RU2401711C1 - Method of producing articles with bent and tepped axle from hollow billets - Google Patents

Abstract

FIELD: process engineering.

SUBSTANCE: invention relates to metal forming and can be used in fabricating bent and stepped axle from hollow square- or rectangular section, or tubular billets, or rube billets wit round cross section or that with 2^nd-order curve. One or several billets arranged in parallel are used. Said billets are placed in plastic filler to make a block to be fitted in die half-lower dies so that block or its extreme billets stay in contact with said half-lower die walls. Billet inner cavity or cavities of billets are filled with filler. Said cavities are sealed by punches and stamped via creating filler high hydrostatic pressure an displacing billet extreme parts in direction perpendicular to their initial axes.

EFFECT: reduced power losses and consumed power, higher efficiency and simplified design.

5 cl, 10 dwg

Description

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, а именно к технологии изготовления изделий с изогнутой и ступенчатой осью из полых заготовок, имеющих в поперечном сечении внешний контур, описанный окружностью или другой линией второго порядка.The invention relates to the field of metal forming, and in particular to a technology for manufacturing products with a curved and stepped axis from hollow billets having in cross section an external contour described by a circle or other second-order line.

Известен способ изготовления крутоизогнутых изделий из полых заготовок, заключающийся в заполнении заготовки наполнителем, герметизации ее полости осевыми пуансонами, создании в полости заготовки высокого гидростатического давления наполнителя и сдвиге ее срединной части или концевых участков в направлении, перпендикулярном ее первоначальной оси (журнал «Заготовительные производства в машиностроении», 2003 г., №8, стр.15-23).A known method of manufacturing steeply curved products from hollow preforms is to fill the preform with filler, seal its cavity with axial punches, create a high hydrostatic pressure of the filler in the preform cavity and shift its middle part or end sections in the direction perpendicular to its original axis (Journal of Procurement in mechanical engineering ”, 2003, No. 8, p. 15-23).

Недостатками известного способа являются высокие энергетические затраты, обусловленные большими удельными нагрузками, развиваемыми осевыми пуансонами и подвижной матрицей за счет сил трения между поверхностями заготовки и штампа, большие затраты потребляемой мощности при изготовлении единицы продукции, низкая производительность труда, обусловленная изготовлением лишь одного изделия.The disadvantages of this method are the high energy costs due to the large specific loads developed by the axial punches and the movable matrix due to the friction forces between the surfaces of the workpiece and the stamp, the high cost of power consumption in the manufacture of a unit of production, low labor productivity due to the manufacture of only one product.

Наиболее близким к заявляемому является способ изготовления изделий с изогнутой и ступенчатой осью из полых заготовок, включающий штамповку одновременно нескольких трубчатых заготовок прямоугольного или квадратного сечений, устанавливаемых перед штамповкой параллельно друг другу с контактом боковой поверхности последующей заготовки с боковой поверхностью предыдущей заготовки и контактом крайних заготовок со стенками полуматрицы, заполнение полостей заготовок наполнителем и их герметизацию осевыми пуансонами с последующим созданием в полостях заготовок высокого гидростатического давления наполнителя и перемещением срединных частей заготовок или их концевых участков в направлении, перпендикулярном их первоначальным осям (патент РФ 2329109, МПК B21D 9/00).Closest to the claimed is a method of manufacturing products with a curved and stepped axis from hollow billets, including stamping simultaneously several tubular billets of rectangular or square sections, installed before stamping parallel to each other with the contact of the side surface of the subsequent workpiece with the side surface of the previous workpiece and the contact of the edge workpieces with the walls of the half-matrix, filling the cavities of the workpieces with filler and sealing them with axial punches with subsequent creation lowering the high hydrostatic pressure of the filler in the preform cavities and moving the middle parts of the preforms or their end sections in the direction perpendicular to their original axes (RF patent 2329109, IPC B21D 9/00).

