Устройство для формообразования тонкостенных осесимметричных деталей выпуклой формы
Полезная модель относится к холодной листовой штамповке, в частности к формообразованию тонкостенных осесимметричных оболочек, и может быть использовано при изготовлении крупногабаритных тонкостенных деталей выпуклой формы на прессах двойного действия. Сущность полезной модели заключается в том, что устройство для формовки тонкостенных осесимметричных оболочек, содержащее выталкиватель, матрицу, пуансон, прижим, снабжено плитой штампа, на которую установлен контейнер, внутри него на подкладной плите расположен эластичный элемент; между плитой штампа и подкладной плитой расположен эластичный буфер; отличается тем, что величина перемещения пуансона меньше величины перемещения подкладной плиты. Полезная модель позволяет повысить качество заготовок и получать детали с равномерным распределением толщины вдоль образующей. 1. з.п. ф-лы, 1 ил.
Полезная модель относится к холодной листовой штамповке, в частности к формообразованию тонкостенных осесимметричных оболочек, и может быть использовано при изготовлении крупногабаритных тонкостенных деталей выпуклой формы на прессах двойного действия.
Известен способ получения тонкостенных осесимметричных изделий из сварной листовой заготовки, основанный на процессах отбортовки-формовки (А.с. 1748905 СССР, МКИ 5 В21D 22/30; опубл. 23.07.92, Бюл. 
27). С его помощью появляется возможность получения равномерной толщины изделия и уменьшения толщины исходной заготовки на 45-50% за счет уменьшения припуска на механическую обработку по толщине для высоких деталей выпуклой формы. Отличительная особенность способа заключается в наличии активных сил трения, возникающих на поверхности контакта пуансона и заготовки, которые перераспределяют напряжения 
(в меридиональном направлении).
Недостатком известного устройства является низкое качество заготовок.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому, которое принято за прототип, является устройство для формообразования тонкостенных усеченных сужающихся оболочек, состоящее из выталкивателя, контейнера, матрицы, плиты штампа, подкладной плиты, прижима, пуансона, эластичного буфера, эластичного элемента (Пат. 78709 РФ, МПК7 В21D 20/30; опубл. 10.12.2008, Бюл. 34).
Недостаток известного устройства заключается в том, что низкие степень формообразования и качество заготовок.
В основу полезной модели поставлена задача, повысить качество заготовок и получать детали с равномерной толщиной.
Решение поставленной задачи достигается тем, что устройство для формообразования тонкостенных осесимметричных деталей выпуклой формы содержащее выталкиватель, матрицу, пуансон, прижим, плиту штампа, на которую установлен контейнер, внутри него на подкладной плите расположен эластичный элемент, между плитой штампа и подкладной плитой расположен эластичный буфер, согласно полезной модели, внутренний диаметр контейнера определяется из соотношения:
где V1 - объем смещенной части эластичного элемента при формообразовании выпуклой детали;
hб - величина сжатия эластичного буфера;
d - диаметр меньшего основания детали.
На чертеже показан штамп для формообразования выпуклых тонкостенных осесимметричных оболочек (слева от оси в открытом, а справа от оси в закрытом положении).
Устройство, содержащее выталкиватель 1, контейнер 2, матрицу 3, прижим 4, пуансон 5, плиту штампа 6, на которую установлен контейнер 2, внутри него на подкладной плите расположен эластичный элемент 7. Давление эластичным элементом создается с помощью подкладной плиты, усилие подпора которой определяется с помощью буферного устройства 8 (либо пресса, либо штампа, что определяется необходимостью промышленного производства или эксперимента). Устройство работает следующим образом:
Заготовка 9, в виде усеченного конуса устанавливается наружными поверхностями, прилегающими к торцу большего основания, на матрицу 3, а прилегающие к торцу меньшего основания, на выталкиватель 1. Затем заготовка зажимается по внутренним поверхностям к матрице 3 прижимом 4, а к выталкивателю 1 пуансоном 5. Инструмент, где происходит зажим заготовки, выполнен с рабочими поверхностями, имеющими конусность, совпадающей с конусностью заготовки. Такая геометрия позволяет надежно закрепить заготовку до момента пластического деформирования. Пуансон перемещается вниз, вытесняя часть объема эластичного элемента V1 , который перемещает подкладную плиту 10 вниз. Происходит пластическая деформация заготовки в условиях плоского растяжения и значительных активных сил трения, между пуансоном - заготовкой и эластичным элементом - заготовкой. Процесс пластического формообразования производится до полного прилегания заготовки по всей поверхности пуансона, формирующей размеры готовой детали, и ограничен величиной утонения заготовки в зоне опасного сечения наименьшего диаметра. На поверхности контакта эластичного элемента и заготовки действуют активные силы трения, так как перемещение заготовки отстает от подкладной плиты.
