Способ формообразования деталей штампосварных оболочек торосферической и эллиптической формы



Способ формообразования деталей штампосварных оболочек торосферической и эллиптической формы
Способ формообразования деталей штампосварных оболочек торосферической и эллиптической формы

 


Владельцы патента RU 2443488:

Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли РФ (МИНПРОМТОРГ РОССИИ) (RU)

Изобретение относится к формообразованию металлических деталей давлением. Способ осуществляют путем последовательных локальных нажатий за несколько переходов. На первом переходе получают сферическую поверхность с радиусом кривизны, равным наибольшему из заданных радиусов по всей поверхности листовой заготовки. Используют при этом кольцевую матрицу и сферический пуансон. На втором переходе осуществляют вытяжку части листовой заготовки, имеющую меньшие радиусы кривизны, с использованием кольцевой матрицы и сферического пуансона. Радиус рабочей поверхности упомянутого пуансона пропорционален радиусу вытяжки с учетом пружинения материала заготовки и ее толщины и зависит от гауссовой кривизны заданной поверхности детали: , при этом , где RB - радиус вытяжки, м; R1 - заданный поперечный радиус срединной поверхности листовой детали, м; R2 - заданный продольный радиус срединной поверхности листовой детали, м; К - двоякая гауссова кривизна срединной поверхности листовой детали, 1/м2. На третьем переходе используют сферический пуансон с радиусом рабочей поверхности, пропорциональным заданному поперечному радиусу R1 с учетом пружинения и толщины листовой заготовки, и призматическую матрицу. В результате обеспечивается снижение уровня остаточных напряжений и утонений. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к формообразованию металлических деталей давлением, в частности к изготовлению торосферических и эллиптических элементов штампосварных оболочек с двоякой кривизной поверхности.

Известны способы формообразования деталей двоякой кривизны, основанные на применении методов горячей штамповки и холодной гибки методом последовательных локальных нажатий (ПЛН) с использованием универсальных или специальных штампов (Мошнин Е.Н. Гибка, обтяжка и правка на прессах, М., МашГиз, 1959; Куклин О.С., Брук М.Б. Технология и оборудование для формообразования толстостенных оболочек и их элементов, Л., ЦНИИ "Румб", 1986).

Известен способ формообразования изделий двоякой кривизны из металлического листа по а.с. 1616746, включающий формообразование за два перехода, на первом из которых придают кривизну в одном направлении, а на втором - окончательную форму, причем формообразование на первом переходе осуществляют в направлении наибольшей кривизны изделия, обеспечивая кривизну, равную разности между наибольшей и наименьшей кривизной изделия, а на втором переходе получают окончательную форму. Формообразование производят сферическим инструментом, имеющим кривизну, соответствующую наименьшей кривизне изделия. Однако для использования вышеназванного способа формообразования необходимо иметь много крупногабаритной штамповой оснастки, а в отдельных случаях применять операцию горячей гибки.

Наиболее близким к заявленному техническому решению по технической сущности и достигаемому результату является способ формообразования деталей двоякой кривизны у элементов торосферической оболочки по патенту РФ №2194587, включающий формообразование заготовки последовательными нажатиями за два перехода, при этом на первом переходе на листовой заготовке получают сферическую поверхность и торовую часть поверхности с заданным радиусом кривизны в широтном направлении, а на втором - торовую часть поверхности с заданным радиусом кривизны в меридиональном направлении, при этом на обоих переходах формообразование начинают от широкой торцевой кромки заготовки.

Однако, как показал производственный опыт, в результате использования этого способа формообразования, деталь, приобретая заданную форму, имеет высокий уровень остаточных напряжений и утонений, что требует последующей термообработки после гибки или штамповки в горячем состоянии, которые по трудоемкости процесса и точности деталей дают худшие в 3-4 раза результаты, чем при холодной гибке.

Задачей настоящего изобретения является разработка способа формообразования деталей двоякой кривизны, позволяющего получать детали высокого качества при одновременном снижении трудоемкости и энергоемкости, а также снижения металлоемкости оснастки.

Использование изобретения обеспечит получение технического результата, заключающегося в большей равномерности деформирования листовой заготовки при гибке и, соответственно, к снижению уровня остаточных напряжений и утонений.

