УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМООБРАЗОВАНИЯ КРУТОИЗОГНУТЫХ ОТВОДОВ

Полезная модель относится к области обработки металлов давлением, в частности, к устройствам для изгиба трубной заготовки, и может быть использовано для изготовления крутоизогнутых отводов с относительной толщиной изделия S/D≥0.06.
Известно устройство для формообразования крутоизогнутых отводов (патент №61607, МПК B21C 37/29, опубл. 10.05.2008). Устройство состоит из двух полуматриц, на поверхности разъема которых выполнена фильера, пуансона и внутренней оправки. При проталкивании заготовки в зазор между оправкой и поверхностью фильеры полуматриц происходит формообразование крутоизогнутого отвода.
Недостаток устройства заключается в следующем. При осуществлении данной схемы формоизменения для проталкивании заготовки используется полый пуансон, с толщиной стенки, равной толщине деформируемой заготовки. С уменьшением толщины заготовки уменьшается и толщина пуансона. Пуансон становится нетехнологичным в изготовлении, а его стойкость снижается.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству, которое принято за прототип, является устройство для формообразования крутоизогнутых отводов патент №72887, МПК B21C 37/29, опубл. 10.05.2008. Устройство состоит из верхнего и нижнего оснований, направляющей втулки, внутри которой расположен пуансон, и двух полуматриц, соединяемых между собой по поверхности разъема с образованием фильеры. Внутренняя жесткая оправка выполнена составной, причем один из торцов оправки помещен на ось вращения, а второй выполнен разновысоким и снабжен замком для фиксирования оправки в рабочем положении. Пуансон выполнен сплошного поперечного сечения, а его рабочий торец также, как и оправка выполнен разновысоким.
При перемещении в процессе проталкивания трубной заготовки в зазор между поверхностями фильеры полуматриц и поверхностью составной оправки, находящейся в рабочем состоянии, происходит формообразование крутоизогнутого отвода.
Недостаток известного устройства заключается в сложности его конструкции, а также в его низкой производительности. Составная внутренняя оправка, имеющая переменный по величине зазор между ее частями, наличие муфты, в которую помещается торец составной оправки, а также оси вращения, на которую помещается муфта, усложняют конструкцию устройства. Составная оправка имеет замок, с помощью которого фиксируется рабочее положение оправки. Этот замок при каждом рабочем ходе необходимо устанавливать в оправку, а затем, после формообразования отвода, извлекать его, что существенно снижает производительность устройства и увеличивает трудозатраты на изготовление отводов.
Задачей заявляемой полезной модели является упрощение конструкции устройства для формообразования отводов и повышение его производительности.
Поставленная задача решается за счет того, что в устройстве для формообразования крутоизогнутых отводов, состоящем из верхнего и нижнего оснований, направляющей втулки, внутри которой расположен пуансон, двух полуматриц, соединяемых между собой по поверхности разъема с образованием фильеры, и внутренней жесткой оправки, один из торцов которой выполнен разновысоким, согласно заявляемой полезной модели, жесткая оправка выполнена сплошного поперечного сечения, закреплена за ее передний торец с помощью упора на верхнем основании неподвижно относительно верхней полуматрицы, ось оправки смещена относительно оси рабочей фильеры полуматриц в сторону центра кривизны оправки на величину Δ, определяемую по зависимости:
Δ=(1-1,2)·S,
где: S - исходная толщина трубной заготовки;
величина диаметра поперечного сечения оправки определяется следующим образом:
ОПР
Ф
D=D-2·S-2·Δ,
Ф
где: D - диаметр фильеры;
П
а рабочий ход пуансона Н равен длине выпуклой образующей фильеры верхней полуматрицы.
Поскольку оправка выполнена сплошного поперечного сечения и неподвижна относительно верхней полуматрицы, отпадает необходимость предусматривать замок для фиксации оправки в рабочем положении. Отпадает также необходимость в оси для крепления оправки и муфты, в которой крепятся составные части оправки. Конструкция самой оправки упрощена, поскольку она выполнена сплошного поперечного сечения и отпадает необходимость в изготовлении зазора переменной величины между частями оправки.
Поскольку замок для фиксации оправки исключен из конструкции устройства, не затрачивается время на установку замка для фиксации оправки в рабочем положении, а потом ее расфиксации при каждом рабочем ходе, что значительно увеличивает производительность устройства при изготовлении крутоизогнутых отводов.
