RU2799365C1 - Method for shaping long-dimensional parts of double-curvature shells having a double-convex slow shape by stretch forming - Google Patents
Method for shaping long-dimensional parts of double-curvature shells having a double-convex slow shape by stretch forming Download PDFInfo
- Publication number
- RU2799365C1 RU2799365C1 RU2022129012A RU2022129012A RU2799365C1 RU 2799365 C1 RU2799365 C1 RU 2799365C1 RU 2022129012 A RU2022129012 A RU 2022129012A RU 2022129012 A RU2022129012 A RU 2022129012A RU 2799365 C1 RU2799365 C1 RU 2799365C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sheet blank
- shaping
- stretching
- punch
- press
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области обработки металлов давлением, в частности к изготовлению для самолета внешней обшивки в виде длинномерных деталей оболочек незначительной двойной кривизны, имеющих двояковыпуклую пологую форму на растяжно-обтяжных прессах с программным управлением.The invention relates to the field of metal forming, in particular to the manufacture of outer skin for an aircraft in the form of long-length parts of shells of slight double curvature, having a biconvex flat shape on program-controlled stretching presses.
В обработке металлов давлением при получении длинномерных деталей оболочек незначительной двойной кривизны известен классический способ формообразования на гидравлических растяжно-обтяжных прессах типа РО методом обтяжки с растяжением. Обтяжка с растяжением характеризуется тем, что условие растяжения листовой заготовки создается путем приложения растягивающих сил к зажимам пресса, которые сделаны перемещающимися. Формообразование обтяжкой листовой заготовки выполняется после зажима ее узких сторон, предварительного изгиба в поперечном направлении за счет установки секционных губок пресса по второй кривизне в соответствии с контурами торцов обтяжного пуансона и последующего изгиба листовой заготовки в продольном направлении за счет подъема стола пресса и поворота обоих зажимных плит. In the processing of metals by pressure in the production of long parts of shells of slight double curvature, the classical method of shaping on hydraulic stretching presses of the RO type by stretching is known. Stretch stretching is characterized in that the stretching condition of the sheet blank is created by applying tensile forces to the press jaws, which are made to move. Forming by tightening the sheet blank is performed after clamping its narrow sides, preliminary bending in the transverse direction due to the installation of sectional press jaws along the second curvature in accordance with the contours of the ends of the closed punch and subsequent bending of the sheet blank in the longitudinal direction by raising the press table and turning both clamping plates .
Стол пресса поднимается до положения полного охвата листовой заготовкой продольного формообразующего гребня обтяжного пуансона, при котором концы листовой заготовки примут направление по касательной к контуру схода продольного формообразующего гребня с обоих торцов обтяжного пуансона. При этом зажимные плиты с секционными губками занимают соответствующий угол, при котором касательная к контуру схода продольного формообразующего гребня пуансона у его торцов совпадает с плоскостью самих зажимных губок. The press table rises to the position of complete coverage of the longitudinal shaping ridge of the tight punch by the sheet blank, at which the ends of the sheet blank will take a tangential direction to the contour of the descent of the longitudinal shaping ridge from both ends of the tight punch. In this case, the clamping plates with sectional jaws occupy the corresponding angle at which the tangent to the contour of the descent of the longitudinal shaping ridge of the punch at its ends coincides with the plane of the clamping jaws themselves.
Усилие растяжения листовой заготовки, необходимое для формообразования обтяжкой, осуществляется перемещающимися зажимами при помощи растяжных гидроцилиндров пресса в направлении по касательной к контуру схода продольного формообразующего гребня с обоих торцов обтяжного пуансона. При этом левый и правый растяжные гидроцилиндры могут поворачиваться на цапфах при помощи гидроцилиндров поворота, например, на прессе РО-3М, либо занимают стационарно горизонтальное положение и поворот зажимной плиты относительно стационарной переходной плиты выполняется гидроцилиндрами поворота, например, на прессе РО-630. The tension force of the sheet blank, necessary for shaping by the tight, is carried out by moving clamps using the stretching hydraulic cylinders of the press in the direction tangentially to the contour of the descent of the longitudinal shaping ridge from both ends of the tight punch. At the same time, the left and right extension hydraulic cylinders can be rotated on pins using hydraulic rotation cylinders, for example, on a RO-3M press, or they occupy a stationary horizontal position and rotation of the clamping plate relative to the stationary adapter plate is performed by rotation hydraulic cylinders, for example, on a RO-630 press.
Усилие, передаваемое обтяжным пуансоном, размещенным на столе пресса, необходимо для подъема стола, изгиба в продольном направлении зажатой с узких сторон листовой заготовки и создание усилия противодавления, препятствующего опусканию обтяжного пуансона со стороны давления формообразующей обтяжкой листовой заготовки. После момента прилегания листовой заготовкой по всей поверхности обтяжного пуансона, растяжение продолжается, чтобы в наименее растянутом месте материал листовой заготовки преодолел предел текучести и находился в пластическом состоянии. Дальнейшее растяжение нецелесообразно, так как точность формы при этом почти не увеличивается, а материал заготовки излишне деформируется.The force transmitted by the tight punch placed on the press table is necessary to lift the table, bend the sheet blank clamped from the narrow sides in the longitudinal direction and create a counterpressure force that prevents the lowering of the tight punch from the pressure side of the forming tight sheet blank. After the moment the sheet blank fits over the entire surface of the tight punch, the stretching continues so that in the least stretched place the material of the sheet blank overcomes the yield point and is in a plastic state. Further stretching is impractical, since the accuracy of the form almost does not increase in this case, and the workpiece material is unnecessarily deformed.
