Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
СПОСОБ ГЛУБОКОЙ ВЫТЯЖКИ ПОЛЫХ ЛИСТОВЫХ ДЕТАЛЕЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ СПОСОБА
СПОСОБ ГЛУБОКОЙ ВЫТЯЖКИ ПОЛЫХ ЛИСТОВЫХ ДЕТАЛЕЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ СПОСОБА

СПОСОБ ГЛУБОКОЙ ВЫТЯЖКИ ПОЛЫХ ЛИСТОВЫХ ДЕТАЛЕЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ СПОСОБА

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Сущность: способ глубокой вытяжки полых листовых деталей осуществляют воздействием пульсирующих усилий пуансона на заготовку. Фланец заготовки при этом вместе с рабочей средой подпорного элемента осаживают давлением прижима. Процесс ведут при регламентированных значениях рабочих усилий. Устройство для осуществления способа содержит соосно установленные прижим и пуансон с гидроприводом возвратно-поступательного перемещения, контейнер, матрицу, подпорный элемент и выталкиватель. Гидропривод выполнен пульсирующим, цилиндрическая поверхность рабочей части пуансона выполнена шероховатой, а выталкиватель в виде плавающего поршня размещен в вытяжном отверстии матрицы. 2 с.п. ф-лы, 7 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

   С помощью Яндекс:  

