Способ отбортовки тонкостенных осесимметричных конических деталей
METHOD OF FLANGING THIN-WALLED AXISYMMETRIC CONICAL PARTS

Изобретение относится к холодной листовой штамповке, в частности к формообразованию тонкостенных осесимметричных оболочек, и может быть использовано при изготовлении крупногабаритных тонкостенных деталей 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 получение толщины готовой детали переменной от большего ее значения в зоне элементов меньшего диаметра и меньшим значением в зоне элементов большего диаметра.
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 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 утонения. Полученная деталь имеет переменную толщину, меньше чем толщина заготовки и изменяющейся от большего ее значения в зоне элементов большего диаметра к меньшему в зоне элементов меньшего диаметра.
Задачей изобретения является повышение качества штампованной детали в результате достижения необходимого переменного распределения толщины стенки вдоль ее образующей, повышение коэффициента использования материала.
Задача решается за счет того, что способ формообразования тонкостенных осесимметричных деталей из конических заготовок, согласно изобретению, создает дополнительные растягивающие напряжения в тангенциальном направлении, которые обеспечивают в элементах большего диаметра дополнительное утонение заготовки.
На рисунке 1 представлена схема устройства для отбортовки, предназначенного для достижения поставленной задачи.
Оно состоит из матрицы 1, прижима 2, пуансона 3, с расположенной в нем заготовкой 4 и уже полученной после формообразования деталью 5.
Устройство работает следующим образом.
Осесимметричная коническая заготовка 4 неподвижно зажимается по плоскому фланцу прижимом 2 к матрице 1 и деформируется сначала в зоне большего диаметра и только в конце процесса в зоне меньшего диаметра благодаря разным углам наклона образующих конических частей пуансона 3 и заготовки 4
Представим изменения заданной толщины детали в виде линейной функции:
где
- толщины кромок детали по элементам с радиусами
- текущий радиус детали при толщине .
Подставим (1) в (2) в безразмерном виде и получим:
где
В реальных процессах деформирования значения технологически возможной толщины детали зависит от основных факторов: размеров и формы заготовки, соотношения напряжений, коэффициента анизотропии трансверсально-изотропного тела и может быть представлено в виде уравнения связи, когда меридиональные напряжения малы [уч. пособие «Проектирование технологических процессов формообразования тонкостенных осесимметричных деталей летательных аппаратов», Самара, Самаре, гос. аэрокосмический ун-т, 2014. - 144 с. Демьяненко Е.Г., Попов И.П.]:
Приняв в первом приближении:
где  - относительная технологически возможная толщина детали
После подстановки (5), (6) в (4) имеем:
где
Представим радиус заготовки в виде линейной функции:
Здесь параметр «b» следует выбрать, чтобы относительная технологично возможная толщина была наилучшим образом приближена к заданной относительной толщине детали (3).
Для этого используем условие минимизации между заданной относительной толщиной  (1) и технологически возможной относительной толщиной детали (7) в виде их квадратичной разницы по всему очагу деформирования.
После подстановки (8), (7), (3) в (9) получим:
Возьмем частную производную по «b» и выразив ее найдем:
I
Длину заготовки находим по формуле:
заг
где L - длина детали и заготовки,
- среднеинтегральная деформация образующей заготовки.
Ее значения находим из условия, что длина каждого элемента деформируется на половину тангенциальной деформации с противоположным знаком и равной деформацией по толщине.
Длина заготовки с учетом (12), (13) равна:
Угол наклона заготовки находим:
заг
где r - радиус кромки детали находим по формуле (8) при
Пример:
Определить угол заготовки и радиус кромки заготовки для детали с размерами:
μ=0,5,
По формуле (13) находим:
Таким образом, радиус заготовки при  а в абсолютном значении  Длина заготовки составит
Угол конусности заготовки:
Расчет относительно заданной и относительно возможной толщины по выше предложенным зависимостям и исходным данным, позволяет сделать вывод, что максимальная погрешность между относительно заданной и относительно возможной толщинами не превышает 2,5%.