Показанный порядок ведения процесса обтяжки не является обязательным. Однако поддерживание этого порядка позволяет избежать ошибки. Наиболее типичной ошибкой является стремление поднять стол пресса выше, чем нужно. В этом случае при приложении усилия к зажимам пресса растягиваются свободные, не лежащие на пуансоне, участки листовой заготовки, а деформация, лежащих участков заготовки на поверхности обтяжного пуансона, сильно затруднена. Если при обтяжке угол наклона или радиус установки секционных зажимов пресса больше требуемого, то возможно образование продольных складок на листовой заготовке. The sequence shown in the wrapping process is optional. However, maintaining this order avoids the error. The most common mistake is trying to raise the press table higher than necessary. In this case, when a force is applied to the clamps of the press, the free sections of the sheet blank that do not lie on the punch are stretched, and the deformation of the lying sections of the workpiece on the surface of the tight punch is very difficult. If, during tightening, the angle of inclination or the radius of installation of the section clamps of the press is greater than required, then the formation of longitudinal folds on the sheet blank is possible.
Такой порядок ведения процесса обтяжки характеризуется неравномерным растяжением волокон листа в продольном направлении [А. Н. Громова, В.И. Завьялов, В.К. Коробов Изготовление деталей из листов и профилей при серийном производстве. –М.: Оборонгиз, 1960. –с. 150-153 и с. 224-234]. This procedure for conducting the stretching process is characterized by uneven stretching of the fibers of the sheet in the longitudinal direction [A. N. Gromova, V.I. Zavyalov, V.K. Korobov Manufacture of parts from sheets and profiles in serial production. -M.: Oborongiz, 1960. -p. 150-153 and p. 224-234].
До деформирования длина листовой заготовки между зажимами относительно продольных волокон листа была одинаковой, а в процессе обтяжки с растяжением изменение длины отдельных продольных волокон по ширине листовой заготовки не одинаковые по обтяжному пуансону двойной кривизны, так как части листа, находящиеся в зажимах, не перемещаются. При этом в направлении растяжения деформация продольных волокон зависит от сил внешнего трения аналогично закону трения при огибании гибкой нити, что сопровождается локализацией деформации наиболее растянутого продольного волокна в районе участка ее схода с левого или правого торца обтяжного пуансона. Before deformation, the length of the sheet blank between the clamps relative to the longitudinal fibers of the sheet was the same, and in the process of tightening with tension, the change in the length of individual longitudinal fibers along the width of the sheet blank is not the same for the double curvature drawn punch, since the parts of the sheet in the clamps do not move. At the same time, in the direction of tension, the deformation of the longitudinal fibers depends on the forces of external friction, similarly to the law of friction when bending around a flexible thread, which is accompanied by the localization of deformation of the most stretched longitudinal fiber in the region of its descent from the left or right end of the tight punch.
Продольные и поперечные контура дают наибольшее представление о форме поверхности двояковыпуклой оболочки. Обтяжку с растяжением длинномерных деталей оболочек незначительной двойной кривизны из тонколистового материала следует производить только с помощью растяжных цилиндров пресса. При этом центральное поперечное сечение оболочковой детали в направлении растяжения продольных волокон листовой заготовки должно оставаться неподвижным на поверхности обтяжного пуансона. Тогда можно проследить границы очага деформации в поперечных сечениях поверхности оболочковой детали в направлении растяжения продольных волокон листовой заготовки влево или вправо независимо. Longitudinal and transverse contours give the greatest idea of the shape of the surface of a biconvex shell. Wrapping with stretching of long-length parts of shells of slight double curvature from thin-sheet material should be carried out only with the help of stretching cylinders of the press. In this case, the central cross section of the shell part in the direction of stretching of the longitudinal fibers of the sheet blank must remain motionless on the surface of the tight punch. Then it is possible to trace the boundaries of the deformation zone in the cross sections of the surface of the shell part in the direction of stretching of the longitudinal fibers of the sheet blank to the left or to the right independently.
До момента завершения растяжения в поперечном сечении листовой заготовки на сходе с левого или правого торцов обтяжного пуансона процесс формообразования сопровождается не увеличением напряжений, а изменением ширины очага деформации в поперечных сечениях поверхности оболочковой детали до момента выхода границы очага деформации на свободный от зажимов край листовой заготовки. В первую очередь это произойдет в поперечных сечениях на сходе листовой заготовки с обтяжного пуансона. На этом этапе формообразования деформация растяжения не зависит от внешнего трения и распределяется равномерно по сечениям оболочки, соответствующим ее поперечным контурам. Обтяжка на этом этапе формообразования происходит в основном в пределах равномерного удлинения и, следовательно, в пределах равномерного утонения.Until the end of tension in the cross section of the sheet blank at the exit from the left or right ends of the tight punch, the shaping process is accompanied not by an increase in stresses, but by a change in the width of the deformation zone in the cross sections of the surface of the shell part until the boundary of the deformation zone reaches the edge of the sheet blank free from clamps. First of all, this will happen in cross sections at the descent of the sheet blank from the tight punch. At this stage of shaping, the tensile strain does not depend on external friction and is distributed evenly over the sections of the shell corresponding to its transverse contours. The tightness at this stage of shaping occurs mainly within the limits of uniform elongation and, consequently, within the limits of uniform thinning.
Последующее растяжение листовой заготовки вызывает избыточное деформирование участков листовой заготовки в районе схода с обтяжного пуансона и свободных участков листовой заготовки, не лежащих на обтяжном пуансоне вплоть до зажимов пресса, что может привести к локализации утонения при условии превышения равномерного растяжения материала листовой заготовки δ р. The subsequent stretching of the sheet blank causes excessive deformation of the sections of the sheet blank in the region of the exit from the tight punch and free sections of the sheet blank that do not lie on the tight punch up to the press clamps, which can lead to localization of thinning if the uniform stretching of the sheet blank material δ p is exceeded.
