Способ изготовления крутоизогнутых угольников из трубчатых заготовок

 

Сущность изобретения: трубчатую заготовку устанавливают в штамп и заполняют ее наполнителем. Затем герметизируют полость заготовки, одновременно осуществляют торцовую осадку, с воздействием внутреннего давления наполнителя и одностороннего поперечного усилия, воздействующего на центральную часть заготовки с образование колена. Полученный полуфабрикат извлекают из штампа и разрезают на четыре части: трубчатую заготовку выбирают с наружным диаметром, равным минимальному диаметру цилиндрических участков полуфабриката. Суммарную удельную величину торцовой осадки и поперечного усилия определяют по расчетной зависимости. 5 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4891892/27 (22) 22.10,90 (461 30.10.92. Бюл, ЬЬ 40 (71) Рыбинское моторостроительное производственное обьединение (72) А.С.Матвеев (56) Авторское свидетельство СССР

М 1362525, кл. В 21 С 37/29, 1986. (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КРУТОИЗОГНУТЫХ УГОЛЬНИКОВ ИЗ ТРУБЧАТЫХ ЗАГОТОВОК (57) Сущность изобретения: трубчатую заготовку устанавливают в штамп и заполняют ее наполнителем. Затем герметиэируют поИзобретение относится к обработке металлов давлением. а именно к способам изго. товления разнопроходных крутоиэогнутых иэделий. имеющих вогнутую поверхность с радиусом менее 0,5 наружного диаметра заготовки и может найти применение в машиностроении.

Известен способ изготовления крутоизогнутых изделий из трубных заготовок включающий в себя установку заготовки в штамп, имеющий разъемные неподвижную и подвижную матрицы, заполнение полости заготовки наполнителем герметизацию полости заготовки осевыми пуансонами, создание в полости заготовки давления наполнителя с последующим сдвигом ее срединной части или концевых участков в направлении, перпендикулярном первоначальной оси заготовки при обеспечении ско,!3Ц,, 1771844 A l (5П5 В 21 С 37/29, В 21 0 26/02

2 лость заготовки, одновременно осуществляют торцовую осадку, с воздействием внутреннего давления наполнителя и од-ностороннего поперечного усилия, воздействующего на центральную часть заготовки с образование колена. Полученный полуфабрикат извлекают из штампа и разрезают на четыре части: трубчатую заготовку выбирают с наружным диаметром, равным минимальному диаметру цилиндрических участков полуфабриката. Суммарную удельную величину торцовой осадки и поперечного усилия определяют по расчетной зависимости. 5 ил. рости сдвига в пределах 1 ... 0,85 скорости осадки торцов заготовки.

Известен способ изготовления полых пространственных фитингов из трубной заготовки в штампе, включающий установку заготовки в штамп, заполнение наполнителем и герметизацию ее полости с последующим одновременным воздействием внутреннего давления наполнителя, торце. вой осадки и одностороннего поперечного усилия, воздействующего на центральную часть заготовки с образованием колена, а также извлечение полуфабриката из штампа и последующую его разрезку на четыре части, являЮщиеся угольниками. Известный способ ограничен получением равнопроходных угольников.

Целью изобретения является расширение технологических воэможностей на об1771844 лас ь изготовления разнопроходных угольников и снижение энергозатрат, Э О достигается тем, что для изготовления рлзнопроходных угольников в качестве

3d<01ooKl1 используют трубу с наружным диа- 5 метром равным минимальному диаметру цилиндрических участков полуфабриката, при этом относительную, суммарную удельную величину торцевого и поперечного усилия определяют иэ следующего соотношения: 10

15 — — - (2L) — KR ) +

m ».з.

2 2 н.з. ».з. в.з.

К E3 cos (arctg К ) 20 где Р+Р < — суммарная удельная величина горцевого и поперечного усилия по отношению к одному из очагов деформации штампуемого изделия; 25

R». RB.è. — соответственно наружный и внутренний радиусы вертикальных цилиндрических участков. полуфабриката;

R, .з, R>.3. — соответственно наружный и внутренний радиусы трубной заготовки; 30 из — напряжение течения материала заготовки;

m — коэффициент трения;

Š— эксцентриситет полуфабриката;

L; — длина цилиндрического участка пол- 35 уфабриката От его торца по соответствующей Оси вертикальных цилиндрических участков;

К вЂ” коэффициент переходности угольника; 40

q — давление наполнителя в полости заготовки.

