RU2551036C1 - Device for shaping of thin-wall axisymmetrical parts of flattened converging shape - Google Patents

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: in a device containing a puncheon, a cone, a support ring, extension-type sectors, a matrix, an elastic element located between the extension-type sectors and the matrix; the extension-type sectors have different conical surfaces. The inner surface has an inclination angle of a generatrix that is larger than an external one.

EFFECT: improving the quality of parts without their faceting per a pass of a press; reducing labour input.

2 dwg

Description

Изобретение относится к холодной листовой штамповке, в частности к формообразованию тонкостенных осесимметричных оболочек, и может быть использовано при изготовлении крупногабаритных тонкостенных деталей усеченной сужающейся формы на прессах двойного действия.The invention relates to cold sheet stamping, in particular to the formation of thin-walled axisymmetric shells, and can be used in the manufacture of large-sized thin-walled parts of a truncated tapering shape on double-acting presses.

Известно устройство для формообразования осесимметричных сужающихся оболочек (А.с. 755378 СССР, МКИ 4 B21D 22/10, опубл. 1980, Бюл. №30), с помощью которого последовательно деформируется заготовка в форме направленной волны. Схема процесса осуществляется в течение одного хода пресса при использовании пуансона, состоящего из кольцевых эластичных элементов (шайб) с различными характеристиками сжатия, т.е. с переменной жесткостью на сжатие. При этом в верхней части пуансона должны располагаться эластичные шайбы с большей жесткостью, а размеры пуансона в исходном положении должны обеспечивать нарастающий кверху зазор между заготовкой и пуансоном. Необходимое увеличение жесткости в верхней части пуансона достигается за счет применения более твердых марок эластичных сред или уменьшения толщины эластичных шайб с постановкой между ними металлических прокладок. В процессе формования детали таким пуансоном в каждый данный момент времени деформируется небольшой участок заготовки с размерами, не допускающими потери устойчивости. Часть заготовки, лежащая ниже этого участка, является уже отформованной и прижатой эластичной средой к матрице, а верхняя часть еще не контактирует с пуансоном. Она в процессе формовки свободно подтягивается в зону деформирования, что снижает утонение стенки детали и увеличивает предельную степень формоизменения заготовки за один переход. Однако не исключена для тонких заготовок потеря устойчивости свободной части, так как она деформируется в условиях напряженно-деформируемой схемы, близкой к процессу вытяжки, где действуют сжимающие тангенциальные напряжения.A device is known for shaping axisymmetric tapering shells (A.S. 755378 USSR, MKI 4 B21D 22/10, publ. 1980, Bull. No. 30), with which a workpiece in the form of a directed wave is sequentially deformed. The process diagram is carried out during one stroke of the press using a punch consisting of elastic ring elements (washers) with different compression characteristics, i.e. with variable compression stiffness. At the same time, elastic washers with greater rigidity should be located in the upper part of the punch, and the dimensions of the punch in the initial position should provide an upward-growing gap between the workpiece and the punch. The necessary increase in stiffness in the upper part of the punch is achieved through the use of harder grades of elastic media or by reducing the thickness of elastic washers with metal gaskets placed between them. In the process of forming a part with such a punch, at any given time, a small section of the workpiece is deformed with dimensions that do not allow loss of stability. The part of the preform lying below this section is already a molded and pressed elastic medium to the matrix, and the upper part is not yet in contact with the punch. In the molding process, it is freely pulled into the deformation zone, which reduces the thinning of the part wall and increases the limiting degree of the workpiece forming in one transition. However, the loss of stability of the free part is not ruled out for thin workpieces, since it deforms under the conditions of a stress-deformable circuit close to the drawing process, where compressive tangential stresses act.

