Способ соединения двух листовых заготовок различной толщины и устройство для его осуществления

( 9) 39 О ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ С 54 ЗАГ СТВ Ю лов й, т.епри получении соединения, При этом их взаимное наложение с образованием пакет совместное деформиро ютожения усилия, напра ндикулярно плоскости п тово клепочног способам иния и сбрркилистовых эле ствляют друг и по на друг следующе утем пр го перп ние о енн ль- ис- наиже ед- ерации этогс формуюс заходнь но ы сосон,на ание орми сбой дрич ом ес лубо кого элеме позысохо о ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И 03 НРЫТИПРИ ПНТ СССР К АВТОРСИОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(46) 15.09.92. Бюл. Р 34171) Иосковский институт стали и сплавов) СПОСОБ СОЕДИНЕН 1 И ДВУХ ЛИСТОВЫХОтовок РАзличной толщины и устрОйО ДИ ЕГО ОСУЦЕСТВЛЕНИЯ) Использование: обработка металдавлением, в частности сборка металлоконструкций из листовых элементов. Сущность изобретения: в пакете из двух наложенных друг на друга Изобретение относится к металлработке, в частности кустройствам для соединеметаллоконструкций изментов.Известен способ соединения лисвых деталей с помощью сварки, испзуемый в основном для низкоуглеродтых и низколегированных сталей. Одко прочность сварных швов обычноспрочности основного материала вслствие литой структуры шва с харакными дендритными и столбчатыми криталлитами. В смежных со сварньи швучастках материала, в зоне термикого влияния сварки, образуется кнокристаллическая структура.Указанных недостатков удаетсябежать при соединении листовых за заготовок одновременно формуют сферическую выемку со стороны заготовкибольшей толщины и соосный с ней цилиндрический выступ со стороны заготовки меньшей толщины, а затем производят осадку упомянутого выступа, с.формированием на его торце вогнутойсферической поверхности. Устройстводля реализации способа помимо матрицы и пуансона с насечкой на рабочейповерхности снабжено двумя соосно установленными дополнительными пуансонами различного диаметра. Пуансонменьыего диаметра расположен со стороны матрицы. Заданы оптимальные диапазоны технологических и конструктивных параметров. 2 с. и 1 з.п ф-лы,4.кета.Устройство для реалиспособа содержит матрицуотверстием, выполненнымрадиусом, и расположеннотверстием матрицы пуанпоскольку совместное дезаготовок представляеткую вытяжку полого цилистакана с дном, соединяне является монолитнымволяет обеспечить достакачество сцепления. Кроме того такойФсл ос об соединения не позволяет осуществлять соединение заготовок с соотношением толщин выше чем 2/1,Целью изобретения является улуч-шение качества соединения за счет получения монолитного соединяющего элемента и расширения технологическихвозможностей за счет обеспечениявозможности соединения заготовок ссоотношением толщин 210.Для достижения этой цели в способесоединения двух листовых заготовокразличной толщины путем их взаимного наложения друг на друга с образованием пакета и последующего совместного деформирования путем приложенияусилия, направленного перпендикулярно плоскости пакета, в процессе 2 Одеформирования на заготовке, имеющей большую толщину, формуют сферическую выемку со стороны, обращенной к деформирующему инструменту, иодновременно на противоположной стороне пакета выдавливают монолитныйцилиндрический выступ, расположенныйпо одной оси с выемкой, при этом выступ формуют диаметром, равным 410толщинам заготовки меньшей толщины, 30и высотой, равной 210 толщинамуказанной заготовки, а затем производят осадку упомянутого выступа сформированием на его торце вогнутойсферической поверхности и раздачейего до 1,52,5 первоначального диа 35метра при одновременном подпоре за 1 готовки с большей толщиной со стороны выемки.В то же время устройство для соединения листовых заготовок различной40толщины, содержащее матрицу с формующим отверстием, выполненным с заходным радиусом, и расположенный сооснос отверстием матрицы пуансон, снабже".но двумя соосно установленными дополнительными пуансонами различногодиаметра, с обращенными друг к другурабочими поверхностями, выполненнымисферическими, при этом дополнительныйпуансон меньшего диаметра расположенсо стороны матрицы, диаметр рабочейповерхности дополнительного пуансонабольшего диаметра выполнен равным25 диаметрам отверстия матрицы иравен;по величине диаметру пуансона, 55диаметр рабочей поверхности второгодополнительного пуансона равен0,6 1,8 диаметра отверстия матрицы,3 17613514а заходный радиус отверстия матрицысоставляет 0,050,25 диаметра упомянутого отверстия. Кроме того, обрагщенная к матрице рабочая поверхностьпуансона выполнена с насечкой.На фиг. 1 изображено устройство вмомент формования в собранном пакетесферической выемки и цилиндрическоговыступа, на фиг.2 - устройство, момент осадки с раздачей упомянутоговыступа", на фиг. 3 - .