Способ раздачи цилиндрических тонкостенных оболочек и штамп для его осуществления

(71) Ро при зав Ростовс скохозя (72) А. И.А,Цер (53) 62 (56) Ро холодно уэ льмаш" - филиал у института сель- машиностроения С.А.Шульга,еменко88,8)(54) СПОСОБ РАЗДАЧИТОНКОСТЕННЫХ ОБОЛООСУЩЕСТВЛЕНИЯ ЦИЛИНДРИЧ ЕК И ШТАК 1 СКИХДЛЯ ЕГО(57) Изобретение о ке металлов давлен листовой штамповке степени деформации создания дополнител брабо носится к ем, в час Цель - и и качеств ости ышен за счет ых уси" ьных окруж ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИ НОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 4217135/31-27) 30.09,88. Бюл стовский-на оде "Ростсе кого-на-Дон йственного Н,Шипилов, на и Ю.Н.Ер 1,774.72 (О мановский В й штамповке 1979, с,228,Авторское свиде148679, кл. В 2 лий, направленных к наиболее утончившимся участкам оболочки. На первом этапе раздачи две ползушки (П) 8, установленные на каждом разжимном секторе (РС) 1, сведены вместе за счет действия пружин 10, а шарнирно скрепленные с П 8 рычаги (Р) 12 механизмов принудительного окружного перемещения П 8 перемещаются вместе с РС 1, После деформирования оболочки 2 до средней окружной дефо"мации, составляющей 1020% от предельной, общая ось 13 каждой пары Р 12 упирается в стенку радиального паза, За счет последующего вращения Р 12 вокруг осей 13 П 8 приобретают дополнительную окружную скорость, активно воэдейст- Ы вуя а внутреннюю поверхность оболочки 2 силами трения. После раздачи по- %Ф Ф следней до средней окружной деформации, составляющей 40-60% предельной, направления окружных скоростей каждой П 8 вместе с направлениями действий окружных усилий изменяются на противоположные о 2 спф лы 1 1 ил.Лемч оррек аказ 4804 10 твенн брете Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная Тираж ВПИИПИ Госуда по делам и 13035, Москва, Подписного комитета СССРий и открытийупская наб., д, 4/55 10 15 20 25 30 35 40 50 55 Изобретение относится к обработкеметаллов давлением, а точнее к листовой штамповке, и может быть использовано для калибровки цилиндрическихтонкостенных оболочек раздачей внутреннего диаметра.Целью изобретения является повышение производительности путем увеличения предельной .степени деформации,качества и повьппение коэффициента использования металла.На фиг,1-3 показана последовательность процесса раздачи тонкостенных1оболочек в начальный, промежуточныйи окончательный моменты; на фиг.4 -штамп, вид сверху; на фиг,5 - разрезА-А на фиг,4; на Фиг.6 " неподвижнаяплита в момент окончания второго этапа раздачи; на Фиг.7-10 - разрезБ-Б на Фиг.5 (начальный момент разда"чи, момент окончания первого этапараздачи, момент окончания второгоэтапа деформирования, заключительныймомент раздачи); на Фиг,11 - схемаштампа для расчета его конструктивных параметров.Способ осуществляют следующим образом.На первом этапе посредством разжимных секторов 1 раздают радиальными усилиями оболочку 2 до среднейокружной деформации, равной 10-20%от предельной,При этом появляются участки разъема (число которых равно числу разжимных секторов 1), на которых стенкаоболочки 2 имеет минимальную толщину,Участки оболочки 2 с наибольшей попериметру толщиной стенки располагаются вдоль центральных (в поперечномсечении) осей разжимных секторов 1.После первого этапа раздачи к внутренней поверхности оболочки 2 на втором этапе деформировани прикладывают дополнительные окружные усилия(активные силы трения), направленныек наиболее утончившимся участкам.