RU2097162C1

RU2097162C1 - Apparatus for expanding tubular blanks

Info

Publication number: RU2097162C1
Application number: RU93010058/02A
Authority: RU
Inventors: Б.Н. Марьин; П.В. Фролов; А.М. Петров; Д.Ю. Танненберг; О.В. Попов; К.А. Макаров; Р.Б. Урманов
Original assignee: Комсомольское-на-Амуре авиационное производственное объединение
Priority date: 1993-02-26
Filing date: 1993-02-26
Publication date: 1997-11-27

Abstract

FIELD: plastic metal working, namely forming of tubular blanks of different sheet materials. SUBSTANCE: apparatus includes base whose upper portion is made of highly electrically conductive material and lower portion of electrically insulation material. Electric current conduit is secured to said base and connectable die in metallic holder is mounted onto it. Punch with electric current conduit is mounted on upper cross bar through electrically insulation sleeve. Tubular blank filled by loose material is arranged inside inner cavity of die. At operation punch compresses container with loose material and blank is deformed by said container at multiple passing electric current pulses through it. EFFECT: enhanced quality of tube, increased operating efficiency. 1 dwg

Description

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности, к листовой штамповке трубных заготовок из различных материалов и может найти применение в аэрокосмической промышленности и смежных с ней отраслях машиностроения. The invention relates to the processing of metals by pressure, in particular, to sheet stamping of pipe blanks from various materials and can find application in the aerospace industry and related industries.

Из научно-технической литературы известно, что в конструкции летательных аппаратов, особенно в конструкции их трубопроводных систем широко применяются детали типа "раструб". Подобные детали изготавливаются либо раздачей трубных заготовок из различных материалов, либо, если предельные возможности процесса раздачи не позволяют изготовить деталь требуемой формы, формовкой двух полупатрубков с последующей их сваркой. Изготовление деталей в соответствии с второй технологией сопряжено со значительными трудозатратами, да и получаемые изделия не отвечают все возрастающим требованиям по качеству и надежности. Всех этих недостатков лишен первый из отмеченных способов изготовления деталей типа "раструб". Таким образом, особое значение приобретает применение в производстве способов интенсификации операции раздачи трубных заготовок, которые могут позволить изготавливать детали со значительно большими степенями формоизменения, что может позволить исключить необходимость выполнения сварных работ при изготовлении большинства деталей типа раструба. Из наиболее легко осуществимых в производстве способов интенсификации операции листовой штамповки следует отметить применение нагрева заготовок до температур, соответствующих повышению пластических свойств материалов, и применение электроимпульсной обработки. Первый из перечисленных способов является наиболее часто применяемым в реальном производстве. Однако он связан со значительными энергозатратами, обуславливаемые необходимостью нагрева многочисленных частей штамповочной оснастки. Второй из перечисленных способов, связанный с применением электроимпульсной обработки заготовок в процессе деформирования, лишен этого недостатка. Однако его применение сдерживается отсутствием конструкций устройств, на которых этот способ может быть реализован. Таким образом разработка устройства для раздачи трубных заготовок, которое позволяет применить электроимпульсную обработку заготовки в процесс деформирования в целях повышения предельных степеней формоизменения, представляется весьма важной. From the scientific and technical literature it is known that in the design of aircraft, especially in the design of their pipeline systems, parts such as "bell" are widely used. Such parts are made either by distributing pipe billets from various materials, or, if the extreme capabilities of the distribution process do not allow producing the part of the required shape, by molding two semi-tubes with their subsequent welding. The manufacture of parts in accordance with the second technology is associated with significant labor costs, and the resulting products do not meet the ever-increasing demands for quality and reliability. The first of the noted methods of manufacturing parts of the type "bell" is deprived of all these shortcomings. Thus, it is of particular importance to use in the production of methods for intensifying the operation of distributing pipe billets, which can make it possible to manufacture parts with significantly higher degrees of shape change, which can eliminate the need to perform welded work in the manufacture of most parts such as a bell. Of the most easily feasible methods for intensifying sheet metal stamping operations in production, it is worth noting the use of heating billets to temperatures corresponding to an increase in the plastic properties of materials, and the use of electric pulse processing. The first of these methods is the most commonly used in real production. However, it is associated with significant energy consumption, due to the need to heat numerous parts of the stamping tooling. The second of these methods, associated with the use of electric pulse processing of workpieces in the process of deformation, is devoid of this drawback. However, its use is constrained by the lack of device designs on which this method can be implemented. Thus, the development of a device for distributing tube blanks, which makes it possible to apply electropulse processing of the blank to the deformation process in order to increase the limiting degrees of shaping, is very important.

