RU2769797C1 - Method of flanging thin-walled axisymmetric conical parts - Google Patents

Method of flanging thin-walled axisymmetric conical parts Download PDF

Info

Publication number
RU2769797C1
RU2769797C1 RU2021106245A RU2021106245A RU2769797C1 RU 2769797 C1 RU2769797 C1 RU 2769797C1 RU 2021106245 A RU2021106245 A RU 2021106245A RU 2021106245 A RU2021106245 A RU 2021106245A RU 2769797 C1 RU2769797 C1 RU 2769797C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
workpiece
thickness
radius
deformation
flanging
Prior art date
Application number
RU2021106245A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Елена Геннадьевна Демьяненко
Игорь Петрович Попов
Александр Николаевич Епифанов
Original Assignee
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева" filed Critical федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева"
Priority to RU2021106245A priority Critical patent/RU2769797C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2769797C1 publication Critical patent/RU2769797C1/en

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D19/00—Flanging or other edge treatment, e.g. of tubes
    • B21D19/08—Flanging or other edge treatment, e.g. of tubes by single or successive action of pressing tools, e.g. vice jaws
    • B21D19/10—Flanging or other edge treatment, e.g. of tubes by single or successive action of pressing tools, e.g. vice jaws working inwardly
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D22/00—Shaping without cutting, by stamping, spinning, or deep-drawing
    • B21D22/20—Deep-drawing
    • B21D22/22—Deep-drawing with devices for holding the edge of the blanks

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: invention relates to a method for flanging a conical workpiece. Workpiece is first deformed in the zone of its larger diameter and then in the zone of its smaller diameter. At that, deformation is performed with mean integral deformation over billet generatrix calculated by mathematical expression given in claim.
EFFECT: part of preset variable thickness increasing from larger diameter elements to smaller diameter is manufactured.
1 cl, 1 dwg, 1 ex

Description

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

Известна конструкция устройства для формообразования тонкостенных сужающихся оболочек из полой конической заготовки путем ее раздачи и растяжения при удерживании заготовки за фланец со стороны большого открытого торца (Исаченков Е.И. штамповка резиной и жидкостью. М.: Машиностроение, 1967, рис. 172а).A known design of a device for shaping thin-walled tapered shells from a hollow conical blank by expanding and stretching it while holding the blank by the flange from the side of the large open end (Isachenkov E.I. stamping with rubber and liquid. M .: Mashinostroenie, 1967, Fig. 172a).

Недостаток этого устройства в том, что оно не обеспечивает получение толщины готовой детали переменной от большего ее значения в зоне элементов меньшего диаметра и меньшим значением в зоне элементов большего диаметра.The disadvantage of this device is that it does not provide the thickness of the finished part variable from its larger value in the zone of elements of a smaller diameter and its smaller value in the zone of elements of a larger diameter.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому, которое принято за прототип, является устройство для раздачи с растяжением полой конической заготовки, состоящее из пуансона для раздачи, матрицы, прижима, выталкивателя и подкладной плиты (АС СССР №1748905 МПК B21D 22/30 опуб. 23.07.1992, бюл. №27). В результате того, что после раздачи конической заготовки, ее меньший торец зажимается инструментом и заготовка дополнительно растягивается в осевом направлении, точность обводов штампованной детали значительно увеличивается.The closest in technical essence to the claimed, which is taken as a prototype, is a device for distribution with tension of a hollow conical blank, consisting of a punch for distribution, a matrix, a clamp, an ejector and a backing plate (AS USSR No. 1748905 IPC B21D 22/30 pub. 23.07 .1992, Bull. No. 27). As a result of the fact that after expansion of the conical workpiece, its smaller end is clamped by the tool and the workpiece is additionally stretched in the axial direction, the accuracy of the contours of the stamped part is significantly increased.

Недостаток известного устройства заключается в том, что при окончательном растяжении заготовки происходит неравномерное утонение заготовок вдоль ее образующей. Элементы заготовки, прилегающие к большему торцу, имеют большую площадь поперечного сечения. Осевые растягивающие напряжения в этих элементах имеют меньшую величину, и заготовка меньше утоняется. При переходе к меньшему торцу площадь поперечного сечения заготовки уменьшается (иногда в 2-3 раза), что приводит к росту величины утонения. Полученная деталь имеет переменную толщину, меньше чем толщина заготовки и изменяющейся от большего ее значения в зоне элементов большего диаметра к меньшему в зоне элементов меньшего диаметра.The disadvantage of the known device lies in the fact that the final stretching of the workpiece is uneven thinning of the workpiece along its generatrix. The workpiece elements adjacent to the larger end face have a larger cross-sectional area. Axial tensile stresses in these elements are smaller, and the workpiece thins less. When moving to a smaller end, the cross-sectional area of the workpiece decreases (sometimes by 2-3 times), which leads to an increase in the thinning value. The resulting part has a variable thickness, less than the thickness of the blank and changing from its greater value in the zone of elements of a larger diameter to a smaller one in the zone of elements of a smaller diameter.