Вследствие этого окружные скоростиматериальных частиц оболочки 2 такженаправлены от утолщенных участков последней к наиболее утончившимся. Кмоменту окончания второго этапа раздачи (по достижению оболочки 2 средней окружной деформации, составляющей 40-60% от предельной) наиболееутончившиеся после первого этапа раздачи участки оболочки 2 имеют теперьмаксимальную (по периметру последней) толщину. Соответственно имевшие после первого этапа наибольшую толщинуучастки оболочки 2 становятся к моменту окончания второго этапа раздачи наиболее утончившимися,На третьем этапе раздачи направления действий дополнительных окружныхоусилий (активных сил трения) изменяют на противоположные (относительнонаправлений их на втором этапе деформирования), Вследствие этого окружные скорости материальных частиц оболочки 2 снова перераспределяютсятак, что одновременно с радиальнымперемещением материал течет от наиболее утолщенных участков оболочки кнаиболее утонченным участкам последней,При перемещении материала от утолщенных участков к утонченным выравниваются также и высотные деформации, гтак как утонченные участки оболочки2 имеют наименьшую (по периметру последней) высоту.К моменту раздачи оболочки 2 дотребуемой степени средней окружнойдеформации толщина стенки и высотаготовог; изделия 3 однородны вдольпериметр; последнего, Вследствиеэтого улучшается качество готовогоизделия 3, повышается коэффициентиспользования металла, а также параллельно увеличивается предельнаястепень деформации.П р и м е р, Оболочка 2 из стали08 кп изготовлена из листа (посредством гибки в цилиндр и сварки сты"ка) и имеет следующие начальные размеры, мм: толщину Б,=1,0, высоту Н ==150, диаметр 0,=200. Количество секций разжимного инструмента равно 8.Требуемый наибольший диаметр пос ле раздачи Р , =235 мм, т.е. требуемая степень раздачин = 1 17 зП Р йотребуемая средняя окружная деформаР 1 мскс 0ПГ " О фоВ условиях холодного линейного растяжения предельная средняя окружная деформация для оболочки из стали 08 кп равнаЕ 1 п,о26677 и одновременно прикладывают дополнительные окружные усилия, направленныек наиболее утончившимся участкам обо 5лочки 2 (усилия создаются посредством движения разжимных секторов 1 одновременно и в окружном направлении),при этом поверхность разжимных секторов 1, контактирующая с внутреннейповерхностью оболочки 2, достаточношероховатая К 40-К 80,Величина дополнительных окружныхусилий зависит от площади поверхности контакта оболочки 2 с единичнымразжимным сектором 1 (т.е. зависитот количества последних и определяется для одной ползушки ориентировочнопо формуле ш н р с Ор 954- к20 .асп Р где р- коэффициент пластическоготрения (р=Ор 15-0235);К - постоянная пластичности;258 - площадь поверхности контактаразжимного сектора 1 с оболочкой 2,После второго этапа раздачи Р, ==217-225 мм30При этом место разъема между смежными разжимными секторами 1 смещается в точку В, В этой точке толщинаи высота оболочки 2 (определенныеэкспериментально) минимальны вдольпериметра последней 0 мокс =204-208 мм 1=5 зжм2 Р где Ф - угол раствора разжимного сек 35тора;Ь, - ход последнего, т.е. ЪМ 13 14., р 24 р яф ,4степень раздачи и средя деформация грвом этапе раздачи оболочкуают до средней окружной дефории Й, р составляющей 10-20% от предельной Е , т.е.Е1: мм О, 21-0,42,Пмакс После первого этапа раздачи между раэжимными секторами 1 появляются разъемы, каждый из которых имеет ширину 1 вдоль периметра оболочки 2, определяемую из выражения (фиг.1) Б = 091 Ч = 136 мм.ОммЯ, = 0,94 Н, = 143 мм, Д А а на центральной оси В поперечногосечения разжимного сектора 1 Я, =0,95 6 Н = 144 мм, в1 На втором этапе заготовку 2 раздаютдо средней окружной деформации, составляющей 40-60% от предельной, т,е,1 "с = О 084-0 124ь Пр ро Толщина и высота оболочки 2 послепервого этапа раздачи в местах А(фиг.1)р определенные экспериментально, составляют В точке А толщина и высота оболочки2 наибольшие вдоль периметраа аБ = Ор 92 Н = 138 мммНа третьем этапе раздачи оболочку 2 раздают до требуемой средней окружной деформации ЕО =О, 16,При этом в каждой точке контактавнутренней боковой поверхности оболочки 2 с разжимными секторами 1 направления действий дополнительныхокружных усилий противоположны напрар.