УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМООБРАЗОВАНИЯ ОБОЛОЧЕК СУЖАЮЩЕЙСЯ ФОРМЫ

Устройство 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 подкладной плиты (АС СССР №1748905 МПК B 21 D 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. Задачей заявляемого устройства является повышение качества штампованных деталей в результате повышения равномерности толщины стенки по ее образующей.
Поставленная задача решается тем, что устройстве для формообразования оболочек сужающейся формы, содержащем пунсон, матрицу, прижим, выталкиватель и подкладную плиту, согласно полезной модели на выталкиватель установлен эластичный элемент с толкателем, при этом шпилька толкателя заходит в отверстие матрицы, причем эластичный элемент выполнен в виде кольца с прямоугольным сечением, высота которого составляет не более половины рабочей части пуансона, при этом наружный диаметр эластичного элемента равен внутреннему диаметру подкладной плиты, а внутренний диаметр эластичного элемента на 15-25% больше внутреннего диаметра выталкивателя.
Устройство поясняется чертежом, где слева от оси симметрии показано исходное положение устройства перед деформированием заготовки, а справа - устройство на стадии завершения формообразования детали.
Устройство состоит из подкладной плиты 1, внутри которой расположен выталкиватель 2. На верхнюю часть опорной плиты опирается матрица 3, во внутреннюю рабочую полость которой входит прижим 4. Пуансона 5 перемещается по внутренней поверхности заготовки 6, после того как последняя зажимается по большому торцу между матрицей 3 и прижимом 4.
На выталкивателе 2 расположен эластичный элемент 7, выполненный в виде кольца с прямоугольным сечением, к которому усилие сжатия прикладывается от толкателя 8 через шпильки 9, заходящие в отверстия, от плоского фланца пуансона 5.
Устройство работает следующим образом:
Коническая полая заготовка 6 устанавливается в устройство и фиксируется за большой торец между рабочей матрицей 3 и прижимом 4. Для более надежной фиксации заготовки поверхность инструмента в местах зажима заготовки имеет мелкую насечку. При рабочем ходе пуансона 5 осуществляется деформирование путем раздачи и осевого растяжения. Деформируемая заготовка не перемещается, поскольку она зафиксирована за большой торец между рабочими поверхностями матрицы 3 и прижима 4. На этой стадии усилие осевого растяжения возникает лишь между пуансоном 5 и большим торцом заготовки, поскольку ее малый торец в течение стадии деформировался свободно от зажима.
В тот момент, когда нижняя поверхность фланца пуансона 5 достигает уровня дополнительных толкателей 9, усилие от пуансона начинает передаваться на эластичный элемент 7, деформируя его. Деформация его заключается в осадке - уменьшении высоты и увеличении широтных размеров. При этом увеличиваются и размеры самой заготовки, происходит ее выпрямление и деформация в условиях схемы напряженно-деформированного состояния, соответствующего процессу формовки. Т.е. деформирование происходит за счет утонения заготовки. Это обеспечивается тем, что длина шпильки 6 L1 несколько больше, чем длина рабочей части пуансона L0.
При дальнейшем ходе пуансона 5 происходит деформирование заготовки 6, в очаг деформации включается вся большая часть заготовки, и все больше увеличивает свои размеры эластичный элемент. Перед завершением процесса
деформирования заготовки, когда пуансон достигает нижнего выталкивателя, происходит зажим заготовки по малому торцу между нижней частью пуансона 5 и выталкивателем 2. С этого момента усилие растяжения вдоль образующей прикладывается к обоим торцам заготовки.
Процесс формообразования заканчивается при увеличении высоты заготовки в результате ее осевого растяжения на 5-10%. Такая степень деформации достаточна для того, чтобы после снятия усилия деформирование в заготовке наблюдалась высокая равномерность остаточных напряжений. Эти условия обеспечивают высокое качество изделий в результате совпадения размеров изделия с размерами рабочей поверхности пуансона. Точность изготовленного изделия соответствует 5-6 квалитету.
Величина деформации эластичного элемента 7, установленного внутри подкладной плиты, зависит от его исходной высоты, а также от длины дополнительных толкателей, через которые усилие деформирования передается на эластичный элемент. При сжатии элемента 7 уменьшается его внутренний диаметр. В результате этого заготовка 6 прижимается к рабочей поверхности пуансона 5. Силы трения, возникающие между заготовкой 6 и пуансоном 5, блокируют перемещение элементов заготовки 6, находящихся на ее меньшем основании и препятствуют утонению заготовки.
Увеличивается растяжение и утонение элементов заготовки, примыкающих к большому основанию, в результате чего равномерность толщины стенки штампованной детали значительно повышается. За счет того, что утонение штампуемой заготовки уменьшается, появляется возможность использования более тонкой заготовки и экономии металла.
Проверенные опытно-конструкторские работы показали, что внутренний диаметр эластичного элемента целесообразно изготавливать с диаметром на 15-25% больше внутреннего диаметра выталкивателя (в зависимости от геометрии штампуемой детали.
Если величину внутреннего диаметра эластичного элемента взять меньше 15%, усилие прижатия заготовки к пуансону становится недостаточно, чтобы заблокировать ее утонение, и эффективность работы устройства снижается. Если же эту величину взять больше 25%, то возникает опасность попадания эластичного элемента между выталкивателем 2 и пуансоном 5 и его разрушением.
Предлагаемое устройство позволяет получить деталь с достаточно высокой точностью геометрических размеров, в том числе и по толщине заготовки; повысить коэффициент использования материала, тем самым сокращая расход металла.