RU2354481C1

RU2354481C1 - Bellow forming die

Info

Publication number: RU2354481C1
Application number: RU2007129190/02A
Authority: RU
Inventors: Владислав Геннадьевич Егоров (RU); Владислав Геннадьевич Егоров; Николай Дмитриевич Захарченко (RU); Николай Дмитриевич Захарченко; Владимир Алексеевич Танский (RU); Владимир Алексеевич Танский; Валерий Васильевич Голуб (RU); Валерий Васильевич Голуб; Олег Юрьевич Давыдов (RU); Олег Юрьевич Давыдов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "АКВАПАСКАЛЬ"
Priority date: 2007-07-30
Filing date: 2007-07-30
Publication date: 2009-05-10

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: invention relates to machine building, in particular to forming below, primarily, from titanium alloys. The open die with corrugated channel accommodates an elastic filler, stop and unsetting male die. The die block incorporates a mechanism to clamp upper and lower plates. The said stop is made up of a set of disks, each with the thickness equal to the spacing of open die flutes. Note that the stop lower disk is located in the die block lower plate slot with one open side. Note also that the clearance between the open die and the stop side surface exceeds the pipe workpiece thickness by 1/5 of the workpiece wall thickness.

EFFECT: increased quality thanks to ruling out fractures and crinkling on bellow flutes.

1 ex, 3 dwg

Description

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к оснастке для производства изделий из особотонкостенных многослойных трубных заготовок, преимущественно из титановых сплавов, и может быть использовано в области машиностроения и других отраслях промышленности при производстве изделий типа сильфонов.The invention relates to the processing of metals by pressure, in particular to equipment for the manufacture of products from especially thin-walled multilayer pipe blanks, mainly from titanium alloys, and can be used in the field of engineering and other industries in the manufacture of products such as bellows.

Известно устройство для последовательной штамповки гофров на цилиндрических оболочках, содержащее разъемную матрицу с гофрированным каналом, эластичный наполнитель в виде цилиндра, нажимной поршень и телескопическую опору, а также привод нажимного поршня. Трубная тонкостенная многослойная заготовка устанавливается на эластичный наполнитель и нажимной поршень, матрица закрывается и рабочим ходом нажимного поршня сжимается эластичный наполнитель и формует на трубной заготовке два гофра за один рабочих ход. После чего давление снимается, матрица раскрывается и заготовка перемещается на один шаг вперед. После второго рабочего хода формуется следующий гофр и калибруется один гофр, отформованный ранее. При каждом рабочем ходе происходит формовка одного гофра и калибровка уже отформованного гофра. Происходит утяжка заготовки в формуемый гофр и уменьшение деформаций в трубной заготовке (Исаченков Е.И. Штамповка резиной и жидкостью, М., Машиностроение, 1967 г., рис.220, с.348, аналог).A device for sequentially stamping corrugations on cylindrical shells containing a split matrix with a corrugated channel, an elastic filler in the form of a cylinder, a pressure piston and a telescopic support, as well as a pressure piston drive. Thin-walled thin-walled tubular billet is mounted on an elastic filler and a pressure piston, the matrix is closed and the elastic filler is compressed by a stroke of the pressure piston and forms two corrugations on the tube billet in one working stroke. After which the pressure is removed, the matrix opens and the workpiece moves one step forward. After the second working stroke, the next corrugation is formed and one corrugation molded earlier is calibrated. With each working stroke, one corrugation is formed and the already formed corrugation is calibrated. There is a shortening of the billet in the molded corrugation and reduction of deformations in the pipe billet (Isachenkov E.I. Stamping with rubber and liquid, M., Engineering, 1967, Fig. 220, p. 348, analogue).

Недостатки: на чертеже не показан механизм смыкания и размыкания матриц, который сложный и очень громоздкий. Матрица имеет два гофра, один из которых располагается на кромке матрицы и подвержен большим нагрузкам, что приводит к поломке крайнего гофра матрицы. Если внутреннее давление является чрезмерным, а осевая подача трубной заготовки недостаточной, наблюдается утонение стенок трубной заготовки с последующим ее разрывом и браком детали.Disadvantages: the drawing does not show the mechanism of closing and opening the matrices, which is complex and very bulky. The matrix has two corrugations, one of which is located on the edge of the matrix and is subject to high loads, which leads to breakage of the extreme corrugation of the matrix. If the internal pressure is excessive and the axial feed of the billet is insufficient, thinning of the walls of the billet with its subsequent rupture and marriage of the part is observed.