вид в плане пакета полос, соединяемых.в предложенном устройствеф на фиг. 4 - продольное сечение устройства, в котором установлен деформационный инструмент.Устройство состоит из пуансонаустановленного соосно с формующим отверстием матрицы 2, которое выполненос заходным радиусом Р, составляющим0,050,25 диаметра этого отверстия Й. Рабочая поверхность пуансона1 выполнена сферической с диаметромП, составляющим 25 диаметров отверстия матрицы Л. Устройство включаеттакже дополнительные пуансоны 3 и 4.различного диаметра, установленныесоосно с возможностью относительноперемещения вдоль этой оси и обращенные друг к другу рабочими поверхностями. Рабочие поверхности обоихдополнительных пуансонов 3 и 4 такжевыполнены сферическими,и диаметр рабочей поверхности одного из них 4 соответствует диаметру 0 рабочей поверхности пуансона 1. Диаметр рабочейповерхности 0 другого дополнительного пуансона 3, расположенного состороны матрицы, соответствует0,61,8 диаметра. отверстия матрицы й. Рабочая поверхность пуансона 1снабжена насечкой.Предложенный способ реализуется спомощью описанного устройства следующим образом,Посредством взаимного наложениядруг на друга листовых заготовокразличной толщины 5 и 6 собирают пакет, который помещают на матрицу 2.При этом толщина заготовки большейтолщины 8, должна составлять 210толщин заготовки меньшей толщины 82.На пуансон 1 подают усилие Р ивдавливают его рабочую поверхность всвободную поверхность заготовки большей толщины 6 на глубину Н, формуя вней сферическую выемку. Следует отметить, что именно сферическая конфигурация выемки обеспечивает минималь 5. 17 ный расход энергии на деформацию, Поскольку с противоположной стороны пакет опирается на матрицу 2, одновременно с формованием сферической выемки на свободной поверхности заготовки меньшей толщины 5 происходит выдавливание в отверстие матрицы 2 соосного упомянутой выемке цилиндрического выступа 7, Диаметр выступа составляет 410 толщин заготовки меньшей толщины 8, он соответствует диаметру отверстия матрицы Й, Выдавливание осуществляют до тех пор, пока высота выступа Ь не достигает 210 толщин заготовки меньшей толщины Бр.Затем, осуществляя подпор пакета со стороны заготовки большей толщины б путем ввода дополнительного пуансона 4 в полученную ранее выемкупроизводят осадку цилиндрического выступас раздачей его верхней части воздействуя дополнительным пуансоном 3 меньшего диаметра 0 на его торец. Процесс раздачи, сопровождающийся течением металла в поперечном направлении, прекращают после узрения верхней части выступа 6 до диаметра д, состав 1 тяющего 1,52,5 диаметра отверстия матрицы д. Поскольку по поверхности цилиндрического выступа 7 размещен металл заготовки меньшей толщины 5, а по его оси - металл заготовки большей толщины 6, то в процессе раздачи по краям выступа 7 про 4 исходит образование кольцевого заусенца 8, играющего при эксплуатации.полученного соединения роль головки односторонней заклепки. Наличие этого заусенца 8 препятствует взаимному относительному смещению заготовок 5 и б и обеспечивает не- разъемный характер полученной конструкции.Основные технологические параметры способа и конструктивные параметры устройства определены эмпирическим путем при обработке заготовок из стали 3 на экспериментальной установке.Их анализ показывает, что для соотношения толщин заготовок менее 2/1 металла недостаточно для формирова ния цилиндрического выступа, что не позволяет получить соединение заготовок. В то же время для соотношения толщин заготовок более 10/1 резко возрастает усилие, необходимое для 61351 бвыдавливания цилиндрического выступа, что обуславливает неоправданныепотери энергии.5При диаметре цилиндрического выступа менее четырех толщин заготовкименьшей толщины резко возрастаетусилие, необходимое для его выдавливания. Кроме того, в этом случаепрочность соединения слишком мала,так как в выступ попадает недостаточное количество металла толстой заготовки. При величине указанного диаметра более десяти толщин заготовкименьшей толщины соединения не образуется из впережима кольцевого заусенца при раздаче.При высоте цилиндрического выступа менее пвух толщин заготовки мень О шей толшины соединения не образуетсяиз-эа отсутствия достаточно интенсивного поперечного течения центральныхслоев. В то же время при высоте указанного выступа более десяти толщин 25 заготовки меньшей толщины достаточночасто отмечается потеря устойчивостивыступа при осадке, обуславливающаяснижение качества соединения - снижение прочности.