RU2548867C2

RU2548867C2 - Device for forming thin-wall axially symmetric parts shaped to barrels

Info

Publication number: RU2548867C2
Application number: RU2013128207/02A
Authority: RU
Inventors: Игорь Петрович Попов; Елена Геннадьевна Демьяненко
Priority date: 2013-06-18
Filing date: 2013-06-18
Publication date: 2015-04-20
Also published as: RU2013128207A

Abstract

FIELD: process engineering.

SUBSTANCE: invention relates to cold sheet forging, particularly, to shaping of thin-wall axially symmetric shells and can be used for production of large-size thin-wall truncated cone-shape parts at dual-action presses. Top and bottom resilient elements are arranged in the area of contact and composed of variable-depth conical shell to create equal friction forces directed toward each other.

EFFECT: higher quality owing to ruled out faceting and gage interference.

1 dwg

Description

Изобретение относится к холодной листовой штамповке, в частности к формообразованию тонкостенных осесимметричных оболочек, и может быть использовано при изготовлении крупногабаритных тонкостенных деталей усеченной сужающейся формы на прессах двойного действия.The invention relates to cold sheet stamping, in particular to the formation of thin-walled axisymmetric shells, and can be used in the manufacture of large-sized thin-walled parts of a truncated tapering shape on double-acting presses.

Известен способ для формообразования оболочек сужающейся формы (пат. 58055 Российская Федерация, МПК7 B21D 22/30, опубл. 2006, бюл. №31), в котором осуществляется деформирование путем раздачи и осевого растяжения. Заготовка не перемещается, поскольку она зафиксирована за большой торец между рабочими поверхностями матрицы и прижима. На этой стадии усилие осевого растяжения возникает лишь между пуансоном и большим торцом заготовки, поскольку ее малый торец в течение стадии деформировался свободно от зажима. В тот момент, когда нижняя поверхность фланца пуансона достигает уровня дополнительных толкателей, усилие от пуансона начинает передаваться на эластичный элемент. Деформация его заключается в осадке - уменьшении высоты и увеличении широтных размеров. При этом увеличиваются и размеры самой заготовки, происходит ее выпрямление и деформация в условиях схемы напряженно-деформированного состояния, соответствующего процессу формовки. Т.е. деформирование происходит за счет утонения заготовки. Это обеспечивается тем, что длина шпильки несколько больше, чем длина рабочей части пуансона. При дальнейшем ходе пуансона в очаг деформации включается вся большая часть заготовки и увеличивает свои размеры эластичный элемент. Перед завершением процесса деформирования заготовки, когда пуансон достигает нижнего выталкивателя, происходит зажим заготовки по малому торцу между нижней частью пуансона и выталкивателем. С этого момента усилие растяжения вдоль образующей прикладывается к обоим торцам заготовки. Величина деформации эластичного элемента зависит от его исходной высоты, а также от длины дополнительных толкателей, через которые усилие передается на эластичный элемент. Сжимаясь, уменьшается его внутренний диаметр. В результате этого заготовка прижимается к рабочей поверхности пуансона. Силы трения, возникающие между заготовкой и пуансоном, блокируют перемещение элементов заготовки, находящихся на ее меньшем основании, и препятствуют утонению заготовки.A known method for shaping shells of a tapering shape (US Pat. 58055 Russian Federation, IPC7 B21D 22/30, publ. 2006, bull. No. 31), in which the deformation is carried out by distribution and axial extension. The workpiece does not move, because it is fixed for a large end between the working surfaces of the matrix and the clamp. At this stage, the axial tensile force arises only between the punch and the large end face of the workpiece, since its small end face was deformed freely from the clamp during the stage. At that moment, when the lower surface of the punch flange reaches the level of additional pushers, the force from the punch begins to be transmitted to the elastic element. Its deformation consists in sediment — a decrease in height and an increase in latitudinal dimensions. At the same time, the dimensions of the workpiece itself increase, it straightens and deforms under the conditions of a stress-strain state diagram corresponding to the molding process. Those. deformation occurs due to thinning of the workpiece. This is ensured by the fact that the length of the stud is slightly larger than the length of the working part of the punch. With the further course of the punch, the entire major part of the workpiece is included in the deformation zone and the elastic element increases in size. Before the workpiece deformation process is completed, when the punch reaches the lower ejector, the workpiece is clamped at the small end between the lower part of the punch and the ejector. From this moment, a tensile force along the generatrix is applied to both ends of the workpiece. The amount of deformation of the elastic element depends on its initial height, as well as on the length of the additional pushers through which the force is transmitted to the elastic element. Shrinking, its inner diameter decreases. As a result of this, the workpiece is pressed against the working surface of the punch. Friction forces arising between the workpiece and the punch block the movement of the workpiece elements located on its smaller base and prevent the workpiece from thinning.

