Валковая листогибочная машина

 

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к оборудованию для гибки листового и профильного металла, и позволяет расширить технологические возможности валковой машины. Машина содержит приводной формующий валок 1 с эластичным покрытием и гибочную оправку, состоящую из катков 5, установленных в гнездах центральной опоры 3, и симметрично расположенных относительно нее подвижных опор 4, снабженных приводом вертикального перемещения. Центральная опора 3 смонтирована на подвижной траверсе 2. Изобретение позволяет производить гибку по сопряженной схеме деталей как постоянной, так и переменной кривизны, в широком диапазоне ее изменения без смены оправки. 3 ил.

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к оборудованию для гибки листового и профильного металла.

Известно ротационное пластическое формообразование эластичной средой деталей из листового и профильного металла с применением жесткого валка и валка с эластичным покрытием (книга Закирова И.М., Лысова М.И. Гибка на валах с эластичным покрытием. - М.: Машиностроение, 1985. - 144 с.), где дано определение схем гибки.

В зависимости от глубины внедрения контакт заготовки с жестким валком может быть линейным (по образующей) и сопряженным (по поверхности жесткого валка).

При линейном контакте формообразование осуществляется по так называемой свободной схеме, позволяющей получит детали постоянной кривизны при Н_о = const и переменной кривизны, когда глубина внедрения изменяется (Н_о = var).

При увеличении глубины внедрения до определенного значения кривизна заготовки становится равной кривизне жесткого валка и дальнейшее увеличение глубины не приводит к нарастанию кривизны, а способствует расширению угла (дуги) контакта заготовки с жестким валком. Такую схему гибки принято называть сопряженной. Для сопряженной схемы гибки определяемыми параметрами являются радиус жесткого валка (валка - оправки), который с учетом пружинения должен обеспечить заданный (остаточный) радиус детали, и глубина внедрения, обеспечивающая гарантированное сопряжение заготовки с жестким валком.

Данные исследований показывают, что при гибке по свободной схеме на остаточный радиус детали оказывают влияние нестабильность глубины внедрения, разброс характеристик эластичного покрытия, механических характеристик заготовки и ее толщины, что в целом приводит к нестабильности остаточной кривизны детали.

Сопряженная гибка характеризуется более высокой точностью. Это обусловлено тем, что заданием глубины внедрения с некоторым запасом гарантируется сопряжение изгибаемой заготовки с жестким валком. Таким образом влияние на конечный радиус детали перечисленных выше факторов исключается.

Исследования показывают, что, например, для гибки цилиндрических обечаек из титановых сплавов с толщиной стенки до 1,5 мм и диаметрами 100-300 мм с приемлемой (заданной) точностью листогибочная машина должна быть оснащена 80 оправками с шагом 1 мм диаметрами 40-120 мм. Из этого следует, что предпочтительной является сопряженная схема гибки, обеспечивающая необходимую точность изготовления цилиндрических обечаек в производственных условиях. Недостатком сопряженной схемы, особенно в условиях многономенклатурного многосерийного производства, является необходимость иметь относительно широкий диапазон (номенклатуру) валков - оправок.

Известна двухвалковая листогибочная машина, принятая за прототип, содержащая приводной формующий валок с эластичным покрытием, сменную оправку в виде валка и опорный элемент, устанавливаемый на траверсе, имеющей возможность возвратно-поступательного перемещения относительно формующего валка в направлении, перпендикулярном его оси.

Гибка в данной машине осуществляется следующим образом.

Определяется потребный диаметр валка-оправки, обеспечивающего с учетом пружинения получение детали заданной кривизны. В соответствии с диапазоном, в который входит этот диаметр, на траверсу монтируется сменный опорный элемент соответствующего типоразмера, на который устанавливается валок-оправка. Затем осуществляется сближение валков и внедрение на расчетную глубину валка-оправки в эластичное покрытие формующего валка. В зону их контакта подается заготовка и включается привод вращения формующего валка, при этом заготовка изгибается относительно валка-оправки.

