Способ формообразования листовых профилей и устройство для его осуществления

СОЮЗ СОВЕТСНИХ ЫВ 21 0 5/06 НИ Л. Шитаревельство СССРО, 19,02.70 ОБРАЗОВАНИЯ ЛИСТОТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО где 5й 1 -брЪ толщин предел предел ширина листа;упругости; текучести полки профил ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬГГИЙ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(54) СПОСОБ ФОРМОВЫХ ПРОФИЛЕЙ И УС(57) 1. Способ формообразованиялистовых профилей преимущественнокорытообразной формы, включающийпредварительное и окончательное формообразование при Котором к полкампрофиля прикладывают усилия осадки,двустороннего торцового подпора и.двустороннего продольного подпорао т л и ч а ю щи й с я тем, что,с целью повышения качества профилейиз малопластичных материалов засчет уменьшения их коробления," двусторонний продольный подпор осуществляют приложением дополнительных упругих усилий осадки в зонах,примыкающих с обеих сторон к зонеокончательного формообразованкя,при этом длину каждой зоны приложения упругих усилий осадки определяютиз выражения:1049138 Составитель Л. Самохвалова анкулич Техред М.Костик КорректорО.ТигорРедакто Заказ д, 4/ иал ППП фПатент", г. Ужгород, ул, Проектн 93/8 Тираж НИИПЮ Государственног по делам изобретений 35, Москва, Ж, Ра 6 Подписнокомитета СССРоткрытийокая наб., 51049138 где длина окончательно формообразующих поверхностей инструмента составляла 200 мм, при шаге подачив 100 мм.Штамп был установлен нагидравлический пресс РУХЕт.с,5 При включении пресса скорость подачипуансона составила 0,2 м/с, матриги ца была выполнена неподвижной. На онтур . таком штампе был получен образец е. профиля корытообраэной формы дли 10 ною 1200 мм. В процессе перемещения инструментоввначале происходитплющение вогнуто-выпуклых участков.,в. плоскую поверхность, т.е. радиусныеучастки переходят в толщину, так15 как внутренняя поверхность каждо",го соответствующего участка инструмента (матрицы или пуансона) выполнена плоской, ответной по форме иразмерам перемычки или полки гото"вого профиля как на предварительноФормообразующих поверхностях инструментов, так и на окончательных.поверхностях 10. В результате плющения при неполном даже смыкании ручья на радиусные участки изогнутоговвалках листа действуют. усилия деформирования инструментов и усилияторцового подпора по бокам листа,за счет чего происходит накоплениеметалла в этих участках в виде утолщенной полки с размерами ( 3 + Ь Н ),обеспечиваемое свободным пространством высотою Ь Н, После плющенияпри дальнейшем перемещении инструментов и смыкании ручья 11 производится осадка сплющенных участковв толщину полки или перемычки гртового профиля, где металл упомянутыхучастков подвергается всестороннему сжатию, определяемому действующими силами - силой деформированияинструментов - Ре, силами торцового подпора - Р рц, действующими в горизонтальной плоскости,нормальной к направлению действиядефОРмирующего усилия инструментов,силами продольного подпора - Рпр. поА.одействующими в той же плоскости,что и Р рц , , но перпендикулярно к йим направлены.Из теории сопротивления материалов известно, что любой материал прдеформировании вначале испытываетупругое деформирование, а потомпластическое, конечный результаткоторого - окончательный профиль горизонтальных полок 12. В соответст"вии с 1 принципом наименьшего сопротивления"; из книги наблюдаетсяпродольное течение металла - вдольполки вдоль оси Х-Х на участках,ограниченных площадью треугольников ЯВ , так как их высота меньшеширинй Ь в два раза. На всейже остальной площади, определяемойплощадью фигуры АВВА за вычетом площади двух треугольников Яаес,видно, что а;- Ь + 2 (г + 8 ) (1 - выл К ) йд М . Высота сегмен та, очерчиваемого радиусом Й , определяется по формуле: огда полна ри плющени пределяетс высота об в прямоуг величиной тия д ьныйЬН, т ЬЬН-мр = -8 Величина же ределена подиуса висим а +4 Н ожетти: и Ма)-6 а 30 16 Ъ 2Такой предварительно изогнутый в ."