Способ вытяжки полых изделий из листовой заготовки

(51) 5 22/20 37/ ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯРИ ГКНТ СССР Е ИЗОБРЕТЕНИЯ П В КОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 1 2(21) 47.45398/27 изготовления полыхизделий из листовогометалла методом глубокой вытяжки, позво- (46) 15,08.92. Бюл. ВЗОляетувеличитьглубину.вытяжкиполыхиэде- (71) Днепропетровский металлургический лий без: фланца путем создания институт и Научно-производственное объе- оптимальных условий деформирования во динение по механизации, роботизации тру- фланцевой части заготовки. Сущность иэода и совершенствованию ремонтного . бретения; температуру материала"в любой обеспечения на предприятиях черной ме- точке фланца деформируемой заготовки опталлургии "Черметмеханизация" . ределяют из сле егот ошения (72) Ю,Ф, Харченко, О.Н. Ткачев, А.П. Грудев Т=Тп(1 - 0,1 1+100(1+Т/Тп) )йи/г) где Тп - и Г.Я, Алексеенко предельное значение температуры обработ- (56)Авторское свидетельство СССР ки материала, соответствующее верхней М 1575409, кл, В 21 0 22/20, 1988,границе температурного интервала ковки иштамповки; Т - значение температуры ма- (54) СПОСОБ ВЫТЯЖКИ ПОЛЫХ ИЗДЕЛИЙ териала у начала скругления фланца(раб)о- ИЗ ЛИСТОВОЙ ЗАГОТОВКИ чей кромки матрицы); Йи - радиус (57) Использование: относится к обработке вытягиваемого изделия; г" - текущее значе- о металлов давлением и предназначено для ние радиуса, 1 табл 1 ил. ЬщИзобретение относится к обработке ме- ния металла в зоне перехода донной части таллов давлением и предназначенодляйэ- вытягиваемого изделия в его стенку не готовления полых изделий из листового позволяет в полной мере использовать пламеталла методом глубокой вытяжки. : стические и прочностные свойства штампу-, ИИзвестен способ вытяжки полых изде- .емого материала и получать изделия с Ьь лий из листового металла с подогревоМдостаточнобольшойстепеньюдеформации. Я фланца заготовки, при котором создание Вторым недостатком является низкая стой- СО неоднородного поля температур в исходной кость штампового инструмента из-за высо- заготовке перед вытяжкой за счет диффе- кой температурырабочих поверхностей ренцированного нагрева в штампе позволя-матрицы и прижима в процессе вытяжки, ет снизить сопротивление деформации так какпоследниенагреваютсязаранеепо- - ф фланца и уменьшить напряжения в опасном средством электроподбгрева,сечении при неизменном исходном сойро- Известен способ вытяжки деталей с .тивлении разрушению пластически неде- нагревом, прикоторомфланцевуючастьзаформируемой донной части.готовки, зажатую между матрицей и прижиНедостатком этого способа, существен-; мом, нагревают до температурыгорячей но ограничивающим область его примене- деформации пропусканием через нее злектния, является малая степень вытяжки; так рического тока,а в йроцессе деформировакак .отсутствие дополнительного упрочне-" ния осуществляют допблнйтельный нагрев1754280 5 10 15 20 25 30 40 45 50 заготовки посредством теплопередачи от матрицы и прижима.Недостатком данного способа является невысокаяпроизводительность, так как процесс вытяжки осуществляют в несколько этапов, на каждом из которых сначала заготовку нагревают и прижимают прижимом, а затем уменьшают усилие прижима и производят ее деформирование путем приложение усилия вытяжки к центральной зоне заготовки. Вторымнедостатком является малая степень вьгяжки из-эа отсутствияохлаждения зоны перехода донной части вытягиваемого иэделия в его стенку в процессе деформирования,Известен также способ вытяжки изде. лий из листового материала с подогревом фланца заготовки, при котором нагрев производят до температуры ковки обрабатываемого материала, начиная с периферии с постепенным ее уменьшением к центру заготовки,Недостатком известного способа является незначительная глубина вытяжки,обусловленная тем, что процесс деформирования осуществляют практически при равномерно нагретой фланцевой части заготовки, что происходит вследствие выравнивания температуры по сечению заготовки за счет теплопроводности при транспортировке и укладке нагретой в специальном приспособлении заготовки в рабочую зону штампового инструмента, а также путем теплопередачи при соприкосновении с массивной зодоохлакдаемой матрицей. Вторйм недостатком являетсяограниченная степень деформации при вытяжке вследствие отсутствия