При раздаче цилиндрического выступа до величины менее 1,5 первона,чального диаметра соединение не обра,зуется, поскольку не успевает начать- ся процесс поперечного течения металла, При раздаче упомянутого высЗ 5 туна до величины более 2,5 первоначального диаметра резко возрастаетусилие раздачи, что приводит к неоправданно высокому расходу энергии. В,4 Ото же время при этом прочность сое,динения падает в результате пережимазаусенца.При диаметре рабочей поверхностибольшего пуансона менее двух диаметров отверстия матрицы его надо слишком глубоко внедрить в тело заготовкибольшейтолщины, что приводит к снижению прочности соединения, При упомянутом диаметре, превышающем пятьдиаметров отверстия матриць 1, усилиевдавливания пуансона резко возрастает, что приводит к неоправданно высокому расходу энергии.При диаметре рабочей поверхностименьшего дополнительного пуансона 55 менее 0,6 диаметра отверстия матрицыобразуется. относительно непрочноесоединение, что обусловлено пережимомзаусенца. В то же время при его диа 17 б 1351метре свыше 1,8 диаметра отверстия матрицы резко возРастает усилие раздачи н снижается прочность соединения в результате недостаточно интенсивно го поперечного течения металла.При эаходном радиусе формующего отверстия матрицы менее 0,05 диаметра этого отверстия прочность соединения падает в результате перереза ння волокон металла при выдавливании цилиндрического выступа. При увеличении этого раудиуса более 0,25 указанного диаметра прочность соединения уменьшается из-за недостаточно ин тенсивного поперечного течения металла при раздаче.Исследование влияния насечек на поверхности пуансона, вдавливаемого в заготовку большей толщины при фор р мовании цилиндрического выступа, на энергосиловые параметры процесса, показало, что их наличие обеспечивает снижение усилия вдавливания на 1015 за счет концентрации пластичес кой зоны в направлении движения пуансона,Таким образом, при использовании рассмотренного способа соединения двух листовых заготовок различной толщины и устройства для его осуществления достигается улучшение качества соединения за счет получения монолитного соединяющего элемента и расширение технологических возможностей за счет обеспечения возможности соединения заготовок с соотношением толщин 21040Формула изобретенияСпособ соединения двух листо вых заготовок различной толщины путем их взаимного наложения друг на друга 15 с образованием пакета и последующего совместного деформирования путем приложения усилия, направленного перпен дикулярно плоскости пакета, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью улучшения качества соединения за счет получения монолитного. соединяющего элемента и расширения технологи-, ческих возможностей за счет обеспечения возможности соединения заготовок55 с соотношением толщин 210, в процессе деформирования на заготовке, имеющей большую толщину, формуют сферическую выемку со стороны, обращенной к деформирующему инструменту, и одновременно на противоположной стороне пакета формуют монолитный цилиндрический. выступ, расположенный по одной оси с выемкой, при этом выступ формуют диаметром, равньк 4- 10 толщинам заготовки меньшей толщины и высотою, равной 2-10 толщинам указанной заготовки, а затем производят осадку упомянутого выступа с формированием на его торце вогнутой сферической поверхности и раздачей его до 1,5-2,5 первоначального диаметра при одновременном подпоре заготовки с большей толщиной со стороны выемки.2. Устройство для соединения листовых заготовок различной толщины, содержащее матрицу с формующим отверстием, выполненным с заходным радиусом, и расположенный соосно с отверстием матрицы пуансон, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, чтос целью улучшения качества соединения за счет получения монолитного соединяющего элемента и расширения технологических возможностей за счетобеспечения возможности соединения заготовок с соотношением толщин 2-10, оно снабжено двумя соосно установленными дополнительными пуансонами различного диаметра, с обращенными друг к другу рабочими поверхностями, выполненными сферическими, при этом дополнительный пуансон меньшего диаметра расположен со стороны матрицы, диа.метр рабочей поверхности дополнительного пуансона большего диаметра выполнен равным 2-5 диаметрам отверстия матрицы и равен по величине диаметру пуансона, диаметр рабочей поверхности второго дополнительного пуансона равен О,б,8 диаметра отверстия матрицы, а заходный ради чс отверстия матрицы составляет 0,05- 0,25 диаметра упомянутого отверстия.3. Устройство по п.2, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что обращенная к матрице рабочая поверхность пуансона выполнена с насечкой.(о ор В,Петр одписно и ГКНТ С Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина Тираж ственного комитет 113035, Москва, Заказ 3213 ВНИИПИ Госуд о изобретениям и открытия 35, Раушская наб., д. 4/5