УСТРОЙСТВО ДЛЯ КАЛИБРОВКИ

Полезная модель относится к области обработки металлов давлением, в честности, к устройствам для холодной листовой штамповки, и может быть использована при калибровке тонкостенных конических оболочек, изготовленных на пример многопереходной вытяжкой.
Известно устройство для калибровки конических оболочек, состоящее из жесткого пуансона и жесткой матрицы соответствующей формы (Малов А.Н. - Технология холодной штамповки. - М. Машиностроение, 1969 г., стр.283, рис.162). В результате деформации заготовки между калибровочным пуансоном и калибровочной матрицей заготовка принимает свои окончательные размеры и форму.
При калибровке в жестком штампе, в результате разнотолщинности штампованной оболочки, которая неизбежно возникает в процессе предварительного формообразования, калибруемая заготовка лишь отдельными участками контактирует с поверхностью матрицы и пуансона. Это не обеспечивает получения высокой точности размеров калибруемой заготовки.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является устройство для калибровки, используемое при калибровке по А.С. СССР №1304956 «Способ калибровки сужающихся оболочек». Опубликовано 23.04.1987 г., Бюл. №15.
Устройство состоит из конической матрицы, конического пуансона и эластичного элемента. Эластичный элемент помещают между внутренней поверхностью заготовки и пуансоном. Благодаря сжатию эластичного элемента между матрицей и пуансоном создается давление, которое распространяется по всей поверхности калибруемой заготовки и независимо от ее разнотолщинности при калибровке достигается высокая точность изделия.
Недостатком известного устройства является повышенное усилие калибровки и излишние энергозатраты на его осуществление. Давление, создаваемое эластичным элементом, распределяется по всей поверхности калибруемой заготовки (в том числе и на те участки, которые уже прилегли к пуансону и не требуют калибровки), В результате этого требуется достаточно высокая величина давления для осуществления калибровки изготавливаемой заготовки.
Задачей заявляемой полезной модели является снижение требуемого давления и общего усилия калибровки, снижение энергозатрат и повышение качества детали в результате повышения точности обводов калибруемой заготовки.
Поставленная задача решается за счет того, что в устройстве для калибровки конических заготовок, состоящее из внешней конической матрицы, внутреннего конического пуансона и деформируемого эластичного элемента, согласно полезной модели, между эластичным элементом и калибруемой заготовкой расположен жестко-упругий металлический элемент, исходный контур рабочей поверхности которого соответствует контуру готовой заготовки после калибровки, толщина жестко-упругого элемента равна 30-40% толщины калибруемой заготовки, а предел упругости жестко-упругого элемента определяется по зависимости:
где: A - постоянная упрочнения материала заготовки;
- тангенциальная деформация при калибровке заготовки;
n - показатель упрочнения материала калибруемой заготовки.
Наличие жестко-упругого элемента между калибруемой заготовкой и эластичным элементом позволяет сконцентрировать усилие калибровки на наиболее выступающих участках калибруемой заготовки(взамен равномерно распределенного давления при отсутствии жестко-упругого элемента). Это позволяет при прочих равных условиях обеспечить деформирование калибруемой заготовки при меньшей величине создаваемого давления. При более низких значениях давления заготовка полностью прилегает к внутреннему коническому пуансону, что обеспечивает повышение точности контура калибруемой заготовки и повышение ее качества.
Устройство поясняется чертежом,
где: на фигуре 1 показана конструкция устройства, слева от оси симметрии - в исходном состоянии, справа - по завершении процесса калибровки;
на фигуре 2 - показан выносной элемент фигуры 1, позволяющий объяснить эффект снижения давления калибровки при вводе в устройство жестко-упругого металлического элемента.
Устройство состоит из внутреннего конического пуансона 1, на который установлена калибруемая заготовка 2. На калибруемую заготовку 2 помещен жестко-упругий металлический элемент 3. К жестко-упругому элементу 3 примыкает эластичный элемент 4 с величиной исходной толщины Н, который помещен внутри наружной калибровочной конической матрицы 5.
Устройство работает следующим образом.
С началом рабочего хода матрица 5 начинает перемещаться вертикально вниз, одновременно сжимая при этом эластичный элемент 4. Эластичный элемент начинает деформироваться путем уменьшения его высоты и увеличения длины. Давление от сжатия эластичного элемента начинает передаваться на внешнюю поверхность жестко-упругого элемента, который в начальный момент соприкасается только с точками заготовки, максимально выступающими за теоретический контур заготовки 2.