Недостатком известного способа является то, что он предусматривает штамповку лишь трубчатых заготовок прямоугольного или квадратного сечений, обеспечивающих контакт между собой и стенками полуматрицы по плоским поверхностям. Это ограничивает его технологические возможности.The disadvantage of this method is that it provides for stamping only tubular blanks of rectangular or square sections, providing contact between themselves and the walls of the matrix on flat surfaces. This limits its technological capabilities.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является снижение энергетических затрат и потребляемой мощности на изготовление партии изделий с изогнутой или ступенчатой осью, имеющих в сечении наружную поверхность в виде окружности, овала или иной замкнутой линии второго порядка, повышение производительности труда, упрощение конструкции штампа, а также увеличение его ресурса работы, особенно при гидроштамповке заготовок с высоким пределом текучести материала.The technical result of the invention is to reduce energy costs and power consumption for the manufacture of a batch of products with a curved or stepped axis, having in cross section an outer surface in the form of a circle, oval or other closed line of the second order, increasing labor productivity, simplifying the design of the stamp, as well as increasing it service life, especially when hydrostamping workpieces with a high yield strength of the material.

Сущность технического решения заключается в том, что в способе изготовления изделий с изогнутой и ступенчатой осью из полых квадратного или прямоугольного сечений или трубных или трубчатых заготовок, имеющих в поперечном сечении контур в виде окружности или иной кривой второго порядка, включающем использование одной или нескольких установленных параллельно друг другу заготовок, помещение их в пластичный наполнитель с образованием блока, размещение полученного блока в полуматрицах штампа с обеспечением контакта заготовки блока или контакта крайних заготовок блока через наполнитель со стенками полуматрицы, заполнение внутренней полости заготовки или внутренних полостей заготовок наполнителем, их герметизацию осевыми пуансонами, штамповку путем создания в полости заготовки или в полостях заготовок высокого гидростатического давления наполнителя и перемещение срединных частей заготовки или заготовок или их концевых участков в направлении, перпендикулярном их первоначальным осям, блок выполняют в виде параллелепипеда, используют заготовку или заготовки с постоянными вдоль оси поперечными сечениями, заготовку или заготовки используют переменного вдоль оси поперечного сечения, используют пластичный наполнитель блока с температурой плавления ниже температуры плавления материала заготовок.The essence of the technical solution lies in the fact that in the method of manufacturing products with a curved and stepped axis from hollow square or rectangular sections or pipe or tubular blanks having a cross-section in the form of a circle or other second-order curve, including the use of one or more parallel to each other blanks, placing them in a plastic filler with the formation of the block, placing the resulting block in the semi-matrices of the stamp to ensure contact of the block blank or act of the extreme workpieces of the block through the filler with the walls of the half-matrix, filling the inner cavity of the workpiece or internal cavities of the workpieces with filler, sealing them with axial punches, stamping by creating high hydrostatic pressure of the filler in the cavity of the workpiece or in the cavities of the workpieces and moving the middle parts of the workpiece or workpieces or their end sections in the direction perpendicular to their original axes, the block is made in the form of a parallelepiped, use a workpiece or blanks with a stand cross-sections along the axis, the workpiece or workpieces are used variable along the cross-section axis, a plastic block filler with a melting point below the melting point of the workpiece material is used.

Штамповка одновременно нескольких трубчатых прямоугольных или квадратных в сечении заготовок, которые устанавливают перед штамповкой в полость полуматрицы параллельно друг другу с контактом боковой поверхности последующей заготовки с боковой поверхностью предыдущей заготовки и контактом крайних заготовок со стенками полуматрицы, позволяет уменьшить удельные нагрузки, развиваемые осевыми пуансонами и подвижной матрицей за счет отсутствия сил трения между контактирующими друг с другом трубчатыми заготовками, тем самым обеспечивая снижение энергетических затрат и потребляемой мощности на единицу продукции, повышая производительность труда.Stamping simultaneously several tubular rectangular or square billets in the cross section, which are set before stamping in the half-matrix cavity parallel to each other with the contact of the side surface of the subsequent workpiece with the side surface of the previous workpiece and the contact of the extreme workpieces with the walls of the half-matrix, allows to reduce the specific loads developed by axial punches and movable matrix due to the absence of friction between contacting each other tubular blanks, thereby providing reduction of energy costs and power consumption per unit of output, increasing labor productivity.

