Способ раздачи цилиндрических тонкостенных оболочек и штамп для его осуществления

 

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к листовой штамповке. Цель - повышение степени деформации и качества за счет создания дополнительных окружных усилий , направленных к наиболее утончившимся участкам обоомочки. На первом этапе раздачи две ползушки (П) 8, установленные на каждом разжимном сак-торе (PC) t, сведены вместе за счет действия n-pYKHii 10, а шарн1фно скрепленные с П 8 рычаги () 12 механизмов принудительного окружного перемещения П 8 перемещаются вместе с PC 1 После деформирования оболочки 2 до средней окр-ухсной деформации, составляющей 10.,.20% от предельнойf общая ось 13 кахщой пары Р 12 упирается в стенку радиального паза. За счет последующего вращения Р 12 вокруг осей 13 П 8 приобретают дополнительную . окружную скорость, активно зоздействуя на внутреннюю поверхность оболочки 2 силами трения. После раздачи последней до средней окружной деформации, составляющей 40-60% предельной, направления окружных скоростей каждой П В вместе с направлениями действий окружных усилий изменяются на противоположные 2 с.п. ф-лы, 11 ил. Р лвгюа

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (1l) (51) 4 В 21 D 41/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4217135/31-27 (22) 30,03.87 (46) 30.09.88. Бюл. I(- 36 (71) Ростовский-на-Дону завод-втуз .при заводе "Ростсельмаш" — филиал

Ростовского-на-Дону института сельскохозяйственного машиностроения (72) А.Н.Шипилов, С.А.Шульга, И.А.Церна и IO.Н.Еременко (53) 621,774,72 (088.8) (56) Романовский В.П. Справочник по холодной штамповке. Л.: Машиностроение, 1979, с.228, рис.194.

Авторское свидетельство СССР

У 1148679, кл. В 21 D 41/02, 13,02 .84. (54) СПОСОБ РАЗДАЧИ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ

ТОНКОСТЕННЫХ ОБОЛОЧЕК И ШТА%1 ДЛЯ ЕГО

ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к листовой штамповке. Цель — повышение степени деформации и качества за счет создания дополнительных окружных усилий, направленных к наиболее утончившимся участкам оболочки. На первом этапе раздачи две ползушки (П) 8, установленные на кажцом разжимном сек-. торе (РС) 1, сведены вместе за счет действия пружин 10, а шарнирно скрепленные с П 8 рычаги (Р) 12 механизмов принудительного окружного перемещения П 8 перемещаются вместе с РС 1.

После деформирования оболочки 2 до средней окружной дефо"мации, состав-. ляющей 10...20% от предельной, общая ось 13 каждой пары Р 12 упивается в стенку радиального паза. За счет последующего вращения Р 12 вокруг осей

13 П 8 приобретают дополнительную окружную скорость, активно воздействуя па внутреннюю поверхность оболочки 2 силами трения. После раздачи последней до средней окружной деформации, составляющей 40-60% предельной, направления окружных скоростей каждой П 8 вместе с направлениями действий окружных усилий изменяются на противоположные. 2 с.п. ф-лы, 11 ил.

1426677

Изобретение относится к обработке металлов давлением, а точнее к листовой штамповке, и может быть использовано для калибровки цилиндрических тонкостенных оболочек раздачей внутреннего диаметра.

Целью изобретения является повышение производительности путем увеличения предельной .степени деформации, качества и повышение коэффициента использования металла.

На фиг.1-3 показана последовательность процесса раздачи тонкостенных

1 оболочек в начальный, промежуточный и окончательный моменты; на фиг.4— штамп, вид сверху; на фиг,5 — разрез

А-А на фиг.4; на фиг.б - неподвижная плита в момент окончания второго этапа раздачи; на фиг.7-10 — разрез

Б-Б на фиг.5 (начальный момент раздачи, момент окончания первого этапа раздачи, момент окончания второго этапа дефармирования, заключительный момент раздачи); на фиг,11 — схема штампа для расчета его конструктивных параметров.

Способ осуществляют следующим образом.

На первом этапе посредством разжимных секторов 1 раздают радиальными усилиями оболочку 2 до средней окружной деформации, равной 10-20% от предельной, При этом появляются участки разъема (число которых равно числу разжимных секторов 1), на которых стенка оболочки 2 имеет минимальную толщину.

Участки оболочки 2 с наибольшей по периметру толщиной стенки располагаются вдоль центральных (в поперечном сечении) осей разжимных секторов 1.

