RU2471585C1

RU2471585C1 - Method of making thin-wall asymmetric bicurvature shells with flange

Info

Publication number: RU2471585C1
Application number: RU2011141214/02A
Authority: RU
Inventors: Николай Валерьевич Полухин; Сергей Владимирович Павлов; Виталий Александрович Лазарев; Сергей Сергеевич Яковлев; Виктор Анатольевич Коротков; Александр Федорович Лавров
Original assignee: Открытое акционерное общество "Корпорация "Тактическое ракетное вооружение"
Priority date: 2011-10-12
Filing date: 2011-10-12
Publication date: 2013-01-10

Abstract

FIELD: process engineering.

SUBSTANCE: invention relates to metal forming, particularly, to making thin-wall asymmetric shells with flange to be used in construction and sanitary engineering. Sheet blank is shaped by rotary drawing to sine law in acting by spinning tool on the blank on displacing from smaller diametre to larger one set with gap with respect to mandrel. With spinning tool displaced by 0.5-0.75 of process pass, blank flange edges are levelled by cutter and remained section is subjected to multipass spinning to shape obeying the sine law to make the flange with width of 0.05-0.10 of maximum diametre of shell ogival part and to cut flange section so that asymmetric shape is obtained. Now, asymmetric shell edge sections is welded to ring flange with mate shape.

EFFECT: higher operating performances, lower metal and labour input.

4 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, а именно к изготовлению тонкостенных оболочек несимметричной формы. Такого рода изделия находят широкое применение в строительстве, в производстве сантехники.The invention relates to the field of metal forming, in particular to the manufacture of thin-walled shells of an asymmetric shape. Such products are widely used in construction, in the production of plumbing.

Для получения тонкостенных изделий несимметричной формы в основном используют способы, описанные в (Учаев П.Н., Привалов В.В., Учаев И.Н. Жестяницкие работы. - М.: Машиностроение, 1989. - 336 с.). Для получения, например, несимметричной тонкостенной оболочки в форме усеченного конуса используют листовые заготовки, которые формоизменяют на листогибочном трехвалковом стане с различными радиусами изгиба, стыкуют их по образующей, сваривают и производят слесарную обработку сварных швов. Данный способ позволяет получать тонкостенные несимметричные защитные оболочки из различных металлов (http://www.isomag.ru/). Недостатком известного способа является высокая трудоемкость изготовления оболочек, связанная с трудоемкой сборкой составных частей изделия, сваркой и слесарной обработкой, а также низким качеством поверхности. По известному способу изготавливать несимметричные оболочки двойной кривизны возможно только при использовании ручных слесарных операций.To obtain thin-walled products of an asymmetric shape, the methods described in (Uchaev P.N., Privalov V.V., Uchaev I.N. To obtain, for example, an asymmetric thin-walled shell in the form of a truncated cone, sheet blanks are used, which are shaped on a bending three-roll mill with different bending radii, join them along the generatrix, welded and the welded joints are machined. This method allows to obtain thin-walled asymmetric protective shells of various metals (http://www.isomag.ru/). The disadvantage of this method is the high complexity of the manufacture of shells associated with the laborious assembly of the components of the product, welding and metalworking, as well as low surface quality. According to the known method to produce asymmetric shells of double curvature is possible only when using manual locksmith operations.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ (патент №2255827 МПК7 B21D 22/16, 10.07.05 г.), заключающийся в том, что устанавливают листовую заготовку в виде диска на вращающейся оправке оживальной формы, формоизменение заготовки производят многопереходной давильной обработкой при продольном перемещении давильного инструмента с зазором между давильным инструментом и оправкой для любой точки профиля, корректируемой по заданной зависимости. К недостаткам известного способа относится возможность изготовления изделий только осесимметричной формы.Closest to the proposed method is the method (patent No. 2255827 MPK7 B21D 22/16, 07/10/05), which consists in the fact that the sheet blank is mounted in the form of a disk on a rotating mandrel of a lively shape, the blank is modified by multi-transition pressure processing during longitudinal movement a pressing tool with a gap between the pressing tool and the mandrel for any point in the profile, adjusted for a given relationship. The disadvantages of this method include the possibility of manufacturing products only axisymmetric shape.