Поставленная задача может быть решена, когда в соответствии с предлагаемым способом формообразования деталей штампосварных оболочек торосферической и эллиптической формы листовую деталь формуют методом последовательных нажатий за несколько переходов. Однако в отличие от прототипа на первом переходе получают сферическую поверхность с радиусом кривизны, равным наибольшему из заданных радиусов по всей поверхности заготовки, для чего используют пуансон с рабочей поверхностью сферической формы (далее - сферический пуансон) и матрицу в виде кольца с рабочей поверхностью сферической или конической формы (далее - кольцевую матрицу). На втором переходе осуществляют вытяжку той части листовой детали, которая имеет меньшие радиусы кривизны, при этом используют кольцевую матрицу и сферический пуансон, радиус рабочей поверхности которого пропорционален радиусу вытяжки с учетом пружинения материала и толщины заготовки и зависит от гауссовой кривизны заданной поверхности детали:

где Rв - радиус вытяжки, м;

R1 - заданный радиус срединной поверхности листовой детали в меридиональном направлении, т.е. в направлении образующей (далее - поперечный радиус), м;

R2 - заданный радиус срединной поверхности листовой детали в окружном направлении (далее - продольный радиус), м;

К - гауссова кривизна срединной поверхности листовой детали, 1/м2.

На третьем переходе для подгибки недогнутой части листовой детали в меридиональном направлении используют сферический пуансон с радиусом рабочей поверхности, пропорциональным заданному поперечному радиусу R1 с учетом пружинения, и матрицу в виде призмы с цилиндрической выемкой (далее - призматическую матрицу).

В частном случае предлагаемого способа для окончательной доводки деталей на четвертом переходе используют штамп, включающий пуансон и матрицу, рабочая поверхность которых соответствует внутренней и наружной поверхности детали с учетом пружинения листовой заготовки в окружном направлении, а также ее толщины. Однако, как показали опытные работы, для деталей, толщина стенки которых более 40 мм, при соблюдении технологии на первых трех переходах четвертый переход может не потребоваться.

Таким образом, в предлагаемом способе поверхность листовой детали получает заданную двоякую (гауссову) кривизну* после второго перехода и не требует дальнейшей вытяжки. На третьем переходе доводят до заданного радиуса лишь торовую часть листовой детали в меридиональном направлении, т.е. осуществляют гибку по кривизне одного направления, не изменяя двоякой (гауссовой) кривизны поверхности листовой детали. Поэтому кривизна поверхности листовой детали в окружном направлении приобретает требуемое значение одновременно с получением заданной кривизны в меридиональном направлении, что значительно снижает трудоемкость процесса при улучшении качества готового изделия, а осуществление формообразования за несколько переходов дает возможность уменьшить возникающие деформации и утонение листовой заготовки в процессе ее формообразования.

* Кривизна - величина, обратная радиусу кривизны.

Весь процесс гибки на наиболее трудоемких первом и втором этапах формообразования может быть реализован на одном универсальном штампе для формообразования сферических деталей, включающего сферический пуансон со сменными насадками и кольцевую матрицу. Это позволяет решить задачу снижения трудоемкости процесса формообразования и металлоемкости гибочной (штамповой) оснастки.

Сущность изобретения поясняется схемой, показанной на фиг.1 и 2.

На фиг.1 показана схема формообразования торосферической детали на втором переходе, т.е. при вытяжке торовой части листовой заготовки. Листовая заготовка (лепесток) торосферической формы 1 имеет заданные радиусы: одинаковые радиусы Rmax в широтном (окружном) и меридиональном направлении в сферической части листовой детали и радиус Rmin - в меридиональном направлении в торовой части листовой детали. Значения радиуса в широтном направлении в сферической и торовой части отличаются незначительно.

Формообразование листовой детали 1 (фиг.1) на первом и втором переходе осуществляется в универсальном штампе, включающем пуансон 2 (фиг.1) со сферической поверхностью и кольцевую матрицу 3 (на фиг.1 матрица имеет рабочую поверхность сферической формы). Радиусы закруглений рабочих поверхностей пуансона Rп и матрицы Rм меньше, чем у заданного радиуса сферы заготовки Rmax на первом переходе и радиуса вытяжки RB на втором переходе на величину, равную пружинению (упругому последействию) материала заготовки с учетом ее толщины.