в ходе формообразования дополнительного упрочнения металла в зоне перехода донной части формируемого изделия в его стенку,Наиболее близким к предлагаемому является способ глубокой вытяжки полых изделий из листовой заготовки, предусматривающий йредварительный неравномерный нагрев заготовки вне штампа до температуры ковки обрабатываемого материала",начиная с периферии, с постепенным ееуменьшением к центру заготовки, размещение заготовки в штампе, а также создание и поддержание в процессе, вытяжки во фланцевой части заготовки в радиальном направлении требуемого градиента температуры путем охлаждения и подогрева отдельных участков фланца. Согласно данному способу по ле размещения и зажима нагретой заготовки между рабочими торцами матрицы и прижима периферийный участок фланца подогревают от равномерно нагреты заранее периферийных участков рабочих поверхностей матрицы и прижима, а в процессе формообразовайия заготовки производят одновременное двухстороннее охлаждение зоны перехода донной части вытягиваемого изделияв его стенку и кольцевого участка фланца вытягиваемого изде.лия, прилегающего к зоне сопряжения фланца со стенкой, ширина которого составляет 0,14-0,48 от ширины фланца заготовки, а также прикладывают противодавление к донной части вытягиваемого изделия,Недостатком этого способа является незначительная глубина вытяжки полых иэделий, обусловленная тем, что в процессе деформирования требуемый градиент температуры в радиальном направлении создают и поддерживают только в пределах упомянутого, строго ограниченного по ширине, охлаждаемого кольцевого участка фланца, в то время как основная по протяженности периферийная часть фланца, составляющая 0,52 - 0,86 от его ширины; при вытяжке не охлаждается, а равномерно подогревается, принимая .заданную температуру предварительно равномерно прогретых электронагревателями соответствующих периферийных участков рабочих поверхностей матрицы и прижима. Обрыв металла на указанном, основном по протяженности, равномерно нагретом периферийном участке ширины фланца, вследствие пониженной по отношению к его охлаждаемой кольцевой части прочности и ограничивает деформационные возможности способа-прототипа, препятствуя дальнейшему увеличению глубины вытяжки изделий. В известном способе максимальное значение предельного коэффициента вытяжки составляет для стали 4,2. Целью изобретения является увеличение глубины вытяжки полых изделий без фланца путем создания оптимальных условий деформирования во фланцевой части заготовки, Это позволяет уменьшить парк штамповочного и термического оборудова- . ния, сократить численность производственного персонала, снизить капитальные затрать 1 и расход энергоресурсов, повысить производительность труда,Поставленная цель достигается тем, что в известном способе глубокой вытяжки полых изделий из листовой заготовки:; при котором ее нагревают вне штампа до температуры ковки обрабатываемого материала, начиная с периферии, с постепенным ее уменьшением к центру заготовки, размещают заготовку в штампе, а также создают и поддерживают в процессе вытяжки во фланцевой части заготовки в радиальном направлении требуемый градиент темпера1754280 6туры путем охлаждения и подогрева от- щего 0,14-0,48 от ширины фланцевой части. дельных участков фланца. температуру Известные решения не позволяют размематериала в любой точке фланца деформи- стить отдельные участки подогрева и охлажруемой заготовки определяют из следующе- дения материала по всей ширине фланца в го соотношения;: 5 радиальном направленийв последовательнбсти, создаюЩей монотонный перепад Т=Тлхтемпературы по требуемому закону по всей х 1 - 0,1 1 + 100 1 -"и 1 шрине фланца, обеспечивающий наиболее2Т, грациональное распределение напряжения10 текучести металла па всей ширине фланца в где Тп - предельное значение температуры процессе формообразовайия заготовки, ко-обработки материала. соответствующее торов достигается в предлагаемом способе. верхней границе температурногб интервала Размещение отдельных участков подо- ковки и штамповки; грева и охлаждения материала по всей шиТм - значение температуры материала у 15 рине фланца в радиальном направлении в начала скругления фланца (рабочей кромки последовательности, создающей монотонматрицы);ный перепад. температуры, определяемыйВи - радиус вытягиваемого