Наиболее близким техническим решением из известных является формообразование особотонкостенных многослойных сильфонов (Исаченков Е.И. Штамповка резиной и жидкостью, М., Машиностроение, 1967 г., с.291-294, прототип), при котором формообразование производят эластичной средой в разъемной жесткой матрице с гофрированным каналом. Штамп содержит механизм смыкания, эластичный наполнитель в виде кольца, пуансон осадки и упор, верхнюю и нижнюю плиты, а между разъемной матрицей и упором выполнен зазор для трубной заготовки. При штамповке происходит осевое перемещение трубной заготовки в полость канавки гофра на матрице и тангенциальное растяжение трубной заготовки. При этом наблюдается наименьшее утонение стенки трубной заготовки, из которой оформляется оболочка заданной геометрии. После формовки одного гофра заготовка перемещается на один шаг и цикл формообразования повторяется.The closest technical solution from the known ones is the shaping of especially thin-walled multilayer bellows (Isachenkov E.I. Stamping with rubber and liquid, M., Mechanical Engineering, 1967, p.291-294, prototype), in which the shaping is performed by an elastic medium in a detachable rigid matrix with corrugated channel. The stamp contains a closing mechanism, an elastic filler in the form of a ring, a punch of upsetting and an emphasis, an upper and lower plate, and a gap for the tube stock is made between the detachable matrix and the emphasis. During stamping, the axial movement of the tube stock into the cavity of the corrugation grooves on the die and the tangential extension of the tube blank occur. In this case, the smallest thinning of the tube billet wall is observed, from which the shell of a given geometry is formed. After forming one corrugation, the workpiece moves one step and the cycle of shaping is repeated.

Недостатки: невозможность формообразования многослойных титановых сильфонов из-за возникающих в них максимальных тангенциальных деформаций, которые превышают относительное удлинение материала сильфона, что приводит к разрыву и браку готовой детали (сильфона).Disadvantages: the impossibility of forming multilayer titanium bellows due to the maximum tangential deformations arising in them that exceed the relative elongation of the material of the bellows, which leads to rupture and marriage of the finished part (bellows).

Технический результат: повышение качества штампуемых сверхтонкостенных титановых сильфонов за счет устранения разрывов на поверхности детали и сокращения локальных морщин на поверхности гофров готовой детали. Указанный технический результат достигается за счет того, что в известном штампе, содержащем разъемную матрицу с гофрированным каналом, в котором размещен эластичный наполнитель, упор и пуансон осадки, механизм смыкания, верхнюю и нижнюю плиты, а между разъемной матрицей и упором выполнен зазор для трубной заготовки, при этом упор выполнен в виде набора дисков, толщина которых равна шагу гофров разъемной матрицы, а нижний диск упора расположен в односторонне открытом пазу нижней плиты штампа, при этом зазор между разъемной матрицей и боковой поверхностью упора больше на пятую часть толщины стенки трубной заготовки.Effect: improving the quality of stamped ultra-thin titanium bellows by eliminating gaps on the surface of the part and reducing local wrinkles on the surface of the corrugations of the finished part. The specified technical result is achieved due to the fact that in the known stamp containing a detachable matrix with a corrugated channel, in which an elastic filler, an abutment and a punch of upsetting, a locking mechanism, an upper and lower plate are placed, and a gap for a tube stock is made between the detachable matrix and an abutment , the emphasis is made in the form of a set of disks, the thickness of which is equal to the step of the corrugations of the detachable matrix, and the lower disc of the emphasis is located in the one-sided open groove of the lower die plate, while the gap between the detachable matrix and the side howling surface of the emphasis is more than a fifth of the wall thickness of the tubular billet.