На фиг. 1 — возможные конструктивные варианты штампуемых разнопроходных

Ц -образных крутоизогнутых полуфабрика- 45 тов, используемых для изготовления угольников: а. б — полуфабрикаты, в — угольник; на фиг, 2 — трубчатая заготовка перед деформированием; на.фиг. 3 — то же, после деформирования, на фиг. 4 — условные обоз- 50 начения (а) и схема разделения Ц=образного полуфабриката на угольники (б); на фиг. 5— влияние коэффициента переходности (К), изготавливаемых крутоиэогнутых 1Г-образных полуфабрикатов на силовые параметры 55

Рг + Pz

-- — — — -- — штамповки трубчатой заготовки. гуз

Перед п р Ое к г и ро ва н ием тех нол О гических процессов, штдмповочнОЙ Оснастки и оборудования разработчик должен выбрать вариант конструкции lf -образного полуфабриката: или вариант, имеющий диаметр D> меньше диаметра 02 (фиг. 1а), или вариант имеющий диаметр 01 больше диаметра Dz (фиг, 1б). При этом очевидно, что с геометрической точки зрения оба варианта полуфабрикатов обеспечивают получение требуемого по геометрическим характеристикам разнопроходного Г-образного угольника (фиг. 1в),однако с точки зрения энергетических затрат на гидроштамповку трубной заготовки их применение не равнозначно.

Указанные варианты (Г-образных полуфабрикатов (фиг. 1а, б) могут быть классифицированы по технологическому признаку их изготовления. В варианте, показанном на фиг, 1а, вертикальные межколенные участки 1J -образного изделия (имеющие. диаметр 02) получают раздачей трубчатой заготовки давлением наполнителя, а в варианте показанном на фиг. 1в — редуцированием (т.е. переформовкой большего диаметра заготовки D1 на меньшей 02) трубчатой заготовки жесткими элементами штампа. При этом видно, что для получения одного и того же угольника (фиг, 1в) в первом случае необходимо применить трубчатую заготовку, имеющую наружный диаметр равный наименьшему диаметру цилиндрической части изготавливаемого угольника, а во втором случае (фиг. 1б) — трубчатую заготовку, наружный диаметр которой был бы равен наибольшему диаметру цилиндрической части изготавливаемого угольника. При этом из-за различных схем штамповки заготовок при формообразовании вертикальных межколенных зон U -образных, полуфабрикатов (или раздача или редуцирование), а следовательно и вида напряженно-деформированного состояния материала заготовки при ее формоиэменении в U образный полуфабрикат, энергосиловые параметры, необходимые для осуществления процессов, будут иметь существенные различия.

Однако однозначного ответа на вопрос, какой вариант lJ=oáðàçíoão полуфабриката принять эа основу для последующего получения разнопроходных угольников, обеспечивающего наименьшие энергосиловые затраты на реализацию процесса, известные способы изготовления крутоизогнутых изделий ответа не дают. При этом ошибочно выбранный вариант подлежащего изготовлению полуфабриката приводит в итога к завышенным энергетическим требованиям к устройствам для реализации процесса изготовления 1.Г -образных полуфабрикатов.

1771844

По изобретению для штамповки разно п роходных крутоиэогнутых образных полуфабрикатов, используемых для последующего изготовления угольников, применяют трубчатую заготовку,наружный диаметр которой равен наименьшему иэ диаметров межколенных цилиндрических участков изготавливаемого полуфабриката.

Способ осуществляется следующим образом. Трубчатую заготовку 1 (фиг, 2) устанавливают в ручей штампа, состоящего из нижней 2 и верхней 3 неподвижных полуматриц, имеющих плоскость разъема, проходящую через ось заготовки перпендикулярно плоскости чертежа. Б центральное отверстие полуматрицы 3 сверху вводят верхнюю подвижную полуматрицу 4 до соприкосновения с поверхностью заготовки. Снизу с заготовкой 1 контактирует нижняя подвижная полуматрица 5. В сомкнутом состоянии полуматрицы 4 и 5 образуют подвижную матрицу, охватывающую срединную часть трубчатой заготовки. На боковых гранях полуматрицы 4 и стенках полуматрицы 2, контактирующих с полуматрицей 5, выполнены каналы, например полукруглой формы, радиус которых больше радиуса трубчатой заготовки и равен наибольшему диаметру вертикальных цилиндрических участков изготавливаемого изделия. Установив трубчатую заготовку в ручье штампа, ее полость заполняют пластичным или жидкостным наполнителем, например машинным маслом.

