CS274464B2 - Method of box-section frame's element shaping and equipment for realization of this method - Google Patents

Description

Vynález se týká způsobu tvarování článku rámu skříňového průřezu a zařízení k provádění tohoto způsobu.

Známý způsob tvarování článků rámu skříňového průřezu spočívá v tom, že článek rámu, který má obecně protilehlé a rovinné stěny, se predtváří z trubkovitého polotovaru v zápustce, ve které se deformují stěny polotovaru směrem dovnitř, a tím se vytvářejí stěny konkávně vyklenuté dovnitř, a to v oblastech, které budou tvořit protilehlé rovinné stěny v hotovém článku rámu. Deformovaný blok so potom umístí do zápustky s konečným průřezem, jejíž dutina odpovídá žádanému tvaru hotového článku rámu a když se zápustka uzavře, polotovar se vlivem tlaku vnitrní kapaliny, který překračuje hodnotu meze průtažnosti materiálu stěny polotovaru, roztáhne, čímž se stěny vytlačí směrem ven do vnitřního tvaru dutiny konečné zápustky.

Přcdtvářccí krok je potřebný proto, aby se polotovar redukoval na hutný profil a mohl sc umístit do zápustky s konečným průřezem, jejíž dutina není podstatně větší, a to s výhodou ne více než o 5 % počátečního obvodu polotovaru, aniž by se polotovar v konečné zápustce při uzavírání obou jejích dílů priskřípl. Je-li polotovar roztažen o více než 5 % obvodu dutiny, dochází k zeslabení stěny polotovaru nebo k jeho praskání, pokud nebyla učiněna potřebná protiopatření.

Požadavek zvláštního předtvářecího kroku však zvyšuje složitost způsobu a vyžaduje výrobu a obsluhu dvou odlišných sad zápustek a dopravu přcdtvářoných bloků mezi přcdtvářccí a konečnou zápustkou.

Nyní bylo zjištěno, že výskyt priskrípnutí polotovaru mezi zápustkové díly jo způsoben třecím odporem, kterým působí povrch zápustkové dutiny na polotovar. Tento třecí odpor způsobuje pevné přichycení vnitřního povrchu zápustky na přiléhající části polotovaru během uzavírání zápustky a zabraňuje polotovaru, aby bočně sklouzl do rohových částí zápustkové dutiny. V důsledku toho mají boční části polotovaru, jak je zřejmo z průřezu, snahu vytlačovat sc vně stranou, takže vytvářejí část s ostrým úhlem a přiskřípnou se mezi riosedací plochy zápustkových dílů, když se uzavírají. Dále bylo zjištěno, že třecí odpor lze překonat vytvořením tlaku uvnitř polotovaru za pomoci tlakové kapaliny, a to v míře nižší, než je hodnota meze průtažnosti materiálu stěny polotovaru, a to před uzavřením dílů zápustky. Když se zápustkové díly uzavřou a polotovar se stlačí směrem dovnitř do částí odpovídajících protilehlým rovinným čelním stěnám, vnitřní tlak poslouží k tomu, aby se stěna polotovaru vyhnula rovnoměrně do rohových částí dutiny zápustky, čímž se dosáhne tvaru zápustkové dutiny, který odpovídá žádanému hotovému průřezu, a stěna polotovaru tak sklouzne po povrchu zápustky, a tím se zabrání shora zmíněnému problému.

Výše uvedené nevýhody odstraňuje způsob tvarování článku rámu skříňového průřezu, jehož alespoň podélná část má jednotný hladký a souvislý průřez a má alespoň dvě protilehlé rovinné čelní stěny, při kterém se využívá trubkový polotovar, podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, žo trubkovitý polotovar, který má souvislý hladký obloukovitý průřez, se nejprve ohne do přibližně žádaného tvaru, potom se umístí mezi otevřené zápustkové díly, z nichž každý má dutinu a dosedací styčnou plochu, takže v uzavřené poloze vytváří zápustkovou dutinu s hladkým souvislým skrínovitým průřezem odpovídajícím tvaru konečného rámového článku, jejíž obvod je alespoň tak velký jako obvod trubkovitého polotovaru, potom se nejdříve vytvoří uvnitř polotovaru tlak kapaliny pro překonání třecích sil vznikajících při uzavírání mezi zápustkovými díly a vloženým polotovarem, které tlačily stěnu polotovaru bočně směrem ven mezi přiléhající styčné plochy zápustkových dílů, přičemž tento tlak je menší, než je hodnota meze průtažnosti materiálu stěny polotovaru, po uplatnění tohoto tlaku se zápustkové díly uzavřou a polotovar se deformuje dovnitř v prostoru odpovídajícím rovinným čelním stěnám dutiny zápustky a vtlačujc se rovnoměrně do rohů skříňového průřezu, potom sc polotovar obvodově vytlačí tlakem kapaliny uvnitř polotovaru zvýšeným nad hodnotu meze průtažnosti materiálu stěny polotovaru, dokud celá obvodová plocha polotovaru zcela nedosedne na stěny zápustkové dutiny a potom se zápustkové díly oddálí a hotový výrobek se vyjme ze zápustky.