Упор выполнен из набора дисков по внутреннему контуру формуемой трубной заготовки толщиной, равной шагу гофров разъемной матрицы, выполнен таким образом потому, что происходит формовка гофров на трубной заготовке по одному гофру на каждый рабочий ход, при этом после каждого формуемого гофра эластичный наполнитель опускается на толщину одного диска упора вниз, так как перед этим один диск упора, который находится в односторонне открытом пазу нижней плиты штампа, выталкивается из односторонне открытого паза и переносится под пуансон осадки, а при следующем рабочем ходе эластичный наполнитель опускается вниз пуансоном осадки на один шаг и формует повторный гофр на трубной заготовке и калибрует отформованный. Трубная заготовка перемещается снизу в формуемый гофр и значительно уменьшает растягивающие и сжимающие напряжения в формуемом гофре, что не приводит к разрушению его. При этом зазор между разъемной матрицей и боковой поверхностью упора должен быть равен пятой части толщины стенки трубной заготовки, что позволяет перемещаться свободно трубной заготовке в формуемый гофр и не позволяет вытекать эластичному наполнителю в зазор между упором и трубной заготовкой. Если зазор будет больше пятой части толщины стенки трубной заготовки, то эластичный наполнитель вытечет в зазор между боковой поверхностью упора и трубной заготовкой и произойдет нарушение процесса формовки и локальное гофрообразование на поверхности трубной заготовки. Если зазор будет меньше пятой части толщины стенки трубной заготовки, то заполнение гофра будет происходить только растяжкой трубной заготовки, что приведет к увеличению напряжений в трубной заготовке и к разрыву трубной заготовки в зоне формуемого гофра, то есть повышается качество при изготовлении сильфонов за счет устранения разрывов и морщинистости на гофрах.The emphasis is made of a set of discs along the inner contour of the molded tube stock with a thickness equal to the step of the corrugations of the detachable matrix, made in such a way that corrugations are formed on the tube stock one corrugation per working stroke, and after each corrugation formed, the elastic filler drops to a thickness one stop disc, since before that one stop disc, which is located in the one-sided open groove of the lower die plate, is pushed out of the one-sided open groove and transferred under the siege punch ki, and at the next working stroke, the elastic filler drops down by the upset punch by one step and forms a repeated corrugation on the pipe billet and calibrates the molded one. The pipe billet moves from below into the molded corrugation and significantly reduces tensile and compressive stresses in the molded corrugation, which does not lead to its destruction. In this case, the gap between the detachable matrix and the lateral surface of the stop should be equal to one fifth of the wall thickness of the tube stock, which allows the tube stock to move freely into the formable corrugation and does not allow the elastic filler to flow into the gap between the stop and the tube stock. If the gap is greater than a fifth of the wall thickness of the tube billet, then the elastic filler flows into the gap between the lateral surface of the abutment and the tube billet and a violation of the molding process and local corrugation on the surface of the tube billet. If the gap is less than a fifth of the wall thickness of the tube billet, the corrugation will be filled only by stretching the tube billet, which will lead to an increase in stresses in the tube billet and to rupture of the tube billet in the area of the formed corrugation, i.e., the quality is improved in the manufacture of bellows by eliminating gaps and wrinkling on the corrugations.

На фиг.1 изображен штамп для формообразования сильфонов, продольный разрез (вид слева от оси симметрии - в исходном положении, вид справа - в конце формообразования детали).Figure 1 shows a stamp for shaping bellows, a longitudinal section (view to the left of the axis of symmetry in the initial position, right view at the end of the shaping of the part).

На фиг.2 изображена нижняя плита штампа, разрез А-А на фиг.1.Figure 2 shows the bottom plate of the stamp, section aa in figure 1.

На фиг.3 изображена нижняя плита, разрез Б-Б на фиг.2.Figure 3 shows the bottom plate, a section bB in figure 2.

Статика.Statics.

