УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМООБРАЗОВАНИЯ КРУТОИЗОГНУТЫХ ОТВОДОВ

Полезная модель относится к области обработки металлов давлением, в частности к устройствам для холодной штамповки деталей из трубных заготовок и может быть использована при формообразовании крутоизогнутых отводов.
Известно устройство для формообразования отводов путем горячей раздачи трубной заготовки на рогообразном сердечнике (см. Ковка и штамповка. Справочник в 4 т. Том 4. Листовая штамповка. / Под ред. А.Д.Матвеева - М.: Машиностроение, 1985-1987 г., стр.110, рис.55).
Недостатком данного устройства является необходимость нагрева исходной заготовки перед началом процесса формообразования, что ведет к увеличению энергозатрат на изготовление изделия.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному устройству, которое и принято за прототип, является устройство для формообразования крутоизогнутых отводов путем проталкивания трубной заготовки через фильеру (Патент РФ на полезную модель №61607, МПК В21С 37/29, опубл., 10.03.2007 г.).
Устройство состоит из двух разъемных полуматриц, на поверхности разъема которых выполнена фильера, и жесткой внутренней оправки, поперечное сечение которой в рабочем положении представляет круг с диаметром, равным внутреннему диаметру готового отвода.
Проталкивая исходную трубную заготовку в зазор между рабочими поверхностями фильеры и внутренней оправки, осуществляют изготовление готовой детали.
Известное устройство имеет следующие недостатки:
При формообразовании отводов из труднодеформируемых сплавов, с малым радиусом кривизны, на поверхности детали с минимальным и
максимальным радиусами кривизны, вблизи ее торцев, происходит разрушение заготовки из-за значительных по величине деформаций.
Задачей полезной модели является повышение качества деталей в результате снижения утонения и устранение разрушения при формоизменении отводов из труднодеформируемых сплавов.
Поставленная задача решается за счет того, что в устройстве для формообразования крутоизогнутых отводов, состоящем из двух разъемных полуматриц, на поверхности разъема которых выполнена фильера, внутренней жесткой разъемной оправки, передний торец которой имеет замок, а задний торец установлен в муфту и помещен на ось вращения, согласно заявляемой полезной модели, поперечное сечение внутренней жесткой оправки в ее рабочем положении выполнено эллипсным, длина эллипса равна длине окружности с величиной диаметра, равным внутреннему диаметру исходной трубной заготовки, малая полуось эллипса направлена к центру кривизны нейтральной поверхности оправки, отношение большой полуоси эллипса к малой находится в пределах
;
где: а и в - соответственно большая и малая полуоси эллипса;
при этом рабочая поверхность фильеры полуматриц выполнена эквидистантой относительно рабочей поверхности оправки и отстоит от нее на расстоянии, величина которого определяется зависимостью:
0
Н=(1,1-1.3)S
0
где: S - толщина исходной трубной заготовки.
После формообразования эллипсного отвода, заключительной операцией штамповки является калибровка, в процессе которой происходит переформовка эллипсного отвода в отвод традиционного круглого сечения.
Поскольку поперечное сечение оправки выполнено эллипсным, с расположением малой полуоси эллипса по радиусу изгибаемого изделия, высота поперечного сечения заготовки в очаге деформации, по сравнению с
круглой заготовкой, уменьшается, уменьшаются деформации, действующие в изгибаемой заготовке, что приводит к уменьшению утонения заготовки и снижает опасность разрушения в ее опасном сечении.
Устройство поясняется чертежом, где: на фигуре 1 показано исходное положение устройства перед формоизменением; на фигуре 2 - поперечное сечение оправки в ее рабочем положении; на фигуре 3 - завершение процесса формообразования отвода.
