Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
СПОСОБ ФОРМООБРАЗОВАНИЯ ЛИСТОВЫХ ДЕТАЛЕЙ ДВОЯКОЙ КРИВИЗНЫ
СПОСОБ ФОРМООБРАЗОВАНИЯ ЛИСТОВЫХ ДЕТАЛЕЙ ДВОЯКОЙ КРИВИЗНЫ

СПОСОБ ФОРМООБРАЗОВАНИЯ ЛИСТОВЫХ ДЕТАЛЕЙ ДВОЯКОЙ КРИВИЗНЫ

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к изготовлению элементов штампосварных оболочек путем последовательных локальных нажатий. Задачей изобретения является обеспечение сохранности свойств материала и минимизация утонения заготовок при формообразовании. Формообразование осуществляют путем последовательных локальных нажатий с перемещением заготовки или формообразующего инструмента относительно друг друга. Перемещение заготовки производят с заданным шагом, при котором частично перекрывают каждое предыдущее пятно приложения формообразующего инструмента, а значения максимально возможной деформации растяжения, при которой сохраняются механические свойства материала заготовки, или поперечного и продольного заданных радиусов кривизны достигают в несколько этапов формования детали, равномерно распределяя эту величину по упомянутым этапам. Переход от одного этапа формообразования заготовки к другому осуществляют при достижении значения деформации растяжения не более 2% для стальных заготовок и 1% - для легких сплавов, а величина перекрытия каждого предыдущего пятна приложения пуансона составляет не менее половины диаметра. При применении этого способа формообразования детали двоякой кривизны равномерное распределение деформаций по площади заготовки и по этапам формообразования позволяет уменьшить величину наиболее значимых для сохранности свойств материала показателей: деформацию растяжения и величину утонения материала. Уменьшение опасных растягивающих деформаций позволяет исключить термообработку после формообразования для восстановления свойств металла и таким образом значительно удешевить и упростить процесс изготовления листовых заготовок двоякой кривизны. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

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: 2194588
Класс(ы) патента: B21D11/20
Номер заявки: 2000118059/02
Дата подачи заявки: 07.07.2000
Дата публикации: 20.12.2002
Заявитель(и): ФГУП Центральный научно-исследовательский институт технологии судостроения
Автор(ы): Куклин О.С.; Попов В.И.; Вильнит И.В.; Уткин В.Е.
Патентообладатель(и): ФГУП Центральный научно-исследовательский институт технологии судостроения
Описание изобретения: Изобретение относится к обработке деталей давлением, в частности к изготовлению элементов штампо-сварных оболочек двоякой кривизны путем последовательных локальных нажатий.
Известны способы формообразования элементов оболочек методом холодной гибки последовательными местными нажатиями с использованием универсальных и специальных штампов (Куклин О.С., Брук М.Б. Технология и оборудование для формообразования толстолистовых оболочек и их элементов, Л., ЦНИИ "Румб", 1986 г.).
Известен способ формообразования деталей двойной кривизны, преимущественно элементов сферической и тороидальной оболочки, при котором заготовку формообразуют в два перехода, на первом из которых придают кривизну в одном направлении, а на втором - окончательную форму, при этом на первом переходе образуют коническую поверхность, у которой по меньшей мере один радиус поперечного сечения равен радиусу оболочки в широтном направлении (авт. св. 1299656 от 19. 08. 85 г., МКИ 5 В 21 D 11/20, БИ 12, 1987 г.).
При использовании этого способа формования детали доведение ее до заданного радиуса проводят в два этапа, переформовывая уже полученные ранее радиусы. При этом возникают большие утонения материала заготовки и ее деформация, поэтому после формовки необходима термообработка полученной детали.
Известен способ формообразования изделий двойной кривизны из листа, включающий формообразование в два перехода, на первом их которых придают кривизну в одном направлении, а на втором - окончательную форму, причем формование на первом переходе осуществляют в направлении наибольшей кривизны изделия, обеспечивая кривизну, равную разности между наибольшей и наименьшей кривизной изделия, а окончательную форму на втором переходе получают сферическим инструментом, имеющим кривизну, соответствующую наименьшей кривизне изделия (авт. св. 1616747, от 18. 07. 88 г., МКИ 5 В 21 D 11/20, БИ 48, 1990 г.).
