Способ изготовления тонкостенных оболочек

(51) 4 В 21 Б 22/16 ИЪ 33 Цд(Е.:;".Г ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(71) Московский авиационный технологический институт им, К,Э, Циолковского(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТОНКОСТЕННЫХ ОБОЛОЧЕК(57) Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к способам изготовления тонкостенных оболочек ротационной вытяжкой. 1Изобретение относится к обработке металлов давлением, а именно к листовой штамповке, и может быть использовано в машиностроении для получения равнотолщинкых осесимметричных оболочек из трубчатых заготовок.Целью изобретения является повышение качества получаемых деталей и коэффициента использования металла, а также расширение номенклатуры получаемых деталей.На фиг, 1 представлена схема неравномерного упрочнения заготовки путем холодной ротационной вытяжки;на фиг, 2 - схема раздачи упрочненкой и профилированной заготовки (верхняя половина, исходное состояние, а нижняя половина - конечное положение); на фиг. 3 - номограмма расчета требуемого распределения толщины стенки заготовки 8 по образу 801465152 А 1 Цель - повышение качества получаемых деталей и коэффициента использования материала,.а также расширениеноменклатуры получаемых деталей:Профилированную трубную заготовкудополнительно упрочкяют путем холодной ротационной вытяжки с утонениемна оправке. Производят при этом увеличение предела текучести материалав направлении деформировакия. Дополнительное упрочнение заготовки совмещают с профилированием ее стенки,Это позволяет исключить потерю устойчивости отформованной заготовки приее раздаче с нагревом и расширитьноменклатуру получаемых деталей.1 з.п. ф-лы, 3 ил. 2ющей заготовки при заданном распре.делении экстраполированного предела текучести ее материала Ь;, . Способ осуществляют следующим образом.Исходную трубчатую заготовку (цилиндрическую с постоянной толщиной стенки) подвергают неравномерному упрочнению по ее длине методом холодной пластической деформации, обеспечивая увеличение предела текучести материала от кромки заготовки, упрочнение может быть осуществлеко различными методами, например, путем последовательного обжима и раздачи трубы может быть получена деталь исходной геометрии с переменными механическими характеристиками материала вдоль образующей. Затем производят профилирование исходной заготовки по тол1465152 Еф ИК Е,(1+ - )+ 1Е 1йЯз СУ Е 2йК КЯз г +Ег Кв з 1 по Е 2 Еэ Е 2 25 жением щине стенки, обеспечивая наибольшую толщину кромки заготовки,ПроФилирование заготовки по толщине вдоль образующей может быть Осуществлено различными способами; механической обработкой заготовки со снятием стружки, химическим травлением и т.д. В общем случае распределение толщины стенки по длине заготовки зависит от степени формоизменения заготовки (от Кр), от распределения механических свойств материала в упрочненной заготовке, от температуры нагрева материала при раздаче, усЯ - текущее значение толщиныстенки .заготовки;Н - текущая длина заготовки;К - текущий радиус получаемойдетали;К - радиус исходной трубчатой3заготовкиКз = сопзй;8 - толщина стенки получаемойдетали;Я = сопзС;Ы - угол между касательной к ,оболочке и ее осью симметрии;р - коэффициент трения междузаготовкой и пуансоном:8 КЕ2 г 1 п - 1 п 31 Яз КэК ЯЕ = 2 1 п - + 1 п - ;Кз ЯзК= 3" 1 п -ЯЕ = Зг 1 п - ;ф ЯЬ - напряжение текучести мате 5риала;К - меридиональный радиус оболочки., ловий контактного трения и геометрииполучаемой детали.Определить требуемое распределение 5толщины стенки по образующей заготовки, если материал заготовки неравномерно упрочнен, можно путем совместного решения уравнения равновесия элемента оболочки, условия пластичности, условия несжимаемости, уравнения связи напряжений и деформаций и зависимости напряжения текучести материала от деформационного упрочнения и разупрочнения при нагреве, 15 Окончательное решение имеет вид:ж 5 аЯЗ Я хКЗ Ы(1)1 Н 3 температурный коэффициент;температура нагрева материала,= Г(К);температура определения механических свойств материала: т, и Решение (1) осуществляется числен ным интегрированием при граничных условиях (2). К Ккрг 83 Я/ 4:р,Расчеты показывают, что упрочнение эоны передачи усилия в 1,4-1,6раза повышает предельные возможности 35 формоизменения От Кр= 0,5 до Кр=0,3 фпри прочих равных условиях.