Тогда деформация листовой заготовки на сходе с левого или правого торца обтяжного пуансона в сечении под углом α к в момент полного формообразования детали оболочки состоит из двух составляющих: Then the deformation of the sheet blank at the exit from the left or right end of the tight punch in the section at an angle α to at the moment of complete shaping of the shell part consists of two components:
где 
Избыточное деформирование участка листовой заготовки в районе схода с обтяжного пуансона связано с тем, что формообразование в различных поперечных сечениях под углом α в момент выхода границ очага деформации на свободный от зажимов край листовой заготовки заканчивается не одновременно. Сначала в поперечных сечениях участка листовой заготовки в районе схода с обтяжного пуансона под углом α к .Excessive deformation of the section of the sheet blank in the region of the exit from the tight punch is due to the fact that shaping in various cross sections at an angleα at the moment when the boundaries of the deformation zone reach the edge of the sheet blank free from clamps does not end at the same time. First, in the cross sections of the section of the sheet blank in the area of the descent from the tight punch at an angleα To .
При этом процесс формообразования в сечениях ближе к центральной части листовой заготовки сопровождается избыточным деформированием свободных участков листовой заготовки в районе схода с обтяжного пуансона под углом α к аналогично закону трения при огибании гибкой нити, согласно формуле: At the same time, the process of shaping in sections closer to the central part of the sheet blank is accompanied by excessive deformation of the free sections of the sheet blank in the region of exit from the tight punch at an angleα To similar to the law of friction when bending around a flexible thread, according to the formula:
где 
µ – коэффициент внешнего трения; µ is the coefficient of external friction;
п – константа упрочнения материала листовой заготовки. n is the strengthening constant of the sheet blank material.
К основному недостатку данного способа относится то, что деформация растяжения при формообразовании длинномерных деталей оболочек незначительной двойной кривизны в районе вершины центрального поперечного сечения остаётся большей в отличие от боковых свободных от зажимов участков листовой заготовки в этом же центральном поперечном сечении. Даже, не смотря на то, что длинные боковые кромки листовой заготовки прилегли к обтяжному пуансону по второй кривизне, но практически они ещё не растянуты. При этом избыточное растяжение листовой заготовки в районе схода с обтяжного пуансона под углом α к увеличивается, что может привести к локализации деформации в концевых участках листовой заготовки вблизи зажимов пресса. Возрастает вероятность обрыва листовой заготовки. Этот способ дает удовлетворительные результаты по разнотолщинности длинномерных деталей оболочек, имеющих 
Известен способ формообразования деталей оболочек двойной кривизны [В.И. Ершов, В.И. Глазков, М.Ф. Каширин. Совершенствование формообразующих операций листовой штамповки. – М.: Машиностроение, 1990. – С. 188-190]. В данном способе для уменьшения неравномерности деформации растяжения и увеличения пластичности материала листовой заготовки обтяжку производят с применением дифференцированного нагрева отдельных участков листовой заготовки до температур, обеспечивающих формоизменение участка за счет деформации утонения. A known method of shaping the details of shells of double curvature [V.I. Ershov, V.I. Glazkov, M.F. Kashirin. Improving the forming operations of sheet stamping. - M.: Mashinostroenie, 1990. - S. 188-190]. In this method, to reduce the unevenness of the tensile deformation and increase the plasticity of the material of the sheet blank, tightening is carried out using differentiated heating of individual sections of the sheet blank to temperatures that ensure the shaping of the section due to thinning deformation.
Недостатком данного способа является локализация растяжения, утонение нагреваемого участка листовой заготовки, сложность обеспечения дифференцированного нагрева, а также его применение только для обтяжки титановых листовых заготовок.The disadvantage of this method is the localization of tension, thinning of the heated section of the sheet blank, the difficulty of providing differentiated heating, as well as its use only for tightening titanium sheet blanks.
Известен способ формообразования деталей оболочек двойной кривизны [А.С. 2002537, МКИ2 В21D11/20, опубл. 15.11.1993]. В данном способе производят фиксирование боковых участков листовой заготовки в зажимах, ее обтяжку секторным пуансоном от «полюса» к краям с одновременным поджатием к секторному пуансону с последующим растяжением листовой заготовки в продольном направлении.A known method of shaping the details of shells of double curvature [A.S. 2002537, MKI 2 B21D11/20, publ. 11/15/1993]. In this method, the side sections of the sheet blank are fixed in clamps, it is tightened with a sector punch from the "pole" to the edges with simultaneous compression to the sector punch, followed by stretching of the sheet blank in the longitudinal direction.
Существенным недостатком данного способа является сложность, связанная с изготовлением специального устройства для его осуществления, которое остаётся индивидуальным для получения оболочки конкретной геометрической формы. Кроме того способ не обеспечивает равнотолщинность длинномерных деталей оболочек незначительной двойной кривизны по всей длине свободных кромок, т.к. фиксирование боковых участков листовой заготовки в зажимах остается ограниченным на небольшом центральном участке. A significant disadvantage of this method is the complexity associated with the manufacture of a special device for its implementation, which remains individual for obtaining a shell of a specific geometric shape. In addition, the method does not ensure uniform thickness of long-length parts of shells of slight double curvature along the entire length of the free edges, because the fixation of the side portions of the sheet blank in the clamps remains limited to a small central portion.
