и t₄, образуя замкнутую кольцевую заготовку с двумя отверстиями, контуры которых образуют внутри одного листа 2.

В другом частном случае, перед штамповкой заготовку собирают по трем линиям сварки 1, 2 и 3 (фиг. 5), из этих трех линий по одной, двум или трем прямым линиям, которые могут прерываться вырезами в свариваемых краях листов, из четырех листов 1, 2, 3 и 4 одной марки материала и различных, хотя бы для двух из четырех листов, номинальных толщин t₁, t₂, t₃ и t₄, образуя незамкнутую кольцевую заготовку.

Также, в частном случае, перед штамповкой заготовку собирают по трем линиям сварки 1, 2 и 3 (фиг. 6), из этих трех линий по одной, двум или трем прямым линиям, которые могут прерываться вырезами в свариваемых краях листов, из пяти листов 1, 2. 3, 4 и 5 одной марки материала и различных, хотя бы для двух из пяти листов, номинальных толщин t₁, t₂, t₃, t₄, и t₅ образуя незамкнутую кольцевую заготовку.

Способ изготовления сложной крупногабаритной цельноштампованной детали из заготовки, сваренной из листов одной марки материала и различных толщин, по сравнению с изготовлением детали, сваренной из листов одинаковой толщины и марки материала, позволяют повысить прочность и жесткость определенных участков детали с учетом ее функциональности в узле изделия, на операции вытяжки получить заданную глубину участка полуфабриката без разрушения заготовки (за счет применения на этом участке листа повышенной пластичности), снизить массу детали (за счет применения листа меньшей толщины, но большей прочности), уменьшить себестоимость изготовления детали (за счет снижения массы детали и экономии листового проката), снизить массу автомобиля (или другой подобной техники) за счет установки деталей меньшей массы, что влияет на снижение удельного расхода топлива при движении автомобиля и выброса вредных выхлопных газов в атмосферу.

1. Способ изготовления сложной крупногабаритной цельноштампованной детали, включающий получение сварной заготовки из листов, зачистку сварного шва, вырубку, гибку, вытяжку, обрезку, правку, пробивку и отбортовку с получением детали с напряженными участками, отличающийся тем, что заготовку получают из листов одной марки материала и различных, по меньшей мере, для двух листов номинальных толщин, соответствующих наиболее и наименее напряженным участкам детали, причем наиболее напряженному участку соответствует лист с прочностью, пластичностью, сопротивлением усталости и ударным нагрузкам, превышающим указанные параметры листов, соответствующих менее напряженным участкам детали, при этом сварку листов осуществляют по трем линиям, по меньшей мере одна из которых прямая.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что получают замкнутую заготовку с одним центральным отверстием из четырех листов с вырезами в свариваемых краях, образующими отверстие в заготовке.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что получают замкнутую заготовку с двумя центральными отверстиями из четырех листов с вырезами в свариваемых краях, образующими отверстия в заготовке, при этом линии сварки прерывают упомянутыми вырезами.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что получают замкнутую заготовку с двумя отверстиями из четырех листов с вырезами в свариваемых краях, при этом одно из отверстий образовано упомянутыми вырезами, а второе отверстие образовано вырезом внутри одного листа, при этом линии сварки прерывают вырезами в свариваемых краях листов.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, получают замкнутую заготовку с двумя отверстиями из четырех листов с двумя вырезами внутри одного листа, образующими отверстия в заготовке.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что получают незамкнутую листовую заготовку из четырех листов с вырезами в свариваемых краях, при этом линии сварки прерывают вырезами упомянутых листов.

7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что получают незамкнутую сварную листовую заготовку из пяти листов, с вырезами в свариваемых краях, при этом линии сварки прерывают вырезами упомянутых листов.