RU2194589C2 - Способ формообразования гнутых листовых деталей - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, к изготовлению элементов наружной обшивки корпусов кораблей, судов и других конструкций сложной формы. Способ осуществляют путем приложения последовательных локальных изгибающих усилий за один или несколько переходов по траектории изопараметрических линий равных прогибов заготовки, находящейся под нагрузкой, или равных изгибающих усилий. При этом ось приложения изгибающих усилий направляют по нормалям к изопараметрической линии в плоскости и к плоскости изгибаемой заготовки. 4 з.п.ф-лы, 3 ил.

Description

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к изготовлению элементов в наружной обшивке корпусов кораблей, судов и других конструкций сложной формы.

Известны способы формообразования листовых деталей в штампах на прессах и на ротационных машинах. В последнее время находят более широкое применение методы формообразования локально-последовательными и ротационно-локальными методами (ФГУП ЦНИИТС, Россия; фирма Niland. Голландия), заключающиеся в точечных последовательных нажатиях по определенным переходам и последовательности достижения заданной кривизны, а также прокаткой ролика по заранее намеченной траектории. Кроме того, для реализации методов формообразования деталей на принципах непрерывного ротационно-локального деформирования, заключающегося в прокатке ролика по поверхности заготовок, создается новое поколение минисилового ресурсосберегающего многофункционального гибочно-правильного оборудования.

Известен способ формообразования листовых заготовок двоякой кривизны с разной кривизной в продольном и поперечном направлениях путем последовательных нажатий с перемещением заготовки, при котором одновременно создают кривизну в обоих направлениях, а формообразование осуществляют в два этапа. На первом этапе формуют сферическую поверхность с кривизной, равной меньшей из заданных, а на втором этапе осуществляют окончательное формообразование с увеличением кривизны до требуемой в соответствующем направлении при сохранении полученной ранее кривизны во взаимоперпендикулярном направлении (патент 1574316 от 16.05.88, опубл. БИ 24/1990 г.).

Однако для этого способа формообразования листовых деталей характерна большая трудоемкость ввиду недостаточной регламентации траекторий приложения локальных деформирующих усилий. Кроме того, есть необходимость дополнительной операции правки для повышения качества получаемых деталей.

Известен способ формообразования изделий двойной кривизны из листа, при котором формообразование изделия производят в два перехода, на первом из которых придают кривизну в одном направлении, а на втором - окончательную форму, причем формообразование на первом переходе осуществляют в направлении наибольшей кривизны изделия, обеспечивая кривизну, равную разности между наибольшей и наименьшей кривизной изделия, а окончательную форму на втором переходе получают сферическим инструментом, имеющим кривизну, соответствующую наименьшей кривизне изделия (патент 1616746 от 18.07.88 г., опубл. БИ 48/1990 г.).

Однако этот способ отличается большой трудоемкостью, ввиду последовательной пошаговой технологии приложения усилия, а также из-за смены штампа, недостаточно регламентирована траектория приложения усилий формообразования.

Известен способ гибки длинномерных заготовок двойной кривизны путем последовательного пластического изгиба по участкам в гибочном устройстве с опорами, при котором усилие гибки прикладывают в начале по средней линии, расположенной параллельно поперечным кромкам, начиная гибку от геометрического центра заготовки с последующими смещениями к продольным кромкам, затем усилие гибки прикладывают последовательно по линиям, параллельным средней линии, начиная гибку от середины каждой линии с последующим смещением к продольным кромкам (патент 1664440 от 31.03.89 г., опубл. БИ 27/1991 г.).

Однако этот способ характеризуется значительной трудоемкостью ввиду пошагового приложения усилия гибки.

Близким к заявляемому техническому решению является способ и устройство деформирования листового металла непрерывным перемещением нажимного инструмента по нормалям к поверхности листовой заготовки (заявка WO 96/05922, B 21 D 11/20, опубл. 1996 г.). Однако этот способ не является универсальным и может быть применен только при ротационно-локальном перемещении деформирующего элемента в виде ролика. Кроме того, перемещение деформирующего элемента происходит прямолинейно и в основном параллельно горизонтальной плоскости, а при изменении глубины вдавливания, в соответствии с п.2 формулы этой заявки, требуется шаблон, повторяющий поверхность требуемой детали, что значительно удорожает процесс формообразования.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является способ изготовления гнутых листовых деталей (патент 2019337 от 20.11.90 г., опубл. БИ 17/1991).

