Отбортовка диаметр. Способ отбортовки отверстий в листовой заготовке. Схема для расчета отбортовки изделия. Усилие для отбортовки цилиндрическим пуансоном. Формовка

Использование: изобретение относится к обработке металлов давлением, а именно к отбортовке отверстий в листовых заготовках, и может быть использовано в авиационной, судостроительной и других отраслях промышленности. Сущность изобретения: на матрицу устанавливают листовую заготовку с предварительно просеченным отверстием. Сверху на листовую заготовку устанавливают технологическую накладку также с просеченным предварительно отверстием, меньшим, чем в заготовке, на две толщины накладки, и выполненную из более пластичного материала равной или большей толщины листовой заготовки. После чего с наружной поверхности технологическую накладку прижимают к листовой заготовке по периметру прижимом, выставляют пуансон и включают индуктор, посредством которого листовая заготовка в зоне ее деформирования нагревается, и движением пуансона вниз с усилием P производят отбортовку отверстия. Положительный эффект: в результате реализации данного способа были получены детали с отбортовкой отверстий большой высоты из труднодеформируемых материалов. 2 ил.

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, а именно к отбортовке отверстий в листовой заготовке, и может быть использовано в авиационной, судостроительной и других отраслях промышленности. Известен способ отбортовки отверстий (авт. св. SU N 210803, B 21 D 19/08), при котором осаживают металл в зоне отхода заготовки и вырезают отверстия, причем заготовку устанавливают на образец, изготовленный из материала более прочного, чем материал заготовки, и осаживают их совместно. Недостатком известного способа является применение больших усилий деформации, т. к. процесс осуществляется без нагрева, и, как следствие, происходит быстрый износ штамповой оснастки и оборудования. Особенно это относится к изготовлению деталей из труднодеформируемых материалов. Известен способ отбортовки отверстий в листовой заготовке (авт.св. SU N 1297967, B 21 D 19/08, от 23.03.87), принятый в качестве прототипа и включающий размещение на матрице листовой заготовки с предварительно выполненным отверстием, ее нагрев в зоне деформирования индуктором, установленным со стороны заготовки, и отбортовку пуансоном. Недостатком прототипа является сложность отбортовки отверстий с большой высотой борта в листовых заготовках из труднодеформируемых материалов. Предлагаемое изобретение направлено на расширение технологических возможностей за счет обеспечения получения деталей из листовых заготовок, изготовленных из труднодеформируемых материалов, с отбортовкой отверстий с большой высотой борта. Это достигается тем, что в способе отбортовки отверстий в листовой заготовке, включающем размещение на матрице листовой заготовки с предварительно выполненным отверстием, ее нагрев в зоне деформирования индуктором, установленным со стороны заготовки, и отбортовку пуансоном, в отличие от прототипа используют технологическую накладку, прижатую к заготовке по периметру со стороны наружной поверхности, имеющей отверстие, меньше, чем в заготовке, на две толщины технологической накладки, выполненной из более пластичного материала и установленной со стороны пуансона. При таком расположении и выполнении технологической накладки и индуктора происходит следующее. При движении пуансона вниз с усилием P сначала происходит отбортовка отверстия в технологической накладке, что предотвращает трение пуансона о кромки листовой заготовки. Кроме того, так как технологическая накладка выполнена из более пластичного материала толщиной, равной или большей толщины заготовки, и с отверстием, меньшим, чем в заготовке, на две толщины технологической накладки, она менее подвержена разрушению. В первоначальный момент происходит отгиб борта в отверстии технологической накладки, а это оказывает давление на торец отверстия листовой заготовки вдоль нее, что предотвращает разрушение отверстия по торцу самой листовой заготовки. Расположение индуктора со стороны листовой заготовки также влияет положительно на процесс деформирования, так как нагреву подвергается в первую очередь зона деформации листовой заготовки. Все это в совокупности позволяет осуществлять отбортовку отверстий с большой высотой борта в листовых заготовках из труднодеформируемых материалов. Сущность изобретения поясняется графическими материалами, где на фиг. 1 представлен общий вид устройства для отбортовки отверстий в листовой заготовке; на фиг. 2 - то же после отбортовки. Реализацию способа осуществляют следующим образом. На матрицу 1 устанавливают листовую заготовку 2 с предварительно просеченным отверстием. Сверху на листовую заготовку устанавливают технологическую накладку 3 также с просеченным предварительно отверстием, меньшим, чем в заготовке, на две толщины технологической накладки, и выполненную из более пластичного материала с толщиной, равной или большей толщины листовой заготовки. После чего с наружной поверхности технологическую накладку прижимают с усилием F к листовой заготовке по периметру прижимом 4, выставляют пуансон 5 и включают индуктор 6, посредством которого листовая заготовка в зоне ее деформирования нагревается, и движением пуансона вниз с усилием P производят отбортовку отверстий. Предложенный способ был опробован на листовой заготовке из титанового сплава ВТ20 толщиной 1,0 мм. В качестве технологической накладки применен титановый сплав ОТ4 толщиной 1,5 мм. В листовой заготовке и технологической накладке были выполнены предварительные отверстия диаметрами 40 мм и 37 мм соответственно. Листовая заготовка подвергалась нагреву до 950 o C, а технологическая накладка - до 800 o C. При этом высота борта отверстия в листовой заготовке была получена размером 15 мм. В результате реализации данного способа были изготовлены детали с отбортовкой отверстий с большой высотой борта из труднодеформируемых материалов.