CS 274 464 B2

Popsaný způsob tvarování článku rámu skříňového průřezu podle vynálezu lze použít na každý materiál s dostatečnou tažností. U výhodného provedení, kde má konečný výrobek dostatečně jednotný obvod, který není větší než asi 05¾ než původní obvod polotovaru, lze použít materiály, jako je měkká ocel bez speciální přípravy tepelným zpracováním, jako je žíhání.

Při deformaci polotovaru, který je pod tlakem, a při uzavírání zápustkových dílů vzniká pouze omezený třecí styk mezi povrchem polotovaru a zápustkou, takže dochází k velmi nízkému upotřebení povrchu zápustky, a tím je umožněna výtečná opakovatelnost operace. Další výhodou je, žc zápustka může být vyrobena z poměrně měkkého a levného materiálu a není potřeba podrobit jej speciálnímu vytvrzení povrchu. I) výhodného provedení jsou boční stěny dutiny zápustky nepatrně zkoseny. Tak se zabrání tomu, aby výrobek zůstával zatlačen do dutiny zápustky, a je možné jej snadno vyjmout.

Obecně není třeba používat mazivo na povrch polotovaru nobo na povrch zápustkových dílů.

Jc také možné ohnout polotovar do tvaru odpovídajícího žádanému konečnému výrobku před deformací a vytlačením v zápustce, což umožňuje používat ohýbajících trnů a jiných nástrojů s jednoduše tvarovaným povrchem. Kde jsou však k dispozici speciální ohýbací nástroje s povrchem přizpůsobeným povrchu již deformovaného a vytlačeného polotovaru, je možno provést ohýbání teprve po deformaci a vytlačení polotovaru v zápustce.

Vynález bude zevrubně popsán za pomoci připojených výkresů, které představují jeden příklad způsobu a zařízení podle vynálezu, kde na obr. 1 je perspektivní, poněkud schematický pohled na zápustkové díly a ohnutý trubkovitý polotovar pro využití uvedeného způsobu, na obr. 2 je boční pohled na rozevřenou zápustku a polotovar podle obr. 1, na obr. 3 je další fáze tvarovacího procesu při uzavřené zápustce, na obr. 4 je závěrečná fáze procesu tváření při uzavřené zápustce s výkovkem s požadovaným příčným průřezem a na obr. 5 je perspektivní pohled na konečný tvar článku rámu.

Z obr. 1 je dobře zřetelný zápustkový díl 11 i spodní zápustkový díl 13 a ohnutý kovový trubkovitý polotovar £5, který se má přetvářet na výrobek 16 s přibližně pravoúhlým příčným průřezem, který je po celé délce jednotný a je zobrazen na obr. 4, Konečný výrobek 16 má poměrně dlouhé horní rovinnou stěnu 17 a dolní rovinnou stěnu 19 a protilehlé rovinné boční stěny 21 a 23, přičemž všechny tyto stěny jsou spojeny hladce zaoblenými rohy, jak je také zřejmé z obr. 4.

Zobrazený příklad představuje tvarování článku rámu skříňového průřezu přibližně vc tvaru 5. Horní zápustkový díl 11 i spodní zápustkový díl 13 jsou opatřeny v pracovní části dutinami příslušného tvaru, přičemž každá zápustková dutina je v podélném směru jednotná a v půduryse sc skládá zo vzájemně rovnoběžných protilehlých koncových částí 25 a 27, zc střední části 29, která probíhá mezi oběma koncovými částmi 25 a 27 a z obloukových částí, z nichž přední oblouková část 31 spojuje přední koncovou část 25 se střední částí 29 a zadní oblouková část 33 tuto střední část 29 se zadní koncovou částí 27.