Недостатком этого устройства является необходимость применения значительных дополнительных усилий формообразования из-за большой площади эластичной среды со стороны приложения усилия для формообразования. Кроме того, наличие сил трения сжатия между заготовкой и эластичной средой для тонкостенных заготовок $$\frac{S_{заг}}{D}\le \mathrm{0,008}$$

(где S_заг - толщина заготовки; D - средний диаметр) приводит к смятию и гофрообразованию заготовки.The disadvantage of this device is the need for significant additional shaping efforts due to the large area of the elastic medium from the side of the application of efforts for shaping. In addition, the presence of compression friction forces between the workpiece and the elastic medium for thin-walled workpieces $$\frac{S_{s\mathrm{but}g}}{D}\le 0.008$$

(where S _zag is the thickness of the workpiece; D is the average diameter) leads to crushing and corrugation of the workpiece.

Наиболее близким по технической сущности является устройство для формообразования тонкостенных осесимметричных деталей усеченной сужающейся формы (Патент на изобретение 2493928, МПК B21D 41/02, B21D 22/02, опубл. 27.09.2013 г.). Устройство состоит из пуансона, жестко соединенного с матрицей, эластичного элемента в виде конической оболочки, раздвижных секторов, конуса с направляющими пазами, опорного кольца, шпилек, установленных в плиту пресса.The closest in technical essence is a device for forming thin-walled axisymmetric parts of a truncated tapering shape (Patent for invention 2493928, IPC B21D 41/02, B21D 22/02, publ. 09/27/2013). The device consists of a punch rigidly connected to the matrix, an elastic element in the form of a conical shell, sliding sectors, a cone with guide grooves, a support ring, studs installed in the press plate.

Недостатком устройства является нерегламентированное перемещение (влево, вправо, вниз, вверх) раздвижных секторов при формообразовании, из-за чего возникает необходимость многократного повторения процесса с последующей переустановкой заготовки, что приводит к увеличению трудоемкости, дополнительным затратам электроэнергии.The disadvantage of this device is the unregulated movement (left, right, down, up) of the sliding sectors during shaping, which makes it necessary to repeatedly repeat the process with subsequent reinstallation of the workpiece, which leads to an increase in labor input and additional energy costs.

Задачей изобретения является получение качественной тонкостенной осесимметричной сужающейся детали без огранки за один ход пресса.The objective of the invention is to obtain high-quality thin-walled axisymmetric tapering parts without cutting in one stroke of the press.

Задача достигается за счет того, что в устройстве для формообразования, содержащем пуансон, конус, опорное кольцо, раздвижные секторы, матрицу, эластичный элемент, расположенный между раздвижными секторами и матрицей, с образующей, наружная поверхность которой проходит через точки рабочей поверхности матрицы с наибольшим и наименьшим диаметрами, согласно изобретению раздвижные сектора выполнены с разными коническими поверхностями, причем внутренняя поверхность имеет угол наклона образующей больше, чем внешний, и удовлетворяет соотношениям: α₁=10-20°; α₂=20-30°,The task is achieved due to the fact that in the device for forming, containing a punch, cone, support ring, sliding sectors, a matrix, an elastic element located between the sliding sectors and the matrix, with a generatrix, the outer surface of which passes through the points of the working surface of the matrix with the greatest and the smallest diameters, according to the invention, the sliding sectors are made with different conical surfaces, and the inner surface has an inclination angle of the generatrix greater than the outer one, and satisfies accordingly eniyam: α ₁ = 10-20 °; α ₂ = 20-30 °,

где α₁ - угол наружной поверхностью сектора;where α ₁ is the angle of the outer surface of the sector;

α₂ - угол внутренней поверхности сектора.α ₂ - the angle of the inner surface of the sector.

Поставленная задача достигается с помощью устройства, схема которого представлена на фиг.1, на фиг.2 - разрез по А-А.The task is achieved using the device, a diagram of which is presented in figure 1, figure 2 is a section along aa.