Однако для использования этого способа формообразования детали для каждого радиуса кривизны необходимо изготавливать свою оснастку, т. е. спаренные пуансон и матрицу, а кроме того, в процессе формообразования детали возникают деформации растяжения и утонения, значительно превышающие допустимые, вследствие чего появляется необходимость термообработки детали после ее формообразования.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является "Способ формообразования листовых заготовок двоякой кривизны" (авт. св. 1574316 от 16. 06. 88 г., В 21 D 11/00, БИ 48, 1990 г.).
Способ формообразования листовых заготовок двоякой кривизны с различной кривизной в продольном и поперечном направлениях осуществляется путем последовательных нажатий с перемещением заготовки, при котором одновременно получают кривизну в обоих направлениях.
Формообразование по этому способу осуществляют в два этапа, на первом из которых формуют сферическую поверхность с кривизной, равной меньшей из заданных, а на втором этапе осуществляют окончательное формообразование с увеличением кривизны до требуемой в соответствующем направлении при сохранении полученной ранее кривизны во взаимно-перпендикулярном направлении. Кроме того, с целью снижения усилия формовки и предотвращения гофрообразования по кромкам, формообразование заготовки начинают от торцевой короткой кромки, причем формование на первом этапе совмещают с правкой коробоватости, а на втором этапе - с правкой волнистости.
При использовании указанного способа формообразования на формуемой заготовке возникают деформация растяжения и утонение, опасные для сохранности механических свойств материала. Это вызывает необходимость термообработки детали после ее формообразования.
Задачей настоящего изобретения является обеспечение сохранности свойств материала, минимизация утонения заготовок, упрощение операции формообразования и удешевление этого процесса, уменьшение его материало- и энергоемкости.
Поставленная задача решается следующим образом:
По предлагаемому способу формообразование заготовки двоякой кривизны осуществляют путем последовательных локальных нажатий с перемещением заготовки или формообразующего инструмента относительно друг друга, причем последовательные нажатия проводят с заданным шагом, частично перекрывая каждое предыдущее пятно приложения паунсона, причем величина перекрытия каждого предыдущего пятна приложения пуансона составляет не менее половины его диаметра, а значения максимально - возможной деформации растяжения или поперечного и продольного заданных радиусов кривизны, при которых сохраняются все механические свойства материала заготовки, достигают в несколько этапов формообразования заготовки, равномерно распределяя эту величину по упомянутым этапам. Переход от одного этапа формообразования заготовки к другому осуществляют при достижении значения деформации растяжения не более 2% для стальных заготовок и 1% - для легких сплавов.
Технический результат, получаемый при использовании предложенного способа формообразования заготовки двоякой кривизны, выражается в равномерном распределении деформации растяжения материала заготовки по этапам ее формообразования. Этот результат контролируется по максимально-возможной деформации растяжения или по заданным значениям поперечного и продольного радиусов кривизны.
При использовании предложенного способа формообразования листовой детали двоякой кривизны, на каждом этапе ее формообразования достигается такая максимально-возможная величина деформации, при которой сохраняются все механические свойства материала заготовки, а равномерное распределение деформации по площади детали и по этапам формообразования позволяет уменьшить величину утонения материала.
Утонение материала заготовки в процессе формообразования листовой детали сопровождается объемной трехмерной деформацией (ε1, ε2, ε3) и вызывает наибольшую интенсивность деформации, например, по Мизесу, в 2 раза большую, чем при растяжении образцов (Куклин О.С., Быков В.А. Деформируемость и работоспособность корпусных сталей, Л., ЦНИИ "Румб", 1989 г.; Малинин Н.М. Прикладная теория пластичности и ползучести, М., Машиностроение, 1975 г.). Уменьшение опасных растягивающих деформаций позволяет исключить термообработку после формообразования детали и таким образом значительно удешевить и упростить операцию формообразования листовой заготовки двоякой кривизны.
Способ формообразования листовой заготовки двоякой кривизны схематически поясняется на чертеже.