роликах 2 и 3 профиль с. вогнуто-выпуклыми участками соответственно месторасположение горизонтальных полок (перемычек) окончательного профиля поступает в штамп до упора в конечный выключатель 13; который подает сигнал на прекращейие подачи изог; нутого листа (даже обычной гибкой) и включение ползуна пресса, приво- . дящего в движение, синхронное между собой, пуансон 6 и матрицу 7. Последние разведены между собой в исхбдном положении по высоте так, что; их смещение от нейтральнбй линии рабочей эоны штампа 5, проходящей через ось симметрии недеформированного листа 1, было одинаковым по . величине, если предварительно профиль изогнут симметрично относительно упомянутой.оси, - это делается 40 с той целью, чтобы не было переко-. са профиля по высоте относительно . его положения в зоне рабочих валков 2 и 3 средства шагового перемещения листа 1, а следовательно, исключалась бы возможностью возникновения дополнительных напряжений.На экспериментальном штампе упрощенной конструкции из исходной листовой заготовки шириною 73 мм, пред" варительно обычно изогнутой, так как радиус гибки бып большой (К ъ 4 8 ), то не было опасений в по-, .:явлении напряжений на внешнем радиусе гиба, был получен корытообразный профиль.со следующими параметрамиг угол наклона боковых стенок к оси сиьюетрии профиля - 45 , шири 0 на перемычки наклоненных боковых сторон - 10 мм, высота профиля -: 18 мм, общая ширина профиля с ниж ними горизонтальными полками - 46,8 мм, толщина листа - 1,.5 ьи, материал листа - Д 16.Штамп был изготовлен с общей дли ной очага деформации в 450 иа, 65 и1049138 10 полки Ь = 10 мм длина зоны пласти-,ческого деформирования составляла100 мм, т.е. отношение последней кее ширине. было равно десяти. Иначеэто можно записать как 1.5 в.Рассмотрим график зависимости продольного течения металла от параметров очага деформации, а именноширины пластического деформированияпри прочих равных условиях. ГраФикстроится на основании зависимостиследующего вида ос 8+ьйос ОЯ Шэ Ч,24 где Э - относительное удлинение полосы после деформации 1(9,);6 -толщина листа;" 20аНО - величина осадки, полученнойв результате плющения толщины в толщину полки (перемычки) готового профиля,И - площадь поперечного сечения предварительно сплющенного элемента до его осад"(фиг. 2 в ), которую можноопРеделить какСэ 2 =Ъ(бф а М ос,1 р 30пренебрегая погрешностьювеличины .размера ширины,вызванной скосом боковойстенки, вследствие небольшой толщины листа (1-2)мм,П - периметр этой фигурыЫ - площадь фигуры окончательного профиля (фиг, 2 г),П - периметр ее, равный Пт 2(3 Ф)К - резерв на уширение, определяемый заполнением площади Фигур, обозначенных.двойной штриховкой - треугольников а Ое в результате осадки сплющенной толщины иа величину ЬНб , который должен удовлетворятьусловиюК 2(6 -Е )Ьдля иск- лючения накопленная избыткаметалла, стремящегося кпродольному истечению, таккак необходимая площадь ужезаполнена и ему некуда деваться)- длина зоны пластическогодеформирования предваритель но.сплющенного участка профиля полосы.По указанному графику видно, чтопри значениях (1,ц,5 Ь ) с дальнейшим увеличением длины зоны пластического деформирования интенсивность фпродольного течения металла резкопадает.Согласно укаэанному графику про.дольное истечение при 1.пе, = 10 виеэнанитеиьно и не сяаэынается на 3 еа течение металла будет поперечным. Для .исключения продольного течения металла с двух сторон относительно зоны пластического деформирования, где происходит осаживание полученной после плющения толщины в толщину 5 полки окончательного профиля, нужно осуществить продольный подпор силами. Продольный подпор может быть осуществлен тремя вариантами. В качестве примера рассмотрим получе ние опытного образца. При ширинебдН качестве готового профиля. Это оз.начает, что продольный подпор зоныпластическогодеформирования осу-,.ществляется длиной самой зоны пластического деформирования, так какпоперечное течение металла составляет в этом случае 90 от смещаемого объема. Величину этого процентаможно определить из площади прямоугольника с длиной 5 Ъ и ширинойплощадь же двух треугольников ЯЬА 9 Ссоставляет 10 от всей площади прямоугольника,Однако даже такой небольшой процент продольного истечения металланежелателен, так: как он снижаетресурс и устойчивость при большихнагрузках профиля (в рабочих условиях) . Для полного же исключенияпродольного течения металла необходимо предусмотреть зоны упругогодеформирования предварительно сплющенных элементов полосы, в которыхотсутствует пластическое течениеметалла, а контактные силы тренияпри определенной длине этих эондостаточны для продольного подпораметалла в зоне пластического дефор-,мирования от его продольного исте-.