Способ получения оболочек из листовых заготовок квадратной формы
METHOD OF PRODUCING SHELLS FROM SQUARE-SHAPED SHEET WORKPIECES

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при получении оболочек из листовых материалов в различных отраслях машиностроения.
При изготовлении цилиндрических или квадратных оболочек из листовых материалов используются заготовки в форме кружка, получаемые вырубкой. При вырубке заготовок из полосы или ленты возникают отходы металла, достигающие 30 и более процентов. Известны способы получения оболочек из листовых заготовок квадратной форы, при получении которых отрезкой из полосы или ленты отходы металла минимальны или отсутствуют.
8
0
0
Например, известен способ изготовления цилиндрических изделий с дном из квадратной заготовки и устройство для его осуществления по патенту №2217256, кл. МПК B21D 22/20, опубл. 27.112003, бюл. 33, включающий вытяжку без утонения фланцевой части заготовки с плоским прижимом в направлении диагонали и вытяжку с локальным утонением в зонах набора толщины в направлении середины сторон при зазоре между пуансоном и матрицей Z≤0,95S, где S- толщина заготовки.
Недостатком способа является ограниченность локального утолщения фланцевого участка в направлении середины сторон квадратной заготовки на начальном этапе вытяжки, что не позволяет существенно уменьшить или ликвидировать корончатость открытого торца цилиндрической оболочки. Поэтому по данному способу рекомендуется использовать квадратные заготовки, у которых отрезаны жесткие угловые зоны, не участвующие в перераспределении материала из зон диагоналей в зоны середины сторон. Отход металла уменьшается незначительно.
8
Известен способ получения глубоких цилиндрических изделий из многогранных заготовок, принятый за прототип (патент №2135319, кл. МПК B21D 22/20, B21D 51/10, опубл. 27.08.1999), включающий отрезку заготовки в форме многогранника с основаниями в виде правильных многоугольников, комбинированную вытяжку, прямое выдавливание, которые ведут с использованием ступенчатого пуансона с уступом между ступенями шириной, равной толщине полуфабриката, полученного комбинированной вытяжкой.
Недостатком данного способа является необходимость утонения стенки при комбинированной вытяжке и утонение стенки при прямом выдавливании, в результате чего получают оболочку с толстым дном и тонкой стенкой. Это обстоятельство ограничивает технологические возможности известного способа, так как он не позволяет получать оболочки с одинаковой толщиной стенки и дна. Кроме того, при вытяжке квадратных заготовок предельная степень вытяжки меньше, чем при вытяжке заготовок в форме круга.
Задачей настоящего изобретения является получение из квадратной заготовки оболочек без коронок на открытом торце, расширение технологических возможностей и экономия металла.
Для решения поставленной задачи предлагается способ получения оболочек из листовых заготовок квадратной формы включающий установку квадратной заготовки со стороной «а» по трафаретам на прижиме, с ориентацией угловых участков с ползушками, перемещающимися в радиальном направлении, вытяжку с прижимом квадратной заготовки в матрице с цилиндрической или квадратной рабочей полостью, при этом производят выдавливание угловых участков квадратной заготовки, находящейся между прижимом и пуансон-матрицей, при радиальным перемещении ползушек на величину S=0,143a, и технологическим ходом пуансон-матрицы h=SctgQ, где Q=30÷45° - угол наклона боковой поверхности ползушки, затем вытяжку с получением оболочки, кроме того выдавливание угловых участков квадратной заготовки осуществляют на величину 0,7S, а затем совместно с вытяжкой при радиальном перемещении ползушек на величину 0,5S, которую проводят с радиальным подталкиванием фланцевого участка заготовки силой выдавливания.
На фиг. 1 показана схема для расчета величины радиального перемещения S ползушек в процессе выдавливания угловых участков квадратной заготовки.
На фиг. 2 расположение квадратной заготовки в прижиме между ползушками и трафаретами.
На фиг. 3 приведена схема формоизменения квадратной заготовки сначала выдавливанием, а затем вытяжкой.
На фиг. 4 дана схема формоизменения квадратной заготовки совмещением операций выдавливания и вытяжки.
м
м
м
м
Необходимо из листовой заготовки квадратной формы со стороной «а» получить цилиндрическую оболочку диаметром d или квадратную в плане оболочку со стороной а. Для этого используют операцию вытяжки квадратной заготовки в матрице с рабочей полостью d или в матрице с квадратной полостью а. При вытяжке квадратной заготовки на ее угловых участках образуется жесткая зона, которая не деформируется (фиг. 1 заштрихованные участки). В результате наличия жестких зон в полученной цилиндрической или квадратной в плане оболочке на открытом торце образуется корончатось, при удалении которой возникает большой отход металла.