Затем сообща1от встречное перемещение осевым пуансона л 6 и 7, обеспечивая их силовой контакт с торцами трубной заготовки.

Через осевые каналы, выполненные в пуансонах 6 и 7, в полость заготовки добавляют наполнитель, создавая гидростатическое давление от источника высокого давления — мультипликатора (на чертеже не показаны). Затем сообщают встречное синхронное перемещение осевым пуансонам 6 и 7, обеспечивая наложение на заготовку усилий 0 (фиг, 3), а полуматрицы 4 и 5, в сомкнутом усилием Fположении,,перемещают вниз, с усилием P. Под действием осевого усилия О, давления наполнителя q в ее полости и поперечного усилия подвижной матрицы Р, прикладываемого к срединной части заготовки. осуществляют штамповку заготовки в разнопроходное крутоиэогнутое изделие 8.

В конце описанного цикла штамповки

Ц -образного иэделия сбрасывают высокое давление наполнителя в полости сдеформированной заготовки,,отводят в исходное положение осевые пуансоны б и 7, перемещают вверх полуматрицы 3, 4 и,возвращая в верхнее исходное положение полуматрицу 5,извлекают отштамоованный полуфабрикат 0. Полученный полуфабрикат подвергают разрезке (фиг. 4б), получая че5 тыре разнопроходных угольника 9.

В процессе штамповки разнопроходных изделий суммарные относительные давления, развиваемые подвижной матрицей и осевым пуансоном по отношению к

10 одному иэ очагов пластической деформации. определяют по выражению

20+

К 3 cos (arctg К ) где (Р +Р ) — суммарная удельная величина торцевого и поперечного усилия;

25 нн.и., нв.и. — наружный и внутренний радиусы вертикальных (межколенных) участков б -образного полуфабриката соответственно;

Вн.з., Яв.з — наружный и внутренний ра30 диусы заготовки соответственно;

m — коэффициент трения;

Š— эксцентриситет изделия;

q — давление наполнителя в полости штампуемой заготовки;

35 о — напряжение течения материала заготовки;

Lt — протяженность предочаговой зоны полуфабриката (см, фиг. 4а) на завершающем этапе формоизменения заготовки;

40 К вЂ” коэффициент переходности изделия.

Данное выражение получено энергетическим методом (методом баланса мощностей внешних и внутренних сил) в

45 результате анализа схемы процесса изготовления раэнопроходных ЧГ -образных полуфабрикатов, имеющих "нулевые" радиусы вогнутых и выпуклых поверхностей колен полуфабрикатов.

50 Коэффициент переходности изделия К, входящий в выражение (1), определяется следующим соотношением:

2 н.и. в.и. z

R.,— R,, V

Р2 R2 Ч где V;, V — скорости перемещения осевых пуансонов и подвижной матрицы соответственноо.

1771844

25

40

55 щая изменение суммарных удельных нагру- о т зок. развиваемых осевым пуансоном и ра

При этом равнопроходные иэделия, имеющие одинаковые диаметры предочаговой 10(фиг. 4а) и послеочаговой 11 эон будут характеризоваться коэффициентом переходности К-1. Иэделия, имеющие предоча- 5 говую зону 10 большего диаметра, чем у послеочаговой зоны 11, будут иметь коэффициент переходности К<1 и иэделия, имеющие переход предочаговой зоны 10 в послеочаговую соответственно с меньшего 10 диаметра на больший -К>1.

Таким образом выражение (1) является общим для всего многообразия геометрических параметров изготавливаемых крутоизогнутых изделий, имеющих кольцевые 15 поперечные сечения прямолинейных участков lJ -образных полуфабрикатов.

Выражение (1) позволяет определить в конечном итоге, лишь суммарные нагрузки, которые необходимо совместно развить осевому пуансону и подвижной матрице для формоизменения заготовки.

Однако знание суммарных нагрузок оказывается весьма полезным как при раэработке устройств для осуществления способа, так и при его реализации на практике.

При разработке устройства для штамповки заготовки с наложением на заготовку(кроме давления наполнителя) усилий со стороны осевых пуансонов и подвижной матрицы, 30 зная суммарную нагрузку (например 50 тс), ее искусственно разделяют на составляю.щие: (например 35 тс — на осевые пуансоны и 15 тс — на подвижную матрицу). В общем случае этот баланс нагрузок можно варьировать сколь угодно много (например: 25 тсна осевые пуансоны и 25 тс — на подвижную матрицу или 40 тс — на осевые пуансоны и

10 тс — на подвижную матрицу и т.д.) достигая крайнего значения: оставляя ненагруженной подвижную матрицу и осуществляя штамповку заготовки только усилиями осевых пуансонов.