После первого этапа раздачи к внутренней поверхности оболочки 2 на втором этапе деформиравани прикладывают дополнительные окружные усилия (активные силы трения), направленные к наиболее утончившимся участкам.

Вследствие этого окружные скорости материальных частиц оболочки 2 также направлены от утолщенных участков последней к наиболее утончившимся. К моменту окончания второго этапа раздачи (по достижению оболочки 2 средней окружной деформации, составляющей 40-60% от предельной) наиболее утончившиеся после первого этапа раздачи участки оболочки 2 имеют теперь максимальную (по периметру последней) 5

40 толщину. Соответственно имевшие после первого этапа наибольшую толщину участки оболочки 2 становятся к моменту окончания второго этапа раздачи наиболее утончившимися, На третьем этапе раздачи направления действий дополнительных окружных о усилий (активных сил трения) изменяют на противоположные (относительно направлений их на втором этапе деформирования) . Вследствие этого окружные скорости материальных частиц оболочки 2 снова перераспределяются так, что одновременно с радиальным перемещением материал течет от наиболее утолщенных участков оболочки к наиболее утонченным участкам последней.

При перемещении материала от утолщенных участков к утонченным выравниваются также и высотные деформации, r так как утонченные участки оболочки

2 имеют наименьшую (па периметру последней) высоту.

К моменту раздачи оболочки 2 до требуемой степени средней окружной деформации толщина стенки и высота готовог; изделия 3 однородны вдоль периметр;. последнего. Вследствие этого улучшается качество готового изделия 3, повышается коэффициент использования металла, а также параллельно увеличивается предельная степень деформации.

Пример. Оболочка 2 из стали

08 кп изготовлена из листа (посредством гибки в цилиндр и сварки стыка) и имеет следующие начальные размеры, мм: толщину Б,=1,0, высоту H =

=150, диаметр D, 200. Количество секций разжимного инструмента равно 8.

Требуемый наибольший диаметр пос ле раздачи D „,=235 мм, т.е. требуемая степень раздачи

m = = 1 17з

Р 9 Э о требуемая средняя окружная деформа) мс" кс =0

D о

В условиях холодного линейного растяжения предельная средняя окружная деформация для оболочки из стали

08 кп равна

D„

Е„ =1„ " — n„ о

26677 г. Ор95Eê °

20 -дсп

Dìàêñ =204 208 мм

1=h" sin

0(,! 2 где Ф вЂ” угол раствора разжимного сек35 тора;

h — ход последнего, .т.е.

36 мм ° М

13 14 .ий (предельный) ,ф р аздачи, .Я „ деформационного »4 г Ф о е.

9+%, .ь, D„12248 мм т, е °

4адельйая) степень разе,ф ф,е

С1 е р 24,,ф ,4 степень раздачи и сред я деформация грвом этапе раздачи оболочку ают до средней окружной дефор.ии Е,, составляющей 10-20% от предельной Ек, т.е.

Е, =1„= " » =0,21-0,42, Dмакс

После первого этапа раздачи между раэжимными секторами 1 появляются разъемы, каждый из которых имеет ширину 1 вдоль периметра оболочки 2, определяемую из выражения (фиг.1) и одновременно прикладывают дополнительные окружные усилия, направленные к наиболее утончившимся участкам обо5 лочки 2 (усилия создаются посредством движения разжимных секторов 1 одновременно и в окружном направлении), при этом поверхность разжимных секторов 1, контактирующая с внутренней поверхностью оболочки 2, достаточно шероховатая К 40-R 80, Величина дополнительных окружных усилий зависит от площади поверхности контакта оболочки 2 с единичным разжимным сектором I (т.е. зависит от количества последних и определяется для одной ползушки ориентировочно по формуле где р- коэффициент пластического трения (p=0,15-0,35);

К вЂ” постоянная пластичности;

S — площадь поверхности контакта разжимного сектора 1 с оболочкой 2.

После второго этапа раздачи D„ „, =

=217-225 мм„

При этом место разъема между смежными разжимньтми секторами 1 смещается в точку В, В этой точке толщина и высота оболочки 2 (определенные экспериментально) минимальны вдоль периметра последней

S, = 0,94 Н, = 143 мм, Д A а на центральной оси В поперечного сечения разжимного сектора 1

S, =0,95

Н = 144 мм. в

На втором этапе заготовку 2 раздают до средней окружной деформации, составляющей 40-60% от предельной, т.е, 2 " = 0 084-0 126

g p р р о

Толщина и высота оболочки 2 после первого этапа раздачи в местах А (фиг.1), определенные экспериментально, составляют

В точке А толщина и высота оболочки

2 наибольшие вдоль периметра

A а

S< = Ор92 Н = 138 мм.