Наиболее близким технологическим решением является способ обтяжки по двум пуансонам [А.с. 659238, МКИ2 В21D11/20, опубл. 30.04.1979]. В данном способе сначала осуществляется обтяжка листовой заготовки с прямолинейным рядом зажимных устройств на прессе типа РО по первому пуансону с незначительной двойной кривизной и углом охвата α к меньшим, например, около 30°, чем требуемый угол, до сообщения деформаций формообразования в центральной части листовой заготовки, соответствующей оболочки заданной геометрической формы. Затем выполняется повторная обтяжка отформованной детали на прессе типа ОП с неподвижной линейкой зажимных губок на заданную кривизну по второму пуансону при полном угле охвата α к равным 90°. Близостью технологического решения в этом способе при получении длинномерных деталей оболочек незначительной двойной кривизны является обтяжка листовой заготовки по первому пуансону с незначительной двойной кривизной и углом охвата α к с прямолинейным рядом зажимных устройств на прессе типа РО. The closest technological solution is the way of stretching on two punches [A.S. 659238, MKI 2 B21D11/20, publ. 04/30/1979]. In this method, first, a sheet blank with a straight row of clamping devices is tightened on a RO-type press along the first punch with a slight double curvature and a wrap angle α to less, for example, about 30°, than the required angle, until shaping deformations are imparted in the central part of the sheet blank. corresponding to the shell of a given geometric shape. Then, the molded part is re-wrapped on a press of the OP type with a fixed line of clamping jaws to a given curvature along the second punch with a full coverage angle α equal to 90°. The similarity of the technological solution in this method when obtaining long-length parts of shells with a slight double curvature is the tightening of a sheet blank along the first punch with a slight double curvature and a wrapping angle α to a straight row of clamping devices on a RO type press.
Кроме того имеется способ формообразования обтяжкой тонколистовых деталей оболочек значительной двойной кривизны, имеющие «крутую» двояковыпуклую форму [Пат. 2573859 РФ, МПК B21D 11/20, опубл. 27.01.2016, Бюл. №3]. В данном способе друг за другом выполняются три этапа формообразования обтяжкой на одном и том же обтяжном пуансоне и на одном и том же прессе с программным управлением типа FEKD, имеющий прямолинейный ряд зажимных устройств с обеих сторон стола пресса. Этап предварительной обтяжки листовой заготовки выполняется после полного охвата обтяжного пуансона. Затем разгрузка без освобождения детали из зажимов пресса и разгибание с разверткой поверхности оболочки на определенный угол, приводящий к получению изометрической формы поверхности оболочки по отношении к форме обтяжного пуансона. Этап последующей обтяжки выполняется с изометрической формы поверхности оболочки с угла разгибания за счет растяжения боковых свободных участков отформованной заготовки. Замыкающий этап выполняет обратное изгибание детали с полным охватом обтяжного пуансона до прилегания поверхности оболочки к поверхности обтяжного пуансона. В результате совмещение всех этапов формообразования на одном и том же обтяжном пуансоне и на одном и том же прессе с программным управлением типа FEKD позволяет получить оболочку минимальной разнотолщинности.In addition, there is a method of shaping thin sheet parts of shells of significant double curvature, having a "steep" biconvex shape by tightening [US Pat. 2573859 RF, IPC B21D 11/20, publ. 01/27/2016, Bull. No. 3]. In this method, three stages of shrink forming are performed one after the other on the same shrink punch and on the same FEKD type CNC press having a straight row of clamping devices on both sides of the press table. The pre-stretching step of the sheet blank is performed after the complete wrapping of the stretch punch. Then unloading without releasing the part from the clamps of the press and unbending with the development of the surface of the shell at a certain angle, resulting in obtaining an isometric shape of the surface of the shell in relation to the shape of the tight punch. The stage of subsequent tightening is performed from the isometric shape of the shell surface from the angle of extension due to the stretching of the lateral free sections of the molded blank. The closing stage performs reverse bending of the part with full coverage of the tight punch until the shell surface adjoins the surface of the tight punch. As a result, the combination of all the stages of shaping on the same stretching punch and on the same press with program control of the FEKD type makes it possible to obtain a shell of minimal thickness variation.
Поэтому предлагается новая схема формообразования обтяжкой длинномерных деталей оболочек незначительной двойной кривизны, при которой первоначально выполняется формообразование листовой заготовки с зажимами, выставленными прямолинейно. Предварительный поперечный изгиб листовой заготовки за счет установки секционных губок пресса по второй кривизне в соответствии с контурами торцов обтяжного пуансона не выполняется. Классический порядок ведения процесса формообразования обтяжкой длинномерных деталей оболочек незначительной двойной кривизны оболочки изменен.Therefore, a new scheme is proposed for shaping long-length parts of shells of slight double curvature by tightening, in which the shaping of a sheet blank is initially performed with clamps set straight. Preliminary transverse bending of the sheet blank due to the installation of sectional jaws of the press along the second curvature in accordance with the contours of the ends of the tight punch is not performed. The classical order of conducting the process of shaping long-length parts of shells with a slight double curvature of the shell has been changed.
Была поставлена задача разработать такой способ, который позволит значительно уменьшить неравномерность деформации растяжения, как в продольном, так и в поперечном направлении листовой заготовки. Кроме того, способ позволит получить длинномерную деталь оболочки незначительной двойной кривизны минимальной разнотолщинности за один переход. The task was to develop such a method that would significantly reduce the unevenness of tensile deformation, both in the longitudinal and transverse directions of the sheet blank. In addition, the method will make it possible to obtain a long-length part of the shell of insignificant double curvature of the minimum thickness difference in one transition.