На фиг.2 показана схема формообразования торосферической детали на третьем переходе, когда выполняют подгибку торовой части листовой детали в меридиональном направлении, т.е. только в одном направлении с использованием штампа, включающего сферический пуансон 2 (фиг.2) и призматическую матрицу 4. Подгибку листовой заготовки 1 осуществляют последовательными локальными нажатиями до достижения заданного радиуса Rmin в меридиональном направлении. При этом в окружном направлении листовая деталь разгибается и получает заданный радиус кривизны в окружном направлении одновременно с получением заданного радиуса кривизны в меридиональном направлении.

Следует отметить, что радиус кривизны рабочей поверхности сферического пуансона на втором переходе выбирается меньшим, чем на первом, а на третьем переходе меньшим, чем на втором, т.е. уменьшается по мере формообразования листовой детали.

В частном случае на последнем, как правило, четвертом переходе выполняется доводка формы листовой детали в объемном специально изготовленном для формообразования данной листовой детали штампе, состоящем из пуансона и матрицы, рабочая поверхность которых повторяет заданную форму листовой детали с учетом пружинения и толщины листовой заготовки для корректировки степени вытяжки и устранения перекоса листовой детали. Отметим, что этот этап не является обязательным, если гибка листов освоена на предприятии.

Опытная проверка предлагаемого способа формообразования проведена на штатных торосферических лепестках из стали АК35-9СВ толщиной 45-80 мм в ОАО ПО «Севмашпредприятие». Предлагаемый способ осуществлен на гидравлических прессах усилием 1500 тс и 2000 тс. Листовую деталь формовали в холодном состоянии, причем за три перехода. После второго перехода листовая заготовка получала требуемую вытяжку, соответствующую двоякой (гауссовой) кривизне поверхности, а после третьего перехода - окончательную форму. При этом на первом переходе получали сферическую поверхность, на втором - поверхность с заданной двоякой (гауссовой) кривизной, на третьем переходе - торовую часть поверхности с заданным радиусом кривизны в меридиональном и одновременно окружном направлении. При правильном выполнении операций на всех трех переходах форма листовой детали после третьего перехода соответствовала.

Формообразование на всех переходах осуществлялось последовательными локальными нажатиями. Все переходы выполнялись в холодном состоянии металла и, как правило, без термообработки.

По сравнению с другим возможным способом изготовления подобных деталей - горячей штамповкой, предложенный способ позволяет снизить в 3-4 раза трудоемкость и цикл изготовления деталей, обеспечить безвредные и менее опасные условия работы гибщиков, исключить или существенно снизить потери металла вследствие угара. Замеренные значения деформаций в 2-2,5 раза ниже, чем при горячем формообразовании, что позволяет увеличить габаритные размеры формуемых деталей и выполнять формообразование в холодном состоянии без последующей термообработки или с минимальным объемом термообработки в виде высокого отпуска.

1. Способ формообразования деталей штампосварных оболочек торосферической или эллиптической формы путем последовательных локальных нажатий за несколько переходов, отличающийся тем, что на первом переходе получают сферическую поверхность с радиусом кривизны, равным наибольшему из заданных радиусов по всей поверхности листовой заготовки, с использованием кольцевой матрицы и сферического пуансона, на втором переходе осуществляют вытяжку части листовой заготовки, имеющую меньшие радиусы кривизны, с использованием кольцевой матрицы и сферического пуансона, радиус рабочей поверхности которого пропорционален радиусу вытяжки с учетом пружинения материала заготовки и ее толщины и зависит от гауссовой кривизны заданной поверхности детали:
, при этом ,
где RB - радиус вытяжки, м;
R1 - заданный поперечный радиус срединной поверхности листовой детали, м;
R2 - заданный продольный радиус срединной поверхности листовой детали, м;
K - двоякая гауссова кривизна срединной поверхности листовой детали, 1/м2, на третьем переходе для подгибки недогнутой части листовой детали используют сферический пуансон с радиусом рабочей поверхности, пропорциональным заданному поперечному радиусу R1 с учетом пружинения и толщины листовой заготовки, и призматическую матрицу.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для окончательной доводки листовых деталей на четвертом переходе используют штамп, включающий пуансон и матрицу, рабочая поверхность которых соответствует внутренней и наружной поверхности детали с учетом пружинения листовой детали в окружном направлении.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано в различных отраслях машиностроения и строительства при производстве сложнопрофильных деталей, в частности гофрированных панелей, обшивок и переборок.

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано при изготовлении оболочек двоякой кривизны. .

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при изготовлении листовых конструкций двоякой кривизны. .

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, в частности при сгибании труб. .

Изобретение относится к формообразованию ребристых панелей и деталей из прессованных профилей для получения деталей двойной и знакопеременной кривизны. .