Устройство состоит из двух полуматриц 1, на поверхности разъема которых выполнена фильера, соответствующая геометрии изготавливаемой детали. В рабочей полости фильеры расположены внутренняя 2 и наружная 3 части жесткой эллиптической оправки. Передний торец оправки снабжен замком 4, удерживающем оправку в рабочем положении. Задний торец оправки помещен в муфту 5, вместе с которой он помещен на ось вращения 6. Устройство снабжено направляющей втулкой 7, обеспечивающее вертикальное перемещение деформируемой заготовки 8 и пуансона 9.
Устройство работает следующим образом:
Исходная трубная заготовка 8, изготовленная из трубы соответствующего диаметра и имеющая скосы на верхнем и нижнем торцах, устанавливается в направляющую втулку 7. На верхнем торце заготовки выполнен плоский участок, воспринимающий усилие деформирования.
Заготовка устанавливается таким образом, что ее максимальная по длине образующая совпадает с максимальным радиусом кривизны внешней части эллиптической оправки 3.
Рабочее положение частей оправки 2 и 3 фиксируется путем введения замка 4 между ними. При рабочем ходе пуансона 9 усилие деформирования передается на плоский участок торца заготовки 8 и начинается процесс деформирования заготовки. Заготовка проталкивается в зазор между рабочими поверхностями фильеры полуматриц 1 и частями оправки 2 и 3. Величина зазора между рабочими поверхностями выполняется традиционной
0
0
для холодной штамповки величины, равной (1,1-1.3)S, где S - толщина исходной трубной заготовки. В этом зазоре осуществляем формообразование отвода.
Процесс деформирования заготовки завершается в тот момент, когда нижний торец трубной заготовки выйдет из фильеры полуматриц 1 и достигает муфты 5. Верхний торец заготовки достигнет горизонтальной плоскости, проходящей через центр кривизны оправки и передний торец внешней части оправки 3.
После завершения процесса формообразования, при обратном ходе ползуна пресса, пуансон 9, направляющая втулка 7 и замок 4 поднимаются вместе с ним, освобождая полуматрицы 1 и части оправки 2 и 3.
При размыкании полуматриц 1 освобождается оправка с находящейся в ней деталью.
Между частями оправки 2 и 3 выполнен расширяющийся зазор, изменяющийся по величине от нуля на оси вращения 6 до своей максимальной величины на переднем торце оправки. В результате этого рабочие части оправки имеется возможность после удаления замка перемещаться навстречу друг другу и освобождать отштампованную деталь для ее удаления из зоны штамповки.
Для удобства удаления детали и повышения устойчивости работы, в заявляемом устройстве выполнена ось вращения 6. Наличие этой оси в процессе формообразования детали делает составную оправку самоустанавливающейся, что повышает стабильность работы устройства.
Возможность поворота составной оправки по часовой стрелке при удалении детали, делает эту операцию более удобной.
Поскольку направляющая втулка имеет круглое поперечное сечение внутренней рабочей полости, а зазор между внутренней оправкой и рабочей поверхностью фильеры выполнен эллипсным, при переходе заготовки из направляющей втулки в зону полуматриц происходит переформовка
цилиндрической трубной заготовки в заготовку эллипсного сечения. Для этого на направляющей втулке выполнена небольшая переходная зона от круглого к эллипсному сечению.
Процесс формообразования отвода осуществляется, в основном, за счет сдвиговой деформации. Длина образующей исходной заготовки изменяется незначительно. По мере перемещения заготовки за счет деформации сдвига осуществляется поворот скошенных торцов заготовки и они становятся перпендикулярными оси изделия. Окончательное выравнивание верхнего торца заготовки происходит при завершении процесса формообразования. В течение всего процесса формоизменения заготовки, усилие деформации передается лишь на небольшой плоский торец заготовки, не касаясь всего торца.
При формообразовании отводов из труднодеформируемых сплавов, с изгибом на малый радиус кривизны, чрезмерного утонения и разрушения заготовки становится возможным избежать, так как при эллиптической форме поперечного сечения оправки, а, следовательно и заготовки, слои заготовки с минимальным и максимальным радиусом кривизны получают значительно меньшую по величине деформацию, чем про формообразовании круглых отводов.