чения.Если не предусматривать эти участ-ки упругой эоны, то продольное течение металла в процессе осадки будет являться причиной появлениянайряженного состояния профиля засчет сдерживания текущего слоя боковыми стенками профиля, не изменяющими своего контура в процесседеформирования элемента в штампе 5На выходе из штампа это напряженноесостояние выявится. в виде коробления профильной полосы по длине. Длина зон упругого деформирования определяется в зависимости от отношения длины зоны пластическогодеформирования. к ее ширине (в соответствии с упомянутым графиком).1-й случай. Отношение длины зоныпластического деформирования предварительно. сплющенного участка к но, что высота обжатия в зоне уп;ее ширине 18 с ,ц, с 5 Ь ругооти определяется из выражения, Длину участка зоны упругого дефор- степени деформации Е , гдемирования и высоту осадки в этой АЧр МЧ 1зоне определим из условия, что сила трения на площади участка упрутого деформирования, определяемого Я - предел упругости материала,площадью прямоугольника ЯАЗ, рав- Е - модуль Юнга.на силе трения на площади треуголь-й случай, когда отношение .длиника ЯаАВсны зоны пластического деформировавркувр АОРТО ар, вл, ЬАВСо0 ния предварительно сплющенногоСила трения на площади треугольникаучастка к ее ширине меньше единицы,Р,определяется какВ этом случае продольное истевр.пл, А АВС определяется какРР, р , 8 .чение будет ыаблюдаться на площадиЧА Авс фигуры, определяемой буквами ЛЛВВ,РЧА и ока о3 Р 15 высота которой Опав /2, а ширина равГДЕ Р - Удельное давление на Ъ . площадь ееЧА о ЯЪ - ширина горизонтального в 1 п,(ЧЬ-п 1участкао ,Ь-ЬЕ- -1:- коэффицйент трениям фф ц нт тРения (0,3 Тогда длина упругой зоны из тех жеусловий будет определена как:,где- коэффициент Лоде = 1-1,155 Чв 1 8 бД Ъ 8бр - предел текучести,Ь - ширина предварительно сплю- Таким путем определена длина упщенного участка полосы, ругой эоны в обоих случаях. Для плавсоответствующего месторас- ного ее сопряжения с зоной окончаположению горизонтальнойтельного деформирования в штампеполки окончательного профи- введен участок, который можно соля, поставить с зоной пластического де 3 - толщина листа.Формирования.В начале упругого деформирования Определим высоту осаживания привысотное. обжатие предварительно сплю- пластическом деформировании следующенного участка равно О, а следова- щим образом. В процессе пластичестельно, и бЧвр = О, а на границе 35 кого деформирования происходит эаполперехода из эоны упругого деформиро- иенце металлом вершин углов трапевания в вону пластического деформи- цеидального профиля (за счет всеревания б Чвр. =бЧ 1 , поэтому нап стоРоннего сжатия металлу некударяжение упругой деформации изменя- больше. деваться). Площадь заполнеется от 0 до 6 Д , и для расчета 4 О ния излишками металла заштрихована,берем среднее значение, т.е. 61 /2. (Фиг 10) резервом заполнения и моТОГДа сила тРения в зоне упругости жет быть определена в виде разносопределяется как ти между площадью двух треугольнибч) . ков Я А ыш 0 за .вычетом площади сек 1 ртр,ер. 4. о 1. Ъ; Чар,) .,ц тоРа, описываемого внешним Радиусом,гдеоо 1 - предел упругости материалау г т о 1 т уо Оо) о,осотров + 8, т.е, лоопа =2 Ацто БсвктЧвр - длина упругой зоны очага г + ф 8 5 -Ф " рдеформации, которая должна " "быть выде жана в втампе п Величину пластического ОсажИВаинябыть выдержана в штампе перед зоной пластической - 5 О,можно определить, пРиРавняв величиормации для осуществления, . ПОДПОРа и на выходе из нее к площаДи Прямоугольника ширинаЬ - ширина участкакоторого равна половине ширины го " коэффициент т ени Ризонтальной полки окончательногоОтсюда определяем длину упругого 5 Роф я, а высота - искомая велиучастка, позволяющего удержать .кон"тактнккки силами тренин маталл ст ис: ,кйк 1О к 81 14 О-. т 1-ОООт 1 ОО.