Dutina, která se vytvoří uzavřením zápustkových dílů 11 a 13, má v celé své délce jednotný průřez, který odpovídá vnějšímu požadovanému tvaru výrobku 16 podle obr. 4. Z obr, 2 je nejlépe zřejmé, že zápustková dutina má v každém zápustkovém dílu 11, 13 přibližně rovinné dnu a stěny vybíhající kolmo k dosedajícím plochám horního a spodního zápustkového dílu 11 a 13. V příčném řezu se profil dutiny skládá z poměrně dlouhého rovného čelního úseku 35, krátkých rovných bočních úseků 37 a rohových oblouků 39 spojujících hladce a souvisle rovinné čelní a boční úseky 35 a 37.

Výchozí materiál, tj. válcový trubkový polotovar 15 se nejprve ohne do tvaru odpovídajícího přibližně požadovanému tvaru S článku rámu, aniž by se změnil obvod jeho průřezu. V daném případě se tedy válcový polotovar 15 nejdříve ohne přibližně do tvaru S, který má v celé své délce kruhový průřez, jak je znázorněno na obr. 1.

CS 274 464 B2

Výchozí polotovar 1_5 se zvolí tak, aby byl jeho obvod stejný nebo o něco menší než jc obvod zápustkové dutiny, která se vytvoří při vzájemném sevření zápustkových dílů RL a 13 a tedy také menší, než obvod konečného výrobku 16.

Obvod polotovaru 15 se volí tak, aby obvod konečného článku rámu nebyl větší o více než 5 ’-ί obvodu výchozího polotovaru 15. Tak tomu alespoň bývá u běžně prodávaných druhů trubkové oceli, že roztáhne-li se obvod o více než 5 %, má stěna polotovaru sklon nadmíru sc ztenčovat nebo praská. Roztažení obvodu trubky lze provést až asi o 20 °s, pokud se materiál trubky náležitě vyžihá, avšak raději jc používán způsob bez speciálního předchozího tepelného zpracování materiálu polotovaru 15, jakým je žíhání. II výhodného provedení a při dosažení toho, aby měl polotovar 15 žádaný průřez bez zeslabených míst. nebo prasklin ve stěně trubky, má konečný výrobek 16 v průřezu vedeném libovolným místem obvod jednotné délky v rozsahu o 2 až 4 % větším než byl obvod polotovaru 15.

Aby nedošlo k zeslabeni struktury konečného výrobku 16, je žádoucí zvolit jeho tvar tak, aby průřez v kterémkoli jeho místě byl spojitě hladký a nevykazoval ostré hrany nebo přerušení, které by mohly způsobit koncentraci tlaků a vést k zeslabení struktury. Tak u výrobku 16 zobrazeného na obr. 4 jsou stěny spojeny mírně zakřivenými rohovými oblouky 39 a každá z rovinných stěn 17, 19, 21 a 23 může být sama o sobě mírně konvexně zaoblena.

U způsobu tvarování výrobku 16 se válcový polotovar 15 nejprve ohne přibližně do tvaru S podle požadovaného tvaru článku rámu, jak bylo již shora popsáno, aniž by podstatně změnil svůj obvod v libovolném průřezu. Ohnutí lze provádět za použití obvyklých ohýbacích postupů jako je například použití vnitřních trnů a vnějších ohýbacích nástrojů, tj. ohýbání pomocí trnu, nebo ohýbání protahováním, při -kterém se vnitřní trn nepoužívá. Způsoby ohýbání jsou obecně dobře známy, a proto není třeba je zde podrobně popisovat. Při ohýbání kolem trnu činí minimální poloměr ohnutí trubky přibližně dvojnásobek průměru válcové trubky a minimální vzdálenost mezi přiléhajícími ohnutými částmi činí přibližně průměr trubky. Při ohýbání kolem trnu dochází obyčejně k redukci průřezové plochy asi o 5 %. Při ohýbání protahováním, kdy se nepoužívá trn, bude činit minimální poluměr ohnutí přibližně trojnásobek průměru trubky a minimální vzdálenost mezi přiléhajícími ohnutými částmi bude činit asi polovinu průměru trubky. Redukce průřezové plochy je obyčejně asi 15 %.

V případě článku rámu zobrazeného na výkresech je výhodné použít ohýbání kolem trnu, při kterém se použije vnitřní trn a vnější ohýbací nástroje.

