Устройство для формообразования тонкостенных осесимметричных деталей усеченной сужающейся формы

Авторы патента:

B21D22/10 - штамповка с помощью гибких или упругих элементов

Полезная модель относится к холодной листовой штамповке, в частности к формообразованию тонкостенных осесимметричных оболочек, и может быть использовано при изготовлении крупногабаритных тонкостенных деталей усеченной сужающейся формы на прессах двойного действия. Сущность полезной модели заключается в следующем: устройство для формообразования тонкостенных осесимметричных деталей усеченной сужающейся формы, содержит пуансон, конус с направляющими пазами, опорное кольцо, раздвижные секторы, матрицу. Между раздвижными секторами и матрицей расположен эластичный элемент в виде двух конических оболочек, вставленных одна в другую, при этом внутренняя оболочка жестче внешней, высота эластичного элемента равна высоте матрицы, образующая наружной поверхности проходит через точки рабочей поверхности матрицы с наибольшим и наименьшим диаметрами. Толщина эластичного элемента определена по формуле. Данное устройство позволяет получить качественные и тонкостенные детали. 2 илл.

Известно устройство для формообразования осесимметричных сужающихся оболочек (А.с. 755378 СССР, МКИ 4 В21D 22/10, опубл. 1980, Бюл. 30.), с помощью которого последовательно деформируется заготовка в форме направленной волны. Схема процесса осуществляется в течение одного хода пресса при использовании пуансона, состоящего из кольцевых эластичных элементов (шайб) с различными характеристиками сжатия, т.е. с переменной жесткостью на сжатие. При этом в верхней части пуансона должны располагаться эластичные шайбы с большей жесткостью, а размеры пуансона в исходном положении должны обеспечивать нарастающий кверху зазор между заготовкой и пуансоном. Необходимое увеличение жесткости в верхней части пуансона достигается за счет применения более твердых марок эластичных сред или уменьшения толщины эластичных шайб с постановкой между ними металлических прокладок.

Недостатком этого устройства является необходимость применения значительных дополнительных усилий формообразования из-за большой площади эластичной среды со стороны приложения усилия для формообразования. Кроме того наличие сил трения сжатия между заготовкой и эластичной средой для тонкостенных заготовок (где S - толщина заготовки; D - средний диаметр) приводит к смятию и гофрообразованию заготовки.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является устройство для раздаче труб (Патент на изобретение (2026764, MПK B21D 41/02 опубл. 20.01.1995 г.). Устройство содержит разжимной пуансон в виде секторов, установленных с возможностью радиального перемещения вокруг конического сердечника, связанного с приводом возвратно-поступательного осевого перемещения, отличающееся тем, что снабжено дополнительным разжимным пуансоном, смонтированным соосно с основным, и пружиной, размещенной между ними, при этом конический сердечник выполнен в виде двух усеченных конусов, неподвижно связанных своими меньшими основаниями.

Недостатком устройств является, получаемая при формообразовании раздачей осесимметричной заготовки огранка детали и многократность повторения процесса с поворотом заготовки по окружности после каждого перехода, либо наличие дополнительного процесса термофиксации. Это приводит к увеличению трудоемкости, дополнительным затратам электроэнергии.

В основу полезной модели поставлена задача получение качественной тонкостенной осесимметричной сужающейся детали без огранки за один ход пресса.

Задача достигается за счет того, что устройство для формообразования тонкостенных осесимметричных деталей усеченной сужающейся формы, содержащее пуансон, конус с направляющими пазами, опорное кольцо, раздвижные секторы, матрицу, согласно полезной модели между раздвижными секторами и матрицей расположен эластичный элемент в виде двух конических оболочек, вставленных одна в другую, при этом внутренняя оболочка более жестче внешней, высота эластичного элемента равна высоте матрицы, образующая наружной поверхности проходит через точки рабочей поверхности матрицы с наибольшим и наименьшим диаметрами, общая толщина эластичного элемента определяется по формуле:

где S₁ - толщина внешнего эластичного элемента;

S₂ - толщина внутреннего эластичного элемента.

где k=0,9÷0,75 - допустимая степень деформирования по толщине наружного эластичного элемента;

- угол конусности конуса;

h_м - высота рабочей поверхности матрицы;

- средний радиус детали;

V - разница между внутренним объемом, ограниченным рабочей поверхностью матрицы и объемом, ограниченным наружной поверхностью эластичного элемента (в виде двух конических оболочек) в исходном состоянии.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг.1 слева устройство находится в исходном положении; справа - после формообразования; на фиг.2 разрез по А-А.

Оно состоит из пуансона 1, жестко соединенного с матрицей 2, эластичного элемента в виде двух конических оболочек 3 и 4, конуса с направляющими пазами 5, опорного кольца 6, шпилек 7, установленных в плиту пресса 8. Деталь 9, заготовка 10, раздвижные сектора 11.