м
Способ получения цилиндрических или квадратных в плане оболочек из листовых заготовок квадратной формы осуществляется следующим образом. Для устранения участков жестких зон квадратную заготовку 5 помещают на прижим 2, ориентируя по трафаретам 4. При этом угловые участки квадратной заготовки 5 входят в контакт с ползушками 3, установленных в радиально направленных Т-образных пазах прижима (фиг. 2) Ползушки 3 имеют двутавровую форму с верхней полкой высотой, равной толщине квадратной заготовки 5 и шириной не более  для цилиндрических оболочек, или а- для квадратных в плане оболочек. Боковая поверхность ползушек 3 выполнена наклонной с углом Q=30÷45°, который определяется экспериментально и зависит от коэффициента вытяжки и способа вытяжки (без утонения или комбинированная). Трафареты, установленные в прижиме 4 имеют высоту на 0,1…0,2 мм больше толщины листового металла. Для устранения жестких зон ползушки 3 перемещают в радиальном направлении (фиг. 1), и производят выдавливание на величину S с формоизменением квадрата в круг. С учетом равенства площадей квадратной заготовки 5 и круглой, путь выдавливания в радиальном направлении S=0,143a.
Возможны два варианта осуществления предлагаемого способа.
1. Последовательное выдавливание угловых участков и формоизменение квадратной заготовки в кружок, а затем ее вытяжка (фиг. 3)
2. Совмещение выдавливания угловых участков и вытяжка (фиг. 4).
м
p
В первом случае между торцом пуансона 1 и торцом заготовки 5 должен быть просвет h=SctgQ. Во втором случае зазор h=0,7SctgQ. При изготовлении цилиндрических или квадратных в плане оболочек из высокопластичных металлов с коэффициентами вытяжки k=d/d от 0,7 до 0, 5 квадратную заготовку формоизменяют по схеме (фиг. 3) с зазором h=SctgQ между торцом пуансона 1 и квадратной заготовкой 5. При получении цилиндрических или квадратных в плане оболочек из высокопластичных металлов с коэффициентами вытяжки k<0,5 квадратную заготовку формоизменяют по схеме (фиг. 4), в которой реализуется совмещение операций выдавливания и вытяжки.
Формоизменение начинается в момент соприкосновения пуансон-матрицы 6 с трафаретами 4, установленными на прижиме 2 и началом перемещения прижима 2 вниз. Выдавливание угловых участков квадратной заготовки 5 при движении пуансон-матрицы 6 происходит благодаря радиальному перемещению ползушек 3, контактирующих наклонной боковой поверхностью под углом Q с поверхностью опорного кольца устройства. При этом квадратная заготовка находится между торцом пуансон-матрицы 6 и прижима 2, которые образуют зазор, равный высоте трафаретов 4. Размеры щели не изменяются благодаря силе прижима. При этом сила прижима складывается из силы, создаваемой буферным устройством и составляющей от силы выдавливания, зависящей также от угла наклона Q боковой поверхности ползушек 3. Путь выдавливания S и перемещение ползушек 3 одинаков, а технологический ход пуансон-матрицы равен h=SctgQ. Затем происходит вытяжка круглой заготовки с получением цилиндрической или квадратной в плане оболочки без образования коронок на открытом торце.
Если при контакте заготовки 5 с пуансоном вытяжки 1 начинается совмещение операций вытяжки и выдавливания угловых участков заготовки 5, то выдавливание происходит одновременно с радиальным перемещением края квадратной заготовки 5 под воздействием операции вытяжки, скорость выдавливания в этой связи уменьшается в радиальном направлении, что требуется учитывать. Экспериментально установлено, что положительный результат достигается, если на начальном этапе формоизменения квадратной заготовки просвет между пуансоном вытяжки 1 и заготовкой 5 равен h=0,7SctgQ. В этом случае происходит выдавливание угловых участков квадратной заготовки до момента соприкосновения пуансона вытяжки 1 с заготовкой 5. Затем начинается процесс вытяжки. На этапе совмещения операций выдавливания и вытяжки для формоизменения квадратной заготовки в круг необходимо обеспечить радиальное перемещение ползушек 3 на 0,5S, так как в процессе вытяжки происходит течение материала заготовки в радиальном направлении и этом же направлении перемещение ползушек 3, но со скорость большей, чем скорость перемещения края заготовки от вытяжки. С учетом этого угол наклона боковой поверхности ползушек Q определяется в зависимости от способа и режимов вытяжки и формы оболочки (цилиндрической или квадратной в плане). Для вытяжки без утонения цилиндрической оболочки угол наклона Q=40÷45°. Для комбинированной вытяжки значения угла Q зависят не только от коэффициента вытяжки, но и коэффициента утонения стенки и находятся в интервале Q=30÷45°. Преимуществом способа при совмещении операций выдавливания и вытяжки заключается в том, что происходит подталкивание материала заготовки в радиальном направлении в полость матрицы, в результате чего существенно уменьшаются радиальные растягивающие напряжения, возникающие в заготовке при вытяжке. Уменьшение растягивающих напряжений снижает вероятность разрушения металла в опасном сечении и позволяет интенсифицировать процесс вытяжки. Это обстоятельство значительно расширяет технологические возможности получения оболочек из квадратных заготовок из высокопластичных или малопластичных материалов.