изделия; предлагаемым соотношением, по всей шиг- текущее значение радиуса, рине фланца обуславливает наиболее рациПредлагаемыйспособотличаетсяотиз ональное распределение напряжения вестного наличием размещения отдельных текучести металла по всей ширине фланца в участков подогрева и охлаждения материа- процессе формообразования и, следовала по всей ширине фланца в радиальном . тельно, обеспечивает создание оптимальнаправлении в последовательности, созда-. ных условий деформирования во фланцевой ющеймонотонный перепад температуры, 25 части заготовки. Это приводит ксущественописываемый предлагаемой зависимостью, ному снижению растягивающих напряжепо всей ширине фланца, что обуславливает . ний в очаге деформации, что позволяет наиболее рациональное распределение значительно увеличить глубину вытяжки по- напряжения текучести нагретого металла лых изделий без фланца,по всей ширине фланца, и, следовательно, 30 Способ осуществляют следующим о обеспечивает создание оптимальных усло- разом.вий деформирования во фланцевой части . Листовую заготовку предварител но заготовки, нагревают в специальном приспособленииИзвестны способы, в которых при вы- (например, индукционном нагревателе) эа тяжке применяютдополнительноетепловое 35 пределами рабочей зоны штампового.инствоздействие на фланцевую часть предвари- румента, причем нагрев производят до тельно нагретой заготовки, дополнитель-температуры ковки обрабатываемого матеный нагрев для повышения пластичности риала, начиная с периферии с постепенным фланца и дополнительное. охлаждение от- ееуменьшением кцентруэаготовки.дельных его участков для повышения сопро После нагрева заготовка имеет предтивления их разрушению в процессе . варительный температурный профиль, подеформирования, Однако при указанном . казанный на чертеже - кривая Тпр дополнительном тепловом воздействии на предварительного распределения темпера-. заготовку в штампе перед началом дефор- туры по радиальному сечению заготовки. мирования во фланцевай части последней 45 Затем нагретую заготовку транспорти- . создают один периферийный участок подо- руют в рабочую зону штампового инстругрева с постоянйой температурой матер%а- мента, укладывают между рабочими ла в его пределах либо осуществляют торцами матрицы и прижима, зажимают равномерный подогрев всегофланца отра- йрижимом, В процессе транспортировки зогретых предварительно матрицы и при нагретой заготовки в рабочую зону штампожима. Поэтому в известных способах ввого инструмента, укладки на матрицу и запроцессе вытяжки во фланцевой части эаго- жима. при низком температурнбм товки в радиальном направлении требуе- сопротивлении холодной центральной часмый градиент температуры либо вообще не ти диска теплопроводности и одновремен создают, либо создают и поддерживают. 55 ном высоком сопротивлении воздушной только в пределах строго ограниченного по среды конвективному теплообмену, проис ширине, охлаждаемого кольцевого участка фланца вытягиваемого изделия, примыкающего к началу его скругления и составляюходит разогрев центральной части заготовки при соответствующем понижениитемпературы ее периферии. Кроме того, покальном охлаждении ЬТохл материала на 50 каждом иэ соответствующих участков грл, ЬГраз И Гохл, Л Гохл ВО фЛаНцЕВОй ЧаСтИ заготовки создается неравномерное температурное. поле, определяемое предлагаемым соотношением температур, с монотонным увеличением температуры к наружному контуру фланца йн, После осуществления серии укаэанных одновременныхдополнительных местных разогревов и охлаждений в штампе 55 сле укладки заготовки на матрицу, а также после ее зажима между менее нагретыми массивными блоками матрицы и прижима происходит интенсивное остывание флан. цевой части заготовки за счет теплопро водности при низком температурном сопротивлении более холодного инструмента, Следовательно, к моменту зажима заготовки в рабочей зоне штампового инструмента ее предварительный (после 10 нагрева) температурный профиль - температурная кривая Тпр(см. фиг, 1) -существенно искажается, выравнивается, а ее уровень понижается. После зажима в рабочей зоне штампа заготовка имеет уже новый, некото рый промежуточный температурный профиль, показанный на фиг, 1 - кривая Тр.з.промежуточного распределения температуры по радиальному сечению заготовки.