По мере перемещения матрицы 5 деформация эластичного элемента возрастает, возрастает и давление, которое передается на жестко-упругий элемент устройства. При достижении требуемого давления начинает деформироваться калибруемая заготовка путем прилегания к рабочей поверхности пуансона 1. Процесс деформирования заготовки продолжается до того момента, когда эластичный элемент полностью покроет внешнюю поверхность жестко упругого элемента 3, а контур калибруемой заготовки полностью приляжет к рабочей поверхности пуансона 1.
Наиболее рациональное осуществление процесса калибровки заключается в том, чтобы осуществить процесс калибровки с минимально возможными усилиями и энергозатратами, обеспечивающими высокое качество калибруемей заготовки. Наличие жестко-упругого элемента 3 дает возможность существенно снизить требуемое усилия калибровки. Поскольку, в результате снижения требуемого давления в эластичном элементе, появляется возможность деформировать (сжимать) эластичный элемент с меньшими деформациями. В результате этого возрастает его стойкость и повышается его долговечность эксплуатации.
На фиг.2 показано пояснение эффекта наличия жестко-упругого элемента 3.
Усилие, которое необходимо приложить к калибруемой заготовке 2 на участке A для ее калибровки, можно определить по зависимости:
где: A - протяженность участка, на котором наблюдается отклонение контура исходной калибруемой заготовки вдоль ее образующей от ее теоретического контура;
q - величина давления, возникающего в результате сжатия эластичного элемента 4;
Именно такое усилие и требуется для калибровки заготовки 2 с помощью эластичного элемента, без присутствия жестко-упругого элемента 3.
В том случае, если между калибруемой заготовкой 2 и эластичным элементом 4 и располагается жестко-упругий элемент 3, усилие калибровки, прикладываемое к выступу на калибруемой заготовке, имеет при том же давлении другую величину и определяется следующим образом:
где: B - протяженность участка, на который воздействует давление эластичного элемента 4 в случае наличия жестко-упругого элемента 3 (см. рисунок 2).
Величина протяженности участка B, в зависимости от геометрии калибруемой заготовки и технологических параметров процесса, может иметь протяженность в 1,2-2 раза больше, чем величина протяженности участка A. Поэтому и потребное усилие калибровки при одной и той же величине давления q можно снижать на такую же величину.
При практической реализации данного технологического процесса калибровки снижение усилия калибровки можно достичь путем уменьшения деформации сжатия эластичного элемента 4 и, следовательно, величины давления.
Снижение величины сжатия эластичного элемента благоприятно сказывается на долговечности функционирования эластичного элемента, а следовательно, и на долговечности и стойкости всего устройства в целом.
Механические свойства жестко-упругого элемента 3 должны быть выше, чем свойства калибруемой заготовки 2.
В том случае, если механические свойства жестко-упругого элемента будут ниже, либо равны прочностным механическим свойствам калибруемой заготовки, он просто приляжет к калибруемой заготовки и не обеспечивает эффекта снижения усилия калибровки. Жестко-упругий элемент должен быть более жестки, чем калибруемая заготовка и обеспечивать концентрацию усилия калибровки на наиболее выступающих участках деформируемой заготовки.
Но этот элемент также не может быть абсолютно жестким, поскольку он не сможет калибровать заготовку имеющую разнотолщинность по образующей, неизбежно возникающей при предварительном формообразовании конической заготовки. Должна быть его некоторая податливость, для чего элемент выполняется жестко-упругим.
Если использовать жестко упругий элемент, толщина которого чрезвычайно велика, увеличиваются энергозатраты на собственное деформирование этого элемента, что ведет к росту общего усилия деформирования калибровки. Чрезвычайно малая толщина не обеспечивает высокой степени точности обводов после калибровки. Предварительные исследования показали, что наиболее рациональное значение толщины упругого жесткого элемента находится в интервале 30-40% толщины калибруемой заготовки, причем более высокое значение толщины жестко-упругого элемента рекомендуется применять для более прочных материалов калибруемых заготовок.
упр
Упругие свойства жестко-упругого элемента должны быть достаточными для того, чтобы осуществить процесс деформации калибруемой заготовки, без остаточной деформации самого элемента. То есть, напряжения, необходимые для деформации калибруемой заготовки должны быть меньше, чем предел упругости самого жестко-упругого элемента σ.
калибр
упр
σ<σ
Величину напряжения, необходимого для деформации конкретного участка калибруемой заготовки, используя степенную аппроксимацию закона упрочнения материала деформируемой заготовки можно записать:
где:  - тангенциальная деформация элемента калибруемой заготовки;
n - показатель упрочнения материала калибруемой заготовки;
A - постоянная упрочнения материала заготовки.
В этом случае, располагая величиной предел упругости материала жестко-упругого элемента можно определить по зависимости:
где: A - постоянная упрочнения материала заготовки;
- тангенциальная деформация при калибровке заготовки;
n - показатель упрочнения материала калибруемой заготовки.