С уменьшением количества одновременно штампуемых заготовок суммарные давления, развиваемые осевыми пуансонами и подвижной матрицей, интенсивно увеличиваются, превышая в несколько раз напряжения текучести материала заготовок, интенсивно растут сжимающие напряжения, например, в осевых пуансонах, и наоборот, с увеличением количества одновременно штампуемых заготовок повышается работоспособность штамповой оснастки, что особенно важно при гидроштамповке заготовок с достаточно высоким пределом текучести материала.With a decrease in the number of simultaneously stamped blanks, the total pressures developed by axial punches and a movable matrix increase rapidly, exceeding several times the yield stresses of the workpiece material, compressive stresses increase intensively, for example, in axial punches, and vice versa, with an increase in the number of simultaneously stamped blanks, the working capacity increases die tooling, which is especially important when hydrostamping workpieces with a sufficiently high yield strength of the material.

Изложенная сущность изобретения поясняется чертежами, где наThe essence of the invention is illustrated by drawings, where

фиг.1 изображена схема изготовления блока трубных заготовок;figure 1 shows a manufacturing diagram of a block of pipe billets;

фиг.2 - вид сверху на фиг.1;figure 2 is a top view of figure 1;

фиг.3 - подготовленный под гидроштамповку блок трубных заготовок;figure 3 - prepared for hydraulic stamping block pipe blanks;

фиг.4 - исходное положение блока трубных заготовок перед гидроштамповкой в изделия с изогнутой или ступенчатой осью;figure 4 - the initial position of the block of tubular billets before stamping in products with a curved or stepped axis;

фиг.5 - вид по стрелке А фиг.4;5 is a view along arrow A of FIG. 4;

фиг.6 - конечное положение блока трубных заготовок после его деформирования в изогнутый или ступенчатый полуфабрикат;6 - the final position of the block of pipe billets after its deformation into a curved or step semi-finished product;

фиг.7 - вид сверху на фиг.6 (полуматрица 2 условно не показана);Fig.7 is a top view of Fig.6 (half-matrix 2 conventionally not shown);

фиг.8 - блок трубчатых заготовок овального или эллипсного сечений;Fig. 8 is a block of tubular blanks of oval or ellipse sections;

фиг.9 - блок трубных заготовок с переменными вдоль оси поперечными сечениями;Fig.9 is a block of pipe blanks with variable cross-sections along the axis;

фиг.10 - внешний вид крутоизогнутого полуфабриката, получаемого в результате гидроштамповки блока заготовок, показанного на фиг.9.figure 10 - appearance of a steeply curved semi-finished product obtained by hydraulic stamping block blanks shown in Fig.9.

Способ изготовления изделий с изогнутой и ступенчатой осью осуществляют следующим образом.A method of manufacturing products with a curved and stepped axis is as follows.

