УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМООБРАЗОВАНИЯ ТОНКОСТЕННЫХ УСЕЧЕННЫХ СУЖАЮЩИХСЯ ОБОЛОЧЕК

Полезная модель относится к холодной листовой штамповке, в частности к формообразованию тонкостенных осесимметричных оболочек, и может быть использовано при изготовлении крупногабаритных тонкостенных деталей сужающейся формы на прессах двойного действия.
Известна конструкция устройства для формообразования тонкостенных сужающихся оболочек из полой конической заготовки путем ее раздачи и растяжения при удерживании заготовки за фланец со стороны большого открытого торца (Исаченков Е.И. штамповка резиной и жидкостью. М.: Машиностроение, 1967, рис.172а).
Недостаток этого устройства в том, что оно не обеспечивает высокой точности обводов готовой детали в результате неравномерного упругого пружинения по длине образующей.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому, которое принято за прототип, является устройство для раздачи с растяжением полой конической заготовки, состоящее из пуансона для раздачи, матрицы, прижима, выталкивателя и контейнера (АС СССР №1748905 МПК B21D 22/30 опуб. 23.07.1992, Бюл.№27). В результате того, что после раздачи конической заготовки, ее меньший торец зажимается инструментом и заготовка дополнительно растягивается в осевом направлении, точность обводов штампованной детали значительно увеличивается.
Недостаток известного устройства заключается в том, что при окончательном растяжении заготовки происходит неравномерное утонение заготовок вдоль ее образующей. Элементы заготовки,
прилегающие к большему торцу, имеют большую площадь поперечного сечения. Осевые растягивающие напряжения в этих элементах имеют меньшую величину, и заготовка меньше утоняется. При переходе к меньшему торцу площадь поперечного сечения заготовки уменьшается (иногда в 2-3 раза), что приводит к росту величины растягивающих напряжений, к более интенсивному утонению заготовки. В результате этого у штампованных деталей, в зоне меньшего основания толщина стенки уменьшается, что приводит к необходимости использования более толстой заготовки и ведет к перерасходу штампуемого металла.
В основу полезной модели поставлена задача, повысить качество заготовок и получать детали с постоянной и переменной толщиной.
Решение поставленной задачи достигается тем, что устройство для формирования тонкостенных усеченных сужающихся оболочек, содержащее пуансон, контейнер, прижим, выталкиватель, матрицу, согласно полезной модели, снабжено плитой штампа, на которую установлен контейнер, внутри него на плите штампа расположен эластичный элемент, размещенный на подкладной плите, между плитой штампа и подкладной плитой расположен эластичный буфер.
Эластичный элемент выполнен в виде кольца прямоугольного сечения со срезанной со стороны пуансона частью в виде конического сечения, больший диаметр которого равен внутреннему диаметру матрицы, а меньший диаметр равен диаметру выталкивателя и высотой, равной расстоянию от нижней поверхности матрицы до ближайшей от матрицы точки выталкивателя в исходном положении, кроме того между подкладной плитой и нижней плитой штампа выполнен дополнительный эластичный кольцевой элемент прямоугольного сечения с высотой, равной расстоянию от плиты штампа до подкладной плиты, наружным диаметром меньше внутреннего диаметра контейнера, а внутренним диаметром больше диаметра выталкивателя. Эластичный элемент может быть сплошным или составным.
На фиг.1 показан штамп для формообразования выпуклых тонкостенных сужающихся оболочек (слева от оси в открытом, а справа от оси в закрытом положении). На фиг.2 показан штамп для формообразования вогнутых тонкостенных сужающихся оболочек (слева от оси в открытом, а справа от оси в закрытом положении).
Устройство состоит из плиты штампа 1, на которую устанавливается контейнер 2. Внутри контейнера находятся эластичный буфер 3, установленный на плиту штампа 1, подкладная плита 4, эластичный элемент 5. На плиту штампа 1 устанавливают эластичный буфер 3, а сверху на него укладывают подкладную плиту 4 и эластичный элемент 5 располагают на подкладной плите 4. Пуансон 6 и выталкиватель 7 движутся внутри контейнера, зажимая меньший диаметр конической усеченной заготовки 8. Сверху на контейнер устанавливают матрицу 9, к которой прижимом 10 прижимается верхняя часть усеченного конуса заготовки 8. Усилие прижима 10 передают с помощью шпильки 11.