К недостаткам этой машины следует отнести следующее.

Во-первых, для производства широкой номенклатуры деталей требуется большое количество сменных валков-оправок (например, для изготовления трубных деталей из титановых сплавов в диапазоне диаметров 100-300 мм и толщиной стенки до 1,5 мм необходимо 80 оправок диаметром 40-120 мм). Во-вторых, необходимо определенное количество сменных опорных элементов. В-третьих, вследствие того, что установка относительно больших по диаметру валков-оправок, а также соответствующих их размерам сменных опорных элементов приводит к значительному конструктивному усложнению машины, на одной машине нецелесообразно изготавливать детали широкого при кривизне диапазона. В-четвертых, машина не предназначена для производства деталей переменной кривизны.

Целью изобретения является расширение технологических возможностей машины за счет универсализации оправки.

С этой целью в валковой листогибочной машине, содержащей формующий валок с эластичным покрытием, подвижную траверсу и гибочную оправку с рабочим и опорным элементами, последний из которых жестко закреплен на траверсе, оправка снабжена дополнительными подвижными опорными элементами, расположенными симметрично относительно имеющегося, с приводом их вертикального перемещения, а рабочий элемент оправки выполнен в виде катков, размещенных в гнездах, выполненных в опорных элементах.

В изобретении оправка универсальная, что позволяет, не производя смену оправки, осуществлять гибку деталей широкого диапазона по кривизне, а также изготовлять детали переменной кривизны по сопряженной схеме. Таким образом изобретение обеспечивает получение нового положительного эффекта, а именно, расширение технологических возможностей за счет универсализации оснастки и удовлетворяет критерию "существенные отличия".

Для пояснения сути изобретения на фиг.1 представлен вид спереди на формующий валок и гибочную оправку; на фиг.2 - разрез по А-А с фиг.1; на фиг.3 - расчетная схема для определения максимального расстояния между осями катков.

Валковая листогибочная машина содержит формующий валок 1 с эластичным покрытием, подвижную траверсу 2 с установленной на ней гибочной оправкой, состоящей из центральной опоры 3, неподвижно установленной на траверсе 2, симметрично расположенных относительно нее подвижных опор 4 и катков 5, причем подвижные опоры 4 снабжены приводом вертикального перемещения, состоящим из подвижных клиньев 6, перемещаемых ходовыми винтами 7, вращаемыми приводом вращения 8.

Для обеспечения заданной точности получения деталей максимальное расстояние между осями катков 5 должно быть таким, чтобы отклонение действительной формы детали от описанной около катков окружности было не больше величины δ, определяемой заданной точностью получения деталей.

На фиг. 3 представлена расчетная схема для определения максимального расстояния между осями катков для оправки, состоящей из трех катков (фиг. 2). В точке касания детали со средним катком введена заделка и рассматривается участок детали от Х = 0 до Х_р - координата выхода детали из контакта с эластичным покрытием формующего валка; ρ- радиус описанной окружности; Х_к - координата точки касания детали с крайним катком; q - распределенная нагрузка, действующая на деталь со стороны эластичного покрытия формующего валка; δ- отклонение действительной формы детали от описанной окружности.

Для определения величины δфункцию прогибов детали в зоне ее контакта с эластичным покрытием формующего валка - на участках O-X_к и X_к-X_р можно задать, например, полиномами третьей степени, соответственно Y = C _o' + C₁' X + C₂' X² + C₃ 'X³; (1) Y = C_o''+ C₁'' X + C₂'' X² + C₃'' X³, (2) коэффициенты которых определяются из условий, что значения функций их первых и вторых производных в точках Х = 0 и Х = Х_к равны значениям соответствующих параметров описанной около катков окружности. В точке Х = Х_к для получения детали заданной кривизны изгибающий момент от внешней нагрузки со стороны участка Х_к-X_р должен быть равен моменту внутренних сил, потребному для изгиба заготовки на радиус описанной окружностиρ . В соответствии с формулами (2, 8) момент внутренних сил определяется выражением M = E_nJ_уп+ K_n·J_пл, (3) где Е = Е/(1 -μ)² - приведенный модуль упругости материала детали, Е - модуль упругости материала детали; μ- коэффициент Пуассона ( μ= 0,5 - для пластического изгиба); К = (2/) ¹⁺ⁿ К - приведенная константа аппроксимирующей кривой упрочнения; К,n - константы аппроксимирующей кривой упрочнения; I_уп, I_пл - приведенные моменты инерции соответственно упруго и пластически деформированных зон сечения детали относительно нейтральной оси.