Задачей изобретения является повышение качества штампованной детали в результате достижения необходимого переменного распределения толщины стенки вдоль ее образующей, повышение коэффициента использования материала.The objective of the invention is to improve the quality of the stamped part as a result of achieving the necessary variable distribution of wall thickness along its generatrix, increasing the material utilization factor.

Задача решается за счет того, что способ формообразования тонкостенных осесимметричных деталей из конических заготовок, согласно изобретению, создает дополнительные растягивающие напряжения в тангенциальном направлении, которые обеспечивают в элементах большего диаметра дополнительное утонение заготовки.The problem is solved due to the fact that the method of forming thin-walled axisymmetric parts from conical blanks, according to the invention, creates additional tensile stresses in the tangential direction, which provide additional thinning of the blank in elements of a larger diameter.

На рисунке 1 представлена схема устройства для отбортовки, предназначенного для достижения поставленной задачи.Figure 1 shows a diagram of a flanging device designed to achieve the task.

Оно состоит из матрицы 1, прижима 2, пуансона 3, с расположенной в нем заготовкой 4 и уже полученной после формообразования деталью 5.It consists of a matrix 1, a clamp 2, a punch 3, with a workpiece 4 located in it, and a part 5 already obtained after shaping.

Устройство работает следующим образом.The device works as follows.

Осесимметричная коническая заготовка 4 неподвижно зажимается по плоскому фланцу прижимом 2 к матрице 1 и деформируется сначала в зоне большего диаметра и только в конце процесса в зоне меньшего диаметра благодаря разным углам наклона образующих конических частей пуансона 3 и заготовки 4

Figure 00000001
The axisymmetric conical billet 4 is fixedly clamped along a flat flange by a clamp 2 to the matrix 1 and is deformed first in the area of a larger diameter and only at the end of the process in the area of a smaller diameter due to different angles of inclination of the forming conical parts of the punch 3 and the billet 4
Figure 00000001

Представим изменения заданной толщины детали в виде линейной функции:Let's represent the changes in the specified thickness of the part as a linear function:

Figure 00000002
Figure 00000002

где

Figure 00000003
where
Figure 00000003

Figure 00000004
- толщины кромок детали по элементам с радиусами
Figure 00000005
Figure 00000006
Figure 00000004
- the thickness of the edges of the part by elements with radii
Figure 00000005
Figure 00000006

Figure 00000007
- текущий радиус детали при толщине
Figure 00000008
.
Figure 00000007
- current part radius with thickness
Figure 00000008
.

Подставим (1) в (2) в безразмерном виде и получим:We substitute (1) into (2) in dimensionless form and get:

Figure 00000009
Figure 00000009

где

Figure 00000010
where
Figure 00000010

В реальных процессах деформирования значения технологически возможной толщины детали зависит от основных факторов: размеров и формы заготовки, соотношения напряжений, коэффициента анизотропии трансверсально-изотропного тела и может быть представлено в виде уравнения связи, когда меридиональные напряжения малы [уч. пособие «Проектирование технологических процессов формообразования тонкостенных осесимметричных деталей летательных аппаратов», Самара, Самаре, гос. аэрокосмический ун-т, 2014. - 144 с. Демьяненко Е.Г., Попов И.П.]:In real deformation processes, the value of the technologically possible thickness of the part depends on the main factors: the dimensions and shape of the workpiece, the stress ratio, the anisotropy coefficient of the transversely isotropic body and can be represented as a connection equation when the meridional stresses are small [ac. allowance "Design of technological processes for shaping thin-walled axisymmetric parts of aircraft", Samara, Samara, state. Aerospace University, 2014. - 144 p. Demyanenko E.G., Popov I.P.]:

Figure 00000011
Figure 00000011

Приняв в первом приближении:Taking as a first approximation:

Figure 00000012
Figure 00000012

Figure 00000013
Figure 00000013

где

Figure 00000014
- относительная технологически возможная толщина детали
Figure 00000015
where
Figure 00000014
- relative technologically possible thickness of the part
Figure 00000015

После подстановки (5), (6) в (4) имеем:After substituting (5), (6) into (4), we have:

Figure 00000016
Figure 00000016

где

Figure 00000017
where
Figure 00000017

Представим радиус заготовки в виде линейной функции:Let's represent the workpiece radius as a linear function:

Figure 00000018
Figure 00000018

Здесь параметр «b» следует выбрать, чтобы относительная технологично возможная толщина была наилучшим образом приближена к заданной относительной толщине детали (3).Here, the parameter "b" should be chosen so that the relative technologically possible thickness is as close as possible to the given relative thickness of the part (3).