Устройство поясняется чертежами, где:
на фигуре 1 показан вертикальный разрез устройства в исходном положении перед началом деформирования заготовки.
на фигуре 2 показан вертикальный разрез устройства в момент завершения процесса формообразования и приведен разрез полуматриц, внутренней оправки и отштампованной заготовки.
На фигуре 3 показан вертикальный разрез устройства в момент извлечения готового отвода после завершения процесса формообразования.
Устройство состоит из нижнего основания 1, на котором установлен цилиндрический пуансон 2. На пуансон 2 установлена направляющая втулка 3, которая имеет возможность перемещаться вертикально относительно пуансона 2. На верхнем торце втулки 3 закреплена нижняя полуматрица 4. На верхнем основании 5 устройства установлена верхняя полуматрица 6. Верхнее основание 5 устройства снабжено упором 7, в котором неподвижно закреплена жесткая оправка 8. При соединении между собой полуматриц 4 и 6 на поверхности разъема полуматриц образуется фильера, по своей геометрии соответствующая геометрии готового крутоизогнутого отвода.
Устройство работает следующим образом.
П
До начала рабочего хода втулка 3 выступает над передним торцом пуансона 2 (втулка 3 имеет привод от нижнего буфера, который на чертеже не показан). Во внутреннюю полость втулки 3 устанавливается исходная трубная заготовка 9 со скошенными торцами. Высота полости во втулке 3 до начала деформирования заготовки равна величине рабочего хода пуансона Н.
С началом рабочего хода полуматрица 6 плотно прижимается к полуматрице 4 с образованием фильеры. При опускании полуматриц 4 и 6 вниз, заготовка 9 начинает перемещаться (заталкиваться) в зазор между оправкой 8 и поверхностью рабочей фильеры. В процессе этого проталкивания заготовка 9 начинает изгибаться с образованием отвода.
Заготовка 9 имеет скошенные торцы. По мере перемещения по рабочей фильере, в результате деформации сдвига, эти торцы начинают поворачиваться и в конце процесса деформирования они становятся перпендикулярными оси торцов крутоизогнутого отвода (см. фигура 2).
Устройство выполнено таким образом, что внутренняя оправка 8 имеет диаметр меньше, чем внутренний диаметр деформируемой заготовки 9. При этом ось оправки 8 смещена на величину Δ относительно оси фильеры полуматриц в сторону центра кривизны оправки.
То есть зазор в поперечном сечении между оправкой 8 и рабочей поверхностью фильеры имеет переменную величину - максимальную по величине со стороны выпуклой образующей и минимальную со стороны вогнутой образующей фильеры. Это сделано для того, чтобы обеспечить извлечение готового отштампованного крутоизогнутого отвода из устройства.
Диаметр оправки 8 в таком случае определиться как
ОПР
Ф
D=D-2·S-2·Δ,
Ф
где: D - диаметр фильеры полуматриц, который равен наружному диаметру трубной заготовки;
S - толщина исходной трубной заготовки;
Δ - величина смещения оси оправки относительно оси фильеры полуматриц.
Как показали выполненные исследования, Δ - величина смещения оси оправки принимается равной (1-1,2)S, где S - толщина исходной трубной заготовки. В этом случае максимальная величина зазора между поверхностью оправки и выпуклой поверхностью фильеры Ζ=2Δ.
Таким образом, образующая заготовки по ее вогнутой части, деформируется в зазоре, равном по величине толщине исходной трубной заготовке S. Противоположная образующая заготовки, по ее выпуклой части, деформируется в зазоре, в два раза большем по величине и равном Ζ=2Δ=(2-2,4)S.
Величина зазора Z, а следовательно и Δ, имеет регламентированную величину. Если Δ выполнить меньшей величины, величина зазора Ζ будет недостаточной для свободного извлечения отштампованной детали из устройства. Будут возникать проблемы с извлечением готовой детали. Если же величину Δ выполнять больше рекомендуемой, максимальный зазор Ζ между выпуклой образующей оправки 8 и полуматрицы 6 будет по величине излишне большим, что снижает устойчивость деформирования заготовки (в большом зазоре).