Способ изготовления гнутых листовых деталей заключается в формообразовании на штампе с фиксированной поверхностью с применением прокладок, причем заданную кривизну получают посредством прокладок, устанавливаемых на матрице и пуансоне штампа по краям детали, высотой, равной разности стрел прогиба фиксированной и заданной поверхности, с формой вдоль широтного направления, соответствующей "индинатриссам Дюпона" и полушириной от точки сравнения, числено равной

где R - радиус кривизны заданной поверхности в средней точке по ширине прокладки, а разницу пружинения по фиксированной и заданной поверхностям устраняют, посредством приложения калибрующего усилия гибки, увеличивающегося прямо пропорционально изменению прогиба, или установкой по центру прокладки высотой, пропорциональной разности кривизны пружинения заданной и фиксированной поверхностей штампа.

Однако при применении этого способа имеется необходимость применения специальных прокладок, своих для каждого типоразмера детали. Это создает повышенную металлоемкость, а также трудоемкость процесса.

Задачей настоящего изобретения является повышение качества изготовления гнутых деталей, снижение трудоемкости и металлоемкости процесса формообразования.

Поставленная задача решается следующим образом.

Предлагаемый способ формообразования гнутых листовых металлических деталей путем приложения последовательных локальных изгибающих усилий за один или несколько переходов, причем приложение изгибающих усилий осуществляют по траектории прохождения изопараметрических линий равных прогибов заготовки, находящейся под нагрузкой, или равных изгибающих усилий. Ось приложения изгибающих усилий направляют по нормалям к изопараметрической линии в плоскости и к плоскости изгибаемой заготовки. Кроме того, расстояние между смежными траекториями приложения изгибающих усилий уменьшают от края к середине заготовки, причем первый переход осуществляют по изопараметрическим линиям через одну, что может быть отражено на соответствующей технологической карте раскроя, а второй и последующие переходы выполняют посередине между линиями предыдущего перехода.

Переход от одной изопараметрической линии к другой осуществляют с уменьшением изгибающего усилия в зоне заготовки с наибольшим заданным радиусом кривизны изопараметрической линии.

При формообразовании деталей по спирали расстояние между ее витками уменьшают равномерно и непрерывно от начала к концу гибки. Это характерно, например, для гиперболической спирали, которая характеризуется уменьшением расстояния от точки до центра в зависимости от угла поворота, что в полярных координатах будет выглядеть как ρ = a/φ.
Технический результат, получаемый в результате использования предложенного способа формообразования гнутых листовых металлических деталей, заключается в том, что повышается качество изготавливаемых гнутых деталей, уменьшается его металлоемкость из-за исключения прокладок, повышается производительность из-за непрерывности процесса формообразования. Приложение изгибающих нагрузок вдоль изопараметрических линий равных прогибов заготовки под нагрузкой или равных усилий позволяет избежать побочных деформаций и, следовательно, повысить качество получаемых деталей.

Сущность изобретения поясняется схемами, на которых показано применение предлагаемого способа, где изображены:
- фиг.1 - изометрия листовой заготовки парусовидной формы с траекториями приложения изгибающих нагрузок;
- фиг.2 - листовая заготовка для детали сферической формы с траекториями нагрузок в виде концентрических окружностей;
- фиг.3 - листовая заготовка для детали сферической формы с траекториями нагрузок в виде спирали.

На заготовке 1 листовой детали парусовидной формы (фиг.1) нанесены траектории приложения изгибающих нагрузок в виде эллипсов 2, форма которых образуется при нанесении изопараметрических линий равных прогибов, которые вычисляются, например, компьютерным моделированием с применением метода конечных элементов по известному программному комплексу "ANSYS" (см. Ситников А. Н. , Марголин Я.Г. и др. Компьютерное моделирование и экспериментальная проверка процессов ротационно-локальной гибки. "Судостроение", 6, 1999). При этом ось приложения изгибающих усилий Р в каждой точке N изопараметрической линии прикладывается по нормалям 3 в плоскости заготовки и 4 к плоскости заготовки. Переход от одной изопараметрической линии к другой, шаг между которыми равен b_i, осуществляют в районе 5, имеющем наибольший радиус кривизны.