На третьем этапе раздачи оболочку

2 раздают до требуемой средней окружной деформации fс =О, 16.

При этом в каждой точке контакта внутренней боковой поверхности оболочки 2 с разжимными секторами 1 направления действий дополнительных окружных усилий противоположны напра" влениям действий дополнительных окружных усилий в этих же точках на втором этапе раздачи, 55 После окончания третьего этапа раздачи и получения готового изделия

3 в точках А и Б толщина и высота последнего, следующие, мм:

Н =122

А з

Н =123.

1426677

S =0,87

S =0,87

При раздаче оболочки 2 до требуемой 5 степени раздачи m=1, 175 по способу, используемому в качестве прототипа, очень высок процент брака вследствие разрушения оболочек 2 после потери

yñòîé÷èâoñòè деформирования.

При степени раздачи ш=1, 12 (П„ „ =

=225 мм) в точках А и В соответственно, толщина и высота следующие, мм:

S =0,88 Н =124 15

S =0,90 Н =128.

6 б

Таким образом, за счет раздачи по предлагаемому способу улучшено качество готового изделия, повьпнен коэффициент использования металла вследствие уменьшения неоднородности деформаций (и соответствующего устранения дополнительных операций обрезки торцов готового изделия), повьппена производительность труда вследствие увеличения предельной степени деформации.

Штамп для осуществления предлагаемого способа, предназначенный для установки на прессе простого действия, включает разжимный инструмент в виде разжимных секторов 1, установленных с возможностью перемещения в радиальных пазах, выполненных в неподвижной плите 4, :Каждый разжимной сектор 1 имеет клиновую поверхность 5, взаимодействующую с соответствующей гранью изготовленного в виде пирамиды центрального клина 6, который крепится к ползуну пресса (не показан).

Поверхность 7 каждого разжимного сектора изготовлена круговой цилиндрической и является опорной для ус-, 45 тановленных на ней ползушек 8. Последние посредством хвостовиков 9 размещены в направляющем поперечном .пазе, выполненном на каждой поверхности 7 ° 50

Две ползушки Я, установленные на одном и том же разжимном секторе 1, связаны между собой пружиной 10 растяжения. Рабочие поверхности 11 ползушек 8 изготовлены круговыми цилиндричес,кими с радиусом, равным радиусу готового изделия 3.

Каждый разжимной с механизмом принудительк, перемещения расположенными .е зушек 8, который выполнен, у г двух рычагов 12, установлен 4 ъ + подвижной плите 4 с возможно, о щения на общей оси 13. Каждый""

12 посредством штифта 14 шарнир, скреплен с соответствующей ему п зушкой 8.

Кроме того каждая ось 13 и связа, ные с ней рычаги 12 имеют возможность радиального перемещения в пазах 15, выполненных в неподвижной плите 4, Длина каждого паза 15 равна рациальному перемещению разжимных секторов

1 на первом этапе раздачи. Пружины

16 подпружинивают разжимные секторы

1 к неподвижной плите 4 в радиальном направлении.

Штамп работает следующим образом.

При верхнем положении ползуна пресса и центрального клина 6 разжимные секторы 1 под действием пружин 16 находятся в исходном — наиболее близком к оси штампа положении, Ось 13 каждого механизма принудительного окружног"; перемещения ползушек 8 находится прл этом у наиболее близкой к оси штампа поперечной стенки соответствующего ей радиального паза 15.

Оболочка 2 устанавливается на неподвижной плите 4.

Под действием ползуна пресса центральный клин 6 опускается вниз и после соприкосновения его граней с клиновыми поверхностями 5 разжимных секторов I последние начинают перемещаться в радиальных пазах от оси штампа, производя при этом раздачу оболочки 2.

Вместе с разжимными секторами 1 перемещаются и механизмы принудительного окружного перемещения ползушек

8. Последние на первом этапе раздачи сведены вместе пружинами 10, и, следовательно, рабочие поверхности 11 каждой пары ползушек 8 (установленных на каком-либо разжимном секторе 1), образуют единую поверхность, в центре продольной оси которой (на стыке двух ползушек 8) материал оболочки

2 испытывает наименьшую деформацию (толщина стенки и высота оболочки 2 в ртом месте на первом этапе раздачи— наибольшие по ее периметру) .