Участки заготовки 9, прилегающие к максимальной по длине образующей (по выпуклой образующей), перемещаются в большом зазоре и имеют возможность деформироваться с образованием овальности заготовки. Сечение заготовки отклоняется от круглого и приобретает овальную форму. Максимальная по длине образующая заготовки 9 прилегает к выпуклой поверхности полуматрицы 6 лишь передним и задним участками. На остальной длине она не прилегает к поверхности фильеры. Для того, чтобы устранить этот дефект, в заявляемом устройстве выполняют заключительную калибровку заготовки.
Осуществляется это следующим образом. При изготовлении отводов проталкиванием в фильеру, процесс деформирования заготовки отличается от простого изгиба трубной заготовки, при котором действует гипотеза плоских сечений (см. Ершов А.Г. Формообразование патрубков из труб изгибом, вталкиванием в фильер с внутренним давлением. Кузнечно-штамповочное производство, 1974 г., №7, стр.23-26). Исследования показывают, что длина заготовки по выпуклой образующей при проталкивании заготовки в фильер увеличивается незначительно, на 6-8% от исходной длины заготовки. Длина короткой образующей трубной заготовки задается такой величины, чтобы после завершения процесса формообразования торцы отвода были перпендикулярными осям торцов.
В тот момент, когда передний торец заготовки достигает упора 7, передний рабочий торец пуансона 2, который воздействует на заготовку 9, еще не достигает горизонтальной плоскости, проходящей через центр кривизны оправки и штампуемого отвода. Он находится ниже этой плоскости на расстоянии, равном 6-8% от длины максимальной образующей трубной заготовки.
П
При дальнейшем рабочем ходе устройства пуансон продолжает воздействовать на заготовку 9, как бы заталкивая заготовку при ее неподвижном переднем торце, перемещению которого препятствует упор 7. Начинает происходить окончательная калибровка заготовки 9. При этой калибровке заготовка сжимается вдоль оси при упоре ее переднего торца. Длина заготовки уменьшается, незначительно увеличивается толщина трубной заготовки и увеличивается площадь поперечного сечения. Максимальная по длине образующая начинает поджиматься к выпуклой поверхности фильеры до ее полного прилегания. В результате этого сжатия заготовка выправляет свое поперечное сечение, сечение заготовки из овального превращается в круглое. После того, как рабочий передний торец пуансона достигнет горизонтальной плоскости, проходящей через ось кривизны оправки и отвода, процесс деформирования заготовки завершают. Торцы заготовки становятся плоскими и перпендикулярными оси торцов отвода. Для того, чтобы обеспечить заданную калибровку заготовки, этих 6-8% достаточно для изготовления качественно детали. Поэтому в заявляемом устройстве задается величина рабочего хода Н, которая обеспечивает и проталкивание заготовки для изготовления отвода, и его калибровку после упора переднего торца при поджатии задним пуансоном 2.
П
ЗАГ
Н=·L
ЗАГ
где: L - длина исходной трубной заготовки по ее максимальной образующей.
При обратном ходе устройства вверх, полуматрицы 4 и 6 устройства размыкаются. Полуматрица 4 остается на нижней половине устройства и освобождает заготовку со стороны вогнутой образующей. Выпуклая образующая заготовки также свободна, поскольку зазор между оправкой 8 и выпуклой образующей полуматрицы 6 равен (2-2,4)·S. В результате этого отштампованный отвод свободно снимается с оправки 8 (см. фигура 3).
ОПР
Для устойчивого деформирования заготовки, задний торец оправки 8 выполнен разновысоким. Половина поперечного сечения оправки, прилегающая к вогнутой образующей, выступает над горизонтальной плоскостью, проходящей через центр кривизны оправки. Длина этого выступа, также, как и в прототипе, равна (1-1,5)D.Такое исполнение оправки предотвращает самопроизвольный отгиб недеформируемой цилиндрической части заготовки в заключительный момент деформирования (в результате действия внутренних напряжений в трубной заготовке). То есть выступающая часть как бы поддерживает цилиндрическую часть заготовки от самопроизвольного изгиба.
Если же всю выступающую за горизонтальную плоскость сечение оправки сделать сплошным цилиндрическим, возникают проблемы с извлечением отштампованного готового отвода. Невозможно снять с оправки отвод, имеющий постоянный радиус кривизны, если оправка имеет прямолинейный участок. Выполнение разновысокой оправки не позволяет самопроизвольно изгибаться штампуемой заготовке, и не создает проблем с извлечением готового штампованного отвода из устройства.