Штамп, фиг.1, для формообразования сильфонов содержит разъемную матрицу 1 с гофрированным каналом 2, в котором размещен эластичный наполнитель 3, упор 4 и пуансон осадки 5, механизм смыкания 6, верхнюю и нижнюю плиты 7, 8, а между разъемной матрицей 1 и упором 4 выполнен зазор 9 для трубной заготовки 10, где упор 4 выполнен в виде набора дисков 11, толщина которых равна шагу 12 гофров 13 разъемной матрицы 1, причем нижний диск 14 упора 4 расположен в односторонне открытом пазу 15 нижней плиты 8 штампа 16, при этом зазор 9 между разъемной матрицей 1 и боковой поверхностью 17 упора 4 больше на пятую часть толщины стенки 18 трубной заготовки 10. Разъемная матрица 1 установлена на нижней плите 8. Разъемная матрица 1 имеет пять гофров 13 и один малый гофр 19, внутреннюю поверхность 20 разъемной матрицы 1. Механизм смыкания 6 разъемной матрицы 1 в виде цилиндра с внутренним конусом, сопрягаемым с конусом матрицедержателя 21. Эластичный прижим 22 контактирует с верхней плитой 7 и прижимается во время работы посредством кольца 23. Эластичный наполнитель 3 размещен в разъемной матрице 1 между пуансоном осадки 5 и упором 4, который установлен с зазором 9. Зазор 9 находится между стенкой 24 разъемной матрицы 1 и упором 4, состоящим из девяти дисков 11.The stamp, figure 1, for forming bellows contains a detachable matrix 1 with a corrugated channel 2, in which is placed an elastic filler 3, an emphasis 4 and a punch of precipitation 5, a locking mechanism 6, the upper and lower plates 7, 8, and between the detachable matrix 1 and the stop 4 made a gap 9 for the tube stock 10, where the stop 4 is made in the form of a set of disks 11, the thickness of which is equal to the step 12 of the corrugations 13 of the detachable matrix 1, and the lower disk 14 of the stop 4 is located in the one-sided open groove 15 of the lower plate 8 of the stamp 16, when this gap 9 between the split matrix 1 and the lateral rotation In particular, the stop 17 is larger by a fifth of the wall thickness 18 of the tube stock 10. The split matrix 1 is mounted on the bottom plate 8. The split matrix 1 has five corrugations 13 and one small corrugation 19, the inner surface 20 of the split matrix 1. The locking mechanism 6 of the split matrix 1 in the form of a cylinder with an inner cone mating with the cone of the matrix holder 21. The elastic clamp 22 contacts the upper plate 7 and is pressed during operation by the ring 23. The elastic filler 3 is placed in the split matrix 1 between the upset punch 5 and the stop 4, which is installed with a gap 9. The gap 9 is located between the wall 24 of the split matrix 1 and the stop 4, consisting of nine disks 11.

Работа штампа.Work stamp.

Формообразование особотонкостенных пятигофровых сильфонов из титановых сплавов осуществляют в штампе 16 следующим образом (фиг.1): в трубной заготовке 10 размещают эластичный наполнитель 3 и упор 4 из девяти дисков 11 высотой, равной шагу 12 гофра 13 матрицы 1. Помещают диски 11 в разъемной матрице 1 с установкой нижнего диска 14 упора 4 в односторонне открытом пазу 15 нижней плиты 8 штампа 16. Ползуном пресса (не показан) действуют на верхнюю плиту 7 и механизм смыкания 6 в виде цилиндра с внутренним конусом, смыкают разъемную матрицу 1 с гофрированным каналом 2 матрицедержателя 21 и действуют на пуансон осадки 5 и на эластичный наполнитель 3, который сжимается и раздает трубную заготовку 10 изнутри с утяжкой ее в зону формовки через зазор 9 между боковыми поверхностями 17 упора 4 и стенкой 24 разъемной матрицы 1, который больше на пятую часть толщины стенки 18 трубной заготовки 10, уменьшая напряжения растяжения и сжатия формуемого гофра 13 в трубной заготовке 10. После формовки гофра 13 ползун пресса (не показан) поднимает верхнюю плиту 7 штампа 16 с пуансоном осадки 5 и механизм смыкания 6, эластичный прижим 22, кольцо 23. Выталкивают нижний диск 14 (фиг.2, фиг.3) упора 4, который находится в односторонне открытом пазу 15 нижней плиты 8 и переносят его в верхнюю часть разъемной матрицы 1, при этом отформован малый гофр 19 и последующий гофр 13 на трубной заготовке 10. При втором рабочем ходе ползуна пресса (не показан) эластичный наполнитель 3 опускается вниз на один шаг 12 гофра 13 и формует следующий гофр 13 на трубной заготовке 10 и калибрует отформованный гофр.The forming of extra-thin-walled five-corrugated bellows made of titanium alloys is carried out in a stamp 16 as follows (Fig. 1): an elastic filler 3 and a stop 4 of nine disks 11 with a height equal to step 12 of the corrugation 13 of the matrix 1 are placed in the tube billet 10. 1 with the lower disk 14 of the stop 4 installed in a one-sided open groove 15 of the lower plate 8 of the die 16. A press slider (not shown) acts on the upper plate 7 and the closing mechanism 6 in the form of a cylinder with an inner cone, disconnect the split matrix 1 with the corrugated nalom 2 matrix holder 21 and act on the punch precipitation 5 and the elastic filler 3, which is compressed and distributes the tube billet 10 from the inside with a tightening it into the molding zone through the gap 9 between the side surfaces 17 of the stop 4 and the wall 24 of the split matrix 1, which is more than the fifth part of the wall thickness 18 of the tube stock 10, reducing the tensile and compressive stresses of the molded corrugation 13 in the tube stock 10. After forming the corrugation 13, a press slider (not shown) lifts the upper plate 7 of the stamp 16 with the upset punch 5 and the closing mechanism 6, elastic Izhim 22, ring 23. The lower disk 14 (Fig. 2, Fig. 3) of the stop 4 is pushed out, which is located in the one-sided open groove 15 of the lower plate 8 and is transferred to the upper part of the split matrix 1, while the small corrugation 19 and the subsequent corrugation 13 on the pipe billet 10. During the second working stroke of the press slider (not shown), the elastic filler 3 goes down one step 12 of the corrugation 13 and forms the next corrugation 13 on the pipe billet 10 and calibrates the molded corrugation.

