Способ изготовления тонкостенных оболочек

 

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к способам изготовления тонкостенных оболочек ротационной вытяжкой. Цель - повышение качества получаемых деталей и коэффициента использования материала,.а также расширение номенклатуры получаемых деталей.- Профилированную трубную заготовку дополнительно упрочняют путем холод - ной ротационной вытяжки с утонением на оправке. Производят при этом увеличение предела текучести материала в направлении деформирования. Дополнительное упрочнение заготовки совмещают с профилированием ее стенки. Это позволяет исключить потерю устойчивости отформованной заготовки при ее раздаче с нагревом и расширить номенклатуру получаемых деталей. 1 з.п. ф-лы, 3 ил. (О

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)4 В 21 D 22/16 E Юйм (Г1:, itE» " <Г

ОПИСАНИЕ ИЗОТ НИЯ

К д BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4017195/31-27 (22) 04.02.86 (46) 15.03.89, Бюл. ¹- 10 (71) Московский авиационный технологический институт им. К.Э. Циолковского (72) А.С. Чумадин, В.И. Ершов, А.Д. Ковалев и Е.М. Дебердеев (53) 621.983 (088.8) (56) Патент Японии № 5354425, кл. В 21 9 22/16, 1984. (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТОНКОСТЕННЫХ ОБОЛОЧЕК (57) Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к способам изготовления тонкостенных оболочек ротационной вытяжкой.

Изобретение относится к обработке металлов давлением, а именно к листовой штамповке, и может быть использовано в машиностроении для получения равнотолщинкых осесимметричных оболочек из трубчатых заготовок.

Целью изобретения является повышение качества получаемых деталей и коэффициента использования металла, а также расширение номенклатуры получаемых деталей.

На фиг. 1 представлена схема неравномерного упрочнения заготовки путем холодной ротационной вытяжки; на фиг. 2 — схема раздачи упрочненкой и профилированной заготовки (верхняя половина, исходное состояние, а нижняя половина — конечное положение); на фиг. 3 — номограмма расчета требуемого распределения толщины стенки заготовки S> по образу-

ÄÄSUÄÄ 1465152 A 1

Цель — повышение качества получаемых деталей и коэффициента использования материала,.а также расширение номенклатуры получаемых деталей:

Профилированную трубную заготовку дополнительно упрочкяют путем холод ной ротационной вытяжки с утонением на оправке. Производят при этом увеличение предела текучести материала в направлении деформировакия. Дополнительное упрочнение заготовки совмещают с профилированием ее стенки.

Это позволяет исключить потерю устойчивости отформованной заготовки при ее раздаче с нагревом и расширить номенклатуру получаемых деталей.

1 з.п. ф-лы, 3 ил. 2 ющей заготовки при заданном распре.делении экстраполированного предела текучести ее материала о, .

Способ осуществляют следующим образом.

Исходную трубчатую заготовку (цилиндрическую с постоянной толщиной стенки) подвергают неравномерному упрочнению по ее длине методом холодной пластической деформации, обеспечивая увеличение предела текучести материала от кромки заготовки, упрочнение может быть осуществлеко различными методами, например, путем последовательного обжима и раздачи трубы может быть получена деталь исходной

: геометрии с переменными механическими характеристиками материала вдоль образующей. Затем производят профилирование исходной заготовки по тол1465152

Z4 8х Я (1+ — ) +1

ZI

dS> ted Z

dR R

Вз г +

2г R sinof Е

65, Z dR

25 жением щине стенки, обеспечивая наибольшую толщину кромки заготовки.

ПроФилирование заготовки по толщине вдоль образующей может быть осуществлено различными способами: механической обработкой заготовки со снятием стружки, химическим травлением и т.д.

В общем случае распределение толщины стенки по длине заготовки зависит от степени формоизменения заготовки (от Кр), от распределения механических свойств материала в упрочненной заготовке, от температуры нагрева материала при раздаче, усS — текущее значение толщины стенки .заготовки;

Н вЂ” текущая длина заготовки;

R — - текущий радиус получаемой детали;

R — радиус исходной трубчатой з заготовки;

Кз = const;

S — - толщина стенки получаемой детали;

S = consta(— угол между касательной к, оболочке и ее осью симметрии; р - коэффициент трения между заготовкой и пуансоном:

S R

Z -2г1п — — ln —;

1 Бз кэ

R S

Z = 21п — + ln —; з

Z = зх1п --1

3 R3

Š= 3 ln — ;

4 5)

Ь вЂ” напряжение текучести мате5 риала;

R — меридиональный радиус оболочки

d s

Величина определяется выра-. И-t0)

6т + П lп ) e, (2) 1з где 6 — экстраполированный предел ть текучести„

П вЂ” модуль упрочнения;. ловий контактного трения и геометрии получаемой детали.

Определить требуемое распределение

5 толщины стенки по образующей заготовки, если материал заготовки неравномерно упрочнен, можно путем совместного решения уравнения равновесия элемента оболочки, условия пластичности, условия несжимаемости, уравнения связи напряжений и деформаций и зависимости напряжения текучести материала от деформационного упрочнения и разупрочнения при нагреве.

