ШТАМП ДЛЯ ФОРМООБРАЗОВАНИЯ СИЛЬФОНОВ
BELLOW FORMING DIE

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к оснастке для производства изделий из особотонкостенных многослойных трубных заготовок, преимущественно из титановых сплавов, и может быть использовано в области машиностроения и других отраслях промышленности при производстве изделий типа сильфонов.
Известно устройство для последовательной штамповки гофров на цилиндрических оболочках, содержащее разъемную матрицу с гофрированным каналом, эластичный наполнитель в виде цилиндра, нажимной поршень и телескопическую опору, а также привод нажимного поршня. Трубная тонкостенная многослойная заготовка устанавливается на эластичный наполнитель и нажимной поршень, матрица закрывается и рабочим ходом нажимного поршня сжимается эластичный наполнитель и формует на трубной заготовке два гофра за один рабочих ход. После чего давление снимается, матрица раскрывается и заготовка перемещается на один шаг вперед. После второго рабочего хода формуется следующий гофр и калибруется один гофр, отформованный ранее. При каждом рабочем ходе происходит формовка одного гофра и калибровка уже отформованного гофра. Происходит утяжка заготовки в формуемый гофр и уменьшение деформаций в трубной заготовке (Исаченков Е.И. Штамповка резиной и жидкостью, М., Машиностроение, 1967 г., рис.220, с.348, аналог).
Недостатки: на чертеже не показан механизм смыкания и размыкания матриц, который сложный и очень громоздкий. Матрица имеет два гофра, один из которых располагается на кромке матрицы и подвержен большим нагрузкам, что приводит к поломке крайнего гофра матрицы. Если внутреннее давление является чрезмерным, а осевая подача трубной заготовки недостаточной, наблюдается утонение стенок трубной заготовки с последующим ее разрывом и браком детали.
Наиболее близким техническим решением из известных является формообразование особотонкостенных многослойных сильфонов (Исаченков Е.И. Штамповка резиной и жидкостью, М., Машиностроение, 1967 г., с.291-294, прототип), при котором формообразование производят эластичной средой в разъемной жесткой матрице с гофрированным каналом. Штамп содержит механизм смыкания, эластичный наполнитель в виде кольца, пуансон осадки и упор, верхнюю и нижнюю плиты, а между разъемной матрицей и упором выполнен зазор для трубной заготовки. При штамповке происходит осевое перемещение трубной заготовки в полость канавки гофра на матрице и тангенциальное растяжение трубной заготовки. При этом наблюдается наименьшее утонение стенки трубной заготовки, из которой оформляется оболочка заданной геометрии. После формовки одного гофра заготовка перемещается на один шаг и цикл формообразования повторяется.
Недостатки: невозможность формообразования многослойных титановых сильфонов из-за возникающих в них максимальных тангенциальных деформаций, которые превышают относительное удлинение материала сильфона, что приводит к разрыву и браку готовой детали (сильфона).
Технический результат: повышение качества штампуемых сверхтонкостенных титановых сильфонов за счет устранения разрывов на поверхности детали и сокращения локальных морщин на поверхности гофров готовой детали. Указанный технический результат достигается за счет того, что в известном штампе, содержащем разъемную матрицу с гофрированным каналом, в котором размещен эластичный наполнитель, упор и пуансон осадки, механизм смыкания, верхнюю и нижнюю плиты, а между разъемной матрицей и упором выполнен зазор для трубной заготовки, при этом упор выполнен в виде набора дисков, толщина которых равна шагу гофров разъемной матрицы, а нижний диск упора расположен в односторонне открытом пазу нижней плиты штампа, при этом зазор между разъемной матрицей и боковой поверхностью упора больше на пятую часть толщины стенки трубной заготовки.