влениям действий дополнительных окружных усилий в этих же точках навтором этапе раздачи,55 После окончания третьего этапараздачи и получения готового изделия3 в точках А и Б толщина и высотапоследнего, следующие, мм:1426677 Б =0,87 Б =0,87 При раздаче оболочки 2 до требуемой 5 степени раздачи ш=1, 175 по способу, используемому в качестве прототипа, очень высок процент брака вследствие разрушения оболочек 2 после потери устойчивости деФормирования.При степени раздачи ш=1, 12 (Пс = =225 мм) в точках А и В соответственно, толщина и высота следующие, мм: Б =0,88 Н =124 15Б =0,90 Н =128.б Таким образом, за счет раздачи попредлагаемому способу улучшено качество готового изделия, повьпнен коэФфициент использования металла вследствие уменьшения неоднородности деФормаций (и соответствующего устранения дополнительных операций обрезки торцов готового изделия), повьппенапроизводительность труда вследствиеувеличения предельной степени деформации.Штамп для осуществления предлагаемого способа, предназначенный для установки на прессе простого действия,включает разжимный инструмент в видеразжимных секторов 1, установленныхс возможностью перемещения в радиальных пазах, выполненных в неподвижнойплите 4,:Каждый разжимной сектор 1 имеетклиновую поверхность 5, взаимодействующую с соответствующей гранью изготовленного в виде пирамиды центрального клина 6, который крепитсяк ползуну пресса (не показан).Поверхность 7 каждого разжимногосектора изготовлена круговой цилиндрической и является опорной для ус-, 45тановленных на ней ползушек 8. Последние посредством хвостовиков 9размещены в направляющем поперечном.пазе, выполненном на каждой поверхности 750 Две ползушки Я, установленные на одном и том же разжимном секторе 1, связаны между собой пружиной 10 растяжения. Рабочие поверхности 11 пол зушек 8 изготовлены круговыми цилиндричес,кими с радиусом, равным радиусу готового изделия 3. Каждый разжимной смеханизмом принудительь,перемещения расположенными.сзушек 8, который выполнен, абдвух рычагов 12, установленъ +подвижной плите 4 с возможно, ощения на общей оси 13. Каждыйф12 посредством штиФта 14 шарнир,скреплен с соответствующей ему пзушкой 8.Кроме того каждая ось 13 и связа,ные с ней рычаги 12 имеют возможностьрадиального перемещения в пазах 15,выполненных в неподвижной плите 4,Длина каждого паза 15 равна рациальному перемещению разжимных секторов1 на первом этапе раздачи. Пружины16 подпружинивают разжимные секторы1 к неподвижной плите 4 в радиальномнаправлении.Штамп работает следующим образом.При верхнем положении ползуна пресса и центрального клина 6 разжимныесекторы 1 под действием пружин 16 находятся в исходном - наиболее близком к оси штампа положении, Ось 13каждого механизма принудительного окружногс; перемещения ползушек 8 находится прл этом у наиболее близкой коси штампа поперечной стенки соответствующего ей радиального паза 15,Оболочка 2 устанавливается на неподвижнои плите 4.Под действием ползуна пресса центральный клин 6 опускается вниз ипосле соприкосновения его граней склиновыми поверхностями 5 разжимныхсекторов 1 последние начинают перемещаться в радиальных пазах от оси штампа,производя при этом раздачу оболочки 2.Вместе с разжимными секторами 1перемещаются и механизмы принудитель"ного окружного перемещения ползушек8. Последние на первом этапе раздачисведены вместе пружинами 10, и, следовательно, рабочие поверхности 11каждой пары ползушек 8 ( установленных на каком-либо разжимном секторе 1), образуют единую поверхность,в центре продольной оси которой (настыке двух ползушек 8) материал оболочки2 испытывает наименьшую деФормацию(толщина стенки и высота оболочки 2 вртом месте на первом этапе раздачи -наибольшие по ее периметру),Между разжимными секторами 1, атакже .между не связанными между собой ползушками 8, образуется равно 1426677мерно увеличивающийся зазор (разъем) .В центре разъема между ползушками 8 деформация материала оболочки 2 - наибольшая по периметру последней (соответственно толщина стенки и вы 5 сота наименьшие) .