15 Окончательное решение имеет вид:

dS5 dS> ьхНЗ ° (1)

dHg температурный коэффициент; температура нагрева материала, t = Е(К); температура определения механических свойств материала: 6т, П.

Решение (1) осуществляется числен30 ным интегрированием при граничных ус крг 3 S р.

Расчеты показывают, что упрочнение эоны передачи усилия в 1,4-1,6 раза повышает предельные возможности

35 формоизменения оТ Кр= О, 5 до Кр=О, 3 ° при прочих равных условиях.

С целью повышения коэффициента использования материала заготовки упрочнение трубчатой заготовки и ее

1п профилирование по толщине совмещают в одной операции. На фиг. 4 показана схема упрочнения и профилирования исходной заготовки с использованием метода ротационной вытяжки, при ко15 тором получают упрочненную и профилированную заготовку 1 путем утонения стенки заготовки на вращающейся оправке 2 с помощью давильного ролика

3. Требуемое утонение стенки QT кром50 KH ssI oToHKH oII1Ie eIIHeTcH BbIPBKeHH» ем (1) методом последовательного приближения. Вначале осуществляется расчет (i) при условии линейного возрастания напряжения текучести ть

55 по длине заготовки; определяется распределение толщины стенки заготовки (S ), уточняется распределение 6т

Ть в зависимости от утонения стенки, и т.д.

1465152

Процесс раздачи полученной заготовки i (фиг. 2) заключается в осевом перемещении заготовки 1 относительно пуансона 4 в результате чего по«

5 лучают готовую деталь 5. Процесс раздачи осуществляется при тех температурно-скоростных условиях, которые были заложены в расчет распределения толщины стенки заготовки 1 (параметры у, t).

Пример. Способ был опробован при изготовлении тонкостенных кони ческих деталей из материала АМгЗМ.

Угол конусности деталей составил 30 толщина стенки 0,9 мм. Исходная трубчатая заготовка 9 28 «1,5 мм: упрочнялась и профилировалась методом ротационной вытяжки, при этом обеспечивалось распределение предела текучести материала и толщины стенки в соответствии с зависимостью, приведенной на фиг. 3. Расчет (1) осуществляется со следующими значениями параметров: b, = 200 ИПА, n = 25

= 340 NIIa, р = 0,1, = -0,004, при линейном распределении температуры о нагрева пуансона от t = 320 С в вершине пуансона до t = 430 С на больо шом основании, при скорости дефор- чО мации 2 «10 — 8 10 2 с -". В результате получения требуемой упрочненной и профилированной заготовки и ее раздаче по указанным режимам были полуdSa Ss""Rç

= — — « — — — ° s in

ДЯ S«R

dS> йН3

I г, 1а.

«

Z г. dR.

Zq, P«R Z1

+ г2 R «sind Z 2

«

Ьз гз

Z2e

8з

R аО Z = 3.1п —з

R з

Z g = 3«1n —.;

Вз

4 — напряжение текучести материала;

Нм — меридиональный радиус обо.лочки.

2. Способ по п. 1, о т л и ч а— ю шийся тем, что дополнительное упрочнение. совмещают с профилирова50 нием стенки трубной заготовки.

3. Способ по п. 2, о т л и ч а— ю шийся тем, что дополнительное упрочнение и профилирование трубной заготовки производят путем ее

55 ротационнои вытяжки с утонением стенки на оправке.

Н

R—

Z

1 г2 «г (1+--) + 1— 18 з яс г 2 где

З текущее значение толщины стенки заготовки; текущая длина заготовки; текущий радиус получаемой детали; радиус исходной трубчатой заготовки, К .= const, толщина стенки получаемой детали, S = const угол между касательной к оболочке и ее осью симметрии; коэффициент трения между заготовкой и пуансоном;

S R

-2 ln — — In — ; з

R S

2 «In — + In — .i

R> 8з чены равнотолщинные конические де-тали с перепадом диаметров 76:28 (коэффициент раздачи 0,37). Процесс ограничивался разрушением заготовки на кромке. Коэффициент использования материала 0,95.

Формула изобретения

1. Способ изготовления тонкостенных оболочек, заключающийся в профилировании и упрочнении трубной заготовки вдоль образующей по толщине, обеспечивая максимальную толщину заготовки на ее кромке и последующей раздаче с нагревом заготовки на жесткой оправке, о т л и ч а— ю шийся тем, что, с целью повышения качества получаемых деталей и коэффициента использования металла, а также расширения номенклатуры получаемых деталей, профилированную заготовку дополнительно неравномерно упрочняют по длине холодным пластическим деформированием, увеличивая предел текучести материала в направлении деформирования, а толщину стенки заготовки при профилировании формируют в направлении профилирования в соответствии с зависимостью

1465152 ф,ЮЯ7

Составитель В, Бещеков

Техред Л.Олийнык

Корректор Л, Патай

Редактор Н. Горват

Заказ 863!13 Тираж 694 Подписное

ВЯИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина,101