Формула изобретения

Способ отбортовки отверстий в листовой заготовке, включающий размещение на матрице листовой заготовки с предварительно выполненным отверстием, ее нагрев в зоне деформирования индуктором, установленным со стороны заготовки и отбортовку пуансоном, отличающийся тем, что используют технологическую накладку с предварительно выполненным в ней отверстием, размещают ее на листовой заготовке со стороны пуансона и прижимают к ней по периметру со стороны наружной поверхности, а отбортовку листовой заготовки осуществляют совместно с технологической накладкой, при этом технологическую накладку выполняют из более пластичного материала, чем материал листовой заготовки и толщиной, равной или превышающей толщину листовой заготовки, отверстие выполняют меньшим, чем в листовой заготовке на две толщины технологической накладки.

Похожие патенты:

Изобретение относится к обработке металлов давлением, а именно к способам отбортовки отверстий, и может быть использовано при изготовлении осесимметричных полых изделий с отверстием в донной части. Способ включает вырубку плоской кольцевой заготовки, последующую отбортовку отверстия до достижения предельно допустимой деформации на кромке отверстия. Затем удаляют упрочненный материал краевой части отверстия полуфабриката разверткой и осуществляют окончательную отбортовку до получения готового изделия. Расширяются технологические возможности. 2 ил.

Изобретение относится к области термической обработки и может быть использовано для изготовления сварного конуса на трубе, например, при производстве винтовых свай. Установка включает станину, на которой установлен с возможностью вращения посредством привода шпиндель, выполненный с возможностью размещения и фиксации внутри него трубной заготовки, механизм загиба секторов, установленный на шпинделе, режущий инструмент для раскроя секторов на конце трубной заготовки, сварочный инструмент для сварки секторов между собой с образованием конуса и механизм перемещений упомянутых инструментов. Использование изобретения позволяет упростить процесс изготовления конуса на трубе. 2 ил.

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, а именно к отбортовке отверстий в листовой заготовке, и может быть использовано в авиационной, судостроительной и других отраслях промышленности

Использование: область обработки металлов давлением. Сущность: способ отбортовки отверстий, при котором заготовку деформируют с одновременной обработкой очага деформации до пластического состояния электрическим током. При этом ток подают импульсами в центральную часть очага деформации на ширину обработки, равную 0,35 ... 0,45 диаметра отбортовываемого отверстия. 1 табл., 2 ил.