Potom se v ohnutém polotovaru 15 vytvoří hermetickým uzavřením jeho konců a vpuštěním tlakové kapaliny vnitřní tlak. Tlak se volí tak, aby byl nižší, než je hodnota meze průtažnosti materiálu stěny polotovaru 15, tj. nedosahuje hodnoty, při které by polotovar začal nabývat na objemu nebo se radiálně rozpínat směrem ven, ale je dostatečně velký k tomu, aby při uzavírání zápustky postačil k překonání tření vznikajícího při uzavírání zápustkových dílů 11 a 13.

Při svírání horního zápustkového dílu 11 a spodního zápustkového dílu 13 sc polotovar 15 deformuje tlakem, když se horní a dolní stěna začíná tvarovat podle rovinných stěn dutin zápustky, které mají rovné čelní úseky 35 . Boční stěny polotovaru 15 jsou vytlačovány směrem ven do té míry, až se boční část deformovaného polotovaru 15 přisune k bočnímu úseku 37 zápustkové dutiny. Jak by vypadal segment deformovaného polotovaru 15, kdyby v něm nepůsobil dostatečný vnitřní tlak, je zobrazeno čerchovaně na obr. 2. Rozumí se, žo ostatní části deformovaného polotovaru 15 jsou uspořádány vzhledem k zobrazené části symetricky. Je zřejmé, žc deformovaná dolní strana polotovaru 15 a jeho boční strana sc posunují ke koncům čelních úseků 35 a bočních úseků 37 v přechodových oolastech 41 a 4 3 . Působením obou zápustkových dílů 11 a 13 na polotovar 15 vzniká silná třecí síla působící na stěnu polotovaru _15_, takže sc tato stěna ve styku s vnitřním povrchem dutiny zápustky zablokuje. Následkem toho nemůže stěna příčně sklouznout po vnitřním povrchu dutiny zápustky a vyplnit rohový oblouk 39 Při stlačování polotovaru 15 sc s postupným uzavíráním zápustkových dílů 11 , 13 ohno boční část pláště 45 polotovaru 15, která je zadržovaná mezi oběma částmi

CS 274 464 B2 třecí přechodové oblasti 43, směrem ven a vytlačuje se do prostoru, který je definován dutinou zápustky v její uzavřené poloze.

Jak horní zápustkový díl 11 tak i spodní zápustkový díl 13 má dutinovou část, která přechází do rovinné styčné plochy 47, přičemž tyto rovinné styčné plochy v uzavřené poloze zápustky vzájemně dosedají v jedné rovině, jak je zobrazeno na obr. 3 a 4. Když se tedy zápustka uzavře, jsou části pláště vytlačené bočně z dutiny zápustky sevřeny mezi styčnými plochami 47 zápustky.

U způsobu podle vynálezu je polotovar 13 vystaven takovému vnitřnímu tlaku, aby působil na stěnu polotovaru 15 přiléhající k rohovým obloukům 39, kde není polotovar 15 zpočátku svojí stěnou dotlačen, a přitlačil stěnu polotovaru 15 rovnoměrně do každého rohového oblouku 39. V důsledku toho sklouzne stěna polotovaru 15 příčně po vnitřním povrchu dutiny zápustky, přemůže třecí sílu, která brání tomuto příčnému sklouznutí, stěna polotovaru 15 se zformuje do pláště 45 definovaného dutinou zápustky, a tím se odstraní výše uvedený problém sevření.

Vnitřní tlak potřebný pro překonání třecí síly a vytvarování polotovaru 15 tak, aby byly rovnoměrně vyplněny všechny rohy dutiny, lze pohotově určit pokusem, který potom platí pro dané rozměry, uspořádání polotovaru 15 a dutiny zápustky. Typickou užívanou hodnotou vnitřního tlaku bývá asi 21 x 10^ Pa.

Aby se zabránilo nebo alespoň snížilo riziko roztažení stěny polotovaru 15 a vzniku trhliny, je třeba udržovat vnitrní tlak v polotovaru 15 pod předem určenou hranicí, která leží pod mezí průtažnosti materiálu stěny trubkovitého polotovaru 15. Toho lze dosáhnout pomocí odTehěovacího ventilu umístěného v jednom ze zmíněných uzávěrů, přičemž tento ventil vypouští kapalinu, stoupne-li tlak nad předem stanovenou mez.