При формообразовании сферических деталей (фиг.2) изопараметрические линии на заготовке 1 имеют вид концентрических окружностей 6 и 7 согласно проведенным исследованиям (см. технический отчет ЦНИИТС о НИР "Гибка" ГКЛИ-3210-028-99, С. -Пб, 1999). При этом расстояние b_i между смежными траекториями приложения усилий уменьшается от краев к середине листовой заготовки.

Для увеличения производительности процесса на первом контрольном переходе (фиг. 2) расстояние между смежными траекториями 6 перемещения изгибающих нагрузок необходимо увеличить в два раза по сравнению с последующими переходами 7, которые выполняют посредине между траекториями первого перехода.

Для повышения производительности процесса формообразования деталей двоякой кривизны одного знака траектории 8 (фиг.3) следует выполнять по спиральным изопараметрическим линиям, причем расстояние между их витками уменьшают равномерно и непрерывно от начала к концу гибки, например, для сферических деталей. В этом случае без потери качества формообразования процесс деформирования осуществляется более производительно, ввиду его непрерывности.

Предлагаемые способы формообразования апробированы в лабораторных условиях ФГУП ЦНИИТС.

Пример. Проводилась гибка двух тонколистовых заготовок из стали марки 09Г2 размером 3х600х1600 мм на автоматизированном макете гибочно-правильной машины АГПМ-15М усилием 15 кН на штатных роликах диаметром 100 мм и поперечным радиусом 150 мм. Вторая заготовка разрезалась поперек на две равные части. Листу требовалось придать форму:
- в первом случае парусовидную с радиусами R₁ = 1600 мм: R₂ = 500 мм;
- во втором и третьем случае сферическую с радиусом R = 1000 мм.

На первой заготовке были нанесены траектории изопараметрических линий равных прогибов в виде эллипсов, на второй - в виде концентрических окружностей.

Начальный (контрольный) гиб был произведен по изопараметрическим линиям равных прогибов под нагрузкой, причем расстояние между ними было увеличено в два раза по сравнению с последующими переходами, которые выполнялись посередине между линиями контрольного перехода. Переход от одной изопараметрической линии к другой осуществлялся с уменьшением изгибающего усилия в зоне заготовки с наибольшим заданным радиусом изопараметрической линии.

На второй заготовке гиб был произведен вдоль изопараметрических линий равных изгибающих усилий, причем расстояние между смежными линиями уменьшали постепенно от краев заготовки к середине. Причем ось приложения изгибающих усилий направляли по нормалям к изопараметрической линии в плоскости и к плоскости изгибаемой заготовки.

Третья заготовка не размечалась, а гиб производился по изопараметрической линии равных усилий, равномерно и непрерывно уменьшаясь от начала к концу гибки по спирали.

Припуски удалялись на газорезательной машине "Пелла" с ЧПУ.

При этом во всех трех случаях были получены качественные детали с заданной поверхностью с точностью, соответствующей отраслевым нормативным документам по судостроению.

Claims (5)

1. Способ формообразования гнутых листовых деталей путем приложения последовательных локальных изгибающих усилий за один или несколько переходов, отличающийся тем, что приложение изгибающих усилий осуществляют по траектории изопараметрических линий равных прогибов заготовки, находящейся под нагрузкой, или равных изгибающих усилий, при этом ось приложения изгибающих усилий направляют по нормалям к изометрической линии в плоскости и к плоскости изгибаемой заготовки.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что расстояние между смежными траекториями приложения изгибающих усилий уменьшают от края к середине заготовки.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что первый переход осуществляют по изопараметрическим линиям, через одну, а второй и последующие переходы выполняют посередине между линиями предыдущего перехода.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что переход от одной изопараметрической линии к другой осуществляют с уменьшением изгибающего усилия в зоне заготовки с наибольшим заданным радиусом изопараметрической линии.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при формообразовании деталей двоякой кривизны одного знака по спиральным изопараметрическим линиям расстояние между их витками уменьшают равномерно и непрерывно от начала к концу гибки, например, для сферических деталей.

Images