Между разжимными секторами 1, а также .между не связанными между собой ползушками 8, образуется равно1426677

50

55 мерно увеличивающийся зазор (разъем) .

В центре разъема между ползушками 8 деформация материала оболочки 2— наибольшая по периметру йоследней (соответственно толщина стенки и вы5 сота наименьшие) .

В момент окончания первого этапа раздачи (по достижении оболочкой 2 средней окружной деформации, составляющей 10-20Х от предельной) оси 13 механизмов принудительного окружного перемещения ползушек 8 упираются в периферийные стенки пазов 15 и останавливаются.

При дальнейшем раздвижении разжимных секторов рычаги 12 начинают вращаться попарно вокруг общей оси 13 и перемещать, вследствие этого, ползушки 8 также и в радиальном направлении. При этом силы трения, действующие на внутренней боковой поверхности оболочки 2,изменяют направление на противоположные, т.е. направлены на втором этапе от наиболее утолщенных участков оболочки 2 к наиболее утончившимся (в ходе первого этапа раздачи). Указанное направление сил трения препятствует дальнейшему интенсивному утончению оболочки 2 в местах разъемов и способствует вырав30 ниванию деформаций по ее периметру.

Второй этап раздачи заканчивает ся в тот момент, когда рычаги 12 поворачиваются на угол, равный половине угла полного их поворота в процессе раздачи. 35

При этом боковые грани смежных не связанных между собой пружинами 10 ползушек 8 близки друг к другу (или соприкасаются), а имевшие после первого этапа р аздачи наиб ольшую толщину и высоту 40 участки оболочки 2 становятся к моменту окончания второго этапа раздачи наиболее утончившимися.

После второго этапа раздачи при дальнейшем вращении рычагов 12 вокруг соответствующих им осей 13 направление радиального перемещения каждой ползушки изменяется на противоположное.

Направления сил трения также перераспределяются и направлены от наиболее утолщенных- (после второго этапа раздачи) участков оболочки 2 к наиболее утончившимся, за счет чего происходит постепенное выравнивание деформаций по ее периметру. Вследствие этого повышается коэффициент использования металла, поскольку становится возможным устранение завершающих операций механической обработки. Кроме того, увеличивается предельная степень раздачи, и, как следствие, повышается производительность труда.

По окончании раздачи и получении готового изделия 3 центральный клин

6 отводится ползуном пресса вверх, разжимные секторы 1 отводятся пружинами 16 в исходное положение. При этом рычаги 12 совершают обратное (холостое) вращение на осях 13 после того, как последние упрутся в наиболее близкие к оси штампа стенки соответствующих им пазов 15.

Для определения отвечающих условиям способа конструктивных размеров штампа использовались найденные аналитические зависимости.

К числу начальных данных (задаваемых величин) относятся при этом (фиг. 11): г,К вЂ” радиусы заготовкн и готовой детали соответственно, причем радиус рабочей поверхности 11 (ползушки 8) с центром в начальный момент раздачи в точке О, равен R

a, — угол полураствора разжимного сектора 1 (угол между прямыми OM и 00 в начальный момент раздачи, т.е, pe t=0, при этом точка

0 — центр штампа; М вЂ” крайняя точка рабочей поверхности 11 ползушки 8, 0 — центр оси 13 при t=0);. угол между прямыми О, S u

0,0 при t=0 (S — центр штифта 14), — длина рычага 12 (т.е, длина отрезка SO на фиг.11)", R — длина отрезка О,S;

L — перемещение каждого разжимного сектора 1 в ходе первого этапа раздачи.

При расчетах принимали, что цилиндрическая поверхность разжимного сектора 1 соосна рабочей поверхности

11 ползушки 8, поэтому величина R в процессе раздачи остается неизменной.

По заданным начальным данным определяли: — угол между .прямыми N0 и 00 при t--О:

14?6677

8 — длину отрезка 0„0 при =0:

ГТ z

"э, = 1 Г -Rs s1n о +К5соз11о, (2)

5 также Sz длину отрезка 0„0 при

t=0! (3) 10

+К соя, В системе координат Х ОУ, в которой ось ОХ направлена вдоль центральной оси разъема между секциями (фиг.11) точка М ползушки 8 переме- . щается по кривой М,М,М М . При этом отрезку прямой M M соответствует первый этап раздачи, т.е. М„М,pL (4) 20 кривая М,М отвечает второму этапу раздачи, а кривая M M> — третьему.