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, в частности к способам интенсификации операции отбортовки отверстий в листовых и трубчатых заготовках различных материалов, и может найти применение в авиационной и смежных с ней отраслях промышленности машиностроения. Из научно-технической литературы известно, что отбортовка отверстий это операция, часто применяемая в технологи производства деталей летательных аппаратов. Отбортовка применяется для образования борта по краям отверстий и по незамкнутому, но вогнутому контуру. В большинстве случаев изготавливаемые с помощью отбортовки борта представляют собой элементы жесткости листовых деталей или переходные элементы, применяемые для последующего соединения деталей в единую конструкцию. Увеличение предельных возможностей операции отбортовки отверстий листовых заготовок приводит к увеличению высоты изготавливаемых бортов и, следовательно, либо к увеличению жесткости изготавливаемых деталей при снижении их веса, что особо важно для деталей летательных аппаратов, либо к улучшению возможностей по применению различных методов соединения деталей. Таким образом, интенсификация операции отбортовки отверстий представляется весьма важной. Известен способ операции отбортовки отверстий основанный на изменении схемы напряженно-деформированного состояния в очаге деформации. Как известно, при традиционной схеме деформирования (отбортовка перемещающимся пуансоном) в очаге деформации возникает двухстороннее растяжение. При приложении сжимающего усилия к торцу отбортовываемого отверстия, в соответствии с описываемым способом интенсификации, за счет возникновения в радиальном направлении интенсивных сжимающих напряжений удается в значительной степени компенсировать влияние растяжения в тангенциальном направлении на процесс деформирования. Данный способ кроме существенного увеличения степеней формоизменения позволяет изготавливать борта без изменения толщины исходной заготовки. Среди недостатков способа интенсификации операции отбортовки следует отметить: значительное усложнение оснастки и увеличение затрат на ее производство, увеличение контактных напряжений, приводящее к уменьшению стойкости деталей штампа. Известен способ интенсификации операции отбортовки отверстий в соответствии с которым очаг деформации заготовки перед ее формоизменением нагревают до температур, соответствующих повышению пластических свойств деформируемых материалов. Причем нагрев выполняют дифференцированно. Вблизи кромки отверстия материал нагревают до больших температур, чем в зоне сопряжения борта со стенкой. Описываемый способ интенсификации позволяет повысить предельные возможности процесса формоизменения. Среди недостатков описанного способа следует указать: длительность цикла производства одной детали, обусловленная длительностью нагрева деталей штамповочной оснастки и собственно заготовки, значительность энергетических затрат. Решаемой задачей настоящего изобретения является повышение технологических возможностей операции отбортовки отверстий, повышение качества деталей и снижение производственных затрат. Указанная цель достигается тем, что в способе интенсификации операции отбортовки отверстий, включающем обработку очага деформации электрическим током до пластического состояния в плоскости листа в процессе ее деформирования, электрический ток подают импульсами в центральную часть очага деформации заготовки, на ширину обработки B обр. равную: B обр. =(0,35.0,45) D отв, где: D отв исходный диаметр отверстия. На фиг. 1 изображен фрагмент листа с отбортовываемым отверстием и схематическим изображением контактов и линий электрического тока обработки; на фиг. 2 зависимость коэффициента отбортовки от величины отношения ширины зоны обработки B обр к диаметру исходного отверстия D отв. При осуществлении данного способа обработки заготовок в процессе их деформирования реализуется модель неравномерной электроимпульсной обработки. Как уже отмечалось выше при реализации равномерной электроимпульсной обработки в радиальном направлении заготовок в процессе отбортовки отверстий кромка отверстия обрабатывается импульсным электрическим током только в начальный момент деформирования. В последующем, по мере увеличения зоны контакта заготовки с токопроводящим пуансоном, кромка отверстия ведется током не обрабатывается и не пластифицируется. При реализации модели неравномерной обработки током в плоскости листа центральные части заготовки между токопроводящими элементами 1 обрабатываются с максимальной интенсивностью, о чем свидетельствует графическое изображение линий тока 2. Интенсивность обработки кромок отверстий 3 при этом еще более возрастает за счет дополнительной концентрации тока, обусловленной "сгибанием" током "препятствия", в роли которого выступает само отверстие. Краевые же части заготовки обрабатываются за счет рассеяния линий тока с уменьшением интенсивности обработки по мере удаления от токовыводящих элементов. Таким образом обрабатываемость отбортовываемого отверстия 3 не зависит от степени прилегания к пуансону и осуществляется за счет "затекания" тока, объясняемого неравномерностью электроимпульсной обработки. Реализация данного способа при образовании бортов по краям отверстий или по незамкнутому, но разработку в целях повышения пластических свойств материалов и восстановления их ресурса пластичности в процессе всего этапа деформирования, что приводит к повышению степени формоизменения. Пример. При экспериментальном определении эффективности предлагаемого способа операции отбортовки производилось сравнение предельных степеней формоизменения