С целью повышения коэффициентаиспользования материала заготовкиупрочнение трубчатой заготовки и ее 4 О профилирование по толщине совмещаютв одной операции, На Фиг. 4 показанасхема упрочнения и профилированияисходной заготовки с использованиемметода ротационной вытяжки, при ко тором получают упрочненную и профилированную заготовку 1 путем утонениястенки заготовки на вращающейся оправке 2 с помощью давильного ролика3. Требуемое утонение стенки от кром ки заготовки определяется выражением (1) методом последовательногоприближения. Вначале осуществляетсярасчет (1) при условии линейноговозрастания напряжения текучести Ь,ф 55 по длине заготовки; определяется распределение толщины стенки заготовки(8 ), уточняется распределение 2.Тв зависимости от утонения стенки,и т,д.1465152 Процесс раздачи полученной заготовки 1 (фиг. 2) заключается в осевом перемещении заготовки 1 относительно пуансона 4 в результате чего по5 лучают готовую деталь 5. Процесс раздачи осуществляется при тех температурно-скоростных условиях, которые были заложены в расчет распределения толщины стенки заготовки 1 (параметры , С),П р и м е р, Способ был опробован при изготовлении тонкостенных конических деталей из материала АМгЗМ. Угол конусности деталей составил 30 толщина стенки 0,9 мм, Исходная трубчатая заготовка И 28 "1,5 мм: упрочнялась и профилировалась методом ротационной вытяжки, при этом обеспечивалось распределение предела текучести материала и толщины стенки в соответствии с зависимостью, приведенной на фиг. 3. Расчет (1) осуществляется со следующими значениями параметров: Б., = 200 МПА, в = 25 = 340 МПа, р= 0,1, з = -0,004, при линейном распределении температурыо нагрева пуансона от= 320 С в вершине пуансона до= 430 С на больошом основании, при скорости дефор- ЗО мации 2 10- 8 10с -". В результате получения требуемой упрочненной и профилированной заготовки и ее раздаче по указанным режимам были полуЖз йНз 1с 1 й 2 сИ с 1 Бз Бз"КзЕзЕ ф К4 О Е = 31 п -зКзБЕ= 31 п - .;Бзй - напряжение текучести материала;45Км - меридиональный радиус обо.лочки.2, Способ по п. 1, о т л и ч а -ю щ и й с я тем, что дополнительноеупрочнение. совмещают с профилирова 50нием стенки трубной заготовки.3. Способ по п. 2, о т л и ч а -ю щ и й с я тем, что дополнительное упрочнение и профилирование трубной заготовки производят путем ее 55ротационнои вытяжки с утонением стенчки на оправке,Н Э К -2 Р Е(1+) +1 -аБз сг Езгде текущее значение толщиныстенки заготовки;текущая длина заготовки;текущий радиус получаемойдетали;радиус исходной трубчатойзаготовки, К ,= сопят,толщина стенки получаемойдетали, Б = сопя;угол между касательной коболочке и ее осью симметрии;коэффициент трения междузаготовкой и пуансоном;Б К-2 1 п -- 1 п - ;КзК Б21 п - + 1 п - ,Бз чены равнотолщинные конические де-.тали с перепадом диаметров 76:28(коэффициент раздачи 0,37), Процессограничивался разрушением заготовкина кромке. Коэффициент использованияматериала 0,95. Формула изобретения 1, Способ изготовления тонкостенных оболочек, заключающийся в профилировании и упрочнении трубной заготовки вдоль образующей по толщине, обеспечивая максимальную толщину заготовки на ее кромке и последующей раздаче с нагревом заготовки на жесткой оправке, о т л и ч а - ю щ и й с я тем, что, с целью повышения качества получаемых деталей и коэффициента использования металла, а также расширения номенклатуры получаемых деталей, профилированную заготовку дополнительно неравномерно упрочняют по длине холодным пластическим деформированием, увеличивая предел текучести материала в направлении деформирования, а толщину стенки заготовки при профилировании формируют в направлении профилирования в соответствии с зависимостью