После зажима заготовки между рабочи . ми контактными поверхностями матрицы и прижима осуществляют одновременные до. полнительный локальный (очаговый) разогрев периферийных и дополнительноелокальное (очаговое) охлаждение централь ных, прилежащих к рабочему отверстию кольцевых участков фланцевой части заготовки путем создания в радиальном направ, лении кольцевых участков дополнительногоразогрева ( Лграз) и дополнительного ох лаждения ( Лпохл) материала .на соответствующих участках фланца (см. фиг, 1).Указанные. участки создают известными способами, например, путем теплопередачи при контактном теплообмене между эа готовкой и инструментом. В процессе этого дополнительного теплового воздействия на заготовку, имеющую промежуточный тем- .пературный профиль Тр.з упомянутые кольцевые участки дополнительного разогрева и 40 охлаждения материала размещают в радиальном направлении по всей ширине фланцевой части, т.е, распределяют по ко- ОРДИНатЕ Г (Гохл, Граз) И ПРОтЯжЕННОСтИ ( Ь Гохл Л Граэ) В тРЕбуЕМОй ПОСЛЕДОВЭ тельности (закономерности). Причем данная последовательность (закономерность) такова, что при дополнительном локальном .разогреве ЬТрлз и дополнительном лоперед началом деформирования непосредственно перед самым началом вытяжки заготовка будет иметь окончательныйтемпературный профиль, показанный нафиг. 1 - кривая Твыт окончательного распределения температуры по радиальному сечению заготовки, При этом расположениеуказанных участков (Ьохл,Л герлз, Игр - ихобщая граница), их количество и протяженность ( Ьгохл, Л граз), требуемый перепад температуры ( ЛТрлз, ЛТьхл) впределах каждого из них по отношению кпромежуточному температурному профилю заготовки определяют в зависимостиот конкретных условий вытяжки (температурно-скоростных параметров деформации,теплофизических характеристик материалазаготовки и инструмента, геометрии очагадеформации, условий трения и т.д.) такимобразом, чтобы удовлетворить указанному вформуле изобретения соотношению температур при монотонном ходе окончательнойтемпературной кривой Твцт,После придания заготовке требуемогоокончательного температурного профиляТлц по радиальному сечению производят ееформообразование путем воздействия на еецентральную часть вытяжным усилием,П р и м е р, Произведена вытяжка кор-.пуса газового автомобильного баллона изстали 45 ХМАтолщина листового материала равна 9 мм, диаметр исходной заготовки -1550 мм, диаметр готового иэделия -240 мм.Относительная толщина заготовки составляет 9/1550=0,0058, а относительная тол-.щина стенки изделия - 9/240"0,038,Для заданных условий деформации привытяжке радиус рабочей кромки матрицыравен 100 мм, пуансона "70 мм, коэффициент трения может быть принят равным 0,3,.а значения исходных параметров выбраныследующие: Тп=1260 С: Тм=850 С: ото=120Н/мм 2(при 8=10 2 с 1).Рассчитанные по предлагаемому соот- .ношению значения температуры материалаво фланцевой части деформируемой заготовки представлены в таблице.Созданное с использование предлагаемого соотношения распределение температуры во фланце при деформации (см.таблицу) позволяет получить корпус газовогобаллона с максимальной глубиной 2450 мм, .что в 2,4 раза больше достигнутой в известном способе глубины вытяжки,Ф о р мул а и зоб рете ни яСпособ вытяжки полых изделий из листовой заготовки путем ее нагрева вне штампа до температуры ковки обрабатываемогоматериала, начиная с периферии с посте1754280 Т=.Тк 15 Температура материала во фланце деформируемой заготовки Продолжение таблицы 9 пенным ее уменьшением к центру заготовки, размещения заготовки в штампе, а также создания и поддержания в процессе вытяж-. 1 О 1 1 + 100 1 Тц д.2 ки во фланцевой части заготовки в радиальном направлении требуемого градиента 5 температуры путем охлаждения и подогре- где Т - предельное значение темйературы ва отдельных участков фланца, о т ли ч а ю- обработки материала, соответствующее . щ и й с я тем, что, с целью увеличения верхней границетемпературногоинтервала глубины вытяжки полых изделий без фланца ковки и штамповки; путем создания оптимальных условий де Т - значение температуры материала у формирования во фланцевой части заготов- начала скругления фланца (рабочей кромки ки, температуру материала в любой точке матрицы); фланца деформируемой заготовки опреде-" . Ви - радиус вытягиваемого изделия; ляют из следующего соотношения:г - текущее значенйе радиуса.