деталей, изготовленных в соответствии с прототипом и изготовленных в соответствии с формулой предполагаемого изобретения. В качестве параметра для сравнения принималась величина коэффициента отбортовки k отб, определяемая как отношение диаметра исходного отверстия D отв к диаметру полученного борта D б. Электроимпульсная обработка заготовок в процессе их деформирования выполнялось от источника импульсного тока, в состав которого входили: понижающий трансформатор мощностью 250 кВт; прерыватель тока сварочного типа, используемый для регулирования в широких пределах энергетических и временных параметров тока обработки. Для изменения энергетических и временных параметров тока обработки применялся запоминающий осциллограф С8-13 и измерительный трансформатор тока. Деформирование заготовок из различных материалов осуществлялось на гидравлическом прессе с максимальным усилием 300 кН. Специально сконструированная и изготовленная экспериментальная оснастка со сменными пуансоном и матрицей позволяла производить деформирование заготовок в соответствии с обоими сравниваемыми способами. Применение токопроводящих электроизолированных друг от друга пуансона и матрицы обеспечивало возможность осуществления процесса деформирования в соответствии со способом, принятым за прототип. Применение пуансона, матрицы и прижима из изоляционных термостойких материалов со встроенными в прижим электроконтактами позволяло деформировать материалы по способу, предлагаемому в формуле изобретения. Причем при деформировании заготовок в соответствии с предлагаемым изобретением за счет применения разноразмерных токопроводящих прокладок обеспечивалась возможность варьирования зоной обработки током и, следовательно, варьирования степенью неравномерности электроимпульсной обработки. Для соответствия экспериментальных данных, полученных по обоим схемам деформирования, формоизменение осуществлялось конусными пуансонами с углом конусности 30. Эффективность предлагаемого способа интенсификации операции отбортовки выявлялась в процессе деформирования заготовок из сплавов: Д16М, В95М, 12Х18Н10Т, ОЕ4. Толщина листовых заготовок из всех исследуемых сплавов составляла 2 мм. Отверстия в заготовках получали сверлением с последующей зачисткой кромок. Соотношения величин коэффициентов отбортовки, полученных при деформации в соответствии со способом, принятым за прототип и в соответствии с предлагаемым изобретением, приведены в таблице. Из анализа данных, приведенных в таблице, следует, что применение электроимпульсной обработки материалов в процессе их деформирования, осуществляемое в соответствии с существом настоящего изобретения, позволяет в среднем на 35% уменьшить величину коэффициента отбортовки и, следовательно, существенно увеличить предельные возможности операции по отношению к способу обработки заготовок импульсным током в процессе их формоизменения, принятым за прототип. Это однозначно свидетельствует о преимуществах данного способа интенсификации операции отбортовки по отношению к способу, принятому за прототип, и подтверждает цели, описанные в отличительной части формулы изобретения. Для определения оптимальной величины зоны обработки импульсным электрическим током производилась отбортовка отверстий с варьированием в широких пределах шириной контактов токопроводов. Для этого в экспериментах применялись равноразмерные токопроводящие прокладки. При применении этих прокладок величина зоны обработки изменялась от B обр 0,25 D отв до B обр 0,7 D отв с шагом B 0,05 D отв. Эксперименты проводились на всех перечисленных выше материалах. В качестве параметра сравнения также как и ранее использовалась величина коэффициента отбортовки k отб. Результаты, полученные в данной части описываемых экспериментальных исследований для алюминиевого сплава Д16М, приведены на фиг. 2. Из анализа зависимости коэффициента отбортовки k отб от величины отношения B обр /D отв, определяющем зону обработки импульсного сплава Д16М в процессе ее деформирования при осуществлении операции отбортовки отверстий (фиг. 2), можно сделать следующие выводы: при уменьшении зоны обработки импульсным электрическим током и, следовательно, увеличении неравномерности обработки очага деформации наблюдается уменьшение коэффициента отбортовки, что свидетельствует об увеличении предельных степеней формоизменения; минимальные значения коэффициента отбортовки принимают при обработке зон заготовки, соответствующих ширине B обр (0,25.0,45) D отв; при величине зоны обработки B обр импульсным током меньше 0,35 от диаметра исходного отверстия под отбортовку D отв из-за значительных концентраций тока около контактов наблюдается интенсивный материал заготовки, приводящий к возникновению пригаров, прожогов и других неустранимых поверхностных дефектов (штриховая часть линии на фиг. 2). Таким образом нецелесообразно при выполнении операции отбортовки отверстий уменьшить зону обработки импульсным электрическим током B обр меньше величины 0,35 от диаметра исходного отверстия D отв. Результаты экспериментальных исследований по определению оптимальной зоны обработки импульсным электрическим током заготовок из других перечисленных выше материалов при отбортовке на них отверстий полностью аналогичны приведенным выше для алюминиевого сплава В16М, поэтому они, как и выводы по ним, не приводятся. Приведенные выше экспериментальные исследования подтверждают предлагаемый в формуле изобретения диапазон зон электроимпульсной обработки листовых заготовок в процессе отбортовки на них отверстий. Изобретение применимо в аэрокосмической промышленности и смежных с ней отраслях машиностроения.