Je-li obvod dutiny zápustky poněkud větší než je obvod trubkového polotovaru 15, a to až o 5 °í , vznikne mezi polotovarem 15 a dutinou zápustky štěrbina, zejména v rohových obloucích 39, jak je znázorněno na obr. 3. Dále se zjistilo, že vzájemné působení mezi polotovarem 15 a zápustkovými díly 11 a 13 vede k tomu, že strany polotovaru 15 přiléhající k rovinným stěnám dutiny zápustky, tj. k rovným čelním úsekům 35 a/nebo bočním úsekům 37 průřezu, mají snahu vyboulit se nebo prohnout směrem dovnitř, takže získávají mírně korikávní tvar, který je zobrazen poněkud výrazněji čerchovanými čarami 49 na obr. 3.

Jakmile se zápustka uzavře, deformovaný polotovar 15 lze vytlačit do konečného tvaru využitím vnitřního tlaku, dostatečného k překonání meze průtažnosti materiálu stěny polotovaru 15.

Horní zápustkový díl 11 a spodní zápustkový díl 13 jsou vzájemně pritlačovány silou, která je dostatečná pro zabránění jakémukoli pohybu během rozevírání polotovaru 15 do konečného tvaru. Expanzním postupem se vytvoří průřez, jak je zobrazen, o vysokém stupni přesnosti, jednotnosti a opakovatelnosti.

Po skončení expanzní operace se tlak sníží, tlaková kapalina se zevnitř deformované trubky vyčerpá, horní a dolní zápustkový díl 11 a 13 se od sebe oddálí a konečný výrobek 16 so vyjme ze zápustky.

U příkladu, který jc typický, byla použita trubka o průměru 08,9 mm, délce 1 524 mm a tlouštce stěny 2 mm z oceli SAE 1010 a byla tvarována na výrobek zobrazený na obr. 5, přičemž stupen rozšíření obvodu byl asi 3 %.

Shora popsaný postup může mít různé modifikace. Jako výchozí materiál lze například použít polotovar s plynule zakulaceným, nekruhovým průřezem, například eliptickým.

Claims (7)

1. Způsob tvarování článku rámu skříňového průřezu, jehož alespoň podélná část má jednotný hladký souvislý příčný průřez s nejméně dvěma protilehlými rovinnými stěnami a vytváří sc z trubkového polotovaru se souvislým hladkým a okrouhlým průřezem, který sc vloží do zápustky s dutinou požadovaného konečného tvaru, během zavírání zápustky sc do polotovaru přivede pro překonání třecích sil mezi vnitřní stěnou zápustky a polotovarem tlako vé medium, které vytlačuje stěny polotovaru k styčným plochám zápustky, vyznačující sc tím, že tlak média uvnitř polotovaru (15) je před uzavřením zápustky menší než mez kluzu materiálu polotovaru (15), po natlakování polotovaru (15) a sevření zápustky se polotovar (15) deformuje v oblastech protilehlých rovinných stěn (17, 19) a tlačí sc do rohů skříňového profilu, potom sc zvýší vnitřní tlak média nad mnz kluzu materiálu polotovaru (15), který provede obvodové rozšíření polotovaru (15) do konečného tvaru.

2. Způsob podle bodu 1, vyznačující se tím, že tlak média vytvořený uvnitř polotovaru (15) je hydrostatický tlak.

3. Způsob podle bodů 1 nebo 2, vyznačující se tím, že před vložením do zápustky sc trubkový polotovar předehne do žádaného tvaru.

4. Zařízení k provádění způsobu podle bodů 1 až 3, které sestává ze dvou zápustkových dílů s rovinnými dosedacími plochami a zápustkovými dutinami a z tlakovacího ústrojí, vyznačující se tím, že boční úseky (37) stěn zápustkové dutiny jsou ke styčným plochám (47) zápustkových dílů (11, 13) kolmé.

5. Zařízení podle bodu 4, vyznačující se tím, že každá zápustková dutina má rovinné dno.

6. Zařízení podle bodů 4 nebo 5, vyznačující se tím, že zápustková dutina má v celé své délce příčný průřez stejného tvaru,

7. Zařízení podle bodů 4 až 6, vyznačující se tím, že obvod dutiny zápustky je až o 5 % větší, než obvod tvářeného trubkového polotovaru (15).

B. Zařízení podle bodu 7, vyznačující se tím, že obvod dutiny zápustky je o 2 až 4 % větší, než obvod tvářeného trubkového polotovaru (15).