Для этого используем условие минимизации между заданной относительной толщиной

Figure 00000019
(1) и технологически возможной относительной толщиной детали (7) в виде их квадратичной разницы по всему очагу деформирования.To do this, we use the minimization condition between a given relative thickness
Figure 00000019
(1) and the technologically possible relative thickness of the part (7) in the form of their quadratic difference over the entire deformation zone.

Figure 00000020
Figure 00000020

После подстановки (8), (7), (3) в (9) получим:After substituting (8), (7), (3) into (9) we get:

Figure 00000021
Figure 00000021

Возьмем частную производную по «b» и выразив ее найдем:Let's take the partial derivative with respect to "b" and expressing it we find:

Figure 00000022
I
Figure 00000022
I

Длину заготовки находим по формуле:The length of the workpiece is found by the formula:

Figure 00000023
Figure 00000023

где

Figure 00000024
Lзаг - длина детали и заготовки,where
Figure 00000024
L zag - the length of the part and workpiece,

Figure 00000025
- среднеинтегральная деформация образующей заготовки.
Figure 00000025
- average integral deformation of the forming workpiece.

Ее значения находим из условия, что длина каждого элемента деформируется на половину тангенциальной деформации с противоположным знаком и равной деформацией по толщине.Its values are found from the condition that the length of each element is deformed by half the tangential deformation with the opposite sign and equal deformation in thickness.

Figure 00000026
Figure 00000026

Длина заготовки с учетом (12), (13) равна:The length of the workpiece, taking into account (12), (13), is equal to:

Figure 00000027
Figure 00000027

Угол наклона заготовки находим:We find the angle of inclination of the workpiece:

Figure 00000028
Figure 00000028

где rзаг - радиус кромки детали находим по формуле (8) при

Figure 00000029
where r zag - the radius of the edge of the part is found by the formula (8) when
Figure 00000029

Пример:Example:

Определить угол заготовки и радиус кромки заготовки для детали с размерами:Determine the angle of the workpiece and the radius of the edge of the workpiece for a part with dimensions:

Figure 00000030
Figure 00000031
Figure 00000032
μ=0,5,
Figure 00000033
Figure 00000034
Figure 00000030
Figure 00000031
Figure 00000032
μ=0.5,
Figure 00000033
Figure 00000034

По формуле (13) находим:By formula (13) we find:

Figure 00000035
Figure 00000035

Таким образом, радиус заготовки при

Figure 00000036
Figure 00000037
а в абсолютном значении
Figure 00000038
Длина заготовки составит
Figure 00000039
Thus, the radius of the workpiece at
Figure 00000036
Figure 00000037
and in absolute terms
Figure 00000038
The length of the workpiece will be
Figure 00000039

Угол конусности заготовки:Workpiece taper angle:

Figure 00000040
Figure 00000040

Расчет относительно заданной и относительно возможной толщины по выше предложенным зависимостям и исходным данным, позволяет сделать вывод, что максимальная погрешность между относительно заданной и относительно возможной толщинами не превышает 2,5%.The calculation relative to the given and relative to the possible thickness according to the above-proposed dependencies and initial data allows us to conclude that the maximum error between the relative to the given and relative to the possible thickness does not exceed 2.5%.

Claims (13)

Способ отбортовки конической заготовки, включающий деформирование заготовки сначала в зоне ее большего диаметра и затем в зоне ее меньшего диаметра, отличающийся тем, что деформирование осуществляют со среднеинтегральной деформацией по длине образующей заготовки, равнойA method for flanging a conical workpiece, which includes deformation of the workpiece first in the area of its larger diameter and then in the area of its smaller diameter, characterized in that the deformation is carried out with an average integral deformation along the length of the generatrix of the workpiece, equal to
Figure 00000041
Figure 00000041
 где μ - коэффициент анизотропии трансверсально-изотропного тела;where μ is the anisotropy coefficient of a transversally isotropic body;
Figure 00000042
- относительный радиус детали у наибольшего основания;
Figure 00000042
- the relative radius of the part at the largest base;
Figure 00000043
- радиус кромки детали;
Figure 00000043
- radius of the edge of the part;
Figure 00000044
- наибольший радиус детали;
Figure 00000044
- the largest radius of the part; b - коэффициент пропорциональности радиуса заготовки;b - coefficient of proportionality of the radius of the workpiece;
Figure 00000045
Figure 00000045
 где
Figure 00000046
where
Figure 00000046
Figure 00000047
Figure 00000047
Figure 00000048
Figure 00000048
Figure 00000049
- относительная толщина детали у наибольшего основания;
Figure 00000049
- relative thickness of the part at the largest base; Sзаг,
Figure 00000050
- толщина заготовки и детали у наибольшего основания.S zag ,
Figure 00000050
- the thickness of the workpiece and the part at the largest base.
RU2021106245A 2021-03-10 2021-03-10 Method of flanging thin-walled axisymmetric conical parts RU2769797C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021106245A RU2769797C1 (en) 2021-03-10 2021-03-10 Method of flanging thin-walled axisymmetric conical parts