Недостаток этого способа заключается в трудности согласования внешних сил для упорядоченности необходимого усилия сжатия эластичного элемента и величины перемещения внешней силы, приложенной к нему.The disadvantage of this method is the difficulty in coordinating external forces for ordering the necessary compression force of the elastic element and the magnitude of the displacement of the external force applied to it.

Наиболее близким по технической сущности является способ (пат. 78709 Российская Федерация, МПК7 B21D 20/30, опубл. 10.12.2008, бюл. №34) для формообразования выпуклых тонкостенных сужающихся оболочек. При движении на пуансон действует усилие, равное суммарному усилию, создаваемому выталкивателем и от давления эластичного элемента. Так как эластичный элемент находится в замкнутом объеме, то внутреннее давление в нем зависит от возможного перемещения подкладной плиты, которая создает усилие сопротивления при сжатии эластичного буфера в виде кольца. При этом пуансон, внедряясь в эластичный элемент, перемещает часть объема. Величина перемещения подкладной плиты равна величине сжатия эластичного буфера.The closest in technical essence is the method (US Pat. 78709 Russian Federation, IPC7 B21D 20/30, publ. 10.12.2008, bull. No. 34) for forming convex thin-walled tapering shells. When moving, the force acts on the punch, equal to the total force created by the ejector and the pressure of the elastic element. Since the elastic element is in a closed volume, the internal pressure in it depends on the possible movement of the backing plate, which creates a resistance force when compressing the elastic buffer in the form of a ring. In this case, the punch, being introduced into the elastic element, moves part of the volume. The amount of movement of the backing plate is equal to the amount of compression of the elastic buffer.

Недостатком этого способа являются значительные усилия процесса и невозможность получения деталей бочкообразной формы.The disadvantage of this method is the significant efforts of the process and the inability to obtain parts of a barrel-shaped form.

Задачей изобретения является получение качественной тонкостенной осесимметричной детали бочкообразной формы без огранки с минимальной разнотолщинностью за один ход пресса, повышение коэффициента использования материала.The objective of the invention is to obtain high-quality thin-walled axisymmetric parts of a barrel-shaped form without cutting with minimal thickness difference per press stroke, increasing the utilization of the material.

Задача решается за счет того, что в способе формообразования тонкостенных осесимметричных деталей бочкообразной формы из цилиндрических заготовок по жесткой матрице эластичными элементами согласно изобретению в зоне контакта заготовки и эластичных элементов создают силы трения, направленные навстречу друг другу, при этом должно быть выполнено условие:The problem is solved due to the fact that in the method of forming thin-walled axisymmetric parts of barrel-shaped form from cylindrical blanks on a rigid matrix by elastic elements according to the invention, friction forces directed towards each other create friction forces in the contact zone of the workpiece and elastic elements, and the condition must be met:

F₁=F₂,F ₁ = F ₂ ,

где F₁ - сила трения, возникающая между внутренней поверхностью заготовки и эластичным элементом;where F ₁ is the friction force arising between the inner surface of the workpiece and the elastic element;

F₂ - сила трения, возникающая между внутренней поверхностью заготовки и эластичным элементом.F ₂ is the friction force arising between the inner surface of the workpiece and the elastic element.

Способ реализуется с помощью устройства и поясняется чертежом.The method is implemented using the device and is illustrated in the drawing.

Устройство содержит под верхней плитой штампа 1 раздвижные сектора 2, эластичный элемент верхний 3, эластичный элемент нижний 4, матрицу 5, 6, конус с направляющими пазами 7, опорное кольцо 8, установленные на плиту штампа 9. Заготовка 10.The device contains under the upper plate of the stamp 1 sliding sectors 2, the elastic element is the top 3, the elastic element is the lower 4, the matrix 5, 6, the cone with guide grooves 7, the support ring 8 mounted on the plate of the stamp 9. The workpiece 10.