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2087230
Класс(ы) патента: B21D22/20
Номер заявки: 93057786/02
Дата подачи заявки: 27.12.1993
Дата публикации: 20.08.1997
Заявитель(и): Научно-исследовательский институт авиационной технологии и организации производства
Автор(ы): Сизов Е.С.
Патентообладатель(и): Научно-исследовательский институт авиационной технологии и организации производства
Описание изобретения: Изобретение относится к обработке металлов давлением, а именно к способам и устройствам для сверхглубокой вытяжки с торцовым подпором фланца заготовки.
Известен способ глубокой вытяжки, при котором на центральную часть заготовки воздействуют усилием пуансона, а фланец ее вместе с рабочей средой подпорного элемента осаживают давлением прижима, обеспечивая истечение металла в вытяжной зазор между матрицей и пуансоном на высоту вытягиваемой детали (авт.св СССР N315489, кл. B 21 D 22/00, 1971).
Недостаток этого способа заключается в том, что вытяжка длинномерных полых листовых деталей при их относительной глубине Н/Д>10 сопряжена с низкой стойкостью пуансонов, теряющих устойчивость при сжимающих усилиях. Кроме того, существенно возрастают габариты и металлоемкость устройств и оборудования для осуществления рассматриваемого способа, что приводит к возрастанию себестоимости изготавливаемой продукции.
Технический результат, достигаемый при использовании предложенного способа, заключается в обеспечении сверхглубокой вытяжки длинномерных полых листовых деталей и в снижении металлоемкости штамповой оснастки и оборудования, что обеспечивает снижение затрат на производство этих деталей по меньшей мере в два раза.
Отмеченный технический результат разработанного изобретения обеспечивается тем, что при разработанном способе глубокой вытяжки листовых деталей, при котором на центральную часть заготовки воздействуют усилием пуансона, а фланец ее вместе с рабочей средой подпорного элемента осаживают давлением, обеспечивая истечение металла в вытяжной зазор между матрицей и пуансоном на высоту вытягиваемой детали, согласно изобретению вытяжку осуществляют пульсирующим усилием, создаваемым пуансоном, при этом амплитуду пульсации перемещения последнего вдоль оси детали задают меньше высоты вытягиваемой детали, а каждый цикл его пульсации сопровождают силовым воздействием на фланец давлением осаживания qпр до 1,5-1,8 от σв предела прочности штампуемого материала и усилием на пуансоне Pш до 0,9 от разрушающего вытяжного усилия Рразр., обеспечивающим истечение штампуемого металла в вытяжной зазор на высоту участка детали, соответствующую единичному ходу пуансона с последующим осуществлением обратного хода пуансона при снижении давления осаживания qо.х. до 0,2-0,3 от σв штампуемого металла и возвращением пуансона в исходное положение, определяемое вхождением его в матрицу на глубину hн, равную сумме вытяжных ребер матрицы rм и пунсона rп, причем число циклов пульсации пуансона задают столько, сколько необходимо для получения требуемой высоты вытягиваемой детали.
Известно устройство для глубокой вытяжки полых листовых деталей, содержащее соосно установленные в его верхней части прижим и пуансон с гидроприводом возвратно-поступательного перемещения последнего, а также установленные в его нижней части контейнер, матрицу, подпорный элемент в виде эластичной среды и выталкиватель (Антонов Е.А. Полуавтоматическая установка глубокой вытяжки с радиальным подпором фланца гидростатическим давлением. Кузнечно-штамповочное производство, 1982, N3, с. 15, рис. 2).
Недостатком известного устройства является значительная его металлоемкость и увеличенные затраты при производстве изделий.
Технический результат, достигаемый изобретением в отношении устройства, состоит в снижении металлоемкости и затрат на производство полых листовых деталей. Это обеспечивается тем, что в устройстве для глубокой вытяжки полых листовых деталей, содержащем соосно установленные в его верхней части прижим и пуансон с гидроприводом возвратно-поступательного перемещения последних, а также установленные в его нижней части контейнер, матрицу, подпорный элемент в виде эластичной среды и выталкиватель, согласно изобретению гидропривод возвратно-поступательного перемещения пуансона выполнен пульсирующим с амплитудой пульсации, исключающей потерю устойчивости пуансона, причем цилиндрическая поверхность рабочей части последнего выполнена шероховатой, например, путем обработки наждачной бумагой перед его закалкой, а выталкиватель выполнен в виде плавающего поршня, размещенного в вытяжном отверстии матрицы.