Упор выполнен из набора дисков по внутреннему контуру формуемой трубной заготовки толщиной, равной шагу гофров разъемной матрицы, выполнен таким образом потому, что происходит формовка гофров на трубной заготовке по одному гофру на каждый рабочий ход, при этом после каждого формуемого гофра эластичный наполнитель опускается на толщину одного диска упора вниз, так как перед этим один диск упора, который находится в односторонне открытом пазу нижней плиты штампа, выталкивается из односторонне открытого паза и переносится под пуансон осадки, а при следующем рабочем ходе эластичный наполнитель опускается вниз пуансоном осадки на один шаг и формует повторный гофр на трубной заготовке и калибрует отформованный. Трубная заготовка перемещается снизу в формуемый гофр и значительно уменьшает растягивающие и сжимающие напряжения в формуемом гофре, что не приводит к разрушению его. При этом зазор между разъемной матрицей и боковой поверхностью упора должен быть равен пятой части толщины стенки трубной заготовки, что позволяет перемещаться свободно трубной заготовке в формуемый гофр и не позволяет вытекать эластичному наполнителю в зазор между упором и трубной заготовкой. Если зазор будет больше пятой части толщины стенки трубной заготовки, то эластичный наполнитель вытечет в зазор между боковой поверхностью упора и трубной заготовкой и произойдет нарушение процесса формовки и локальное гофрообразование на поверхности трубной заготовки. Если зазор будет меньше пятой части толщины стенки трубной заготовки, то заполнение гофра будет происходить только растяжкой трубной заготовки, что приведет к увеличению напряжений в трубной заготовке и к разрыву трубной заготовки в зоне формуемого гофра, то есть повышается качество при изготовлении сильфонов за счет устранения разрывов и морщинистости на гофрах.
На фиг.1 изображен штамп для формообразования сильфонов, продольный разрез (вид слева от оси симметрии - в исходном положении, вид справа - в конце формообразования детали).
На фиг.2 изображена нижняя плита штампа, разрез А-А на фиг.1.
На фиг.3 изображена нижняя плита, разрез Б-Б на фиг.2.
Статика.
Штамп, фиг.1, для формообразования сильфонов содержит разъемную матрицу 1 с гофрированным каналом 2, в котором размещен эластичный наполнитель 3, упор 4 и пуансон осадки 5, механизм смыкания 6, верхнюю и нижнюю плиты 7, 8, а между разъемной матрицей 1 и упором 4 выполнен зазор 9 для трубной заготовки 10, где упор 4 выполнен в виде набора дисков 11, толщина которых равна шагу 12 гофров 13 разъемной матрицы 1, причем нижний диск 14 упора 4 расположен в односторонне открытом пазу 15 нижней плиты 8 штампа 16, при этом зазор 9 между разъемной матрицей 1 и боковой поверхностью 17 упора 4 больше на пятую часть толщины стенки 18 трубной заготовки 10. Разъемная матрица 1 установлена на нижней плите 8. Разъемная матрица 1 имеет пять гофров 13 и один малый гофр 19, внутреннюю поверхность 20 разъемной матрицы 1. Механизм смыкания 6 разъемной матрицы 1 в виде цилиндра с внутренним конусом, сопрягаемым с конусом матрицедержателя 21. Эластичный прижим 22 контактирует с верхней плитой 7 и прижимается во время работы посредством кольца 23. Эластичный наполнитель 3 размещен в разъемной матрице 1 между пуансоном осадки 5 и упором 4, который установлен с зазором 9. Зазор 9 находится между стенкой 24 разъемной матрицы 1 и упором 4, состоящим из девяти дисков 11.
Работа штампа.
Формообразование особотонкостенных пятигофровых сильфонов из титановых сплавов осуществляют в штампе 16 следующим образом (фиг.1): в трубной заготовке 10 размещают эластичный наполнитель 3 и упор 4 из девяти дисков 11 высотой, равной шагу 12 гофра 13 матрицы 1. Помещают диски 11 в разъемной матрице 1 с установкой нижнего диска 14 упора 4 в односторонне открытом пазу 15 нижней плиты 8 штампа 16. Ползуном пресса (не показан) действуют на верхнюю плиту 7 и механизм смыкания 6 в виде цилиндра с внутренним конусом, смыкают разъемную матрицу 1 с гофрированным каналом 2 матрицедержателя 21 и действуют на пуансон осадки 5 и на эластичный наполнитель 3, который сжимается и раздает трубную заготовку 10 изнутри с утяжкой ее в зону формовки через зазор 9 между боковыми поверхностями 17 упора 4 и стенкой 24 разъемной матрицы 1, который больше на пятую часть толщины стенки 18 трубной заготовки 10, уменьшая напряжения растяжения и сжатия формуемого гофра 13 в трубной заготовке 10. После формовки гофра 13 ползун пресса (не показан) поднимает верхнюю плиту 7 штампа 16 с пуансоном осадки 5 и механизм смыкания 6, эластичный прижим 22, кольцо 23. Выталкивают нижний диск 14 (фиг.2, фиг.3) упора 4, который находится в односторонне открытом пазу 15 нижней плиты 8 и переносят его в верхнюю часть разъемной матрицы 1, при этом отформован малый гофр 19 и последующий гофр 13 на трубной заготовке 10. При втором рабочем ходе ползуна пресса (не показан) эластичный наполнитель 3 опускается вниз на один шаг 12 гофра 13 и формует следующий гофр 13 на трубной заготовке 10 и калибрует отформованный гофр.