d 0 =A-K(r M +S/2)-2ft,

где!)! - наружной диаметр борта; г м - радиус закругления мат­рицы; S - толщина заготовки; h- высота борта.

Обжим(рис. 17.46, б)- уменьшение периметра поперечного сечения полой заготовки. В очаге деформации толщина стенки изделия несколько увеличивается. Во избежание образования продольных складок в обжимаемой части необходимо соблюдать коэффициент обжима

К=~- = 1,2 ...1,4,

где £ заг, d m - диаметр заготовки и детали.

Холодную листовую штамповку осуществляют в основном на кривошипных прессах. По технологическому признаку механи­ческие прессы разделяют на прессы простого, двойного и трой­ного действия (соответственно одно-, двух- и трехползунные). Кинематическая схема кривошипного листоштамповочного прес­са простого действия во многом аналогична схеме кривошипного горячештамповочного пресса.

Пресс двойного действия (рис. 17.47) предназначен для глу­бокой вытяжки крупных деталей. Он имеет два ползуна - внут­ренний 3 с приводом от кривошипа и наружный 2 с приводом от кулачков 1, закрепленных на валу. Вначале наружный ползун обгоняет внутренний и прижимает фланец заготовки к матрице. Во время вытяжки пуансоном, закрепленным на внутреннем ползуне, наружный ползун неподвижен. По окончании вытяжг ки ползуны поднимаются.

Рис. 17.47. Схема однокривошипного пресса двойного действия

Для холодной штамповки крупногабаритных изделий исполь­зуют гидравлические прессы.

В качестве инструмента при холодной листовой штамповке используют штампы. Они состоят из блоков деталей и рабочих частей - матриц и пуансонов. Рабочие части непосредственно деформируют заготовку. Детали блока (верхняя и нижняя плиты, направляющие колонки и втулки) служат для опоры, направле­ния и крепления рабочих частей штампа. По технологическому признаку различают штампы простого, последовательного и со­вмещенного действия.

В штампе простого действия(рис. 17.48) за один ход ползу­на выполняется одна операция, поэтому его называют одноопера- ционным. Нижней плитой штамп устанавливают на стол пресса и крепят к нему болтами и скобами, верхнюю плиту небольших штампов крепят к ползуну с помощью хвостовика, а верхнюю плиту крупных штампов крепят к ползуну так же, как и ниж­нюю плиту, к столу пресса. Полосу или ленту подают в штамп между направляющими линейками до упора, который ограни­чивает шаг подачи полосы или ленты. Для снятия высечки с пу­ансона служит съемник.

В штампе последовательного действияза один ход ползуна выполняют одновременно две или больше операций в различных позициях, а заготовка после каждого хода пресса перемещается на шаг подачи. На рис. 17.49 представлена схема штампа по­следовательного действия для пробивки и вырубки. За каждый ход пресса происходит подача заготовки до упора 1, затем пуан­сон 3 пробивает отверстие в заготовке, а пуансон 2 при следую­щем ходе пресса производит вырубку детали.

В штампе совмещенного действия(рис. 17.50) за один ход пол­зуна пресса две и более операции выполняются в одной позиции без перемещения заготовки в направлении подачи. При движении

ползуна вниз пуансон 5 и матрица 8 производят вырубку заготов­ки из полосы 6, а пуансон 7 - одновременно вытяжку изделия в матрице 5. Последовательность операций вытяжки обозначе­ны на рисунке позициями 10...12.

Штампы последовательного n совмещенного действия назы­вают многооперационными. Они производительнее одноопера- ционных, но сложнее и дороже в изготовлении. Их используют в крупносерийном и массовом производстве.

Полезная модель относиться к области обработки металлов давлением, а именно к холодной штамповке заготовок из листа, и может быть использовано для увеличения высоты борта при изготовлении деталей с цилиндрическим бортом. Устройство для отбортовки содержит цилиндрический пуансон с участком радиусного скругления к плоскому торцу, матрицу, прижим и нижний прижим, при этом диаметр плоского торца пуансона выполнен с размером, определяемым по зависимости: где d 0 - диаметра отверстия в заготовке, [К om ] - придельное значение коэффициента отбортовки (меньше единицы), нижний прижим имеет зону радиусного скругления, охватывающую радиусное скругление пуансона, с величиной радиуса, равным R=R n +S 0 где R n - радиус пуансона, a S 0 - толщина заготовки. Центр кривизны радиусной зоны прижима смещен относительно центра радиусного скругления пуансона в горизонтальном направлении от оси штампа на расстояние, величина которого определяется по зависимости: где d - диаметр борта детали, а d 0 - исходный диаметр отверстия в заготовке, k=1,05..1,15 - коэффициент, характеризующий увеличение пластичности материала на кромке деформируемого отверстия в результате приложения к ней дополнительных сжимающих напряжений. Илл.3

Полезная модель относиться к области обработки металлов давлением, а именно к холодной штамповке заготовок из листа, и может быть использовано при изготовлении полых деталей с высоким бортом.