Задачей предлагаемого технического решения является повышение качества эксплуатационных характеристик при получении тонкостенных несимметричных оболочек двойной кривизны с фланцем и снижение трудоемкости изготовления.The objective of the proposed technical solution is to improve the quality of performance when obtaining thin-walled asymmetric shells of double curvature with a flange and reduce the complexity of manufacturing.

Для решения поставленной задачи предлагается способ изготовления тонкостенных несимметричных оболочек двойной кривизны с фланцем, заключающийся в том, что устанавливают листовую заготовку на вращающейся оправе оживальной формы, осуществляют формоизменение заготовки ротационной вытяжкой по закону синуса от меньшего диаметра к большему, воздействуют на заготовку, продольно перемещая относительно оси оправы давильный инструмент, установленный с зазором относительно оправы, отличающийся тем, что при перемещении давильного инструмента на 0,5…0,75 величины технологического хода, выравнивают края фланца заготовки резцом, осуществляют многопереходную давильную обработку оставшегося участка заготовки по форме, обеспечивающей соблюдение закона синуса с образованием фланца, шириной 0,05…0,10 от наибольшего диаметра оживальной части оболочки, придают оболочке несимметричную форму, отрезают фланцевый участок, соединяют краевой участок несимметричной оболочки с кольцом-фланцем, совпадающий с ним по размеру и форме.To solve this problem, we propose a method of manufacturing thin-walled asymmetric shells of double curvature with a flange, which consists in the fact that they install a sheet blank on a rotating frame of a lively shape, shape the workpiece with a rotary hood according to the law of the sine from a smaller diameter to a larger one, affect the workpiece, moving longitudinally relative to the axis of the frame, a pressing tool installed with a clearance relative to the frame, characterized in that when moving the pressing tool and by 0.5 ... 0.75 process steps, align the edges of the workpiece flange with a cutter, perform multi-junction pressure processing of the remaining part of the workpiece in a form that ensures that the sinus law is observed with the formation of a flange, 0.05 ... 0.10 wide of the largest diameter of the animating part shells, give the shell an asymmetric shape, cut off the flange portion, connect the edge portion of the asymmetric shell with a ring-flange, matching it in size and shape.

В первом частном случае способа изготовления тонкостенных несимметричных оболочек двойной кривизны с фланцем деформируют заготовку зажимным приспособлением для придания несимметричной формы и отрезают фланцевый участок под углом 4°.In the first particular case of the method of manufacturing thin-walled asymmetric shells of double curvature with a flange, the workpiece is deformed with a clamping device to give an asymmetric shape and the flange section is cut at an angle of 4 °.

Во втором частном случае способа изготовления тонкостенных несимметричных оболочек двойной кривизны с фланцем соединяют краевые участки оболочки и кольца-фланца путем сварки.In the second particular case of the method of manufacturing thin-walled asymmetric shells of double curvature with the flange connect the edge sections of the shell and the ring-flange by welding.

Техническим результатом предлагаемого способа получения несимметричных тонкостенных оболочек двойной кривизны с фланцем является повышение эксплуатационных характеристик за счет улучшения качества поверхности оболочки в результате использования ротационной вытяжки, исключение сварных швов в оживальной части, снижение металлоемкости за счет упрочнения материала на 40…50% и снижение трудоемкости изготовления изделия за счет устранения слесарных доводочных работ.The technical result of the proposed method for producing asymmetric thin-walled shells of double curvature with a flange is to increase operational characteristics by improving the quality of the shell surface as a result of using rotational hoods, eliminating welds in the live part, reducing metal consumption by hardening the material by 40 ... 50% and reducing the complexity of manufacturing products due to the elimination of locksmith finishing work.

На фиг.1 показана схема тонкостенной несимметричной оболочки двойной кривизны с фланцем;Figure 1 shows a diagram of a thin-walled asymmetric shell of double curvature with a flange;

на фиг.2 изображен этап формоизменения плоской листовой заготовки ротационной вытяжкой с утонением стенки для получения первой кривизны и выравниванием края фланца резцом;figure 2 shows the stage of forming a flat sheet billet with a rotary hood with thinning the wall to obtain the first curvature and alignment of the edge of the flange with a cutter;

на фиг.3 показан этап формоизменения заготовки с получением второй кривизны и технологического фланца;figure 3 shows the step of forming the workpiece to obtain a second curvature and a process flange;

на фиг.4 показано устройство для деформации осесимметричной оболочки в несимметричную;figure 4 shows a device for deformation of an axisymmetric shell in an asymmetric;

на фиг.5 изображена схема несимметричной оболочки после сварки с кольцом, имеющим отверстие по форме готового изделия.figure 5 shows a diagram of an asymmetric shell after welding with a ring having a hole in the shape of the finished product.