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, в частности к изготовлению деталей одинарной и двойной кривизны типа окантовки пассажирских, грузовых и сервисных дверей самолета.

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, в частности к изготовлению конструкций обтяжных пуансонов для формообразования длинномерных самолетных обшивок одинарной и двойной кривизны методом продольной обтяжки.

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к технологии формообразования металлических сферотороидальных или эллиптических оболочек двоякой кривизны или их элементов из листовых заготовок.

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к сгибанию листовых материалов, имеющих способствующие изгибанию структуры. .

Изобретение относится к обработке металлов давлением, а именно к способам гибки и доводки гнутых листовых деталей, и может быть использовано в различных отраслях машиностроения и строительства при производстве коробчатых и трубчатых деталей.

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано при изготовлении металлических конструкций типа модуль-панель, состоящих из листов и ребер или профилей, а также прессованных или сварных панелей

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может применяться при формообразовании листовых материалов, в том числе обшивок

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано в самолетостроении при изготовлении крупногабаритных листовых и объемных деталей

Изобретение относится к обработке листовых металлов гибкой-прокаткой в роликах и может быть использовано для изготовления авиационных деталей из гнутых профилей. Листовая заготовка проходит через клети гибочно-прокатного станка с осадкой предварительно согнутых стенок и/или полок профиля в последней формообразующей клети и созданием в ней пластического шарнира. Осуществляют приложение к профилю на входе и на выходе в последней формообразующей клети изгибающих усилий и придают профилю заданную продольную кривизну. При этом дополнительные направляющие усилия на полки и стенки профиля на выходе из последней формообразующей клети обеспечивают сохранение формы поперечного сечения профиля. Изменяют место приложения изгибающих усилий на выходе из последней формообразующей клети для изменения радиуса продольной кривизны профиля. При этом в последней формообразующей клети гибочный модуль и гибочно-прокатная клеть, из которой профиль перемещается в последнюю формообразующую клеть, расположены со смещением от последней по направлению продольной гибки. Направляющие элементы гибочного модуля взаимодействуют с поверхностями стенок профиля, располагающихся в плоскости продольного изгиба. Повышается производительность и качество гнутых профилей. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.

Изобретение относится к обработке металла давлением, в частности к изготовлению оболочек с двоякой кривизной поверхности выпуклой формы, основанной на применении методов последовательного или ротационно-локального деформирования. Формообразование последовательным или ротационно-локальным деформированием листовых деталей двоякой кривизны типа сферических, торосферических и парусовидных оболочек осуществляют вдоль кромок заготовки по направлению к ее центру тяжести по спиралевидным траекториям. В результате использования предлагаемого способа снижается трудоемкость процесса формообразования и уменьшаются величины неизбежного деформационного утонения и наклепа, что улучшает качество и работоспособность получаемых конструкций. 4 ил.

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, в частности к изготовлению деталей оболочек двойной кривизны двояковыпуклой формы для летательного аппарата на существующих обтяжных прессах с программным управлением. Способ включает применение двух этапов формообразования обтяжкой: предварительную обтяжку прямолинейной листовой заготовки после ее обвертки до полного угла охвата обтяжного пуансона, равного 90°, и последующую обтяжку детали оболочки в ее новом положении с угла разгибания за счет растяжения боковых свободных от зажимов участков отформованной заготовки. Между этими этапами формообразования выполняют разгрузку и разгибание с разверткой поверхности оболочки на определенный угол, приводящий к получению изометрической формы ее поверхности по отношении к форме поверхности обтяжного пуансона. После второго этапа формообразования выполняют обратную обвертку детали оболочки на полный угол охвата обтяжного пуансона, равный 90°, до прилегания ее к поверхности обтяжного пуансона за счет придания изначальной изометрической формы, соответствующей поверхности обтяжного пуансона. Уменьшается неравномерность деформации растяжения как в продольном, так и в поперечном направлении листовой заготовки. 14 ил.

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, а именно к средствам выполнения формообразующих поверхностей двойной кривизны литейной, модельной или штамповой оснастки. При установке стержней в заданные положения их перемещают как минимум в двух направлениях, для чего применяют как минимум одно направляющее стержни устройство, связанное с системой координатных перемещений и соответствующий данному направляющему устройству дозирующий механизм. Расширяются технологические возможности. 2 н.п. ф-лы, 6 ил.
Наверх