Известна конструкция оснастки для отбортовки, в которой заготовка с отверстием предварительно полностью отбортовывается, а затем осуществляют выворот борта, воздействуя одновременно на торец борта и кольцевую часть заготовки, примыкающую к борту заготовки (АС 1817720, МПК В 21 D 22/00, опубл. 1993.05.23). Создание осевого и радиального сжимающих напряжений на торец отбортовываемой заготовки повышает пластичность металла и позволяет увеличивать высоту борта по сравнению с обычной отбортовкой.

Недостатком данной оснастки является ее сложность. При реализации данного способа на прессах штамповая оснастка сильно усложняется из-за необходимости обеспечения требуемых перемещений независимых элементов штампа в процессе деформирования.

Наиболее близким по технической сути к заявляемой конструкции, которая принята за прототип, является конструкция оснастки, которая состоит из отбортовочного пуансона, имеющего зону радиусного скругления, плоского прижима, отбортовочной матрицы и нижнего прижима, расположенного под отбортовочным пуансоном (АС №275986, МПК B 21 d 19/06, опубл. 1970.01.01). Для увеличения допустимой степени деформации, на кромке отверстия с помощью нижнего прижима и отбортовочного пуансона создают сжимающие напряжения, параллельные оси штампа. В результате сжатия кромки отверстия между коническими поверхностями нижнего прижима и отбортовочного пуансона, в последней возникают

сжимающие напряжения, повышающие пластичность металла, что повышает предельные возможности процесса.

Недостатком конструкции является то, что при изготовлении цилиндрического борта, на заключительном этапе процесса деформирования, заготовка выходит из контакта с нижним прижимом. Нижний прижим перестает создавать сжимающие напряжения на кромке. В результате этого в ней опять изменяется схема напряженного состояния на одноосное растяжение. Поскольку к этому моменту пластичность металла уже исчерпана (величина коэффициента отбортовки превышает предельное значение), то на кромке отверстия происходит разрушении заготовки.

Кроме этого, прикладывая сжимающие напряжения с самого начала процесса отбортовки, возрастают радиальные напряжения в зоне радиусного скругления отбортовочного пуансона и разрушение заготовки начинает происходить в виде отрыва дна (подобно процессу вытяжки). Это не позволяет достичь больших степеней деформации по процессу в целом. В начальный момент деформирования заготовки силы трения от нижнего прижима вредны.

Задачей изобретения является повышение предельного коэффициента отбортовки при относительной простоте конструкции штамповой оснастки.

Поставленная задача решается за счет того, что в устройстве для отбортовки, содержащем цилиндрический пуансон с участком радиусного скругления к плоскому торцу, матрицу, прижим и нижний прижим, диаметр плоского торца пуансона выполнен с величиной, определяемой по зависимости:

где d 0 - диаметра отверстия в заготовке, [К om ] - предельное значение коэффициента отбортовки, нижний прижим имеет зону радиусного скругления, охватывающую радиусное скругление пуансона, с величиной радиуса, равным

где R n - радиус пуансона, a S 0 - толщина заготовки, при этом центр кривизны радиусной зоны нижнего прижима смещен относительно центра радиусного скругления пуансона в горизонтальном направлении от оси штампа на расстояние, величина которого определяется по зависимости:

где d - диаметр борта детали, a d 0 - исходный диаметр отверстия в заготовке, k=1.05-1.10 - коэффициент, характеризующий увеличение пластичности материала на кромке деформируемого отверстия в результате приложения к ней дополнительных сжимающих напряжений.

Заявляемое устройство поясняется чертежом, где на фигуре 1 показано устройство в исходном положении, на фигуре 2 показано положение устройства в момент, когда нижний прижим воздействует на кромку отбортовываемого отверстия, создавая на ней сжимающие напряжения. На фигуре 3 показано устройство на заключительной стадии процесса отбортовки.

Устройство состоит из пуансона 1, имеющего радиусное скругление от цилиндрической стенки к плоскому торцу, прижима 2, который прижимает заготовку 3 к матрице 4. Под отбортовочным пуансоном расположен нижний прижим 5, имеющий зону радиусного скругления, охватывающую зону скругления пуансона для отбортовки 1.

Устройство работает следующим образом.