Рассмотрим порядок ведения процесса формообразования по новой схеме обтяжки длинномерных деталей оболочек незначительной двойной кривизны с помощью компьютерного приложения системы управления для виртуального отображения реального растяжно-обтяжного пресса РО-630-11 с учетом его кинематических особенностей. Левые и правые зажимы смонтированы на зажимных плитах, которые предварительно выполняют наклон с помощью цилиндров поворота, обеспечивая обертку листовой заготовки вокруг формообразующего контура обтяжного пуансона при движении стола пресса вверх на определенную величину. Затем включаются растяжные цилиндры, которые занимают стационарно горизонтальное положение в левой и правой базовых каретках пресса РО-630 (фиг. 1 – Основные рабочие цилиндры растяжения и стола пресса, левая и правая базовые каретки, левая и правая поворотные зажимные плиты с установленными дискретными зажимными устройствами, цилиндры установки зажимов по контуру и цилиндры поворота зажимной плиты пресса РО-630).Let us consider the procedure for conducting the shaping process according to a new scheme for tightening long-length parts of shells of slight double curvature using a computer application of a control system for virtual display of a real RO-630-11 stretching and stretching press, taking into account its kinematic features. The left and right jaws are mounted on clamp plates that are pre-tilted by the pivot cylinders to wrap the sheet stock around the forming contour of the stretch punch when the press table moves up a certain amount. Then the stretching cylinders are turned on, which occupy a stationary horizontal position in the left and right base carriages of the RO-630 press (Fig. 1 - The main working cylinders of the stretching and the press table, the left and right base carriages, the left and right rotary clamping plates with installed discrete clamping devices , cylinders for setting clamps along the contour and cylinders for turning the clamping plate of the RO-630 press).
В дополнение к этому, имеется графический интерфейс пользователя, который включает управление и позиционирование каждым рабочим органом виртуального растяжно-обтяжного пресса. Был выбран вариант способа, имеющий цикловую диаграмму шаговых движений основных и вспомогательных рабочих цилиндров растяжно-обтяжного пресса РО-630 (фиг. 2 – Цикловая диаграмма шаговых движений основных и вспомогательных рабочих цилиндров пресса).In addition to this, there is a graphical user interface that includes control and positioning of each working body of the virtual stretcher. A variant of the method was chosen that has a cyclic diagram of step movements of the main and auxiliary working cylinders of the stretching press RO-630 (Fig. 2 - Cycle diagram of step movements of the main and auxiliary working cylinders of the press).
На цикловой диаграмме отсутствуют первоначальная установка листовой заготовки в прямолинейно расположенные дискретные зажимные устройства. Другие первоначальные установки на цикловой диаграмме присутствуют, и они обозначены. Например, для зажимной плиты: [0] – исходное положение вертикальное; [1] – наклонное установочное положение; для стола пресса с обтяжным пуансоном, 0 – нулевое положение стола пресса, когда вершина обтяжного пуансона, лежащая на формообразующем контуре, имеет «плотное» касание с горизонтально расположенным листом в зажимных устройствах, для дискретных зажимов: [0] – исходное прямолинейное расположение; [1] - криволинейное установочное положение и для растяжных цилиндров: 0 – горизонтальное положение и выдвинутый плунжер на расстояние, обеспечивающее первоначальную установку листовой заготовки в прямолинейно расположенные дискретные зажимные устройства, где нами обозначены точки на поверхности листовой заготовки для идентификации результатов значений толщины (фиг. 3 – Обозначенные нами точки на поверхности листовой заготовки для идентификации результатов значений деформации и толщины полученной оболочки).In the cycle diagram, there is no initial installation of the sheet blank in rectilinearly arranged discrete clamping devices. Other initial settings are present on the cycle diagram and are labeled. For example, for a clamping plate: [0] – initial position is vertical; [1] – inclined installation position; for a press table with a tight punch, 0 is the zero position of the press table, when the top of the tight punch lying on the shaping contour has a “tight” touch with a horizontally located sheet in the clamping devices, for discrete clamps: [0] – initial straight-line arrangement; [1] - curvilinear mounting position and for stretching cylinders: 0 - horizontal position and extended plunger to a distance that ensures the initial installation of the sheet blank in rectilinear discrete clamping devices, where we marked points on the surface of the sheet blank to identify the results of thickness values (Fig. 3 - The points we marked on the surface of the sheet blank to identify the results of the deformation values and the thickness of the resulting shell).
Первое шаговое движение (из состояния 1 в состояние 2) (фиг. 4) – включаются повороты левой и правой зажимных плит в установочное состояние [1] и движение стола вверх до значения 540 мм для обеспечения обертки листовой заготовки по формообразующему контуру обтяжного пуансона. Листовая заготовка остается принудительно плоской с прямолинейно расположенными дискретными зажимными устройствами пресса изгибается в продольном направлении, обеспечивая обертку листовой заготовки по формообразующему контуру обтяжного пуансона, за счет подъема стола пресса и поворота обоих зажимных плит. При этом прямолинейные концы листовой заготовки примут направление по касательной к поверхности схода формообразующего контура с обоих торцов обтяжного пуансона. The first step movement (from
Второе шаговое движение (из состояния 2 в состояние 3) (фиг. 5) – включаются растяжные гидроцилиндры в момент окончания поворота зажимной плиты и движения стола вверх. Растяжение листовой заготовки до значения 38 мм в направлении по касательной к поверхности схода формообразующего контура с обоих торцов обтяжного пуансона обеспечивает пластическую конфигурацию средней части листовой заготовки по второй кривизне обтяжного пуансона, фиксируя продольную кривизну и увеличивая зону пластической деформации в центральной части листовой заготовки. На этом участке листовой заготовки пластическая деформация практически охватывается ее ширину с сохранением местоположения без локализации деформации утонения. The second step movement (from
Третье шаговое движение (из состояния 3 в состояние 4) (фиг. 6) – происходит опускание стола и разгрузка листовой заготовки. На этом шаге за счет изометрического распрямления оболочковой детали, которое приводит к увеличению поперечной кривизны в ее центральной части и при растяжении листовой заготовки за счет работы растяжных гидроцилиндров до значения 73 мм значительно растягиваются боковые участки листовой заготовки (фронтальные и задние линии), при этом центральная линия не растягивается. В результате этого эффекта пластически конфигурируется поперечная кривизна и наблюдается сближение значений толщины листовой заготовки в поперечном направлении.The third step movement (from