Способ осуществляется следующим образом.The method is as follows.

Для изготовления тонкостенной несимметричной оболочки двойной кривизны с фланцем, приведенной на фиг.1, берут листовую заготовку в виде круга с технологическим отверстием в центре. Заготовку устанавливают на оживальную оправу и фиксируют. Производят формоизменение заготовки на станке для ротационной вытяжки. Ротационную вытяжку выполняют роликовым инструментом с использованием многопереходной давильной обработки, стенки утоняют с соблюдением закона синуса на всех участках кривизны. Обработку давильным инструментом осуществляют от меньшего диаметра к большему (фиг.2) при продольном перемещении давильного инструмента относительно оси оправки, установленного с необходимым зазором относительно последней. После продольного перемещения давильного инструмента на 0,5…0,75 величины технологического хода выравнивают края фланца заготовки, подрезая его резцом (см. фиг.2), и дальнейшую многопереходную давильную обработку осуществляют с обеспечением кривизны и утонения стенки по закону синуса с образованием на конечном этапе формоизменения фланца шириной 0,05…0,10 наибольшего диаметра оболочки (фиг.3). Фланец выполняет технологическую функцию, его наличие предотвращает образование трещин и надрывов в процессе формоизменения, а также обеспечивает жесткость оболочки при последующей установке в зажимных приспособлениях. После ротационной вытяжки получают осесимметричную тонкостенную оболочку. Используя метод ротационной вытяжки, уменьшают высоту неровностей внешней и внутренней поверхностей, в последнем случае копируют шероховатость поверхности оправки и повышают механические свойства полуфабриката за счет деформационного упрочнения материала.For the manufacture of thin-walled asymmetric shell of double curvature with a flange, shown in figure 1, take a sheet blank in the form of a circle with a technological hole in the center. The workpiece is mounted on a lively frame and fixed. The workpiece is shaped on a rotary hood. The rotational hood is carried out with a roller tool using multi-jaw pressure processing, the walls are thinned in compliance with the law of sinus in all sections of curvature. The processing of the pressing tool is carried out from a smaller diameter to a larger one (FIG. 2) with longitudinal movement of the pressing tool relative to the axis of the mandrel installed with the necessary clearance relative to the latter. After the longitudinal movement of the pressing tool by 0.5 ... 0.75, the process stroke aligns the edges of the workpiece flange, cutting it with a cutter (see figure 2), and further multi-jaw pressing processing is carried out to ensure the curvature and thinning of the wall according to the law of sine with the formation of the final stage of flange shaping with a width of 0.05 ... 0.10 of the largest diameter of the shell (figure 3). The flange performs a technological function, its presence prevents the formation of cracks and tears during the forming process, and also provides the rigidity of the shell during subsequent installation in clamping devices. After rotational drawing, an axisymmetric thin-walled shell is obtained. Using the method of rotational drawing, they reduce the height of the roughnesses of the external and internal surfaces, in the latter case, they copy the surface roughness of the mandrel and increase the mechanical properties of the semi-finished product due to the strain hardening of the material.

Для придания полуфабрикату несимметричной формы в полученной тонкостенной осесимметричной оболочке удаляют технологический фланец и производят упруго-пластическое деформирование полуфабриката в специальном зажимном приспособлении с помощью «хомута» (фиг.4), имеющего рабочую поверхность, соответствующую по размерам и форме готовому изделию. При этом оболочка приобретает овальную форму в плане с различными радиусами овала. Для жесткой фиксации требуемой формы оболочки производят сварку ее внешнего контура с кольцом, размеры и форма которого соответствуют размерам и форме готовой несимметричной оболочки с фланцем (фиг.5). Готовое изделие удаляют из специального зажимного приспособления.To give the semi-finished product an asymmetrical shape in the resulting thin-walled axisymmetric shell, the process flange is removed and the elastic-plastic deformation of the semi-finished product is carried out in a special clamping device using a “clamp” (Fig. 4) having a working surface corresponding to the size and shape of the finished product. In this case, the shell becomes oval in plan with different radii of the oval. For rigid fixation of the required shape of the shell, the external contour is welded with a ring, the dimensions and shape of which correspond to the dimensions and shape of the finished asymmetric shell with a flange (Fig. 5). The finished product is removed from a special clamping device.