Способ осуществляют следующим образом:The method is as follows:

Раздвижные сектора, эластичный элемент 4 с заготовкой опираются на кольцо 8. Верхняя часть устройства отведена на расстояние, позволяющее установить цилиндрическую заготовку на эластичные элементы. При опускании верхней части происходит смыкание двух матриц, нижняя из которых опирается на кольцо 8. Обязательным является условие: высота раздвижных секторов и общая высота двух матриц должны быть равны. При движении верхней плиты образованная компоновка, состоящая из матрицы, заготовки, эластичных элементов, раздвижных секторов, перемещается вниз. При этом происходит увеличение секторов по радиусу за счет их перемещения по конусу. Это является причиной давления на эластичные элементы, расположенные по торцам заготовки, деформирующиеся и двигающиеся одновременно навстречу друг другу, увеличивая в размерах наружный диаметр. Каждый эластичный элемент выполнен в виде конической оболочки переменной толщины: с наибольшей толщиной - в зоне малых диаметров, а с наименьшей - в зоне больших диаметров. Заготовка применяется цилиндрическая с радиусом:Sliding sectors, the elastic element 4 with the workpiece rest on the ring 8. The upper part of the device is allotted to a distance that allows you to set the cylindrical workpiece on the elastic elements. When lowering the upper part, two matrices are closed, the lower of which rests on ring 8. The condition is mandatory: the height of the sliding sectors and the total height of the two matrices should be equal. When the upper plate moves, the formed arrangement, consisting of a matrix, a workpiece, elastic elements, sliding sectors, moves down. In this case, there is an increase in sectors along the radius due to their movement along the cone. This is the reason for the pressure on the elastic elements located at the ends of the workpiece, deforming and moving simultaneously towards each other, increasing the size of the outer diameter. Each elastic element is made in the form of a conical shell of variable thickness: with the largest thickness in the zone of small diameters, and with the smallest in the zone of large diameters. The workpiece is cylindrical with a radius of:

r_заг=const.r _zag = const.

Преимущество такой заготовки в том, что она получается из полосы гибкой и сваркой в сравнении с традиционными коническими заготовками из секторов. Это позволяет в первую очередь снизить трудоемкость, а во-вторых, значительно повысить КИМ.The advantage of such a billet is that it is obtained from a strip by flexible and welding in comparison with traditional conical billets from sectors. This allows, first of all, to reduce the complexity, and secondly, to significantly increase the CMM.

На внутренней поверхности заготовки и эластичных элементов создают силы трения, направленные навстречу друг другу. В результате действия таких сил происходит увеличение напряжений в частях заготовки, расположенных ближе к торцу. Для реализации способа, обеспечивающего возможность получения детали с минимальной разнотолщинностью, необходимо выполнить условие равенства сил:On the inner surface of the workpiece and elastic elements create friction forces directed towards each other. As a result of the action of such forces, an increase in stresses occurs in the parts of the workpiece located closer to the end face. To implement the method, providing the ability to obtain parts with minimal thickness, it is necessary to fulfill the condition of equal forces:

F₁=F₂,F ₁ = F ₂ ,

где F₁ - сила трения, возникающая между внутренней поверхностью заготовки и эластичным элементом 3;where F ₁ is the friction force arising between the inner surface of the workpiece and the elastic element 3;

F₂ - сила трения, возникающая между внутренней поверхностью заготовки и эластичным элементом 4.F ₂ - friction force arising between the inner surface of the workpiece and the elastic member 4.

Величина силы трения зависит от давления на площадь контакта и от коэффициента трения. Для особо выпуклой детали необходимо использовать высокие показатели давления и трения (например, более твердую эластичную среду).The magnitude of the friction force depends on the pressure on the contact area and on the coefficient of friction. For a particularly convex part, it is necessary to use high pressure and friction (for example, a harder elastic medium).

Следует учесть особенность деформирования элементов: в заключительной стадии они не должны превышать 25% степени деформации; оба эластичных элемента в момент их сжатия должны находиться на уровне смыкания матриц.It should be noted the feature of the deformation of the elements: in the final stage, they should not exceed 25% of the degree of deformation; both elastic elements at the time of their compression should be at the level of closure of the matrices.

Claims

A method of forming thin-walled axisymmetric barrel-shaped parts from cylindrical blanks on a rigid matrix, characterized in that the cylindrical blank is mounted on elastic elements that are located inside the blank at its ends, and apply pressure to them at the same time to move towards each other and deform with an increase in the outer diameter with a degree of deformation of not more than 25%, using elastic elements, each of which is made in the form of a conical shell of variable thickness, with the largest thickness the zone of small diameters, and in the zone of large diameters - with the smallest thickness, while in the contact zone of the inner surface of the workpiece and the elastic elements create friction forces directed towards each other, with compliance with the conditions:
F_one= F₂,
where f_one - friction force arising between the inner surface of the workpiece and the upper elastic element;
F₂- friction force arising between the inner surface of the workpiece and the lower elastic element.