м
м
р
выд
Пример осуществления способа. Для получения цилиндрической оболочки из листового алюминиевого сплава АМц толщиной 1 мм использовалась квадратная заготовка со стороной а=74 мм. Заготовка укладывалась на поверхность прижима 2 между трафаретами 4. Высота трафаретов равнялась 1,1 мм (фиг. 2). Вытяжка проводилась в матрице с диаметром рабочей полости d=50 мм. Для получения кружка диаметром  мм ползушки 3, должны осуществить выдавливание угловых участков квадратной заготовки 5 в радиальном направлении на величину S=0,143 а=0,143*74=10,6 мм. При этом ширина ползушек 3 равнялась 2S=21 мм. Коэффициент вытяжки в процессе формоизменения k=d/d=50/83,5=0,59. Так как листовой алюминиевый сплав пластичен и степень деформации при вытяжке, определяемая коэффициентом вытяжки незначительна, то формоизменение квадратной заготовки 5 проводилось последовательно. При рабочем ходе пуансон-матрица 6 (фиг. 3) контактировала с поверхностью трафаретов 4, не соприкасаясь с заготовкой 5 и поверхностью ползушек 3. Это позволяло ползушкам 3 перемещаться в радиальном направлении без контакта с поверхностью пуансон-матрицы 6. Вначале осуществляли операцию выдавливания при радиальном перемещении ползушек 3 на величину S=10,6 мм. Такое перемещение обеспечивался углом Q=45° наклона боковой поверхности ползушек 3. При этом между торцом пуансона 1 и заготовкой 5 просвет составлял h≥10,6 мм. В процессе радиального перемещения ползушек 3 происходило формоизменение квадратной заготовки 5 в кружок силой выдавливания Р=42 кН. Сила выдавливания и сила прижима обеспечивала достаточный подпор, препятствующий увеличению толщины заготовки 5 в процессе выдавливания. После перемещения пуансон-матрицы на величину хода h=10,6 мм производилась операция вытяжки круглой заготовки с получением цилиндрической оболочки с ровным открытым торцом без образования коронок.
выд
При получении цилиндрической оболочки из алюминиевого сплава Д1, который обладает низкими пластическими свойствами, применялось совмещение операций выдавливания и вытяжки. Для этого между квадратной заготовкой 5 и торцом пуансона 1 устанавливался просвет h=7,5 мм (фиг. 4). При таком зазоре на первом этапе производилось выдавливание в радиальном направлении на величину 7,5 мм угловых участков квадратной заготовки 5 при радиальном перемещении ползушек 3 также на величину 7,5 мм, а затем одновременно осуществлялось выдавливание и вытяжка. При этом сила выдавливания Р=42 кН, обеспечивала требуемую силу прижима и подталкивание материала заготовки в радиальном направлении, что уменьшало растягивающие напряжения в опасном сечении и препятствовало разрушению материала в донной части цилиндрической оболочки. Так как при совмещении операций выдавливания и вытяжки происходило перемещение края заготовки в радиальном направлении не только от выдавливания, а и от вытяжки, то скорость выдавливания уменьшалась. Поэтому для осуществления выдавливания на оставшуюся величину (10,6-7,5)=3,1 мм увеличивалось перемещение ползушек 3 в радиальном направлении и составило 0,5 S=5,3 мм.
Таким образом по предлагаемому способу экономия материала при раскрое для получения квадратной заготовки увеличилась более чем на 30%. Расширились технологические возможности, позволяющие получать цилиндрические оболочки из малопластичных листовых материалов.