Известно устройство для раздачи трубных заготовок [1] включающее пуансон для раздачи, форма которого соответствует форме внутренней поверхности изготавливаемой детали. Раздача осуществляется за счет наталкивания заготовки на пуансон. Это устройство позволяет применять, для интенсификации операции раздачи, нагрев заготовки в процессе деформирования. Применение электроимпульсной обработки заготовки в устройствах подобного типа крайне затруднительно, так как представляется весьма сложным подведение импульсного электрического тока к раздаваемому концу деформированной заготовки, постоянно перемещающемуся по поверхности пуансона. A device for distributing tube blanks [1] is known, including a punch for distribution, the shape of which corresponds to the shape of the inner surface of the workpiece. Distribution is carried out by pushing the workpiece onto the punch. This device allows you to use, to intensify the operation of distribution, heating the workpiece in the process of deformation. The use of electropulse processing of a workpiece in devices of this type is extremely difficult, since it seems very difficult to apply a pulsed electric current to the distributable end of the deformed workpiece, which constantly moves along the surface of the punch.

Известно устройство для раздачи трубных заготовок [2] включающее цельнометаллическую разъемную матрицу, внутренняя поверхность которой соответствует форме и размерам внешней поверхности изготавливаемой детали. Деформирование осуществляется пуансоном специальной формы за счет сжатия во внутренней полости трубной заготовки контейнера с эластичной средой или сыпучей среды. Металлическая разъемная матрица зачастую выполняется замкнутой с одного ее конца. С другого ее конца производится установка заготовки. Замкнутым же концом матрицы устанавливается на столе пресса либо крепится на плите штампа. В процессе деформирования сжимаемый контейнер с эластичной средой приводит к растяжению трубной заготовки, которая достигая внутренней поверхности матрицы приобретает требуемую форму и размеры. Это устройство без существенных конструктивных изменений может быть применено для интенсификации операции раздачи нагревом заготовки в процессе деформирования. В этом случае контейнер с эластичной средой заменяют сыпучими термостойкими средами. Однако применение электроимпульсной обработки заготовки в процессе деформирования в устройстве подобного типа невозможно, так как при подведении тока к торцам деформируемой заготовки основная часть электрической энергии пройдет через металлическую матрицу, так как она обладает значительно большей чем заготовка площадью поперечного сечения и, следовательно, значительно меньшим электрическим сопротивлением. Это не позволит создать в заготовке требуемых для ее пластификации плотностей тока. A device for distributing tube blanks [2] is known, including an all-metal detachable matrix, the inner surface of which corresponds to the shape and dimensions of the outer surface of the workpiece. The deformation is carried out by a punch of a special shape due to compression in the inner cavity of the tubular billet of the container with an elastic medium or granular medium. A detachable metal matrix is often closed at one end. From its other end, the workpiece is installed. The closed end of the matrix is installed on the press table or mounted on the stamp plate. In the process of deformation, a compressible container with an elastic medium leads to a stretching of the tube billet, which, reaching the inner surface of the matrix, acquires the required shape and dimensions. This device without significant structural changes can be used to intensify the operation of the distribution of the heated workpiece in the process of deformation. In this case, the container with an elastic medium is replaced by a loose heat-resistant medium. However, the use of electropulse processing of a workpiece during deformation in a device of a similar type is impossible, since when the current is supplied to the ends of the workpiece to be deformed, the bulk of the electric energy passes through the metal matrix, since it has a much larger cross-sectional area than the workpiece and, therefore, significantly less electrical resistance. This will not allow creating current densities required for its plasticization in the workpiece.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является устройство для вытяжки деталей из листовых заготовок, описанные в работе [3] Оно включает в себя матрицу, изготовленную из термостойкого токонепроводящего материала, по контактной поверхности которой жестко вмонтированы радиально расположенные X-образные токоподводы. Аналогичные X-образные токоподводы располагаются на прижиме устройства, который также изготавливается из токонепроводящего материала. Деформирование осуществляется пуансоном обычного типа за счет завлечения материала листовой заготовки во внутреннюю полость матрицы. В процессе деформирования выполняется многократная обработка заготовки импульсным электрическим током через пары X-образных токоподводов. При постоянной смене контактных пар X-образных токоподводов, для чего используется дополнительное коммутаторное контактное устройство, достигается обработка наибольшей площади деформируемой заготовки. Хотя в описанном выше устройстве можно изготавливать детали, аналогичные по своей форме деталям типа раструба, но необходимость в выполнении дополнительной операции по пробивке центрального отверстия ограничивает его применение. Кроме того, как известно та часть материала заготовки, которая находится между соответствующими, располагаемыми на матрице и прижиме, X-образными токоподводами, не обрабатывается импульсным электрическим током. Таким образом, достаточно большое количество материала заготовки не пластифицируется, что ограничивает предельные возможности процесса деформирования. The closest in technical essence and the achieved result to the proposed invention is a device for extracting parts from sheet blanks described in [3]. It includes a matrix made of heat-resistant conductive material, on the contact surface of which radially arranged X-shaped current leads are rigidly mounted . Similar X-shaped current leads are located on the clamp of the device, which is also made of non-conductive material. The deformation is carried out by a conventional type punch due to the attraction of the material of the sheet blank into the inner cavity of the matrix. In the process of deformation, multiple workpiece processing is performed by pulsed electric current through pairs of X-shaped current leads. With a constant change of contact pairs of X-shaped current leads, for which an additional commutator contact device is used, processing of the largest area of the deformable workpiece is achieved. Although in the device described above it is possible to produce parts similar in shape to parts such as a bell, the need to perform an additional operation to punch a central hole limits its use. In addition, as you know, that part of the workpiece material, which is located between the corresponding X-shaped current leads located on the matrix and clamp, is not processed by a pulsed electric current. Thus, a sufficiently large amount of the workpiece material is not plasticized, which limits the extreme capabilities of the deformation process.