Полые заготовки 1 (фиг.1, 2), наружная поверхность которых в сечении описывается уравнением второго порядка, например окружностью, укладывают в горизонтальном положении в П-образный корпус 2 приспособления. Затем внутренние полости заготовок 1 герметизируют планками 3 (фиг.2) которые жестко фиксируют на корпусе 2 приспособления. Далее в зазоры и полости, образованные заготовками 1 и внутренними стенками приспособления, заливают в нагретом состоянии жидкотекучий наполнитель 4 (фиг.1), имеющий температуру плавления ниже температуры плавления материалов заготовок и приспособления, например свинец. (Для качественного заполнения пустот и зазоров приспособление с заготовками рекомендуется нагреть до температуры, примерно равной температуре заливаемого наполнителя.) После перехода наполнителя 4 в твердое состояние, например, путем охлаждения полученный блок 5 (фиг.3) в виде параллелепипеда, образованный залитыми наполнителем трубными заготовками, извлекают из приспособления и передают на операцию гидроштамповки. (В общем случае блок трубных заготовок может быть подвергнут дополнительной обработке, предусматривающей удаление излишков наполнителя. Кроме того, изготовление блока трубных заготовок может быть выполнено иначе, чем описано, например путем постановки трубных заготовок вертикально в соответствующее приспособление и последующей заливки наполнителя.)Hollow billets 1 (figure 1, 2), the outer surface of which in cross section is described by a second-order equation, for example a circle, is laid in a horizontal position in the U-shaped body 2 of the device. Then the inner cavity of the blanks 1 is sealed with straps 3 (figure 2) which are rigidly fixed on the housing 2 of the device. Next, in the gaps and cavities formed by the preforms 1 and the inner walls of the fixture, pour in a heated state a fluidic filler 4 (FIG. 1) having a melting point below the melting temperature of the materials of the preforms and fixtures, for example lead. (For a high-quality filling of voids and gaps, it is recommended that the fixture with the workpieces be heated to a temperature approximately equal to the temperature of the filled filler.) After the filler 4 transitions to the solid state, for example, by cooling, the obtained block 5 (Fig. 3) in the form of a parallelepiped formed by filled pipe fillers blanks, removed from the device and transferred to the hydraulic stamping operation. (In the general case, the block of pipe billets can be subjected to additional processing, which involves the removal of excess filler. In addition, the manufacture of a block of pipe billets can be performed differently than described, for example, by placing the pipe billets vertically in an appropriate tool and then filling the filler.)

Изготовленный блок трубных заготовок устанавливают в ручей штампа, состоящего из неподвижных верхней 6 и нижней 7 полуматриц, имеющих плоскость разъема, перпендикулярную плоскости чертежа. При этом блок 5 своими гранями контактирует с плоскими поверхностями полуматриц 6 и 7 штампа (фиг.5). В центральное отверстие полуматрицы 6 (фиг.4.) сверху вводят верхнюю подвижную полуматрицу 8 до соприкосновения с поверхностями блока 5 трубных заготовок. Снизу с блоком 5 контактирует нижняя подвижная полуматрица 9. В сомкнутом положении полуматрицы 8 и 9 образуют подвижную матрицу, канал которой охватывает блок 5 трубных заготовок. На боковых гранях полуматрицы 8 выполнены каналы 10 и 11, например, прямоугольной формы, показанные на фиг.4. Установив блок 5 трубных заготовок в полости штампа, полости трубных заготовок заполняют наполнителем, например машинным маслом. Затем сообщают встречное синхронное перемещение осевым пуансонам 12 и 13, обеспечивая их силовой контакт с торцами блока 5 трубных заготовок и осуществляя при этом герметизацию их полостей трубных заготовок 1. Через осевые каналы, выполненные, например, в пуансоне 13, в полости трубных заготовок добавляют наполнитель, создавая определенное гидростатическое давление q. Продолжая перемещать пуансоны 12 и 13 навстречу друг другу, сообщают перемещение подвижной матрице, обеспечивая заданное соотношение скоростей между ними. Под действием осевых сил Q (фиг.6, 7), прикладываемых к заготовке пуансонами 12 и 13, высокого гидростатического давления наполнителя q в полостях заготовок и нагрузки Р со стороны подвижной полуматрицы осуществляют деформирование блока трубных заготовок в

- образный крутоизогнутый полуфабрикат. После извлечения его из штампа полуфабрикат нагревают до температуры плавления наполнителя и отделяют отштампованные

