Устройство для формообразования тройников

Авторы патента:

Полезная модель относится к области обработки металлов давлением, в частности, к устройствам для формообразования отводов на боковой поверхности трубы и может быть использовано для изготовления тонкостенных тройников из трубной заготовки.

Задачей заявляемой полезной модели является повышение долговечности рабочих частей устройства, упрощение конструкции штампа и уменьшение его габаритов.

Поставленная задача решается за счет того, что в устройстве для формообразования тройников, которое состоит из оснований, двух полуматриц с плоскостью разъема перпендикулярной их продольной оси, двух осевых пуансонов, жесткой оправки и формующего элемента, по заявляемой полезной модели, полуматрицы расположены горизонтально на нижнем основании устройства, формующий элемент выполнен жестким и представляющим собой полусферу, полюс которой отсечен горизонтальной плоскостью, отстоящей от центра полусферы на расстоянии Н, равном:

Н=(0,5-0,55)R_сф;

где R_сф -радиус, равный внутреннему радиусу исходной трубной заготовки;

на сторонах формующего элемента, обращенных к осевым пуансонам, ниже его горизонтальной оси выполнены приливы, имеющие наклонные плоскости под углом в 45° к вертикальной оси устройства и отстоящие от центра полусферы на расстоянии h, равном:

h=(1,2-1,25)R_сф;

рабочие торцы осевых пуансонов, обращенные к формующему элементу, имеют наклонные плоскости, параллельные наклонным плоскостям приливов, на противоположных нерабочих торцах осевых

пуансонов выполнены наклонные скосы, верхняя половина устройства снабжена двумя клиньями, имеющими рабочую поверхность, состоящую из вертикальной и наклонной плоскостей, при этом угол наклона рабочей плоскости клиньев равен углу наклона скосов нерабочих торцев осевых пуансонов, а величина угла наклона наклонной поверхности клиньев определяется из условия:

=arctg(Н_отв(0,8-0,9)D_тр);

где Н_отв - высота формуемого отвода на тройнике

2 илл.

Известно устройство для формообразования тройников с помощью давления жидкости, подаваемого во внутреннюю полость трубной заготовки (см. Изготовление сложных полых деталей. Под редакцией проф. Богоявленского К.Н. - Л.: Машиностроение, Ленингр. отделение, 1979 г., стр.55, рис.20.).

Недостаток устройства заключается в том, что для осуществления процесса формообразования детали, необходимо дорогостоящее специализированное оборудование для гидроштамповки, имеющее к тому же ограниченное применение.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству, которое принято за прототип, является устройство по авторскому свидетельству СССР №1238824 «Устройство для формообразования полых изделий с отростками». Опубликовано в Бюл. №23, от 23.06.86 г.

Устройство состоит из оснований, двух полуматриц, составного формующего внутреннего пуансона, представляющего в сечении дополняющие друг друга до окружности сегменты, один из которых выполнен из металла, другой - из эластичного материала, а также двух осевых пуансонов. При сжатии эластичного элемента осевыми пуансонами создается внутреннее давление, с помощью которого и осуществляется формообразование отвода на боковой поверхности трубной заготовки.

Для устойчивой работы устройства оно снабжается двумя буферами -верхним и нижним. Усилиями этих буферов обеспечивается плотная стыковка по плоскости разъема полуматриц в процессе формоизменения

заготовки, а также обеспечивается перемещение осевых пуансонов навстречу друг другу с одинаковой скоростью относительно матрицы и деформируемой заготовки.

Недостатки устройства заключаются в следующем.

1. Формующий элемент выполнен из эластичной среды, как правило - полиуретана СКУ-7Л. При формообразовании тройников из высокопрочных материалов в эластичном элементе возникают высокие давления, которые приводят к быстрому выходу его из строя. Эластичный формующий элемент подрезается об кромку заготовки, в результате чего постепенно уменьшается его объем, нарушается устойчивое протекание процесса деформирования заготовки. Это приводит к тому, что после изготовления 50-100 деталей возникает необходимость его замены. В настоящее время стоимость полиуретана достигает 350 - 450 руб/кг, что на порядок превышает стоимость качественных инструментальных сталей.