Рассмотрим пример реализации предлагаемого способа при изготовлении детали «Чаша».Consider an example of the implementation of the proposed method in the manufacture of parts "Bowl".

Деталь «Чаша», форма которой дана на фиг.1, является тонкостенной несимметричной оболочкой двойной кривизны с фланцем. Одна часть имеет форму усеченного конуса с углом 37°, который плавно переходит в оживальную форму с радиусом оживала R=205,7 мм. Длина детали по образующим различна и имеет фланец несимметричный в плане формы. В качестве заготовки используют листовой материал в форме круга диаметром 400 мм и толщиной 1 мм из нержавеющей стали 12Х18Н10Т. В заготовке растачивают технологическое отверстие необходимого диаметра. Для создания установочной базы при дальнейшем формоизменении заготовки ротационной вытяжкой предварительно производят неглубокую вытяжку с образованием усеченного конуса диаметром 52 мм, высотой 5 мм и углом 37°. Для формоизменения заготовки используют специализированный раскатной станок с роликовым инструментом. Заготовку устанавливают на оправке сложной формы двойной кривизны и фиксируют по технологическому отверстию и конусному выступу, полученному после штамповки. В процессе ротационной вытяжки с утонением роликовый инструмент перемещают от меньшего диаметра к большему и воздействуют на заготовку с соблюдением закона синуса по углу 37°, утоняют стенку до 0,6 мм (фиг.2). После формообразования конического участка и продольного перемещения инструмента на 0,5…0,75 величины технологического хода (на 140…150 мм) процесс ротационной вытяжки останавливают и подрезают края фланца заготовки для устранения фестонов, образовавшихся в процессе формоизменения и возникшего эксцентриситета относительно оси вращения (фиг.2). Формоизменение заготовки по оживальной части оправки радиусом R=205,7 мм осуществляют путем давильных переходов, позволяющих получить участок оживальной формы радиусом R=205,7 мм и толщиной стенки 0,6 мм. При этом на заключительном давильном переходе, на краю заготовки получают технологический фланец шириной 0,03×290=9…15 мм (фиг.3). Для последующего крепления оболочки к патрубку изготавливают установочную базу в вершине конического участка путем отбортовки и получения борта конической формы с углом конусности 37°. При этом толщина конусного участка борта соответствует первоначальной толщине заготовки, равной 1 мм, а высоту борта с 5 мм в процессе отбортовки увеличивают примерно до 15 мм. В дальнейшем для придания полуфабрикату несимметричной формы удаляют технологический фланец, устанавливают полуфабрикат в специальном приспособлении и упруго-пластически деформируют с помощью «хомута», имеющего форму и размеры готовой детали в плане. В рассматриваемом примере деталь в плане имеет овальную форму с различными радиусами R₁=127 мм и R₂=140 мм. Получение заданных высот по образующим оболочки обеспечивают ориентацией «хомута» относительно большего основания полуфабриката под углом 4°. В результате следующей технологической операции обрезают излишки металла для обеспечения требуемой длины различных участков детали вдоль образующих. Для придания жесткости несимметричной по форме оболочке изготавливают кольцо несимметричной формы по размерам, соответствующим чертежу на готовую деталь с фланцем. Кольцо изготавливают из стали 12Х18Н10Т толщиной 1,2 мм, базируют по краю оболочки и приваривают к ней. Готовую деталь удаляют из специального зажимного устройства, имея форму и размеры, соответствующие чертежу. Деталь готова для дальнейшей сборки с другими деталями узла.Detail "Bowl", the form of which is given in figure 1, is a thin-walled asymmetric shell of double curvature with a flange. One part has the shape of a truncated cone with an angle of 37 °, which smoothly transforms into an animated shape with a radius come to life R = 205.7 mm. The length of the part along the generators is different and has a flange asymmetrical in terms of shape. As a blank, sheet material in the form of a circle with a diameter of 400 mm and a thickness of 1 mm made of stainless steel 12X18H10T is used. A technological hole of the required diameter is bored in the workpiece. To create an installation base for further shaping of the workpiece with a rotary hood, a shallow hood is preliminarily produced with the formation of a truncated cone with a diameter of 52 mm, a height of 5 mm and an angle of 37 °. To shape the workpiece, a specialized rolling machine with a roller tool is used. The workpiece is mounted on a mandrel of complex shape of double curvature and fixed by the technological hole and the conical protrusion obtained after stamping. In the process of rotational drawing with thinning, the roller tool is moved from a smaller diameter to a larger one and act on the workpiece in compliance with the sine law at an angle of 37 °, the wall is thinned to 0.6 mm (figure 2). After shaping the conical section and longitudinal movement of the tool by 0.5 ... 0.75 process steps (140 ... 150 mm), the rotational drawing process is stopped and the edges of the workpiece flange are cut to eliminate festoons formed during the shaping process and the resulting eccentricity relative to the axis of rotation ( figure 2). Shaping of the workpiece along the lively part of the mandrel with a radius of R = 205.7 mm is carried out by means of pressure junctions, which make it possible to obtain a section of the lively shape with a radius of R = 205.7 mm and a wall thickness of 0.6 mm. At the same time, at the final pressure transition, on the edge of the workpiece, a process flange with a width of 0.03 × 290 = 9 ... 15 mm is obtained (Fig. 3). For subsequent mounting of the shell to the nozzle, an installation base is made at the top of the conical section by flanging and obtaining a conical bead with a taper angle of 37 °. In this case, the thickness of the conical section of the bead corresponds to the initial thickness of the workpiece, equal to 1 mm, and the bead height from 5 mm in the process of flanging is increased to about 15 mm. Subsequently, to give the semifinished product an asymmetric shape, the process flange is removed, the semifinished product is installed in a special device, and elastically plastic deformed using a “clamp” having the shape and dimensions of the finished part in plan. In this example, the part in plan has an oval shape with different radii R ₁ = 127 mm and R ₂ = 140 mm. Obtaining the specified heights along the generatrix of the shell provides the orientation of the “clamp” relative to the larger base of the semi-finished product at an angle of 4 °. As a result of the next process step, excess metal is cut to ensure the required length of various parts of the part along the generatrixes. To give rigidity to an asymmetric shell, a ring is made of an asymmetric shape in size corresponding to the drawing for the finished part with a flange. The ring is made of steel 12X18H10T 1.2 mm thick, based on the edge of the shell and welded to it. The finished part is removed from a special clamping device, having the shape and dimensions corresponding to the drawing. The part is ready for further assembly with other parts of the assembly.