- образные трубные полуфабрикаты и наполнитель друг от друга. При этом

- образные полуфабрикаты могут служить основой для изготовления

и

-образных изделий путем их разрезки.The manufactured block of pipe blanks is installed in the brook of the stamp, consisting of fixed upper 6 and lower 7 half-matrices having a plane of the connector perpendicular to the plane of the drawing. In this case, the block 5 with its faces is in contact with the flat surfaces of the semi-matrices 6 and 7 of the stamp (Fig. 5). In the Central hole of the half-matrix 6 (Fig. 4.), the upper movable half-matrix 8 is introduced from above to come into contact with the surfaces of the block 5 of tube blanks. Bottom with block 5 is contacted by the lower movable half-matrix 9. In the closed position, the half-matrices 8 and 9 form a movable matrix, the channel of which covers the block 5 of pipe blanks. On the side faces of the matrix 8 channels are made 10 and 11, for example, of a rectangular shape, shown in figure 4. Having installed the block 5 of pipe billets in the cavity of the stamp, the cavity of the pipe billets is filled with a filler, for example machine oil. Then counter synchronous movement is reported to the axial punches 12 and 13, ensuring their force contact with the ends of the tube billet block 5 and sealing the cavities of the tube billets 1. Through the axial channels made, for example, in the punch 13, filler is added to the cavity of the tube billets creating a certain hydrostatic pressure q. Continuing to move the punches 12 and 13 towards each other, the movement is reported to the movable matrix, providing a predetermined ratio of speeds between them. Under the action of axial forces Q (Figs. 6, 7) applied to the workpiece by punches 12 and 13, high hydrostatic pressure of the filler q in the cavities of the workpieces and the load P from the side of the movable semi-matrix, the tube blanks are deformed in

- shaped steeply bent semi-finished product. After removing it from the stamp, the prefabricated product is heated to the melting temperature of the filler and the stamped ones are separated

- shaped tube semi-finished products and filler from each other. Wherein

- shaped semi-finished products can serve as the basis for the manufacture

and

-shaped products by cutting them.

Кроме трубных заготовок, имеющих в сечении наружную поверхность в виде окружности, предлагаемый способ позволяет выполнить штамповку изделий с изогнутой и ступенчатой осью из трубчатых заготовок, наружная поверхность которых в сечении описывается кривой (или комбинацией кривых) второго порядка. В качестве примера на фиг.8 изображен блок, подготовленный для гидроштамповки, включающий в себя трубчатые заготовки 14 овального поперечного сечения с наполнителем 15.In addition to tube blanks having a circular outer surface in cross section, the proposed method allows stamping of products with a curved and stepped axis from tubular blanks, the outer surface of which is described in section by a second-order curve (or combination of curves). As an example, Fig. 8 shows a block prepared for hydraulic stamping, including tubular blanks 14 of an oval cross-section with filler 15.

Дополнительно предлагаемый способ позволяет выполнить штамповку изделий с изогнутой и ступенчатой осью из трубчатых заготовок, имеющих переменные вдоль оси поперечные сечения. В качестве примера на фиг.9 показан блок, подготовленный для гидроштамповки, включающий в себя наполнитель 16 и трубчатые заготовки 17, имеющие переменные вдоль оси поперечные сечения, а на фиг.10 - крутоизогнутый полуфабрикат 18, изготавливаемый гидроштамповкой данного блока предлагаемым способом.Additionally, the proposed method allows stamping of products with a curved and stepped axis from tubular blanks having variable cross-sections along the axis. As an example, Fig. 9 shows a block prepared for hydraulic stamping, including filler 16 and tubular billets 17 having cross-sections variable along the axis, and in Fig. 10, a steeply curved semi-finished product 18 made by hydraulic stamping of this block by the proposed method.