2. Другой недостаток устройства заключается в его сложности и громоздкости. Наличие буферов увеличивает высоту устройства и требует применения более мощных прессов, имеющих большую закрытую высоту пресса.

Н=(0,5-0,55)R_сф;

где R_сф -радиус, равный внутреннему радиусу исходной трубной заготовки.

На сторонах формующего элемента, обращенных к осевым пуансонам, ниже его горизонтальной оси, выполнены приливы, имеющие наклонные плоскости под углом в 45° к вертикальной оси устройства и отстоящие от центра полусферы на расстоянии h, равном:

h=(1,2-1,25)R_сф;

рабочие торцы осевых пуансонов, обращенные к формующему элементу, имеют наклонные плоскости, параллельные наклонным плоскостям приливов. На противоположных нерабочих торцах осевых пуансонов выполнены наклонные скосы. Верхняя половина устройства снабжена двумя клиньями, имеющими рабочую поверхность, состоящую из вертикальной и наклонной плоскостей, при этом угол наклона рабочей плоскости клиньев равен углу наклона скосов нерабочих торцев осевых пуансонов. Угол наклона наклонной поверхности клиньев определяется из условия:

a=arctg(H_отв/(0,8-0,9)D_тp);

где Н_отв - высота формуемого отвода на тройнике

D_тр - наружный диаметр исходной трубной заготовки.

Стойкость и долговечность рабочих частей устройства, выполненных из инструментальной стали, на несколько порядков превышает стойкость элементов, выполненных из полиуретана, что значительно увеличивает работоспособность устройства до ремонта.

Наличие на клиньях вертикальной рабочей плоскости позволяет удерживать полуматрицы от размыкания в процессе формообразования тройника. Наличие наклонной плоскости преобразует вертикальное перемещение клиньев в горизонтальное перемещение осевых пуансонов, которые перемещаются навстречу друг другу с одинаковой скоростью относительно полуматриц, выдавливают формирующий элемент и с его помощью осуществляют образование отвода на боковой поверхности

трубной заготовки. Отпадает необходимость в нижнем и верхнем буферах, упрощается конструкция устройства.

Устройство поясняется чертежом,

где: на фигуре 1 показана конструкция устройства, справа от оси симметрии - в исходном состоянии, слева - по завершении процесса формообразования тройника;

на фигуре 2 - показан вид сбоку на жесткую оправку и формующий элемент, размещенные в исходном положении в трубной заготовке.

Устройство состоит из двух полуматриц 1, которые расположены горизонтально на нижнем основании устройства 2. В рабочей полости полуматриц 1 расположена заготовка 3, в которой находятся формующий элемент 4 и оправка 5. Формующий элемент 4 первоначально ориентирован в пазу оправки 5 (см. фигуру 2). К формующему элементу 4 примыкают два осевых пуансона 6, причем таким образом, что наклонные плоскости приливов на жестком формующем элементе 4 совпадают с наклонными плоскостями рабочих наклонных плоскостей осевых пуансонов 6. На верхнем основании устройства 7 расположены два клина 8, опирающиеся своей опорной поверхностью на стенку окна нижнего основания 2. Эти окна выполняют функцию противоотжимов для клиньев 8. Упоры, выполненные на нижнем основании 2, препятствуют размыканию полуматриц 1 в их нижней части, обращенной к нижнему основанию, в процессе деформирования заготовки.

На нерабочих торцах осевых пуансонов 6, обращенных в обратную сторону от формующего элемента 4, выполнены скосы, угол наклона которых равен углу наклона наклонных плоскостей клиньев 8.

Устройство работает следующим образом.