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021106245A RU2769797C1 (en) 2021-03-10 2021-03-10 Method of flanging thin-walled axisymmetric conical parts

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2769797C1 true RU2769797C1 (en) 2022-04-06

Family

ID=81076171

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021106245A RU2769797C1 (en) 2021-03-10 2021-03-10 Method of flanging thin-walled axisymmetric conical parts

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2769797C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1748905A1 (en) * 1989-11-21 1992-07-23 Самарский авиационный институт им.акад.С.П.Королева Method of punching thin-wall axisymmetrical products
RU107083U1 (en) * 2011-02-25 2011-08-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" STAMP FOR MANUFACTURE OF AXISYMMETRIC HOLLOW PRODUCTS BY EXTRACTION AND SECURITY
RU2442672C2 (en) * 2009-12-31 2012-02-20 Открытое акционерное общество "АВТОВАЗ" Method of stretching of complex large parts (variants)
WO2013139731A1 (en) * 2012-03-22 2013-09-26 Allgaier Werke Gmbh Device and method for machining a workpiece consisting of metal, particularly for producing a cup-shaped component for the automobile industry, as well as such a workpiece

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1748905A1 (en) * 1989-11-21 1992-07-23 Самарский авиационный институт им.акад.С.П.Королева Method of punching thin-wall axisymmetrical products
RU2442672C2 (en) * 2009-12-31 2012-02-20 Открытое акционерное общество "АВТОВАЗ" Method of stretching of complex large parts (variants)
RU107083U1 (en) * 2011-02-25 2011-08-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" STAMP FOR MANUFACTURE OF AXISYMMETRIC HOLLOW PRODUCTS BY EXTRACTION AND SECURITY
WO2013139731A1 (en) * 2012-03-22 2013-09-26 Allgaier Werke Gmbh Device and method for machining a workpiece consisting of metal, particularly for producing a cup-shaped component for the automobile industry, as well as such a workpiece

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Dhaiban et al. Finite element modeling and experimental results of brass elliptic cups using a new deep drawing process through conical dies
Singh et al. Prediction of earing defect and deep drawing behavior of commercially pure titanium sheets using CPB06 anisotropy yield theory
Zheng et al. Study on size effect affected progressive microforming of conical flanged parts directly using sheet metals
CN104010744B (en) The strong plastic processing method of torsion of conical metal tubing
Meng et al. Deformation characteristic and geometrical size effect in continuous manufacturing of cylindrical and variable-thickness flanged microparts
EP1648633A1 (en) Forging method forged product and forging apparatus
Movahedinia et al. An investigation on flaring process of thin-walled tubes using multistage single point incremental forming
Tekkaya Metal forming
RU2769797C1 (en) Method of flanging thin-walled axisymmetric conical parts
Reddy et al. Evaluation of limiting drawing ratio (LDR) in deep drawing by rapid determination method
US20160023261A1 (en) Tool for Preforming a Tube for Subsequent Internal High Pressure Forming, as Well as a Method for Producing Such a Tool and For Producing a Component By Internal High Pressure Forming
Kupchuk et al. Development of the technological process of forming rings from sheet samples by stamping rollers and rotary hood
Brabie et al. Minimization of sheet thickness variation and other defects of mini drawn parts using a blank holder plate made from concentric rings
RU2687431C1 (en) Hole expansion method, molding tool and molded article
Silva et al. Hole-flanging by single point incremental forming
RU2363558C1 (en) Method for profile cutting of tube ends
RU2461436C1 (en) Method of producing variable cross-section thin-wall shells
Fazli et al. Parameter study of the axisymmetric hydromechanical deep drawing process
Xu et al. Study of tube hydroforming in a trapezoid-sectional die
CN114160615B (en) Method for using variable-edge-mode double-curvature bending device
RU2545863C2 (en) Multiprocess drawing of box part from sheet blank
RU2491144C2 (en) Method of producing hollow cylindrical articles
RU2580269C1 (en) Device for folding and forming of thin-wall conical workpiece
Abdelhameed et al. Study of aluminum tube cold nosing process into conical and hemispherical dies
Hassan et al. A developed process for increasing deep drawability of rectangular metal cups with extreme aspect ratio: finite element simulation