За пять рабочих ходов ползуна пресса (не показан) формуют все пять гофров 13 на трубной заготовке 10, раскрывают штамп 16, извлекают из разъемной матрицы 1, освобождают от наполнителя 3 и упора 4, обрезают торцы, сваривают кромки и осаживают на оправке (не показан) до получения омегообразной формы гофр и заданных радиусов у вершины гофров, морщинистости и разрывов не наблюдается, проверено опытным путем.In five working strokes of the press slider (not shown), all five corrugations 13 are formed on the pipe billet 10, the die 16 is opened, removed from the detachable matrix 1, released from the filler 3 and the stop 4, the ends are cut, the edges are welded, and they are deposited on a mandrel (not shown) ) until the omega-shaped form of the corrugations and the given radii at the top of the corrugations are obtained, wrinkling and tearing are not observed, verified experimentally.

Пример. Двухслойную трубную заготовку 10 с толщиной стенки 18, равной 0,4 мм (2×0,2 мм), диаметром проходного сечения 90 мм и длиной 160 мм из титанового сплава ВТ1-0 устанавливают в разъемную матрицу 1, которая имеет пять гофров 13 для их формовки и одного малого гофра (технологического) 19, предназначенного для удержания трубной заготовки 10 от осевого смещения (фиг.1). В трубную заготовку 10 устанавливают эластичный наполнитель 3 (шайбы из резины марки 3826) диаметром 87 мм и общей высотой 127 мм, а также девять дисков 11 упора 4 из сплава Д16Т диаметром 87 мм и высотой 17,8 мм. Трубная заготовка 10 с эластичным наполнителем 3 и упорами 4 устанавливается в разъемную матрицу 1, при этом нижний диск 14 размещается в односторонне открытом пазу 15 нижней плиты 8 штампа 16 (фиг.2). Совершается рабочий ход ползуна пресса (не показан), закрывается разъемная матрица 1 и пуансон осадки 5 с усилием 800 кН сжимает эластичный наполнитель 3, формуя малый гофр 19 и гофр 13. При этом происходит утяжка трубной заготовки 10 в гофр 13 через зазор 9 между боковой поверхностью 17 упора 4 и внутренней поверхностью 20 разъемной матрицы 1. Поднимают верхнюю плиту 7, снимают давление пуансона осадки 5 и механизма смыкания 6, удаляют один нижний диск 14 из односторонне открытого паза 15 (фиг.3) и переносят его под пуансон осадки 5. Следующим рабочим ходом пуансона осадки 5 формуют следующий гофр 13, при этом также происходит утяжка трубной заготовки 10 через зазор 9 в зону формуемого гофра 13 и снижение предельных деформаций до уровня ε_i<δ, где ε_i - максимальная деформация в гофре 13, δ - относительное удлинение материала трубной заготовки 10, и происходит калибровка отформованного гофра 13 на трубной заготовке 10. После формовки всех гофров 13 на трубной заготовке 10 поднимают верхнюю плиту 7, снимают усилие на пуансоне осадки 5, раскрывают разъемную матрицу 1, вынимают готовую деталь с пятью гофрами 13, освобождают ее от эластичного наполнителя 3 упора 4, обрезают торцы в размер, сваривают кромки и осаживают на оправке (не показан) до получения омегообразной формы гофр и радиусов у основания и у вершины готовой детали сильфона равными 2,8 мм.Example. A two-layer tube billet 10 with a wall thickness 18 equal to 0.4 mm (2 × 0.2 mm), a bore diameter of 90 mm, and a length of 160 mm from VT1-0 titanium alloy is installed in a split matrix 1, which has five corrugations 13 for their molding and one small corrugation (technological) 