Координаты У точек Мо и "4 долж 25 ны быть равны нулю (или близки к нулю): (5) У, (Md=-у„(М,) =0

В подвижной системе координат

X,O„Ó, перемещающейся вместе с разжимным сектором 1 (фиг,11), координаты точек М при ее движении (в зависимости от хода Н разжимного сектора 1 на втором и третьем этапах раздачи) определяются выражениями

X,„„==R cos(q+g-g,), у Н sIn(g+g g,), (6)

40 где величина угла, текущего угла между прямыми SO, и О, О, находится из g SO 0 по теореме косинусов:

Теперь в неподвижной системе координат ХОУ, образованной осями штампа, имеем для координат точку М (9) УМ =УОМ, Хм ХОм 9 (10) 55 а координаты точки М в системе координат Х<ОУ даются известным преобразованием поворота: (11) (12) .Х„,=Х„cosg+У„,sin<

У„,=-Х sincc+T cos<.

r=28, Rs=83 мм, („=20

Использование при раздаче разжимными секторами дополнительных окружных усилий„ направленных на втором этапе раздачи к наиболее утончившимся (на первом этапе) участкам заготовки, и изменение на третьем этапе раздачи направления действий дополнительных .,кружных усилий на противоположные, выгодно отличает предлагаежьй способ раздачи цилиндрических тонкостенных оболочек и штамп для его осуществления от указанных прототипов вследствие уменьшения неоднородности деформаций по периметру готового изделия, что улучшает качество оследнего, а также позволяет увеличить предельно достижимую степень раздачи и повысить за счет этого производительность труда °

Преимуществами предлагаемого способа и штампа для его осуществления по сравнению с прототипами являются уменьшение неоднородности деформаций готового изделия и увеличение предельно достижимой степени раздачи, а также улучшение качества готового изделия и повышение производительно.— сти труда.

Формула изобретения

1. Способ раздачи цилиндрических тонкостенных оболочек, включающий непрерывное приложение к внутренней боковой поверхности оболочки радиальных усилий посредством разжимных секторов, отличающийся тем, Задаваясь начальными данными r, Rä,с, f,, r, R> и L, определяли значения <у, 8, и $ . затем в зависимости от хода Н вЂ” величину угла

После этого находили координаты точке M в системе координат Х,ОУ< по формулам (6-7) и (9-12).

Затем начальные данные, величина которых находится из конструктивных соображений (т.е. r, R или ", ), изменяли до тех пор, пока не удовлетворится условие (5) .

При значениях r = 100 мм, К =118 мм, М=ЗО, величина Ь равна L=5 мм и при этом получаем

14266 .что, с целью повышения производительности путем увеличения предельнои степени деформации, качества и повышения коэффициентов использования, металла, в процессе непрерывной раздачи при достижении величины средней окружной деформации оболочки. до 1020% от предельной, к внутренней боковой поверхности оболочки прикладывают дополнительные окружные усилия, направленные к наиболее утончившимся участкам оболочки, а после раздачи последней до средней .окружной деформации, составляющей 40-607, от предельной, направления приложения дополнительных окружных усилий изменяют на противоположные., 2. 91тамп для раздачи цилиндрических, тонкостенных оболочек, содержащий неподвижную плиту и установленный на ней разжимной инструмент в виде секторов, каждый из которых выполнен с внутренней клиновой поверхностью и цилиндрической наружной поверхностью, на которой в поперечной

77 12 направляющей смонтированы с возможностью окружного перемещения две, соединенные между собой пружиной растяжения, ползушки, и подвюкный центральный клин, установленный перпендикулярно плите с возможностью взаимодействия с клиновыми поверхностями секторов, при этом секторы подпружинены относительно плиты и смонтированы на ней с возможностью радиального перемещения, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности путем увеличения предельной степени деформации, качества и повьппения коэффициента использования металла, каждый сектор разжимного инструмента снабжен механизмом принудительного окружного перемещения ползушек, выполненным в виде двух шарнирно соединенных с ползушками и с общей осью поворотных рычагов, при этом в неподвижной плите выполнены ограничительные радиальные пазы, для размещения в них с возможностью свободного перемещения упомянутых осей, 1426677

1426677

142á677

Составитель H. Айне тдино в

Техред М.Дидык Корректор М.Демчик

Редактор Ю.Середа

Заказ 4804/10

Тираж 709 Подписное

ВПИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1!3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4