Заготовка 1, имеющая отверстие с диаметром d o устанавливается на матрицу 4 и прижимается к ней прижимом 2. После этого начинается рабочий ход пуансона 1. Пуансон имеет плоский торец с величиной диаметра, равным d. При рабочем ходе пуансона начинается

формообразование борта с увеличением диаметра отбортовываемого отверстия. Процесс осуществляется как обычная отбортовка. Величина диаметра плоского торца пуансона определяется по зависимости

где d 0 - диаметра отверстия в заготовке, - предельное значение коэффициента отбортовки.

Наличие коэффициента (0,8-0,9) можно рассматривать как коэффициент запаса, который предохраняет заготовку от разрушения в процессе отбортовки, пока еще нижний прижим не воздействует на кромку отбортовываемого отверстия. Величина предельного коэффициента отбортовки определяется по справочной литературе (например, Романовский В.П. Справочник по холодной штамповке. - Л. Машиностроение, 1979, стр.221, таблица 111).

При дальнейшем рабочем ходе пуансона 1, когда диаметр отбортовываемого отверстия увеличился до величины d (исчерпаны возможности металла при простой отбортовке), на кромке заготовки для дальнейшего деформирования необходимо создавать сжимающие напряжения. Эти напряжения создаются в результате того, что кромка заготовки сжимается между пуансоном 1 и нижним прижимом 5.

То есть, при достижении диаметром отверстия величины, близкой к наибольшему размеру, который можно получить при отбортовке отверстия без участия в процессе деформирования нижнего прижима, осуществляется сжатие кромки заготовки между пуансоном и нижним прижимом. При этом все усилие прижима сконцентрировано на небольшом участке вблизи кромки отверстия, что позволяет изменить схему напряженного состояния кромки заготовки с линейного растяжения на плоскую разноименную схему, без избыточного деформирования материала, и с минимальным усилием деформирования.

Наличие сжимающего напряжения на кромке увеличивает пластичность металла, позволяет увеличить предельную деформацию за переход и изготовить борт увеличенной высоты.

Для того, чтобы обеспечить воздействие нижнего прижима и пуансона на кромку заготовки в процессе всего последующего процесса деформирования заготовки, нижний прижим выполнен с зоной радиусного закругления, охватывающей зону радиусного скругления пуансона для отбортовки.

В ходе дальнейшего осуществления процесса кромка отверстия заготовки находясь под давлением сосредоточенном на небольшом участке, приложенным со стороны пуансона, перемещается между пуансоном и нижним прижимом до момента полного формообразования, который наступает, когда кромка отверстия заготовки перемещается на цилиндрический участок пуансона.

В тот момент, когда кромка заготовки переместится на цилиндрический участок пуансона, деформация растяжения на кромке прекращается, и следовательно, разрушения заготовки уже не произойдет.

Для того, чтобы сжимающие напряжения образовывались лишь на кромке отбортовываемого отверстия, а не по всему очагу деформации, форма инструмента должна обеспенчивать сжатие заготовки лишь по кромке. Для этого центры кривизны зон радиусного скругления отбортовочного пуансона и нижнего прижима выполнены со смещением в горизонтальном направлении от оси штампа на величину

где d - диаметр борта детали, a d 0 - исходный диаметр отверстия в заготовке, k=1,05..1,15 - коэффициент, характеризующий увеличение пластичности материала на кромке деформируемого отверстия в результате приложения к ней дополнительных сжимающих напряжений.

Устройство для отбортовки отверстия, содержащее плоский прижим, матрицу, отбортовочный пуансон с радиусным скруглением перехода к плоскому торцу и нижний прижим, расположенный под отбортовочным пуансоном, отличающееся тем, что плоский торец пуансона выполнен с диаметром, равным величине d:

где d 0 - диаметр отверстия в исходной заготовке, [К om ] - предельный коэффициент отбортовки, нижний прижим имеет зону радиусного скруглениия, охватывающую радиусное скругление пуансона, с величиной радиуса R, равным:

где R n - радиус скругления пуансона, a S 0 - толщина исходной заготовки из листа;

при этом центр кривизны радиуса зоны скругления прижима смещен относительно центра радиусного скругления пуансона в горизонтальном направлении, от оси штампа, на расстояние, величина которого определяется по зависимости:

где d - диаметр борта детали, a d 0 - исходный диаметр отверстия в заготовке, k=1,05-1,10 - коэффициент, характеризующий увеличение пластичности материала на кромке деформируемого отверстия в результате приложения к ней дополнительных сжимающих напряжений.

металл отверстие штамповочный сверхпластичность

Отбортовка отверстий широко используется в штамповочном производстве, заменяя операции вытяжки с последующей вырубкой дна. Особенно эффективно применяется отбортовка отверстий при изготовлении деталей с большим фланцем, когда вытяжка затруднительна и требует нескольких переходов. В настоящее время путем отбортовки получают отверстия диаметром 3 ч 1000 мм и толщиной материала 0,3 ч 30 мм.