19, designed to hold the tube billet 10 from axial displacement (figure 1). An elastic filler 3 (washers made of 3826 rubber) with a diameter of 87 mm and a total height of 127 mm, as well as nine discs 11 of an abutment 4 of D16T alloy with a diameter of 87 mm and a height of 17.8 mm, are installed in the tube 10. Tubular billet 10 with elastic filler 3 and stops 4 is installed in a split matrix 1, while the lower disk 14 is placed in a one-sided open groove 15 of the lower plate 8 of the stamp 16 (figure 2). A working stroke of the press slide (not shown) is made, the detachable matrix 1 is closed, and the precipitation punch 5 with a force of 800 kN compresses the elastic filler 3, forming a small corrugation 19 and corrugation 13. In this case, the tube stock 10 is tightened into the corrugation 13 through the gap 9 between the side the surface 17 of the stop 4 and the inner surface 20 of the detachable matrix 1. Raise the upper plate 7, relieve the pressure of the upset punch 5 and the closing mechanism 6, remove one lower disk 14 from the one-sided open groove 15 (Fig. 3) and transfer it under the upset punch 5. Next working move n the sediment punch 5 is formed into the next corrugation 13, while the tube billet 10 is also tightened through the gap 9 into the zone of the molded corrugation 13 and the ultimate deformations are reduced to the level ε _i <δ, where ε _i is the maximum deformation in the corrugation 13, δ is the relative elongation of the material the billet 10, and the molded corrugation 13 is calibrated on the billet 10. After forming all the corrugations 13 on the tube 10, the upper plate 7 is lifted, the force is removed on the upset punch 5, the split matrix 1 is opened, the finished part with five corrugations 13 is removed, about free it from the elastic filler 3 of the stop 4, cut the ends to a size, weld the edges and upset on a mandrel (not shown) to obtain an omega-shaped corrugation and radii at the base and at the top of the finished bellows part equal to 2.8 mm.

Технико-экономические показатели.Technical and economic indicators.

В результате применения штампа для формообразования особотонкостенных многослойных сильфонов повысилось качество получаемых деталей на 100% и впервые отформованы детали из титановых сплавов марки ВТ1-0 и ПТ-7М. Брак деталей при изготовлении отсутствовал.As a result of the use of a stamp for forming especially thin-walled multilayer bellows, the quality of the parts obtained increased by 100% and parts from titanium alloys of the VT1-0 and PT-7M grades were first molded. There was no marriage of parts during manufacture.

Claims

A stamp for forming bellows, comprising a detachable matrix with a corrugated channel in which an elastic filler, an abutment and a punch of upsetting, a clamping mechanism, an upper and lower plate are placed, and a gap for a tube stock is made between the detachable matrix and an abutment, characterized in that the emphasis is made in in the form of a set of disks, the thickness of each of which is equal to the step of the corrugations of the detachable matrix, the lower stop disk being located in the one-sided open groove of the lower die plate, while the gap between the detachable matrix and the side surface Strongly abutment exceeds the thickness of the pipe wall of the preform to a fifth of its thickness.