На фиг.1 показаны типовые формы длинномерных полых листовых деталей, изготавливаемые при использовании разработанного способа и устройство для сверхглубокой вытяжки; на фиг. 2 5 этапы осуществления сверхглубокой вытяжки предложенным способом; на фиг.6 и 7 продольное сечение устройства в исходном и промежуточном положениях при вытяжки длинномерных деталей.
Известно, что глубокая вытяжка длинномерных полых деталей, типовые формы которых показаны на фиг.1, затруднительна из-за потери устойчивости пуансонов при Н/Дп>10. Для изготовления такого типа деталей предложено использовать вытяжкой пуансон с длиной рабочей части его, которая меньше глубины вытягиваемой детали, что позволяет не только исключить его потерю устойчивости, но и существенно снизить габариты и металлоемкость штамповой оснастки и оборудования. В этом случае способ сверхглубокой вытяжки по прототипу претерпевает существенные изменения. Основные приемы осуществления предложенного способа сверхглубокой вытяжки представлены на фиг.2-5, согласно которым плоская листовая заготовка 1 сначала формообразуется в полуфабрикаты 2, 3. а затем и в готовое длинномерное полое изделие.
Для этого заготовка 1 толщиной S0 и диаметром D0 вместе с эластичным кольцом 4 устанавливается на матрицу 5, охваченную контейнером 6 (см. фиг.2, слева). Затем опускают прижим 7, который нагружают предварительный усилием Qпр на заготовку 1 и эластичное кольцо 4, обеспечивающим создание предварительного давления осадки величину которого задают до 1,5oC1,8 от предела прочности σв штампуемого материала (см. фиг.2, справа). Однако это давление qпр недостаточно для формообразования заготовки. Для вытяжки заготовки 1 в зазор между матрицей 5 и пуансоном 8 необходимо последний нагрузить усилием штамповки Pш, составляющим 0,9 от разрушающего усилия Pразр, значение которого устанавливается из условия исключения среза заготовки на первом цикле вытяжки и определяется по формуле:
Pразр.= πDпSo·σср= πDпSo·0,8·σв (1)
а со стороны прижима 7 довести усилие до Qш.1 и, как следствие до давления qш.1 (см. фиг.3, слева), необходимого для вытяжки стенки полуфабриката 2 на глубину рабочей части пуансона 8.
При этом исходная толщина заготовки S0 осаждается до толщины Sт.1 (см. фиг.3, справа).
Глубину рабочей части пуансона hр.ч.п устанавливают либо из условия предотвращения потери устойчивости пуансона 8, либо из условия уменьшения габаритов и металлоемкости штамповой оснастки и оборудования (см. фиг.8).
Для осуществления второго цикла вытяжки необходимо сначала давление осадка на прижиме 7 снизить с qш.1 до давления обратного пуансона qо.х., составляющего 0,2-0,3 от предела прочности σв штампуемого материала ((qo.x.= (0,2÷ 0,3)σв))) чему соответствует усилие осадки Qо.х. на прижиме 7.
Благодаря этому контактные давления между полуфабрикатом 2 и пуансоном 8 в створе, образуемом вытяжной кромкой матрицы 5 и рабочей поверхностью прижима 7, снижаются практически до нуля, чем обеспечивается обратной код пуансона 8 при усилии Pо.х. , близком к нулю (см. фиг. 3, справа), причем пуансон 8 необходимо поднять так, чтобы его донная часть 9 была зафиксирована в начальном положении, определяемом вхождением его в матрицу 5 на глубину hп= rп+rм(фиг. 8), где rп и rм - соответственно радиусы вытяжной кромки пуансона и матрицы, ибо в противном случае при втором цикле вытяжки вытягиваемый материал потечет под донную часть 9 пуансона 8. После того, как пуансон 8 займет положение, показанное на фиг.3, справа, осуществляют второй цикл вытяжки, для чего сначала на прижиме 7 создают предварительное усилие осадки Qпр, обеспечивающее создание необходимых контактных давлений между полуфабрикатом 2 и пуансоном 8 и, как следствие, необходимых сил трения между последними (см. фиг. 4, слева). Затем нагружают пуансон 8 усилием Pш= 0,9Pразр. и после этого увеличением давления осаживания на прижиме до qш.2 (с усилием на прижиме Qш.2), потребного для обеспечения вытяжки полуфабриката 3 на глубину h2. При этом толщина фланцевой части полуфабриката 3 осаждается до Sт2.
Выполненные эксперименты по гидростатической вытяжке показывают, что предварительные контактные давления между заготовкой 1 и пуансоном 8 qпр.п в пределах 0,75 от предела прочности штампуемого материала σв(qпр.п= 0,75·σв) возникающие при давлениях осадки qпр.= (1,5÷ 1,8)·σв достаточны для создания со стороны пуансона Pш=0,9 Pразр., способствующих сверхглубокой вытяжке при меньших давлениях осадки со стороны прижима и повышению качества штампуемых деталей.
В этом случае усилие штамповки Pш со стороны пуансона устанавливается по формуле:
Pш= μπDпh·qпр.п= μ·π·Dп·h·0,15σв (2)
а совместное решение уравнений (1) и (2) относительно позволяет установить высоту створа между рабочей поверхностью прижима 7 и тороидальной поверхностью матрицы 5 согласно следующей зависимости:
πDпSo·0,8σв=μπDп·h·0,75 σв
откуда