В момент окончания первого этапа раздачи (по достижении оболочкой 2 средней окружной деформации, составляющей 10-203 от предельной) оси 13 механизмов принудительного окружного перемещения ползушек 8 упираются в периферийные стенки пазов 15 и останавливаются,При дальнейшем раздвижении разжимных секторов рычаги 12 начинают вращаться попарно вокруг общей оси 13 и перемещать, вследствие этого, ползушки 8 также и в радиальном направлении. При этом силы трения, действующие на внутренней боковой поверхности оболочки 2,изменяют направление на противоположные, т.е, направлены на втором этапе от наиболее утолщенных участков оболочки 2 к наиболее утончившимся (в ходе первого этапа раздачи), Указанное направление сил трения препятствует дальнейшему интенсивному утончению оболочки 2 в местах разъемов и способствует вырав 30 ниванию деформаций по ее периметру.Второй этап раздачи заканчивает ся в тот момент, когда рычаги 12 поворачиваются на угол, равный половине угла полного их поворота в процессе раздачи. 35 При этом боковые грани смежных не связанных между собой пружинами 10 ползушек 8 близки друг к другу (или соприкасаются), а имевшие после первого этапа раздачи наибольшую толщину и высоту 40участки оболочки 2 становятся к моментуокончания второго этапа раздачи наиболее утончившимися,После второго этапа раздачи при дальнейшем вращении рычагов 12 вокруг соответствующих им осей 13 направление радиального перемещения каждой ползушки изменяется на противоположное,Направления сил трения также перераспределяются и направлены от наиболее утолщенных (после второго этапа раздачи) участков оболочки 2 к наиболееутончившимся, за счет чего происходитпостепенное выравнивание деформацийпо ее периметру, Вследствие этогоповьппается коэффициент использованияметалла, поскольку становится возможным устранение завершающих операцийПри расчетах принимали, что цилиндрическая поверхность разжимного сектора 1 соосна рабочей поверхности 11 ползушки 8, поэтому величина К в процессе раздачи остается неизменной,По заданным начальным данным определяли:- угол между .прямыми МО, и 00при С=О: 50 3Ц = агсз 1 п( -зпы);К механической обработки, Кроме того,увеличивается предельная степень раздачи, и, как следствие, повьппаетсяпроизводительность труда,По окончании раздачи и полученииготового изделия 3 центральный клик6 отводится ползуном пресса вверх,разжимные секторы 1 отводятся пружинами 16 в исходное положение. Приэтом рычаги 12 совершают обратное (холостое) вращение на осях 13 после того, как последние упрутся в наиболееблизкие к оси штампа стенки соответствующих им пазов 15.Для определения отвечающих условиям способа конструктивных размеровштампа использовались найденные аналитические зависимости.К числу начальных данных (задаваемых величин) относятся при этом(фиг.11)г ,К - радиусы заготовкн и готовой детали соответственно,причем радиус рабочей поверхности 11 (ползушки 8)с центром в начальньй момент раздачи в точке О,равен Кх - угол полураствора разжимного сектора 1 (угол междупрямыми ОМ и 00 в начальный момент раздачи, т,е,при с.=0, при этом точка0 - центр штампа; М - крайняя точка рабочей поверхности 11 ползушки 8, 0 -центр оси 13 при =0);.угол между прямыми О, К и0,0 при г.=0 (Я - центрштифта 14),- длина рычага 12 (т,е, длина отрезка БО на фиг,11)",длина отрезка О,К;Е - перемещение каждого разжимного сектора 1 в ходепервого этапа раздачи, 1426677(11) (12) Х=Х, созе+У,яхпс,У,=-Х я 1 пс+У,созе,Б2 5 сояо У, в к ль цент секция 8 пере При э тствуе рой ос рально (фиг.1 м щается отрезк первый ММ, = ая М,М ачи, а тоу (М У(М)В подвижной си теме координат ейся вместе с раз(Фиг,11), коордие движении (в за- Н разжимного секто ретьем этапах раз- выражениями Х,ОУ, перемещающжимным сектором 1наты точек М привисимости от ходара 1 на втором идачи) определяютс соя(+- ),ягп(ч+- ,),ом=Н кущего наход гл я осинус 1(и,-н Б,-Н) Теперь в неподвиж динат ХОУ, образов ампа, имеем для ко й системе но 0 М9)10) инат точ у=ус рическихчающий неренней борациальных Х=Х-Б+Ь в системе коозвестным преоб а координаты точки цинат Х,ОУ, даются зованием поворота: х сектоя тем,Б, - длину отрезка 00 при С=О: Б, = г-Я яп , +К соя;, (2)а также Б - длину отрезка 00 приС=0: истеме координат Хь ОХ направлена вдой оси разъема между1) точка М ползушкипо кривой М,М,М Му прямой М,М, соотвеэтап раздачи, т.