Таким образом у разработчика оборудования возникает достаточный диапазон сво- . 45 боды в компоновке установок при определении размеров силовых цилиндров, обеспечивающих усилия на осевых пуансонах и подвижной матрице. Этот же диапазон свободы в варьировании нагрузок на осевые пуансоны и подвижную матрицу остается и непосредственно при реализации процесса.

Анализ выражения(1) позволяет установить влияние коэффициента переходности К. изготовляемых изделий, на силовые параметры процессов их штамповки.

Ма фиг. 5 приведена кривая, показываюподвижной матрицей (для одного из очагов деформации изготавливаемого 3Г -образного. изделия) s зависимости от коэффициента переходности иэделия К. Фиг. 5 показывает, что энергетические затраты на формообразование крутоизогнутых иэделий уменьшаются с увеличением коэффициента переходности изделий, Способ изготовления крутоизогнутых угольников из трубчатых заготовок апробирован при изготовлении полых разнопроходных угольников гидросистем авиационного двигателя.

Деформированию подвергались трубные заготовки. имеющие наружный диаметр

Он 20мм и Он-18 им,толщинустенок $ 1 мм(материал: сталь 12X18HtOT). Штамповка заготовок осуществлялась по двум вариантам. Первый вариант: заготовка с наружным диаметром 20 MM деформировалась в 1.Г образный полуфабрикат, имеющий диаметр вертикальных цилиндрических участков 18 мм.

Второй вариант: заготовка с наружным диаметром 18 мм деформировалась в .Ц=образный полуфабрикат имеющий диаметр вертикальных цилиндрических участков 20 ееа В обоихааривнтахизготввливаемые 1Уабразные полуфабрикат имели вогнутую поверх- . ность колен,с радиусом равным 3 мм. Давление наполнителя (о) поддерживалось равным 190 МПа. При этом. с целью повыше-. .ния точности замеряемых силовых параметров, штамповка заготовок осуществлялась беэ наложения активных нагрузок на подвижную матрицу, то есть внешними нагрузками являлись давление наполнителя и усилие осевых пуансонов. При штамповке изделий регистрировалось усилие, развиваемое осевыми пуансонами. При этом, при штамповке заготовки по первому варианту, усилие, развиваемое осевым пуансоном. равнялось 320

Кн. при штамповке заготовки по второму варианту — 280 Кн. подтверждая тем самым достижение цели изобретения.

Формула изобретения

Способ изготовления крутоиэогнутых угольников иэ трубчатых заготовок в штампе, включающий установку последней в штамп, заполнение наполнителем и герметизацию ее полости с последующим одновременным воздействием внутреннего давления напалнителя, торцевой осадки и одностороннего поперечного усилия, воздействующего на центральную часть заготовки с образованием колена, а также извлеченйе полуфабриката из штампа и по-. следующую его раэрезку на четыре части, л и ч а ю шийся тем, что. с целью сширения технологических возможно1771844

10 стей путем изготовления разнопроходных угольников и снижения энергозатрат,.в качестве заготовки используют трубу с наружным диаметром, .равным минимальному диаметру цилиндрических участков пол- 5 уфабриката, при этом суммарную удельную величину торцевой осадки и поперечного усилия определяют из следующего соотноаения:

Pz + Pz м.и. (ITl Е Я

О R3 — R3 Я д

+ g * (2 Ц вЂ” К йн.з.) + 15

Йм,з. - Re.ý.

K З cos (arctg K) 20 где (Рт+Р z) — суммарная удельная величина торцевой осадки и поперечного усилия;

Йм;и.. Rs.м. — соответственно наружный и внутренний радиусы вертикальных цилиндрических участков колена полуфабриката; йм. ., Ri.a. — соответственно наружный и внутренний радиусы трубчатой заготовки;

m — коэффициент трения:

К- коэффициент переходности угольника;

El — эксцентриситет угольника;

4-длина цилиндрического участка полуфабрйМета от его торца до соответствующей оси симметрии вертикальных цилиндрических участков колена:

gg — напряжекие течения материала заготовки;

q — внутреннее давление наполнителя.

1 771844

1771844

e5ve. 9 гр

Корректор Л. Филь

Редактор

Заказ 3799 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета Ilo изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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

fthm

Составитель А. Матвеев

Техред М,Моргентал