Формообразование заготовки 1, имеющей толщину S и заданные для формообразования радиусы поперечной Rпoп. и продольной Rпp. кривизны, осуществляют путем последовательных локальных нажатий с перемещением заготовки 1 относительно формообразующего инструмента 3 или инструмента относительно заготовки. При этом заготовка 1 располагается на опорах 2, а указанные нажатия формообразующим инструментом 3 (в данном случае пуансоном) производят с заданным шагом и при этом частично перекрывают каждое предыдущее пятно приложения пуансона. Значения максимально-возможной деформации растяжения материала заготовки, при которой сохраняются все механические свойства материала заготовки, или поперечного Rпoп. и продольного Rпp. радиусов кривизны достигают в несколько этапов формообразования заготовки 1, равномерно распределяя эту величину по упомянутым этапам. Усилия нажатия прикладывают по осям 4 и 5, расстояние между которыми должно быть не менее половины диаметра пуансона Dп. Кроме того, последовательные переходы от одного этапа к другому осуществляют при достижении значения деформации растяжения не более 2% для стальных заготовок и 1% - для легких сплавов, а величина перекрытия каждого предыдущего пятна приложения пуансона составляет не менее половины его диаметра Dп.
Максимально возможная деформация растяжения εmax, при которой сохраняются механические свойства материала заготовки, может быть установлена по имеющимся зависимостям, например, для стальных деталей сферической формы рассчитывается по формуле:

где S - толщина заготовки, мм;
R = Rпoп. = Rпp.- радиус сферы заготовки, м;
Кз - геометрический коэффициент, определяемый из соотношения геометрических размеров заготовки и расстояния между опорами.
Например, если εmax = 6%, то необходимо для стальной заготовки выполнить три перехода по 2%. Величина 2% для заготовки из сталей и 1% - для легких сплавов установлена опытным путем и подтверждена при помощи компьютерного моделирования.
Использование компьютерного моделирования процессов формообразования деталей двоякой кривизны на основе метода конечных элементов с применением программного пакета ANSYS показало, что при последовательных переходах с пошаговым значением деформации растяжения для стальных заготовок, равной 2%, и при разнесенном шаге приложения нагрузок на расстоянии больше половины диаметра пуансона когда происходит частичное суммирование объемных деформаций, деформации растяжения заготовки и ее утонение уменьшаются в 1,5-2 раза.
Результаты компьютерного моделирования для торосферической детали приведены в приложении 1 к настоящей заявке. В приложении 1 даны составляющие напряженно-деформированного состояния: действующих деформаций (εx, εy, εz) и напряжений (σx, σy, σz) по осевому поперечному сечению детали. Из приведенных материалов видно, что максимальные деформации и напряжения сосредоточены в пределах половины диаметра, что подтверждает обоснованность одного из признаков изобретения.
Значительное, в 1,5-2 раза снижение деформаций и утонения заготовок позволит исключить термообработку после холодного формообразования и снизить, таким образом, трудоемкость процесса. Кроме того, отпадает необходимость изготовления оснастки для каждого радиуса гибки, что значительно снижает материало- и энергоемкость технологии формообразования.
Предлагаемый способ формообразования заготовки двоякой кривизны осуществлен при проведении опытно-штатных работ на ГУП "Адмиралтейские верфи". Формообразование торосферической заготовки проводили на прессе "Карбокс" (Швеция), пуансоном диаметром 1500 мм, путем последовательных локальных нажатий с заданным шагом и с перекрытием каждого предыдущего пятна приложения пуансона на 800 мм, что составляет 53% от диаметра пуансона (1500 мм).
Использовались листовые заготовки из высокопрочной стали марки АБ-2 и заготовки из алюминиевого сплава марки АМг-61.
Толщина заготовок составила δ1 = 24 мм и δ2 = 42 мм, площадь заготовок S > 2,5 м2, причем формообразование осуществилось в несколько этапов, при этом значения деформации растяжения достигали на каждом этапе не более 2% для заготовок из стали и 1% для заготовок из легких сплавов.
Формула изобретения: 1. Способ формообразования листовых деталей двоякой кривизны, включающий последовательные локальные нажатия инструментом по поверхности заготовки с одновременным перемещением заготовки или формообразующего инструмента относительно друг друга, отличающийся тем, что локальные нажатия осуществляют с заданным шагом и с частичным перекрытием каждого предыдущего пятна приложения формообразующего инструмента, величина которого составляет не менее половины его диаметра, а для достижения максимально возможной деформации растяжения или поперечного и продольного заданных радиусов кривизны, при которых сохраняются все механические свойства материала заготовки, формообразование осуществляют в несколько этапов, при этом равномерно распределяют величину максимально возможной деформации растяжения или поперечного и продольного заданных радиусов кривизны по упомянутым этапам.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что переход от одного этапа формообразования к другому осуществляют при достижении деформации растяжения величины, не превышающей 2% для заготовок из стали, и 1% - из легких сплавов.