Устройство работает следующим образом. Опорное кольцо 6 поднято вверх. Пуансон с матрицей отведены кверху на высоту, обеспечивающую установку заготовки 10. Раздвижные секторы 11 подняты вверх вместе с эластичным элементом в виде двух конических оболочек 3 и 4. В этом положении устанавливают конусную заготовку сверху на эластичный элемент. Далее опускается пуансон с матрицей до упора на опорное кольцо 6. При этом рабочие поверхности в элементах наибольшего и наименьшего диаметров касается эластичного элемента. Рабочая поверхность матрицы h_м по высоте больше высоты заготовки h_З, а высота эластичного элемента h_Э равна высоте матрицы h. При движении пуансона вниз вместе с ним опускается и матрица 2, преодолевая сопротивление опорного кольца 6, раздвижных секторов 11 и эластичного элемента в виде двух конических оболочек 3, 4 вместе с заготовкой 10. Секторы, опускаясь вниз по конусу 5, увеличиваются в диаметре. При этом увеличиваются в диаметре и эластичный элемент, который начинает деформировать давлением изнутри заготовку, плотно прижимая ее к рабочей поверхности матрицы. Полученную деталь 9 удаляют, подняв сначала пуансон с матрицей, а затем опорное кольцо 6.

Особенность такой конструкции устройства в том, что полученная деталь лишена огранки и ее наружная поверхность практически совпадает с рабочей поверхностью матрицы, что устраняет дополнительную операцию калибровки.

Устройство должно удовлетворять следующим условиям. В конечном положении между секторами образуется зазор. Во избежании затекания эластичного элемента (в виде двух конических оболочек) и его защемления в момент подъема секторов в эти зазоры, необходимо внутренний эластичный элемент выполнить из более твердого материала. Чтобы избежать при увеличении диаметра эластичного элемента его уменьшения высоты и возникновения на поверхности контакта с заготовкой сжимающих сил трения, которые могут привести к потере устойчивости тонкостенной заготовки, эластичные элементы в районах наибольшего и наименьшего диаметров матрицы зажимаются (в начальный момент) между матрицей и секторами. Для надежного обеспечения условия зажима эластичного элемента в виде двух конических оболочек 3 и 4 необходимо, чтобы его высота была больше высоты рабочей поверхности, но не превышала общую высоту матрицы, иначе эластичный элемент может попасть в зазор между матрицей 2 и опорным кольцом 6. Это устраняет сжимающие силы трения на внутренней поверхности заготовки. Эластичный элемент, деформируясь, увеличивает диаметр и уменьшает толщину, то есть соответствует условию плоского деформированного состояния, когда деформация по толщине _S равна по величине и противоположна по знаку деформации увеличения диаметра эластичного элемента . Приближенно можно записать, считая выполнения условия постоянства объема для эластичного элемента в виде двух конических оболочек:

или

где , r - соответственно радиусы по средней поверхности средние по очагу эластичного элемента до и после деформации;

S₀, S - соответственно толщины эластичного элемента (в виде двух конических оболочек) средние по очагу до и после деформации. Несмотря на уменьшение толщины эластичного элемента в виде двух конических оболочек, прирост объема V, его за счет увеличения диаметра должен компенсировать разницу между внутренним объемом, ограниченным рабочей поверхностью матрицы и объемом, ограниченным наружной поверхностью эластичного элемента в виде двух конических оболочек в исходном состоянии V.

V=V или

где h_м - высота рабочей поверхности матрицы;

- угол конусности конуса.

Выразим r из (3) и, подставив его в (4) после преобразований получим:

Приняв во внимание, что =-0,55 имеем:

Исходную толщину эластичного элемента в виде двух конических оболочек найдем, поставив ограничения по степени деформации:

или

S=S₁+S₂; , где

где - средний радиус детали;

S₁ - толщина внешнего эластичного элемента;

S₂ - толщина внутреннего эластичного элемента.

Устройство для формообразования тонкостенных осесимметричных деталей усеченной сужающейся формы, содержащее пуансон, конус с направляющими пазами, опорное кольцо, раздвижные секторы, матрицу, отличающееся тем, что между раздвижными секторами и матрицей расположен эластичный элемент в виде двух конических оболочек, вставленных одна в другую, при этом внутренняя оболочка жестче внешней, высота эластичного элемента равна высоте матрицы, образующая наружной поверхности проходит через точки рабочей поверхности матрицы с наибольшим и наименьшим диаметрами, общая толщина эластичного элемента S₀ определена по формуле

где S₁ - толщина внешнего эластичного элемента;

S₂ - толщина внутреннего эластичного элемента;

где k=0,9÷0,75 - допустимая степень деформирования по толщине наружной оболочки эластичного элемента;

- угол конусности конуса;

h_м - высота рабочей поверхности матрицы;

- средний радиус детали;

V - разница между внутренним объемом, ограниченным рабочей поверхностью матрицы и объемом, ограниченным наружной поверхностью эластичного элемента в исходном состоянии.