Устройство для формования состоит из пуансона 1, жестко соединенного с матрицей 2, эластичного элемента 3, раздвижных секторов 4, полученных из конической оболочки путем разделения ее вдоль образующей на равные части, внутренняя поверхность которых имеет угол наклона больше или равный углу наклона образующей наружной поверхности, конуса 5, опорного кольца 6, шпилек 7, установленных в плиту пресса 8. Деталь 9, заготовка 10.The molding device consists of a punch 1 rigidly connected to the matrix 2, an elastic element 3, sliding sectors 4, obtained from a conical shell by dividing it along the generatrix into equal parts, the inner surface of which has an angle of inclination greater than or equal to the angle of inclination of the generatrix of the outer surface, cone 5, support ring 6, studs 7 installed in the press plate 8. Part 9, workpiece 10.

Устройство работает следующим образом. Опорное кольцо 6 поднято вверх. Пуансон с матрицей отведены кверху на высоту, обеспечивающую установку заготовки 10. Раздвижные секторы 4 подняты вверх вместе с эластичным элементом 3. В этом положении устанавливают конусную заготовку сверху на эластичный элемент. Далее опускается пуансон с матрицей до упора на опорное кольцо 6. При этом рабочие поверхности в элементах наибольшего и наименьшего диаметров касается эластичного элемента. Рабочая поверхность матрицы h_м по высоте больше высоты заготовки h_З, a высота эластичного элемента h_Э равна высоте матрицы h. При движении пуансона вниз вместе с ним опускается и матрица 2, преодолевая сопротивление раздвижных секторов 4 и эластичного элемента 3 вместе с заготовкой 10. Секторы, опускаясь вниз по конусу 5, увеличиваются в диаметре. При этом увеличиваются в диаметре и эластичный элемент, который начинает деформировать давлением изнутри заготовку, плотно прижимая ее к рабочей поверхности матрицы. Полученную деталь 9 удаляют, подняв сначала пуансон с матрицей, а затем опорное кольцо 6. Чтобы облегчить подъем раздвижных секторов вверх, угол наклона α₂ на поверхности контакта между внутренней поверхностью раздвижных секторов и рабочей поверхностью конуса должен быть больше коэффициента трения, т.е. f₂≤tgα₂ (или f₂<0,35).The device operates as follows. The support ring 6 is raised up. The punch with the matrix is taken up to a height that allows the installation of the workpiece 10. The sliding sectors 4 are raised up together with the elastic element 3. In this position, the conical workpiece is mounted on top of the elastic element. Next, the punch with the die is dropped all the way to the support ring 6. In this case, the working surfaces in the elements of the largest and smallest diameters touch the elastic element. The working surface of the matrix h _m in height is greater than the height of the workpiece h ₃ , and the height of the elastic element h _E is equal to the height of the matrix h. When the punch moves down with it, the matrix 2 also drops, overcoming the resistance of the sliding sectors 4 and the elastic element 3 together with the workpiece 10. The sectors, dropping down the cone 5, increase in diameter. At the same time, the elastic element also increases in diameter, which begins to deform the workpiece from inside pressure, tightly pressing it to the working surface of the matrix. The obtained part 9 is removed by first lifting the punch with the die, and then the supporting ring 6. To facilitate the sliding of the sliding sectors up, the angle of inclination α ₂ on the contact surface between the inner surface of the sliding sectors and the working surface of the cone must be greater than the friction coefficient, i.e. f ₂ ≤tgα ₂ (or f ₂ <0.35).

Особенность такой конструкции устройства в том, что полученная деталь лишена огранки и ее наружная поверхность практически совпадает с рабочей поверхностью матрицы, что устраняет дополнительную операцию калибровки.A feature of such a device design is that the resulting part is faceted and its outer surface practically coincides with the working surface of the matrix, which eliminates the additional calibration operation.