Предлагаемый способ получения несимметричных тонкостенных оболочек с фланцем методом ротационной вытяжки позволяет повысить эксплуатационные характеристики оболочки за счет улучшения качества поверхности, устранить сварные швы в оживальной части, повысить прочность материала на 40…50% и снизить металлоемкость изделия на 0,3 кг, при этом трудоемкость изготовления изделия снижают за счет исключения слесарных доводочных работ.The proposed method for producing asymmetric thin-walled shells with a flange by rotational drawing allows to increase the operational characteristics of the shell by improving the surface quality, eliminate welds in the animated part, increase the strength of the material by 40 ... 50% and reduce the metal consumption of the product by 0.3 kg, while the complexity manufacture of the product is reduced due to the exclusion of locksmith finishing work.

Первые опытные образцы изделий с применением предлагаемого способа изготовлены и проходят испытания.The first prototypes of products using the proposed method are made and are being tested.

Claims

1. A method of manufacturing thin-walled asymmetric shells of double curvature with a flange, comprising installing a sheet blank on a rotating mandrel of a lively shape, shaping the blank with a rotary hood according to the sine law by acting on the blank with a pressing tool that is moved relative to the axis of the mandrel from a smaller diameter to a larger one and set with a clearance relative to the latter, characterized in that when the movement of the pressing tool reaches 0.5 ... 0.75, the process stroke levels align the cut the edges of the workpiece flange, carry out multi-junction pressure processing of the remaining part of the workpiece in a form that ensures that the sinus law is observed with the formation of a flange with a width of 0.05 ... 0.10 from the largest diameter of the animated part of the shell, give the shell an asymmetric shape, cut off the flange section, connect the edge section of the asymmetric shell with a flange ring, matching in size and shape.

2. The method according to claim 1, characterized in that in order to give an asymmetric shape, the workpiece is deformed with a clamping device.

3. The method according to claim 1, characterized in that the flange section is cut off at an angle of 4 °.

4. The method according to claim 1, characterized in that they connect the edge sections of the shell and the ring-flange by welding.