Целью изобретения является обеспечение подвода импульсного электрического тока в зону деформирования раздаваемой заготовки, повышение пластичности материала, повышение предельных возможностей процесса формоизменения и повышение тем самым производительности труда. The aim of the invention is to ensure the supply of pulsed electric current to the deformation zone of the workpiece being distributed, increasing the ductility of the material, increasing the marginal capabilities of the forming process, and thereby increasing labor productivity.

Цель достигается тем, что в устройстве для раздачи трубных заготовок, включающем разъемную матрицу, пуансон, прижимную пружину, токоподводы и эластичную либо сыпучую среду согласно изобретению разъемную матрицу, изготовленную из термостойкого токонепроводящего материала, помещенную в металлическую обойму, устанавливают на основании, верхняя часть которого изготавливается из высокотокопроводящего материала, а нижняя ее часть из электроизоляционного материала, крепление пуансона к подвижной траверсе пресса осуществляется через электроизоляционную втулку. The goal is achieved by the fact that in the device for distributing tube blanks, comprising a split matrix, a punch, a compression spring, current leads and an elastic or granular medium according to the invention, a split matrix made of a heat-resistant current-conducting material placed in a metal casing is installed on the base, the upper part of which is made of highly conductive material, and its lower part is made of electrical insulating material, the punch is attached to the movable crosshead of the press through an electric roizolyatsionnuyu sleeve.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипа показывает, что отличительные признаки, выделенные в формуле изобретения являются новыми и обеспечивают изобретению критерий "новизна". A comparative analysis of the proposed solution from the prototype shows that the distinguishing features highlighted in the claims are new and provide the invention with the criterion of "novelty."