Устройство должно удовлетворять следующим условиям. Чтобы избежать при увеличении диаметра эластичного элемента его уменьшения высоты и возникновения на поверхности контакта с заготовкой сжимающих сил трения, которые могут привести к потере устойчивости тонкостенной заготовки, эластичный элемент в районах наибольшего и наименьшего диаметров матрицы зажимается (в начальный момент) между матрицей и секторами. Для надежного обеспечения условия зажима эластичного элемента необходимо, чтобы его высота была больше высоты рабочей поверхности, но не превышала общую высоту матрицы, иначе эластичный элемент может попасть в зазор между матрицей 2 и секторами 4. Наличие угла конусности на наружной поверхности эластичного элемента и заготовки α₁ меньше коэффициента трения f₁ не дает возможности соскальзывать заготовке. Для этого должно быть выполнено условие f₁≥tgα₁ (или f₁>0,35). Его необходимо обеспечить и для эластичного элемента на его внутренней поверхности и наружными поверхностями раздвижных секторов для отсутствия соскальзывания эластичного элемента по секторам.The device must satisfy the following conditions. In order to avoid, when the diameter of the elastic element increases, its height decreases and compressive friction forces appear on the contact surface with the workpiece, which can lead to the loss of stability of the thin-walled workpiece, the elastic element is clamped (at the initial moment) between the matrix and sectors in the regions of the largest and smallest diameters of the matrix. To reliably ensure the clamping conditions of the elastic element, it is necessary that its height be greater than the height of the working surface, but not exceed the total height of the matrix, otherwise the elastic element may fall into the gap between the matrix 2 and sectors 4. The taper angle on the outer surface of the elastic element and the workpiece α ₁ less than the coefficient of friction f ₁ does not allow the workpiece to slip. For this, the condition f ₁ ≥tgα ₁ (or f ₁ > 0.35) must be satisfied. It must be provided for the elastic element on its inner surface and the outer surfaces of the sliding sectors so that the elastic element does not slip over the sectors.

Эластичный элемент, деформируясь, увеличивает диаметр и уменьшает толщину, то есть соответствует условию плоского деформированного состояния, когда деформация по толщине ε_S равна по величине и противоположна по знаку деформации увеличения диаметра эластичного элемента ε_θ.When an elastic element deforms, it increases its diameter and decreases its thickness, that is, it corresponds to the condition of a flat deformed state when the deformation in thickness ε _S is equal in magnitude and opposite in sign of deformation of the increase in diameter of the elastic element ε _θ .

Устройство позволяет получить качественные, тонкостенные, осесимметричные сужающие детали без огранки за один ход пресса, снизить трудоемкость изготовления и затраты электроэнергии.The device allows to obtain high-quality, thin-walled, axisymmetric narrowing parts without cutting in one stroke of the press, to reduce the complexity of manufacturing and energy costs.

Claims (1)

Устройство для формообразования тонкостенных осесимметричных деталей усеченной сужающейся формы, содержащее пуансон, конус, опорное кольцо, раздвижные секторы, матрицу, расположенный между раздвижными секторами и матрицей эластичный элемент, образующая наружной поверхности которой проходит через точки рабочей поверхности матрицы с наибольшим и наименьшим диаметрами, отличающееся тем, что раздвижные секторы выполнены с разными коническими поверхностями, причем образующая внутренней конической поверхности секторов выполнена с углом наклона, равным α₂=20-30°, превышающим угол наклона образующей наружной поверхности секторов, равный α₁=10-20°. A device for shaping thin-walled axisymmetric parts of a truncated tapering shape, containing a punch, cone, support ring, sliding sectors, a matrix located between the sliding sectors and the matrix, an elastic element forming the outer surface of which passes through the points of the working surface of the matrix with the largest and smallest diameters, characterized in that the sliding sectors are made with different conical surfaces, and the generatrix of the inner conical surface of the sectors is made with an angle m of inclination equal to α ₂ = 20-30 °, exceeding the angle of inclination of the generatrix of the outer surface of the sectors, equal to α ₁ = 10-20 °.

Images