е. твечает второму этапу ивая ММз - третьему. Координаты У точек М и М должны быть равны нулю (или близки к нлю): где величина угламежду прямыми БО, и из 6 БО, Опо теорем Задаваясь начальными данными г, Нвог Н и Ь, определялйзначения, Б, и Б. затем в зависимости от хода Н - величину углаПосле этого находили координаты точке М в системе координат Х,ОУ по формулам (б) и (9-12).Затем начальные данные, величина которых находится из конструктивных соображений (т.е. г, Нь или ", ), изменяли до тех пор, пока не удовлетворится условие (5) .При значениях г=100 мм, К =118 ммо3 1 рУ М=ЗО, величина Ь равна Ь=5 мм и при этом получаем г=28, В =83 мм,=20Использование при раздаче разжимными секторами дополнительных окружных усилий направленных на втором этапе раздачи к наиболее утончившимся (на первом этапе) участкам заго вки, и изменение на третьем этапе раздачи направления действий дополнительных .,кружных усилий на противоположные, выгодно отличает предлага ж 1 й способ раздачи цилиндрических тонкостенных оболочек и штамп для его осуществления от указанных прототипов вследствие уменьшения неоднородности деформаций по периметру готового изделия, что улучшает качество последнего, а также позволяет увеличить предельно достижимую степень раздачи и повысить за счет этого пр изводительность трудаПреимуществами предлагаемого способа и штампа для его осуществления по сравнению с прототипами являются уменьшение неоднородности деФормаций готового изделия и увеличение предельно достижимой степени раздачи, а также улучшение качества готового изделия и повышение производительно. - сти труда. о р м у л а и з о б р е т 1. Способ раздачи цилиндтонкостенных оболочек, вклюпрерывное приложение к внутковой поверхности оболочкиусилий посредством разжимньров, о т л и ч а ю щ и й с14266что, с целью повышения производительности путем увеличения предельноистепени деформации, качества и повышения коэффициентов использования,металла, в процессе непрерывной раздачи при достижении величины среднейокружной деформации оболочки. до 1020% от предельной, к внутренней боковой поверхности оболочки прикладываютдополнительные окружные усилия,направленные к наиболее утончившимсяучасткам оболочки, а после раздачипоследней до средней .окружной деформации, составляющей 40-60 Х от пре"дельной, направления приложения дополнительных окружных усилий изменяют на противоположные.,2, 91 тамп для раздачи цилиндрических, тонкостенных оболочек, содержащий неподвижную плиту и установленный на ней разжимной инструмент ввиде секторов, каждый из которых выполнен с внутренней клиновой поверхностью и цилиндрической наружной поверхностью, на которой в поперечной 77 12направляющей смонтированы с возможностью окружного перемещения две,соединенные между собой пружиной растяжения, ползушки, и подвюкный центральньй клин, установленный перпендикулярно плите с возможностью взаимодействия с клиновыми поверхностямисекторов, при этом секторы подпружинены относительно плиты и смонтированы на ней с возможностью радиальногоперемещения, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повышения производительности путем увеличения предель"ной степени деформации, качества иповьппения коэффициента использованияметалла, каждый сектор разжимного инструмента снабжен механизмом принудительного окружного перемещения ползушек, выполненным в виде двух шарнирно соединенных с ползушками и с об"щей осью поворотных рычагов, при этомв неподвижной плите выполнены ограничительные радиальные пазы, для размещения в них с возможностью свободногоперемещения упомянутых осей,