С началом рабочего хода клинья 8 заходят в окна основания 2, опираясь на их стенки своей опорной поверхностью. В этот момент вертикальная рабочая плоскость клина фиксирует торцевую поверхность

полуматриц 1 в их верхней части, что препятствует их размыканию в процессе деформирования заготовки 3.

На нижнем основании 2 также выполнены уступы, которые препятствуют размыканию полуматриц 1 в их нижней части.

Вертикальное перемещение клиньев 8, в результате наличия наклонных плоскостей на клиньях и скосах осевых пуансонов, в процессе рабочего хода устройства, вызывает горизонтальное перемещение осевых пуансонов 6 в направлении формующего элемента 4. Осевые пуансоны 6 своими рабочими торцами, на которых выполнены наклонные плоскости под углом 45°, начинают вытеснять формующий элемент 4 вертикально вверх, который и осуществляет деформацию трубной заготовки.

На цилиндрической поверхности осевых пуансонов выполнены ступенчатые уступы с высотой, равной толщине исходной трубной заготовки. По мере перемещения осевых пуансонов в направлении формующего элемента и деформирования им заготовки, торец заготовки упирается в эти ступенчатые уступы. После этого начинается осевое сжатие заготовки, которое обеспечивает минимальное утонение заготовки в процессе формообразования отвода на боковой поверхности трубы.

Процесс деформирования заготовки заканчивается в тот момент, когда формующий элемент под действием наклонных плоскостей рабочих торцов осевых пуансонов 6 полностью отформует отвод на боковой поверхности трубной заготовки и своими приливами упрется во внутреннюю поверхность верхней части трубной заготовки 3.

То есть, процесс формоизменения условно разбивается на две стадии: предварительное деформирование заготовки формующим элементом без осевого сжатия заготовки и формообразование отвода на боковой поверхности трубной заготовки одновременно с осевым сжатием заготовки.

Наиболее рациональное осуществление процесса деформирования заключается в том, чтобы заготовка в процессе деформирования утонялась на минимальную величину. Это, в первом приближении, можно осуществить в

предположении, что длина продольной образующей заготовки со стороны формуемого отвода в процессе деформирования меняться не будет. Для достижения этого условия наклонные плоскости приливов формующего элемента 4 и наклонные плоскости рабочих торцев осевых пуансонов выполнены под углом 45° к вертикальной оси устройства. На второй, завершающей стадии процесса формообразования тройника, когда осуществляется наибольшее деформирование заготовки, угол наклона в45° обеспечивает равенство горизонтального перемещения торца заготовки при осевом сжатии трубной заготовки вертикальному перемещению формующего элемента с образованием отвода на боковой поверхности, и обеспечивает условие неизменности длины образующей заготовки.

Горизонтальное перемещение осевых пуансонов возможно, если угол наклона рабочей поверхности клина «» и соприкасающихся с ней наклонных плоскостей рабочих торцев пуансонов связан с коэффициентом трения «f» на соприкасающихся поверхностях известным соотношением:

tgf

где: f- коэффициент трения на поверхности контакта между наклонными поверхностями клиньев и осевых пуансонов.

Наиболее рациональная величина угла наклона рабочей поверхности клиньев находится в интервале от 15 до 25 градусов (см. Романовский В.П. Справочник по холодной штамповке - Л.: Машиностроение, 1971, стр.562, рис.503).

При значениях угла наклона менее 15° чрезмерно увеличивается величина рабочего хода устройства. При значениях угла более 25° возрастает величина усилия, которое необходимо прикладывать для осуществления процесса деформирования заготовки.

Жесткая оправка 5, которая входит в составной пуансон, играет двойную роль. Во-первых - она сохраняет форму заготовки в процессе формовки отвода, предотвращает искажение формы заготовки и ее потерю устойчивости с противоположной стороны от формуемого отвода.

Во-вторых, с помощью прямоугольного паза оправки 5 (см. фигуру 2) формующий элемент 4 первоначально ориентируется относительно осевых пуансонов 6.