Четвертое шаговое движение (из состояния 4 в состояние 5) (фиг. 7) – включаются цилиндры для установки левых и правых дискретных зажимов по соответствующим контурам в установочное состояние [1]. На схеме представлено нормализованное значение от 0 до 1, при этом общий угол поворота зажимов левой базе пресса составляет 63 градуса, а на правой базе пресса - 78 градусов. Такие повороты зажимов на зажимных плитах необходимо выполнить для изометрической распрямленной оболочковой детали до подъема стола пресса вверх. Растяжные цилиндры не работают. The fourth step movement (from
Пятое шаговое движение (из состояния 5 в состояние 6) (фиг. 8) –включается движение стола вверх до значения 540 мм, растяжные цилиндры не работают. Увеличивается градиент растяжения листовой заготовки по центральной линии с сохранением границ зоны пластической деформации без сползания в сторону зажимов, снижая вероятность обрыва листовой заготовки на одном из свободных ее участков между краем пуансона и зажимами пресса. Значения эквивалентной пластической деформации в средней части листовой заготовки подтверждает получение геометрической формы оболочки при соответствующей кривизне. Обеспечивается плотный прижим угловых частей листовой заготовки к поверхности обтяжного пуансона.Fifth step movement (from
Шестое шаговое движение (из состояния 6 в состояние 7) (фиг. 9) – включаются растяжные цилиндры до значения 128 мм при положении стола пресса при значении 540 мм. В результате листовая заготовка, получившая на предыдущих шагах полную пластическую конфигурацию, испытывает пластическое растяжение прижатых на пятом шаге угловых частей и калибровочную доводку соответствия поверхности отформованной оболочки поверхности обтяжного пуансона, т.е. полностью ложился на обтяжной пуансон.The sixth step movement (from
Одним из основных требований, предъявляемых к этому способу, является раздельное и последовательное осуществление шаговых движений пресса в приведенной последовательности формообразования и сопровождаемых разгрузкой для изометрического распрямления оболочковой детали без ее освобождения из зажимов пресса. One of the main requirements for this method is the separate and sequential implementation of step movements of the press in the given sequence of shaping and accompanied by unloading for isometric straightening of the shell part without releasing it from the press clamps.
Этот процесс можно довести до равномерного деформирования всех участков поверхности детали в окрестностях точек, обозначенных на листовой заготовке (фиг. 3), что приводит к получению детали оболочки минимальной разнотолщинности. Предложенный способ реализуется на растяжно-обтяжном прессе РО-630 после его модернизации и разработке компьютерного приложение системы управления для виртуального отображения реального растяжно-обтяжного пресса с учетом его кинематических особенностей.This process can be brought to uniform deformation of all parts of the surface of the part in the vicinity of the points indicated on the sheet blank (Fig. 3), which leads to obtaining a part of the shell of minimal thickness variation. The proposed method is implemented on the stretching press RO-630 after its modernization and the development of a computer application for a control system for virtual display of a real stretching press, taking into account its kinematic features.
Сопоставимый анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что способ формообразования обтяжкой длинномерных деталей оболочек незначительной двойной кривизны, имеющие двояковыпуклую пологую форму, отличается от известных тем, что выполняются в определенной последовательности шаговые движения растяжно-обтяжном прессе РО-630 при первоначальной установке зажимов пресса для обтяжки прямолинейной листовой заготовки и эффекта изометрического распрямления оболочковой детали. Однако, в отличие от прототипа, способ формообразования обтяжкой длинномерных деталей оболочек незначительной двойной кривизны, имеющие двояковыпуклую пологую форму, позволяет получить оболочковую деталь минимальной разнотолщинности. Таким образом, заявляемый способ соответствует критерию «изобретательский уровень». A comparable analysis of the proposed solution with the prototype shows that the method of shaping long-length parts of shells of slight double curvature, having a biconvex flat shape, differs from the known ones in that step movements are performed in a certain sequence on the RO-630 stretching and tightening press during the initial installation of the press clamps for tightening rectilinear sheet blank and the effect of isometric straightening of the shell part. However, unlike the prototype, the method of shaping long-length parts of shells of slight double curvature, having a biconvex flat shape, allows to obtain a shell part of minimal thickness difference. Thus, the proposed method meets the criterion of "inventive step".
Данный способ используется для формообразования обтяжкой длинномерных деталей оболочек незначительной двойной кривизны, имеющие двояковыпуклую пологую форму с углами охвата 2α к до 30º. Проверка предлагаемого способа формообразования обтяжкой выполнена моделированием методом конечных элементов в программном комплексе ANSYS/LS-DYNA. В центре внимания рассматриваются исследования, проводимые методом конечных элементов при моделировании процессов формообразования обтяжкой листовой заготовки по обтяжному пуансону, размещенного на столе виртуального растяжно-обтяжного пресса РО-630-11. This method is used for shaping long-length parts of shells with slight double curvature, having a biconvex flat shape with wrapping angles of 2 α to 30º. The verification of the proposed method of shaping by shirring was carried out by finite element modeling in the ANSYS/LS-DYNA software package. The focus is on studies carried out by the finite element method in modeling the processes of shaping a sheet blank by a tight punch placed on the table of a virtual stretching and stretching press RO-630-11.
Главная цель моделирования процесса формообразования обтяжкой оболочек двойной кривизны - подобрать технологический шаговый режим формообразования листа с минимизацией отбраковки и максимизацией степени формовки при допустимом уровне утонения листовой заготовки. Моделирование процесса методом конечных элементов проводился по обтяжному пуансону, с поверхностью, ориентированной относительно линий кривизн и размещенного на столе виртуального растяжно-обтяжного пресса, что приводит к симметрии при формообразовании обтяжкой.The main goal of modeling the process of shaping by skinning of double curvature shells is to select the technological step mode of sheet shaping with minimization of rejection and maximization of the degree of forming at an acceptable level of thinning of the sheet blank. The modeling of the process by the finite element method was carried out on a tight punch, with a surface oriented relative to the lines of curvature and a virtual stretching press placed on the table, which leads to symmetry in the forming of a tight punch.