Н 1).течения в продольном направленйи вИными словами, полная высота осаштампе, т.е.юрРбр(41 ЬЬ Я 48, . 4 оО живания на длине зоны 1., определяемая смещением по высоте точек Е8 ИЧЗ 88 Щ ;: ,и ж как ДНОВ, ан Ч +ЬНТеперь определим, какая высотаопределяет зону упругости, т.е. Нкр 1 А . +-1,роб 1 45- -осами 90-из сопротивления материалов извест"-я з Е ,8"4 .ЙНа общую длину второй эоны предварительно формообразующЕй поверхности .,инструмента, обеспечивающей получение внешней поверхности предварительно сплЬщенного участка профиля " К можно определить, заменив ее зоной деформирования в валках. Тогда сравним два треугольника -дЕ и артпони подобны. Из подобия этих треугольников находим: Ь"д"ос д"Чпр 1 Г 9 рд "ос д"ос даос д" Чпр Тогда, д осф" ЬРдЬ С 69 Д 2 Е Щ 46-ф-Оайт(90-Ы 1 ЧЧ" Ро ,6 91Такое сопоставление характера деформирования в валках и штампе возможно, потому что процесс в принципе аналогичен, разница в длине очага деформации. Расчеты показали, что величина высоты осадки Ь Нос очень мала, так что, на длине М , соединяющей точки Е и Р радиус будет очень велик, поэтому практически его можно заменить прямой, что и делается с поверхностью инструмента, формообразующего внешнюю поверх-. ность предварительно сплющенных участков соответственно месторасположению горизонтальных.полок окончательного профиля. Если длина профиля больше, чем очаг деформации, где происходит всестороннее сжатие, то будем иметь так называемый "жесткийконец", который будет находиться вне зоны деформирования и который должен быть плавнО сопряжен с деформируемым участком профиля. .Плавное сопряжение обеспечивается зоной плющения в штампе 5, в кото- . рой радиусные участки профиля, полученные в ручье 4 валков 2 и 3, плющат в толщину соответственно месторасположению горизонтальных полок (перемычек) корытообразного профиля Длина зоны плющения выбирается подбором из условия, чтобы деформации в продольном направлении профиля не превышали упругих деформаций, что может быть определено следуЬщим выражением (для упрощения дуга заменена прямой)ЯУйюИ "пдкщ д"пьют "пмоцную форму профиля в ручье 11, т е. также исключает продольное истечениеметалла с треугольника Ыддзс илитрапецеидального контура Ядссд20 Предлагаемый способ, осуществляе- мый описанным устройством, позво- ляет получить качественно годный фасонный профиль с горизонтальными полками и перемычками при вертикальном усилии деформирования за счет приложения дополнительного двустороннего торцового подпора по бокам листа и двустороннего продольного подпора зоны пластического деформирования предварительно сплющенных 25 участков профиля соответственно мес. торасположению горизонтальных полококончательного профиля, где продольный подпор осуществляется зонамипо длине эон упругого деформирова. ния, исключающих продольное истече-ние металла в соответствии с принципом наименьшего сопротивления. Аэто значит, что исключается продольное искривление профиля на выходеиз штампа, какой бы длины этот профиль не был, т.е. исключается на100 дефект, свойственный прокату 45 при деформировании.в валках за счетувеличения длины очага деформации. При этом профиль может быть получен и с острыми углами (внешние радиусыгиба порядка 0,1 мм) без опасностипоявления трещин на внешнем радиусепри деформиррвании малопластичногоматериала, так как замкнутость про"филя ручья с боков штампа обеспечи-вает торцовой подпор,. а значит инакопление материала для заполненияуглов, что позволяет расширить диапазон получаемых форм профилей засчет изготовления корытообразногопрофиля, который невозможно получитьв валках обычной прокаткой; 55 В Нд - высота радиусной 1 к 6 Юцлой или вогнутой зоци,.которую, плющат в плос-, кую и определяют в зависимости от геометри ческой формы поперечногосечения гнутого профиля по известным формУлам геометрии.По окончании деформирования инст рументы штампа разводятся в исходную позицию, фиксатор 13 подает сигнал на следующую шаговую подачу лис-та 1 из валков 2 и 3 в штамп 5. Циклповторяется. На выходе из штампа 515 на длине Йч поверхность инструмента является продолжением поверхности ,10, которая как бы фиксирует получен