За пять рабочих ходов ползуна пресса (не показан) формуют все пять гофров 13 на трубной заготовке 10, раскрывают штамп 16, извлекают из разъемной матрицы 1, освобождают от наполнителя 3 и упора 4, обрезают торцы, сваривают кромки и осаживают на оправке (не показан) до получения омегообразной формы гофр и заданных радиусов у вершины гофров, морщинистости и разрывов не наблюдается, проверено опытным путем.
i
i
Пример. Двухслойную трубную заготовку 10 с толщиной стенки 18, равной 0,4 мм (2×0,2 мм), диаметром проходного сечения 90 мм и длиной 160 мм из титанового сплава ВТ1-0 устанавливают в разъемную матрицу 1, которая имеет пять гофров 13 для их формовки и одного малого гофра (технологического) 19, предназначенного для удержания трубной заготовки 10 от осевого смещения (фиг.1). В трубную заготовку 10 устанавливают эластичный наполнитель 3 (шайбы из резины марки 3826) диаметром 87 мм и общей высотой 127 мм, а также девять дисков 11 упора 4 из сплава Д16Т диаметром 87 мм и высотой 17,8 мм. Трубная заготовка 10 с эластичным наполнителем 3 и упорами 4 устанавливается в разъемную матрицу 1, при этом нижний диск 14 размещается в односторонне открытом пазу 15 нижней плиты 8 штампа 16 (фиг.2). Совершается рабочий ход ползуна пресса (не показан), закрывается разъемная матрица 1 и пуансон осадки 5 с усилием 800 кН сжимает эластичный наполнитель 3, формуя малый гофр 19 и гофр 13. При этом происходит утяжка трубной заготовки 10 в гофр 13 через зазор 9 между боковой поверхностью 17 упора 4 и внутренней поверхностью 20 разъемной матрицы 1. Поднимают верхнюю плиту 7, снимают давление пуансона осадки 5 и механизма смыкания 6, удаляют один нижний диск 14 из односторонне открытого паза 15 (фиг.3) и переносят его под пуансон осадки 5. Следующим рабочим ходом пуансона осадки 5 формуют следующий гофр 13, при этом также происходит утяжка трубной заготовки 10 через зазор 9 в зону формуемого гофра 13 и снижение предельных деформаций до уровня ε<δ, где ε - максимальная деформация в гофре 13, δ - относительное удлинение материала трубной заготовки 10, и происходит калибровка отформованного гофра 13 на трубной заготовке 10. После формовки всех гофров 13 на трубной заготовке 10 поднимают верхнюю плиту 7, снимают усилие на пуансоне осадки 5, раскрывают разъемную матрицу 1, вынимают готовую деталь с пятью гофрами 13, освобождают ее от эластичного наполнителя 3 упора 4, обрезают торцы в размер, сваривают кромки и осаживают на оправке (не показан) до получения омегообразной формы гофр и радиусов у основания и у вершины готовой детали сильфона равными 2,8 мм.
Технико-экономические показатели.
В результате применения штампа для формообразования особотонкостенных многослойных сильфонов повысилось качество получаемых деталей на 100% и впервые отформованы детали из титановых сплавов марки ВТ1-0 и ПТ-7М. Брак деталей при изготовлении отсутствовал.