Величины I_уп и I_пл в зависимости от формы поперечного сечения определяются по известным зависимостям.

Момент изгиба от внешней нагрузки M_изг= q(X-X_k)d_x, (4) где q = Е_э˙ε- распределенная нагрузка, действующая со стороны эластичного покрытия на деталь;
ε = - относительная деформация эластичного покрытия;
y_э= - ордината поверхности эластичного покрытия в недеформированном состоянии;
Y_(x) - ордината детали;
Y_г - ордината поверхности гильзы формующего валка;
R_г - радиус гильзы формующего валка.

Коэффициенты полиномов (1) и (2) находят из граничных условий:
при Х = 0 yʺ_(o)= 2C = ;
при Х = Х_к -;
(5)
при Х = Х_р ; где r - заданный (остаточный) радиус кривизны детали;
α= arccos (X_к/ρ ).

Величина ρопределяется по известной формуле
= 1-J_уп/J+K_nJ/(EJ) (6) методом последовательных приближений.

Неизвестными при вычислении коэффициентов полиномов являются величины Н_о и Х_р. Определение этих величин проводят методом последовательных приближений, используя в качестве критериев
равенство моментов, вычисленных по формулам (3) и (4);
глубину внедрения при Х = Х_р равна нулю, т.е.:
Y_э = Y(Х_р)
Определив значения коэффициентов полиномов, находят максимальную величину δ, задавая значения Х в интервале ОХ_к
δ= Y(x) - Y(ρ) (8) где y(ρ) = R_э+ρ-H_o- - ордината описанной окружности.

Если величина δбольше допустимой величины, уменьшается значение Х_ки расчет повторяется.

Машина работает следующим образом.

Перед гибкой заготовки 9 подвижные опоры 4 выставляются таким образом, чтобы описанная около катков окружность имела радиус ρ, рассчитанный по формуле (6). Заготовку укладывают так, чтобы ее торец при последующем контакте был на линии касания с крайним катком 5.

Производят сближение формующего валка 1 с оправкой до достижения расчетной глубины внедрения Н_о, методика определения которой описана выше. Включают привод вращения формующего валка, в результате чего происходит гибка детали.

При гибке деталей переменной кривизны действия аналогичны, но с той разницей, что радиус ρопределяют как функцию по длине заготовки в направлении гибки. В процессе гибки подвижные опоры перемещают так, чтобы изгибаемому участку детали с заданным радиусом кривизны r соответствовало рассчитанное значение ρ.

Таким образом, изобретение позволяет производить гибку по сопряженной схеме деталей как с постоянной, так и с переменной кривизной в широком диапазоне ее изменения без смены оправки, что расширяет технологические возможности машины.

Формула изобретения

ВАЛКОВАЯ ЛИСТОГИБОЧНАЯ МАШИНА, содержащая формующий валок с эластичным покрытием, подвижную траверсу и гибочную оправку с рабочим и опорным элементами, последний из которых жестко закреплен на траверсе, отличающаяся тем, что оправка снабжена дополнительными подвижными опорными элементами, расположенными симметрично относительно имеющегося, с приводом их вертикального перемещения, а рабочий элемент оправки выполнен в виде катков, размещенных в гнездах, выполненных в опорных элементах.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3