Устройство работает следующим образом:
1
Коническая усеченная заготовка 8 устанавливается наружными поверхностями, прилегающими к торцу большего основания, на матрицу 9, а прилегающие к торцу меньшего основания, на выталкиватель 7. Затем заготовка зажимается по внутренним поверхностям к матрице 9 прижимом 10, а к выталкивателю 7 пуансоном 6. Инструмент, где происходит зажим заготовки, выполнен с рабочими поверхностями, имеющими конусность, совпадающей с конусностью заготовки. При движении на пуансон действует усилие, равное суммарному усилию, создаваемое выталкивателем и усилием от давления эластичного элемента 5. Так как эластичный элемент находится в замкнутом объеме, то внутреннее давление в нем зависит от возможного перемещения подкладной плиты 4, которая создает усилие сопротивления при сжатии эластичного буфера 3 в виде кольца. При этом пуансон, внедряясь в эластичный элемент 5, перемещает часть объема V (смещенный объем) в
2
1
2
1
2
объем V. Так как эластичный элемент практически несжимаем, то можно принять V=V. Объем V, сечение которого имеет фигуру, близкую к треугольнику Δabc, с одной стороны ограничен наружной поверхностью детали, а с другой - внутренней поверхностью эластичного элемента. Объем V имеет в сечении фигуру прямоугольника a'b'c'd' и равен:
k
6
где D,d - соответственно диаметры контейнера и выталкивателя,
Δh - высота перемещенного смещенного объема.
Объем смещенной части эластичного наполнителя:
Объем большого усеченного конуса:
Объем цилиндра:
Объем малого усеченного конуса:
вn
в
D,d - соответственно диаметр верхнего прижима и диаметр 2 выталкивателя.
Н - высота детали.
0
h - высота усеченного конуса.
В случае рассмотрения не усеченного конуса, а детали сложной формы
бк
V рассчитывается по формуле:
где ρ=f(h) - заданная функция зависимости радиуса наружной поверхности детали от высоты.
Из условия равенства формул (1) и (3) находим
Величина перемещения подкладной плиты равна величине сжатия эластичного буфера 2. Зная необходимое давление и величину активных касательных напряжений τ на поверхности контакта заготовки с пуансоном, которые находят из решения задачи о возможном обрыве или условии заданного распределения толщины детали. Находят усилие, действующее на подкладную плиту, приняв во внимание, что давление эластичного наполнителя в замкнутом объеме распространяется одинаково во всех направлениях. Из условия равенства усилий как со стороны эластичного наполнителя, так и со стороны эластичного буфера имеем
э
б
где q,q - соответственно давления эластичного наполнителя и эластичного буфера,
б
k
D=(0.75-0.8)D - наружный диаметр эластичного буфера,
б
в
d=(0.75-0.8)d - внутренний диаметр эластичного буфера.
Эти соотношения диаметров берутся из условия, чтобы при сжатии эластичного буфера до 30% оставалось свободное пространство между подкладной плитой 4, плитой штампа 1, контейнером 3 и выталкивателем 6. Это исключает быстрый износ эластичного буфера и предохраняет от разрушения контейнера при высоких давлениях, в случае ошибки при регулировке хода пуансона. Из выражения (6) находим
б
б
По номограмме (В.П.Романовский. Справочник по холодной штамповке. Л.: Машиностроение, 1971, 644-645 с.) с учетом найденного значения q, находятся геометрические соотношения для применяемого материала эластичного буфера, а именно, , (где h - высота эластичного буфера), а так же величину деформации сжатия эластичного буфера  Величина деформации сжатия дает возможность определить высоту эластичного буфера с учетом зависимости 5:
Последнее выражение позволяет найти разницу диаметров:
или
Диаметр выталкивателя определен геометрией детали и длиной захвата (10-15) толщин, то находится диаметр контейнера:
Использование устройства предлагаемой конструкции позволяет формовать тонкостенные усеченные сужающиеся оболочки с большими отклонениями диаметров большого основания к меньшему и получать детали, регулируя давление заготовки на пуансон с помощью эластичного элемента, получать толщины детали с разным характером ее изменения вдоль образующей (постоянной толщины, переменной как увеличивающейся к большему основанию от меньшего основания, так и уменьшающейся).