Следует отметить, что изготавливаемый для гидроштамповки полуфабрикат в виде параллелепипеда, включающий в себя трубные или трубчатые заготовки, залитые пластичным наполнителем, может включать в себя как минимум лишь одну заготовку.It should be noted that the semi-finished product manufactured for hydraulic stamping in the form of a parallelepiped, which includes pipe or tubular billets filled with plastic filler, may include at least only one billet.

Предлагаемый способ позволяет упростить штамповую оснастку установок для гидроштамповки, а именно в одном штампе выполнить гидроштамповку различных в поперечном сечении трубных и трубчатых заготовок определенного типоразмера, в том числе и полых заготовок квадратного и прямоугольного сечений.The proposed method allows us to simplify the stamping equipment for hydraulic stamping, namely in one stamp to perform hydraulic stamping of various in cross section tube and tubular blanks of a certain size, including hollow blanks of square and rectangular sections.

Использование предлагаемого способа позволяет снизить энергетические затраты на гидроштамповку трубных и трубчатых заготовок в изделия с криволинейной или ступенчатой осью, штамповать заготовки, имеющие различные поперечные сечения, и уменьшить затраты потребляемой мощности на производство единицы продукции, повысить производительность труда, упростить конструкцию штампа, а также увеличить ресурс работы оснастки (штампа), особенно при гидроштамповке заготовок с высоким пределом текучести материала.Using the proposed method allows to reduce energy costs for hydraulic stamping of pipe and tubular billets into products with a curved or stepped axis, to stamp billets having different cross sections, and to reduce the cost of power consumption per unit of production, increase labor productivity, simplify the design of the stamp, and also increase the service life of the tool (stamp), especially when hydrostamping workpieces with a high yield strength of the material.

Claims (5)

1. Способ изготовления изделий с изогнутой и ступенчатой осью из полых квадратного или прямоугольного сечения или трубных, или трубчатых заготовок, имеющих в поперечном сечении контур в виде окружности или иной кривой второго порядка, включающий использование одной или нескольких установленных параллельно друг другу заготовок, помещение их в пластичный наполнитель с образованием блока, размещение полученного блока в полуматрицах штампа с обеспечением контакта заготовки блока или контакта крайних заготовок блока через наполнитель со стенками полуматрицы, заполнение внутренней полости заготовки или внутренних полостей заготовок наполнителем, их герметизацию осевыми пуансонами и штамповку путем создания в полости заготовки или в полостях заготовок высокого гидростатического давления наполнителя и перемещение срединных частей заготовки или заготовок, или их концевых участков в направлении, перпендикулярном их первоначальным осям.1. A method of manufacturing products with a curved and stepped axis from a hollow square or rectangular cross section or pipe or tubular workpieces having a cross-section in the form of a circle or another second-order curve, including the use of one or more workpieces installed parallel to each other, placing them into a plastic filler with the formation of the block, the placement of the obtained block in the semi-matrices of the stamp with the contact of the block blank or the contact of the extreme block blanks through the filler with half-matrix, filling the inner cavity of the preform or internal cavity of the preform with filler, sealing them with axial punches and stamping by creating high hydrostatic pressure of the filler in the cavity of the preform or in the cavity of the preform and moving the middle parts of the preform or preforms or their end sections in the direction perpendicular to their original axes. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что блок выполняют в виде параллелепипеда.2. The method according to claim 1, characterized in that the block is made in the form of a parallelepiped. 3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что используют заготовку или заготовки с постоянными вдоль оси поперечными сечениями.3. The method according to claims 1 and 2, characterized in that the use of the workpiece or workpieces with constant along the axis of the cross sections. 4. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что используют заготовку или заготовки переменного вдоль оси поперечного сечения.4. The method according to claims 1 and 2, characterized in that they use a blank or blanks of variable along the axis of the cross section. 5. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что используют пластичный наполнитель блока с температурой плавления ниже температуры плавления материала заготовок. 5. The method according to PP.1 and 2, characterized in that they use a plastic filler block with a melting point below the melting temperature of the material of the workpieces.

Images