Для гидростатической вытяжки значение коэффициента трения m составляет 0,3. Следовательно, высота створа должна быть h=rм+rп+S0=3,5S0, а так как обычно rп=rм, то значение последних должно быть

Для увеличения коэффициента трения μ целесообразно рабочую часть пуансона высотой hр.ч.п выполнять шероховатой, например, зашкуриванием.
Для того, чтобы приступить к третьему циклу вытяжки необходимо сначала усилие Qш.2 на прижиме 7 снизить до усилия обратного хода Qп.х. (см. фиг.5, слева), после чего поднять пуансон 8 до положения, показанного на фиг.5, справа.
Очевидно, что число последующих циклов вытяжки нужно производить столько раз, сколько необходимо для получения требуемой глубины H вытягиваемой детали напровал или с фланцем (согласно фиг.1).
Таким образом, сверхглубокую вытяжку осуществляют пульсирующим пуансоном, амплитуда пульсации которого меньше глубины детали при осуществлении отмеченных приемов силового воздействия на заготовку, а также соответствующих перемещений формообразующих элементов устройства (пуансона, прижима, эластичного кольца и выталкивателя).
Штамп для осуществления предложенного способа сверхглубокой вытяжки согласно фиг. 6 включает в себя верхнюю и нижнюю части, каждая из которых состоит из следующих основных деталей и узлов:
нижняя часть штамма, прикрепленная к столу пресса 1, имеет корпус 2, в ступенчатом отверстии которого размещены матрица 3 (с уплотнительным кольцом 4), выталкиватель 5 (с уплотнительным кольцом 6), контейнер 7 и резиновое кольцо 8, а также крепежное кольцо 9 с болтами 10; внизу размещен плавающий поршень 11 и крышка 12 (с уплотнительными кольцами 13) гидропривода выталкивателя 5 (условно не показан), жидкость под давлением от которого через резьбовое отверстие 14 и канал 15 подается под плавающий поршень 11;
верхняя часть штампа крепится к ползуну пресса 16 и содержит гидроцилиндр 17 с крышкой 18 (с уплотнительными кольцами 19 и 20), скрепленные болтами 21, причем внутри гидроцилиндра 17 размещен поршень 22 (с уплотнительными кольцами 23), а на штоке 24 поршня 22 закреплен пуансон 25 при помощи хвостовой части 26 и шестигранника 27 под ключ; на крышке 18 установлен прижим 28 и закреплен кольцом 29 и болтами 30; жидкость под давлением от насосной станции гидропривода пуансона (условно не показанного) подается в гидроцилиндр 17 через резьбовые отверстия с каналами соответственно 31 с 32 и 33 с 34.
Листовой заготовке присвоена позиция 35, а полуфабрикату в промежуточный момент вытяжки позиция 36.
Устройство работает следующим образом. После установки листовой заготовки 35 на рабочую поверхность матрицы 3 (см. фиг. 6) включение рабочего хода пресса приводит к опусканию его ползуна 16 с верхней частью устройства, в результате на прижиме 28 создается промежуточное усилие осадки Qпр, после чего в надпоршневую полость гидроцилиндра 17 через резьбовое отверстие 31 и канал 32 подается жидкость под давлением, создающим усилие штамповки Pш 0,9Pразр.и лишь при увеличении усилия на прижатие до Q1 осуществляется первый цикл вытяжки заготовки 35 в полуфабрикат 36. Под действием усилия со стороны пуансона 25 выталкиватель 5 опускается, вытесняя жидкость из-под него в полость над поршнем II, при этом подпоршневая полость последнего соединена на слив (см. фиг. 7).
При достижении глубины вытяжки h1 усилие на прижиме снижается до величины Qo.x., обеспечивающей обратный ход пуансона 25 при обратном усилии Po.x. до вхождения пуансона 25 в матрицу 3 на глубину hн, обеспечивающую следующий цикл вытяжки.
В дальнейшем со стороны пуансона создается столько циклов пульсации пуансона, сколько необходимо для вытяжки полой детали заданной глубины.
После вытяжки детали на заданную глубину, определяемую высотой выталкивателя 8, донная часть упирается в перемычку корпуса 2, а результате чего дается команда на обратный ход прижима 28 и пуансона 25, а также на подачу жидкости под давлением через канал 15 под плавающий поршень 11, который при подъеме вверх вытесняет жидкость из полости над этим поршнем, обеспечивая перемещение вверх выталкивателя 8 вместе с отштампованной деталью до совпадения верхнего торца выталкивателя 8 с рабочей поверхностью матрицы 3, что позволяет беспрепятственно удалить отштампованную деталь из рабочей зоны устройства.
Размещение гидропривода пульсирующих перемещений пуансона в верхней части устройства позволяет для малых высот рабочей части пуансона 27 существенно уменьшить габариты и металлоемкость штамповой оснастки и оборудования, а также и то, что для сверхглубокой вытяжки можно использовать гидропрессы одинарного действия. Этому способствует также и то, что выталкиватель выполнен в виде плавающего поршня. Этим исключается необходимость применения длинномерных толкателей и гидроцилиндров для приводов выталкивателей.
Рассмотрим пример осуществления сверхглубокой вытяжки цилиндрической детали из пищевого алюминия ADIM ( σв= 7 кгс/мм2 диаметром Дп 8 мм, глубиной Н 200 мм и толщиной Sст 0,5 мм из заготовки толщиной Sо 5 мм.
Для вытяжки используется матрица с rm 5 мм и Дм 9 мм.
Диаметр заготовки Дo устанавливаем из следующей очевидной зависимости:

Диаметр контейнера принимаем Дк 40 мм. Из условия предотвращения потери устойчивости пуансона и снижения габаритов устройства глубину рабочей части пуансона принимаем hр.ч.п. 40 мм. Максимальное потребное усилие осадки для штамповки устанавливаем из условия создания давления осаживания на прижиме:

Предварительное давление осаживания фланца заготовки принимаем
qпр= 1,67·σв= 11,75 кгс/мм2
Давление на прижиме qo.x. и усилие Qo.x. при обратном ходе пуансона соответственно составляет:

При rм rп 5 мм и толщине заготовки Sо 5 мм амплитуда пульсации пуансона hпульс будет:
hпульс hр.ч.п. hm hр.4.п. (rм + rп + Sо) 40 15 25 мм,
а число пульсаций m составит (при высоте детали H 200 мм)

Давление qш и усилие Pш на прижиме для осуществления первого, второго, восьмого циклов вытяжки соответственно составляют:
Усилие штамповки на пуансоне Pш для каждого цикла пульсации устанавливается из следующей зависимости:
Pш= πDпSoσср= 3,14·85·0,87= 703 кгс.,
а усилие обратного хода пуансона зависит от сил трения между заготовкой и пуансоном и создается насосной станцией гидропривода пуансона.
Таким образом для каждого цикла пульсации установлены силовые параметры ведения процесса, начальное положение пуансона и амплитуда пульсации пульсирующей вытяжки длинномерной детали.
Формула изобретения: 1. Способ глубокой вытяжки полых листовых деталей, при котором на центральную часть заготовки воздействуют усилием пуансона, а фланец ее вместе с рабочей средой подпорного элемента осаживают давлением прижима, обеспечивая истечение металла в вытяжной зазор между матрицей и пуансоном на высоту вытягиваемой детали, отличающийся тем, что вытяжку осуществляют пульсирующим усилием, создаваемым пуансоном, при этом амплитуду пульсации перемещения последнего вдоль оси детали задают меньше высоты вытягиваемой детали, а каждый цикл его пульсации сопровождают силовым воздействием на фланец давлением осаживания qпр до 1,5 1,8 от σb - предела прочности штампуемого материала и усилием на пуансоне Рш до 0,9 от разрушающего вытяжного усилия Рразр., обеспечивающим истечение штампуемого металла в вытяжной зазор на высоту участка детали, соответствующую единичному ходу пуансона с последующим осуществлением обратного хода пуансона при снижении давления осаживания qо.х. до 0,2 - 0,3 от σb штампуемого металла и возвращением пуансона в исходное положение, определяемое вхождением его в матрицу на глубину hн, равную сумме вытяжных ребер матрицы rм и пуансона rп, причем число циклов пульсации пуансона задают в количестве, необходимом для получения требуемой высоты вытягиваемой детали.
2. Устройство для глубокой вытяжки полых листовых деталей, содержащее соосно установленные в его верхней части прижим и пуансон с гидроприводом возвратно-поступательного перемещения последнего, а также установленные в его нижней части контейнер, матрицу, подпорный элемент в виде эластичной среды и выталкиватель, отличающееся тем, что гидропривод возвратно-поступательного перемещенния пуансона выполнен пульсирующим с амплитудой пульсации, исключающей потерю устойчивости пуансона, причем цилиндрическая поверхность рабочей части последнего выполнена шероховатой, например, обработанной наждачной бумагой перед его закалкой, а выталкиватель выполнен в виде плавающего поршня, размещенного в вытяжном отверстии матрицы.