Первоначальным этапом в моделировании процесса является подготовка геометрических моделей элементов, участвующих в формообразовании обтяжкой: листовой заготовки; обтяжного пуансона и оболочки двойной кривизны в программном пакете LS-DYNA. Исходные данные этих элементов были получены с предприятия. Листовая заготовка из алюминиевого сплава 1163РДМВ, толщиной 1,5 мм и размерами в плане 1880х10500 мм. При моделировании выбранного варианта способа формообразования обтяжкой придерживались той последовательности шаговых движений, определяемых последовательностью и значениями перемещений рабочих органов обтяжного пресса РО-630 как в цикловой диаграмме (фиг. 2). Анализ результатов моделирования планировался для проверки их эффективности основной цели в понимании достижения минимальной разнотолщинности. The initial stage in modeling the process is the preparation of geometric models of the elements involved in the shaping of the close-fitting: sheet blank; stretched punch and shell of double curvature in the software package LS-DYNA. The initial data of these elements was received from the enterprise. Sheet blank made of aluminum alloy 1163RDMV, 1.5 mm thick and 1880x10500 mm in plan. When modeling the selected variant of the method of shaping with a tight fit, the same sequence of step movements was followed, determined by the sequence and values of the movements of the working bodies of the tight press RO-630 as in the cycle diagram (Fig. 2). An analysis of the simulation results was planned to test their effectiveness of the main goal in understanding the achievement of minimum thickness variation.
Для визуализации результатов распределения деформации и толщины в характерных или выбранных точках поверхности листа (фиг. 3) в зависимости от термической обработки и условий трения, характеризуемых коэффициентами: 0,08; 0,10 и 0,20. Разнотолщинность относится к случаю, когда образец листового материала из сплава 1163 проходил сокращенный низкий отжиг 360° при выдержке 30 минут и охлаждался в воде. Все образцы вырезались в направлении прокатки листа. Механические характеристики образцов составили: предел прочности – 155 МПа; предел текучести – 40 МПа; равномерное удлинение – 6,69%; показатель упрочнения n=0.386 касательный модуль – 440,2 МПа и коэффициенты анизотропии µ21 = 0,293, µ12 = 0,328 и µ1=0,361. Листовой материал из сплава 1163 после указанного отжига имеет характеристики, которые несколько отличны от характеристик этого же сплава, но прошедшие другие режимы отжига. Более низкий предел текучести, завышенный касательный модуль и показатель упрочнения. Кроме того, условие трения при низком коэффициенте: 0,08.To visualize the results of the distribution of deformation and thickness at characteristic or selected points of the sheet surface (Fig. 3) depending on the heat treatment and friction conditions, characterized by coefficients: 0.08; 0.10 and 0.20. The variation in thickness refers to a case where a sample of 1163 alloy sheet material underwent a 360° reduced low anneal at a 30 minute soak and was cooled in water. All specimens were cut in the sheet rolling direction. The mechanical characteristics of the samples were: tensile strength - 155 MPa; yield strength - 40 MPa; uniform elongation - 6.69%; hardening index n = 0.386 tangential modulus - 440.2 MPa and anisotropy coefficients µ 21 = 0.293, µ 12 = 0.328 and µ 1 = 0.361. Sheet material from alloy 1163 after the specified annealing has characteristics that are somewhat different from the characteristics of the same alloy, but passed through other modes of annealing. Lower yield strength, higher tangent modulus and hardening index. In addition, the friction condition at low coefficient: 0.08.
Однако результаты распределения толщин оболочки после обтяжки листового материала в исходном состоянии и после низкого и высокого отжига расходятся только в тысячных долях миллиметра. При этом режимы низкого и высокого отжигов, в том числе и отжиг листа из сплава 1163, обеспечивающий условия его поставки, берутся из диапазона, рекомендованного в справочнике ВИАМ. А влияние трения на величину избыточной деформации листовой заготовки в районе схода с обтяжного пуансона сказывается незначительно. However, the results of the distribution of the shell thicknesses after the shearing of the sheet material in the initial state and after low and high annealing diverge only in thousandths of a millimeter. In this case, the modes of low and high annealing, including the annealing of the 1163 alloy sheet, which ensures the conditions for its delivery, are taken from the range recommended in the VIAM reference book. And the effect of friction on the amount of excessive deformation of the sheet blank in the region of the exit from the tight punch has little effect.
В качестве реологической модели материала листовой заготовки была использована трехпараметрическая ЕPD-модель Барлата (3-Parameter BarlatModel) - модель, применяющаяся для моделирования алюминиевого листового материала с учетом анизотропии свойств в условиях плоского напряжённого состояния. Характер изменения деформации и толщины оболочки в ее характерных точках, приведенные на фиг. 10 в направлении условных единиц времени (у. е. в.) расчета по предлагаемой схеме указывают на полную кинематическую управляемость процессом формообразования обтяжкой длинномерных деталей оболочек незначительной двойной кривизны, имеющие двояковыпуклую пологую форму, минимальной разнотолщинности. As a rheological model of the material of a sheet blank, a three-parameter EPD-Barlat Model (3-Parameter BarlatModel) was used - a model used to model aluminum sheet material, taking into account the anisotropy of properties in a plane stress state. The nature of the change in the deformation and thickness of the shell at its characteristic points, shown in Fig. 10 in the direction of conventional units of time (c.u.) of the calculation according to the proposed scheme indicate the complete kinematic controllability of the process of shaping the long-length parts of shells of slight double curvature, having a biconvex sloping shape, of minimum thickness difference.