Из треугольника АВС (см. фигура 1) можно приближенно определить минимальное значение угла наклона наклонной рабочей плоскости клина а. Минимальное значение катета ВС равно рабочему ходу осевого пуансона Н_отв. Катет АС из геометрических построений равен (0,8-0,9)D_тр. Тогда минимальное значение угла определится:

Геометрия формующего элемента 4 определяется из следующих условий.

Рабочую поверхность формующего элемента 4 выполняют в виде сферы с отсеченным полюсом. Такая форма обеспечивает изготовление плоской площадки на торце формуемого отвода, что упрощает изготовление отверстия под последующую отбортовку.

Горизонтальная плоскость, с помощью которой отсекли полюс полусферы, отстоит от центра полусферы на расстоянии Н, равном:

Н=(0,5-0,55)R_сф, где R_сф - радиус, равный внутреннему радиусу исходной трубной заготовки.

Если это расстояние выполнить меньшим, чем 0,5 R_сф, происходит нерациональное уменьшение высоты формуемого отвода. Если же это расстояние увеличить больше, чем 0,55 R_сф, уменьшается диаметр плоской площадки на торце формуемого отвода, его форма все больше отличается от цилиндрической и для изготовления борта требуемой формы приходится увеличивать степень деформации при последующей отбортовке.

Приливы на формующем элементе 4 необходимы для того, чтобы наклонные торцы осевых пуансонов в своем самом ближнем положении при сближении друг с другом не упирались друг в друга. Для этого наклонные плоскости приливов удалены от центра полусферы на расстоянии h=(1.2-1.25)R_сф.

Приливы формующего элемента (см. фигуру 2) расположены ниже центра полусферы, из которой образован формующий элемент, на расстояние (1,5-2)S_o, где: S_o - толщина исходной трубной заготовки. Поперечное сечение приливов представляет собой прямоугольный четырехугольник, верхняя сторона которого описана кривой с радиусом, равным внутреннему радиусу трубной заготовки. При завершении процесса деформирования, когда формующий элемент упирается своими приливами во внутреннюю поверхность трубной заготовки, такая форма приливов не оставляет на ней следов.

Поперечная геометрия внутреннего формующего элемента 4 (см. фигура 2) определена тем, что он вместе в оправкой 5 должен иметь возможность разместиться в полости трубной заготовки в исходном состоянии.

Устройство для формообразования полых тройников путем формовки отвода на боковой поверхности трубной заготовки, состоящее из оснований, двух полуматриц, плоскость разъема между которыми перпендикулярна их продольной оси, двух осевых пуансонов, жесткой оправки и внутреннего формующего элемента, отличающееся тем, что полуматрицы расположены горизонтально на нижнем основании устройства, формующий элемент выполнен жестким и представляющим собой полусферу, полюс которой отсечен горизонтальной плоскостью, отстоящей от центра полусферы на расстоянии Н, равном:

Н=(0,5-0,55)R_сф,

где R_сф - радиус, равный внутреннему радиусу исходной трубной заготовки,

на сторонах формующего элемента, обращенных к осевым пуансонам, ниже его горизонтальной оси, выполнены приливы, имеющие наклонные плоскости под углом в 45° к вертикальной оси устройства и отстоящие от центра полусферы на расстоянии h, равном:

h-(1,2-1,25)R_сф;

рабочие торцы осевых пуансонов, обращенные к формующему элементу, имеют наклонные плоскости, параллельные наклонным плоскостям приливов, на нерабочих торцах осевых пуансонов выполнены наклонные скосы, верхняя половина устройства снабжена двумя клиньями, имеющими рабочую поверхность, состоящую из вертикальной и наклонной плоскостей, причем угол наклона рабочей плоскости клиньев равен углу наклона скосов нерабочих торцев осевых пуансонов, а величина угла наклона наклонной плоскости клиньев определяется из условия:

=arctg(Н_отв/(0,8-0,9)D_тр),

где Н_отв - высота формуемого отвода на тройнике;

D_тр - наружный диаметр исходной трубной заготовки.