Под отбортовкой понимают операцию холодной листовой штамповки, в результате которой по внутреннему (внутренняя отбортовка) или наружному (наружная отбортовка) контуру заготовки образуется борт. В основном выполняют внутреннюю отбортовку круглых отверстий. Образование борта в этом случае осуществляется за счет вдавливания в отверстие матрицы части заготовки с предварительно или одновременно с отбортовкой пробитым отверстием. Схема отбортовки круглых отверстий показана на рисунке 2.1. Разновидностью отбортовки является отбортовка с утонением стенки.

Рисунок 2.1 - Схемы отбортовки круглых отверстий: а) сферическим пуансоном; б) цилиндрическим пуансоном

Отбортовку круглых отверстий выполняют сферическим (рисунок 2.1а ) или цилиндрическим пуансоном (рисунок 2.1б ). В последнем случае рабочий конец пуансона выполняют в виде фиксатора (ловителя), обеспечивающего центрирование заготовки по отверстию, с коническим переходом к рабочей части диаметра d п.

Деформация металла при отбортовке характеризуется следующими изменениями: удлинением в тангенциальном направлении и уменьшением толщины материала, о чем свидетельствует радиально-кольцевая сетка, нанесенная на заготовку (рисунок 2.2). Расстояния между концентрическими окружностями остаются без значительных изменений.

Рисунок 2.2 - Заготовка до и после отбортовки

Степень деформации при отбортовке отверстий определяется соотношением между диаметром отверстия в заготовке d и диаметром борта D или так называемым коэффициентом отбортовки:

К = d /D ,

где D определяется по средней линии (см. рисунок 2.2).

Если коэффициент отбортовки превышает предельную величину К пред, то на стенках борта образуются трещины.

Предельный для данного материала коэффициент отбортовки может быть аналитически рассчитан по формуле:

где h - коэффициент, определяемый условиями отбортовки;

d - относительное удлинение, определяемое из испытаний на растяжение.

Величина предельного коэффициента отбортовки зависит от следующих факторов:

1) характера обработки и состояния кромок отверстий (сверление или пробивка, наличие или отсутствие заусенцев);

2) относительной толщины заготовки s /D ;

3) рода материала и его механических свойств;

4) формы рабочей части пуансона.

Существует прямая зависимость предельно допустимого коэффициента отбортовки от относительной толщины заготовки, т. е. с уменьшением d /s величина предельно допустимого коэффициента отбортовки К пред уменьшается и увеличивается степень деформации. Кроме того, величина К пред зависит от способа получения отбортовываемого отверстия, что показано в таблице 2.1 для малоуглеродистой стали. В таблице 2.2 приведены предельные значения коэффициента отбортовки для цветных материалов.

Допустимая величина утонения стенки борта при отбортовке вследствие дефектов края отверстия (заусенцы, наклеп и т. п.) значительно ниже, чем величина поперечного сужения при испытании на растяжение. Наименьшая толщина у края борта составляет:

Таблица 2.1 - Расчетные значения К пред для малоуглеродистой стали

Расчет технологических параметров отбортовки круглых отверстий осуществляют следующим образом. Исходными параметрами являются внутренний диаметр D вн отбортованного отверстия и высота борта Н , заданные чертежом детали. По указанным параметрам рассчитывают требуемый диаметр d технологического отверстия.

Таблица 2.2 - Значения К пред для цветных металлов и сплавов

Для относительно высокого борта расчет диаметра d выполняют исходя из равенства объемов заготовки до и после отбортовки:

где D 1 = d п + 2(r м + s ).

В данной формуле геометрические параметры определяются согласно рисунку 2.1.

Для низкого борта расчет можно выполнять из условия обычной гибки в радиальном сечении:

d = D + 0,86r м - 2Н - 0,57s .

Затем проверяют возможность отбортовки за один переход. Для этого сравнивают коэффициент отбортовки (см. стр.14) с предельным значением К пред: К > К пред.

Усилие отбортовки круглых отверстий цилиндрическим пуансоном может быть приближенно определено по формуле

где s Т - предел текучести материала.

Характер изменения усилия при отбортовке показан на рисунке 2.3 в зависимости от формы очертания рабочей части пуансона.

Рисунок 2.3 - Диаграммы усилия и переходы отбортовки круглых отверстий при различной форме пуансона: а) криволинейной; б) сферической; в) цилиндрической