Это указывает на то, что выбранный нами способ формообразования обтяжкой длинномерных деталей оболочек незначительной двойной кривизны, имеющие двояковыпуклую пологую форму, более оптимизирован за счет подбора кинематической схемы управления параметрами рабочих органов растяжно-обтяжного пресса для того, чтобы снизить степень неравномерности деформации. Жесткость кинематической схемы формообразования обтяжкой обеспечивает высокую равномерность деформации растяжения листовой заготовки без признаков ее локализации. Уровень деформации растяжения при обтяжке оболочки достаточно низкий и не превышает 3,3%, т.к. геометрическая форма оболочки пологая с размерами в плане 1880х10500 мм х мм, а потребная деформация для второй кривизны составляет не более 1,6%, а полученная разнотолщинность составляет менее 1,0%. This indicates that the method we have chosen for shaping long-length parts of shells of slight double curvature, which have a biconvex flat shape, is more optimized by selecting a kinematic scheme for controlling the parameters of the working bodies of the stretch-bending press in order to reduce the degree of deformation unevenness. Rigidity of the kinematic scheme of shaping by shirring ensures high uniformity of sheet blank tensile deformation without signs of its localization. The level of tensile deformation during the tightening of the shell is quite low and does not exceed 3.3%, because the geometric shape of the shell is gently sloping with plan dimensions of 1880x10500 mm x mm, and the required deformation for the second curvature is no more than 1.6%, and the resulting thickness variation is less than 1.0%.
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2799365C1 true RU2799365C1 (en) | 2023-07-05 |
Family
ID=
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2949667A (en) * | 1958-02-27 | 1960-08-23 | Goodyear Aircraft Corp | Stretch forming of metal sheets provided with reenforcing ribs |
| SU659238A1 (en) * | 1977-03-04 | 1979-04-30 | Куйбышевский Ордена Трудового Красного Знамени Авиационный Институт Им. Академика С.П.Королева | Method of shaping double-curvature parts |
| SU707647A1 (en) * | 1977-04-11 | 1980-01-05 | Куйбышевский Ордена Трудового Красного Знамени Авиационный Институт Им. Академика Королева | Method of pulling-over at shaping double-curvature parts |
| RU2272690C1 (en) * | 2004-08-09 | 2006-03-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Sheet blank stretching method |
| RU2573859C2 (en) * | 2014-01-28 | 2016-01-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева (национальный исследовательский университет)" (СГАУ) | Shaping of convexo-convex shell thin-sheet parts by stretch-wrap forming |
| US11033947B2 (en) * | 2015-10-12 | 2021-06-15 | Tirnaform Limited | Method and apparatus for forming double curvature corrugated and surface textured panels |
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2949667A (en) * | 1958-02-27 | 1960-08-23 | Goodyear Aircraft Corp | Stretch forming of metal sheets provided with reenforcing ribs |
| SU659238A1 (en) * | 1977-03-04 | 1979-04-30 | Куйбышевский Ордена Трудового Красного Знамени Авиационный Институт Им. Академика С.П.Королева | Method of shaping double-curvature parts |
| SU707647A1 (en) * | 1977-04-11 | 1980-01-05 | Куйбышевский Ордена Трудового Красного Знамени Авиационный Институт Им. Академика Королева | Method of pulling-over at shaping double-curvature parts |
| RU2272690C1 (en) * | 2004-08-09 | 2006-03-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Sheet blank stretching method |
| RU2573859C2 (en) * | 2014-01-28 | 2016-01-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева (национальный исследовательский университет)" (СГАУ) | Shaping of convexo-convex shell thin-sheet parts by stretch-wrap forming |
| US11033947B2 (en) * | 2015-10-12 | 2021-06-15 | Tirnaform Limited | Method and apparatus for forming double curvature corrugated and surface textured panels |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10022766B2 (en) | Press forming method and method of manufacturing press-formed part | |
| CN106294949A (en) | A kind of rapid shaping method for designing of spinal orthosis | |
| Lawanwong et al. | Double-action bending for eliminating springback in hat-shaped bending of advanced high-strength steel sheet | |
| KR102579287B1 (en) | Bending processing method | |
| RU2799365C1 (en) | Method for shaping long-dimensional parts of double-curvature shells having a double-convex slow shape by stretch forming | |
| Wanintradul et al. | Hemming process with counteraction force to prevent creepage | |
| NZ239378A (en) | Methods for developing surface contour of tooling for age forming aluminium alloys to produce a desired complex contour | |
| CN108246845A (en) | Titanium alloy plate isothermal bending process optimization method | |
| Gronostajski et al. | W-temper forming of B-pillar from 7075 aluminum alloy | |
| US6675624B2 (en) | Method and device for producing a double-curved sheet-like object by means of stretch-forming | |
| Zhu et al. | Experimental and theoretical study of constant curvature multi-square punch forming process of strips under follower load | |
| CN114309261B (en) | Progressive forming bending method for hyperboloid metal plate | |
| Heo et al. | Shape error compensation in flexible forming process using overbending surface method | |
| JP4289480B2 (en) | Straightening method to obtain steel plate with good shape with little variation in residual stress | |
| CN109622682A (en) | Springback compensation method in a kind of heating bending process | |
| WO2014054527A1 (en) | Plate forming method and plate forming device | |
| RU2545863C2 (en) | Multiprocess drawing of box part from sheet blank | |
| Mikheev et al. | The clamps of sheet blank movement trajectory simulation under the shell part stretch forming process | |
| Zhongqin et al. | Study on the drawbead setting of the large deformation area in a trunk lid | |
| RU2200639C2 (en) | Method for determining boundary conditions at shaping bent metallic parts | |
| CN112059032B (en) | Method for improving plate forming limit based on gradient performance | |
| CN217748789U (en) | Bilateral quick bending device | |
| US11313010B2 (en) | Method of forming parts from sheet metal | |
| Wang et al. | Finite element analysis and deformation homogeneity optimization of constrained groove pressing | |
| Mikheev et al. | Research on the influence of deformable sheet aluminum alloy rheological behavior on stretch forming process limits |