Деформация на наружном волокне изгибаемого изделия зависит от высоты поперечного сечения изгибаемой заготовки -S и определяется по зависимости:
к
ε - величина деформации наружных волокон;
r - внутренний радиус заготовки;
s - высота заготовки (высота ее поперечного сечения);
α - величина утонения заготовки в процессе гибки. (В.П.Романовский, Справочник по холодной штамповке, Л., Машиностроение, 1979, с.59).
Принимая величину утонения, равной α=1, и логарифмируя выражение, получим зависимость величины деформации растяжения наружного волокна от высоты поперечного сечения изгибаемой заготовки:
То есть, чем больше высота поперечного сечения изгибаемой заготовки, тем больше степень деформации в ее опасном сечении.
Заменяя круглое сечение оправки на эллипсное, с величиной отношения полуосей ; становится возможным значительно, на 20-60% уменьшить высоту поперечного сечения изгибаемой заготовки, и следовательно, уменьшить деформации, действующие в опасном сечении заготовки.
В результате того, что оправка выполнена эллипсной, с направлением малой полуоси к центру кривизны оправки, высота поперечного сечения изгибаемой трубной заготовки в очаге деформации уменьшается, уменьшаются напряжения и деформации, действующие в очаге деформации, повышаются предельные параметры формоизменения заготовки. Уменьшаются деформации утонения заготовки в опасном сечении и ее склонность к разрушению.
Проведенные исследования процесса формообразования отводов показали, что величина, на которую необходимо уменьшить высоту поперечного сечения изгибаемой заготовки в очаге деформации, находится в пределах ;
Если взять соотношение полуосей эллипса меньшей величины, чем 1,2, то эффект повышения качества детали и предельных параметров
формоизменения оказывается незначительным. Если же величину этого соотношения взять больше, чем 1,6, то при последующей перекалибровке отвода эллипсного сечения в круглый отвод, начинают возникать проблемы технического характера, поскольку процесс калибровки идет не устойчиво.
Формообразование детали осуществляется путем проталкивания трубной заготовки в зазор между рабочей поверхностью фильеры полуматриц 1 и поверхностью внутренней жесткой оправки 2 и 3.
z
Величина зазора S между ними должна быть близка к толщине исходной трубной заготовки. Деформирование заготовки при проталкивании осуществляется в гарантированном зазоре, что препятствует образованию гофр на поверхности заготовки и обеспечивает изготовление качественной детали.
0
o
o
Для обеспечения этого условия необходимо, чтобы рабочая поверхность фильеры полуматриц 1 была выполнена эквидистантой относительно рабочей поверхности жесткой внутренней оправки, с величиной зазора между ними, равной H=(1,1-1.3)S. Для изготовления отводов из материалов с низкими механическими свойсвойствами рекомендуется величина 1,3 S; в то время как при изготовлении отводов из высокопрочных материалов рекомендуется использовать величину зазора, равную 1,1 S.
Завершение процесса деформирования трубной заготовки осуществляется после того, как заготовка, которая имеет определенную длину в исходном положении, полностью переместилась в зазор между внутренней оправкой и фильерой.
При завершении процесса формообразования, изготовленная деталь плотно охватывает внутреннюю оправку и при удалении готовой детали из устройства возникают трудности. Поэтому, для того, чтобы деталь свободно удалялась из штампа, рабочие части оправки выполнены таким образом, что
имеют возможность перемещаться в направлении друг к другу, при удалении замка, до смыкания.
Когда части оправки повернутся на оси вращения до смыкания друг с другом, поперечное сечение оправки уменьшится, что приведет к освобождению полученного изделия и беспрепятственному удалению отштампованной детали из зоны штамповки.
Использование устройства предлагаемой конструкции позволяет значительно повысить качество штампованных деталей, дает возможность при формообразования отводов из труднодеформируемых сплавов с малым радиусом кривизны изготавливать изделия с минимальной разнотолщинностью, устранить образование трещин и дефектов на поверхности изделий.