По имеющимся у авторов сведениям существенные признаки в отличительной части формулы изобретения не обнаружены в других отраслях промышленности, что позволяет считать предлагаемое техническое решение соответствующим критерию "существенные отличия". According to the information available to the authors, essential features in the characterizing part of the claims are not found in other industries, which allows us to consider the proposed technical solution as meeting the criterion of "significant differences".

На чертеже изображено устройство для раздачи трубных заготовок. The drawing shows a device for distributing tube blanks.

На основании 1, верхняя часть которого изготавливается из высокопроводящего материала, а нижняя часть из электроизоляционного, закрепляется токоподвод 2 от источника импульсного электрического тока. Разъемная матрица 3 из термостойкого токонепроводящего материала, помещенная в металлическую обойму 4, устанавливается на основании 1. На матрице 3 размещают прижимную пружину 5, высота которой подбирается таким образом, чтобы верхняя ее кромка располагалась выше точки крепления пуансона 6 к траверсе пресса в том положении пуансона 6 относительно матрицы 3, которое соответствует началу процесса деформирования. На пуансоне 6 закрепляется второй токоподвод 7 от источника импульсного электрического тока. Сам пуансон 6 крепится к верхней траверсе пресса через электроизоляционную втулку 8. Трубная заготовка 9 помещается во внутреннюю полость матрицы 3. Во внутренней части трубной заготовки располагается контейнер с эластичной средой либо засыпается сыпучая среда 10. Непосредственно перед началом процесса деформирования пуансон вводится во внутреннюю полость заготовки до начала сжатия контейнера из эластичной среды или сыпучей среды. On the basis of 1, the upper part of which is made of highly conductive material, and the lower part is electrically insulating, a current lead 2 from a source of pulsed electric current is fixed. A detachable matrix 3 of heat-resistant conductive material, placed in a metal cage 4, is installed on the base 1. A pressure spring 5 is placed on the matrix 3, the height of which is selected so that its upper edge is above the point of attachment of the punch 6 to the press crosshead in that position of the punch 6 relative to the matrix 3, which corresponds to the beginning of the deformation process. On the punch 6 is secured a second current lead 7 from a source of pulsed electric current. The punch 6 itself is attached to the upper crosshead of the press through an electrical insulating sleeve 8. The tube billet 9 is placed in the inner cavity of the die 3. In the inner part of the tube billet, there is a container with an elastic medium or a granular medium is filled 10. Immediately before the start of the deformation process, the punch is inserted into the inner cavity of the billet before compressing the container from an elastic medium or granular medium.

В процессе деформирования перемещающаяся верхняя траверса пресса посредством сжатия прижимной пружины 5 осуществляет дополнительное поджатие матрицы 3 к основанию 1, предотвращая ее возможный отрыв от основания. При дальнейшем перемещении траверсы пресса пуансон 6 все более сжимает контейнер с эластичной средой 10 воздействует на заготовку 9, деформируя ее. В процессе деформирования заготовка 9 заполняет пустые полости матрицы 3, приобретая требуемые форму и размеры. Металлическая обойма 4, в которой помещается матрица 3, в процессе деформирования заготовки 9 воспринимает радиально направленные растягивающие нагрузки, предотвращая матрицу от разрыва. В процессе деформирования заготовка 9 многократно обрабатывается импульсным электрическим током через токопроводящую часть основания 1 и пуансон 6. К токоподводящей части основания 1 и пуансону 6 импульсный электрический ток подводится через закрепленные на них токоподводы 2, 7. In the process of deformation, the moving upper crosshead of the press by compressing the clamping spring 5 additionally compresses the matrix 3 to the base 1, preventing its possible separation from the base. With further movement of the press beam, the punch 6 more and more compresses the container with elastic medium 10 acts on the workpiece 9, deforming it. In the process of deformation, the workpiece 9 fills the empty cavity of the matrix 3, acquiring the required shape and size. The metal cage 4, in which the matrix 3 is placed, during the deformation of the workpiece 9 perceives radially directed tensile loads, preventing the matrix from breaking. In the process of deformation, the workpiece 9 is repeatedly processed by a pulsed electric current through the conductive part of the base 1 and the punch 6. To the current-carrying part of the base 1 and the punch 6, the pulsed electric current is supplied through the current leads 2, 7 attached to them.