Величину, создаваемого давления определяет эластичный буфер 8, находящийся под подкладной плитой 10. В основу расчета положено равенство усилий эластичного элемента и эластичного буфера, действующих на подкладную плиту (с разных сторон). Величина перемещения подкладной плиты равна величине сжатия эластичного буфера 8. Зная необходимое давление, находят усилие, действующее на подкладную плиту, приняв во внимание, что давление, создаваемое эластичным элементом в замкнутом объеме распространяется одинаково во всех направлениях. Из условия равенства усилий, как со стороны эластичного элемента, так и со стороны эластичного буфера имеем:
где q, qб - соответственно давления, создаваемые эластичным элементом и эластичным буфером;
Dб=(0,75-0,8)Dконт - наружный диаметр эластичного буфера;
Dб=d/(0,75-0,8) - внутренний диаметр эластичного буфера.
Принятые соотношения диаметров берутся из условия сжатия эластичного буфера до 25%. Это исключает быстрый износ эластичного буфера и предохраняет от разрушения контейнера при высоких давлениях, в случае ошибки при регулировке хода пуансона. Из выражения (1) находим:
где Dконт - внутренний диаметр контейнера, который находится из условия:
где Vэл.элем. - объем эластичного элемента.
где Vкон - внутренний объем, ограниченный конической заготовкой;
Vцил - объем, сформированный цилиндрической частью выталкивателя при формообразовании;
Vэл.цил. - объем эластичного цилиндра;
hэл.цил. - высота эластичного цилиндра.
Определим диаметр контейнера с учетом записи (3):
Объем смещенной части эластичного элемента при формообразовании выпуклой детали вычисляется:
где Vдет - объем, детали без учета припусков под зажимы, равный
где:
По построенной или известной номограмме, с учетом найденного значения qб установлена взаимосвязь между деформацией эластичного буфера и геометрическим соотношением для применяемого материала эластичного буфера:
где hб - высота эластичного буфера;
М - принятое значение.
Величина деформации сжатия эластичного буфера вычисляется по формуле:
где hб - величина сжатия эластичного буфера.
Последние соотношения позволяют определить высоту эластичного буфера:
Приравняв два последних равенства, получим:
Чтобы найти hб, надо иметь в виду: величина сжатия эластичного буфера зависит от величины смещенного объема при формировании детали заданных размеров. Так как эластичный элемент находится в замкнутом объеме, то внутреннее давление в нем зависит от возможного перемещения подкладной плиты 10, которая создает усилие сопротивления при сжатии эластичного буфера 8. При этом пуансон, внедряясь в эластичный элемент 7, перемещает часть объема V1 (смещенный объем) в объем V2. Так как эластичный элемент практически несжимаем, то можно принять V1 =V2. Объем V1, сечение которого имеет фигуру, близкую к треугольнику abc, с одной стороны ограничен наружной поверхностью детали, а с другой - внутренней поверхностью эластичного элемента, совпадающей с наружной поверхностью заготовки. Объем V2 имеет в сечении фигуру прямоугольника a'b'c'd' и равен:
Из условия равенства V1=V 2 находим:
Далее по номограмме выбирают точку пересечения трех линий: горизонтальной прямой, соответствующей давлению эластичного буфера; вертикальной прямой, соответствующей выбранному значению деформации сжатия буфера; кривой зависимости qб=f(
) при геометрическом соотношении М. Причем значения М и должны удовлетворять зависимости (13). По формулам (11, 12) определялась высота эластичного буфера.
Для реализации процесса формообразования предлагаемым способом необходимым условием является создание активных сил трения на границе эластичный элемент - заготовка, которое выполняется в том случае, если величина перемещения эластичного буфера hб больше величины перемещения пуансона h:
Из выражения (15) найдем величину диаметра контейнера, удовлетворяющую выполнению условия:
Использование устройства предлагаемой конструкции позволяет формовать тонкостенных осесимметричных детали выпуклой формы с большими отклонениями диаметров большого основания к меньшему и, регулируя давление заготовки на пуансон с помощью эластичного элемента, получать равномерное распределение толщины вдоль образующей.
Устройство для формообразования тонкостенных осесимметричных деталей выпуклой формы, содержащее выталкиватель, матрицу, пуансон, прижим, снабжено плитой штампа, на которую установлен контейнер, причем внутри контейнера на подкладной плите расположен эластичный элемент, а между плитой штампа и подкладной плитой расположен эластичный буфер, отличающееся тем, что внутренний диаметр контейнера Dконт определен из соотношения:
где V1 - объем смещенной части эластичного элемента при формообразовании выпуклой детали;
hб - величина сжатия эластичного буфера;
d - диаметр меньшего основания детали.