Пример. Для решения вопроса о возможности применения предлагаемого в формуле изобретения устройства была изготовлена оснастка, полностью соответствующая описанной выше. Разъемная матрица изготавливалась из упроченного асбоцемента. Металлическая обойма из стали 3ОХГСА. Токопроводящая часть основанная изготавливалась из бронзы типа БрХ. Электроизоляционная часть основания предоставляла собой пластину из стеклотекстолита, толщиной 5 мм. Эксперименты проводились на гидравлическом прессе, развивающем максимальное усилие порядка 1000 кН. Обработка заготовок из различных материалов в процессе деформирования осуществлялась от источника импульсного электрического тока, полностью аналогичного описанному в работе 4. Параметры импульсного электрического тока принимались для каждого материала в соответствии с величинами, рекомендованными в работе 4. В процессе проведения экспериментов производилось деформирование с многократной электроимпульсной обработкой трубных заготовок из сплавов Д16М, АМг6М, 3ОХГСА, 12Х18Н10Т, ВТ1. При деформировании трубных заготовок из алюминиевых сплавов использовался контейнер из термостойкой резины, выдерживающей без разрушения температуру до 250^oC. При деформировании трубных заготовок из сталей и титанового сплава в качестве сыпучей среды использовался речной песок. Выбор деформирующего заготовку материала определялся температурой возможного разогрева материала заготовки в процессе его многократной электроимпульсной обработки. В процессе деформирования радиальные растягивающие нагрузки воспринимались металлической обоймой, что предотвращало матрицу от разрыва.Example. To solve the question of the possibility of using the device proposed in the claims, a snap was made that fully corresponds to the one described above. The split matrix was made of hardened asbestos cement. Metal holder made of steel 3ОГГСА. The conductive part based was made of bronze of the BrX type. The electrical insulating part of the base was a 5 mm thick fiberglass plate. The experiments were carried out on a hydraulic press, developing a maximum force of the order of 1000 kN. The processing of blanks from various materials during deformation was carried out from a source of pulsed electric current, completely similar to that described in work 4. The parameters of pulsed electric current were taken for each material in accordance with the values recommended in work 4. During the experiments, deformation was performed with multiple electric pulse processing tube blanks from alloys D16M, AMg6M, 3OKhGSA, 12Kh18N10T, VT1. When deforming tube billets of aluminum alloys, a container made of heat-resistant rubber was used, which can withstand temperatures of up to 250 ^o C without breaking. When deforming tube billets of steel and titanium alloy, river sand was used as bulk medium. The choice of material deforming the workpiece was determined by the temperature of the possible heating of the workpiece material during its multiple electric pulse processing. In the process of deformation, radial tensile loads were perceived by a metal cage, which prevented the matrix from breaking.

В результате проводимых экспериментов были получены детали из всех перечисленных выше материалов, причем коэффициенты раздачи этих деталей, характеризующие предельное формоизменение материала, на 40-70% превышал предельные величины коэффициентов раздачи, полученные при деформировании соответствующих материалов без применения электроимпульсной интенсификации процесса. As a result of the experiments, details were obtained from all the materials listed above, and the distribution coefficients of these parts, which characterize the maximum shape change of the material, were 40-70% higher than the limiting values of the distribution coefficients obtained by deformation of the corresponding materials without the use of electropulse process intensification.

Таким образом, представленные результаты полностью подтверждают работоспособность устройства для раздачи трубных заготовок, описанного в формуле изобретения. Thus, the presented results fully confirm the operability of the device for distributing tube blanks described in the claims.

Изобретение применимо в аэрокосмической промышленности и смежных в ней отраслях машиностроения. The invention is applicable in the aerospace industry and related engineering industries.

Claims

A device for distributing tube blanks on a press with a movable traverse, comprising a split die, a punch, a compression spring, conductors and an elastic or granular medium, characterized in that it is provided with a base, a metal cage and an electrical insulating sleeve mounted on the punch with the possibility of connecting it to the movable traverse, while the matrix is installed in a metal holder on the base, and the base is made of two parts, one of which, facing the matrix, is made of highly conductive material la, and the second of the insulating material.