Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ВЫРУБКИ ЗАГОТОВОК ДЛЯ ШТАМПОВКИ КРУПНОГАБАРИТНЫХ ПАНЕЛЕЙ ИЗ РУЛОНА ТОНКОЛИСТОВОЙ НИЗКОУГЛЕРОДИСТОЙ СТАЛИ (ВАРИАНТЫ)

Изобретение относится к листовой штамповке и может быть использовано для штамповки различных панелей из листовых материалов, преимущественно для вырубки крупных заготовок сложной конфигурации из рулона тонколистовой низкоуглеродистой стали для последующего изготовления из этих заготовок пространственных крупногабаритных кузовных панелей автомобилей, тракторов, сельхозмашин, бытовой и другой техники на прессах простого, двойного и тройного действий, а также на многопозиционных прессах-автоматах.

Известен традиционный способ однорядной отрезки от широкого рулона, рулона, ленты или полосы заготовки прямоугольной конфигурации с размерами, соответствующими развертке готовой пространственной панели в плане с учетом особенностей пластического деформирования заготовки и технологического припуска на полуфабрикате при штамповке этой панели. Этот способ отрезки заготовок опубликован в книге: Романовский В.П. Справочник по холодной штамповке. - С.-Пб.: Машиностроение, 1979, с. 285, рис. 251, а. Далее из этой прямоугольной заготовки осуществляют многооперационную штамповку сложной пространственной панели по технологии, описанной в книге: Технология изготовления автомобильных кузовов: Учебное пособие для машиностроительных техникумов / Под общей редакцией Д.В. Горячего. - 2-е изд., перераб. и доп.- М.: Машиностроение, 1990, табл. 1, с. 41.

Недостатком известного способа отрезки заготовок является то, что после отрезки заготовки прямоугольной конфигурации и последующей штамповки из нее пространственной панели велики отходы, за счет которых излишне увеличиваются норма расхода материала на одну панель и себестоимость изготовления панели. Кроме того, при вытяжке крупногабаритных пространственных кузовных панелей, например левого и правого передних крыльев легкового или грузового автомобиля, углы такой прямоугольной заготовки ухудшают условия вытяжки крыльев, что приводит к разрывам заготовки на операции вытяжки, снижению точности панели, нестабильности процесса вытяжки и остановке автоматической линии штамповки для наладки процесса и ликвидации разрывов заготовки.

Известен способ малоотходной вырубки заготовки из ленты, широкого рулона или полосы по патенту RU №2295414, МПК B21D 28/06, приоритет от 18.07.2005, в котором заготовки вырубают при помощи цилиндрического пуансона со скошенной гранью. Недостаток технического решения в этом патенте заключается в наличии отхода, отрезка которого усложняет и снижает стойкость штампа для вырубки заготовок, этот отход сложно удалять со штампа для вырубки заготовок, отход снижает коэффициент использования материала при штамповке заданной панели.

Технической задачей изобретения является расширение технических возможностей при осуществлении процесса листовой штамповки.

Указанный технический результат достигается за счет того, в первом варианте способа вырубки заготовок для штамповки крупногабаритных панелей из рулона тонколистовой низкоуглеродистой стали, включающего последовательную с определенным шагом, заданным подающим устройством раскройной линии, производят вырубку заготовки в штампе, установленном на прессе этой раскройной линии, при этом после подачи рулона листового материала на шаг за каждый ход пресса при помощи первого, считая в направлении подачи рулона листового материала, и второго ножей штампа вырубают без отхода первую заготовку первым ножом по первой кривой, с определенным геометрией штампуемой из этой заготовки панели и переменным вдоль кривой радиусом кривизны, и вторым ножом по второй кривой, с определенным геометрией штампуемой из этой заготовки панели и переменным вдоль кривой радиусом кривизны, от сторон рулона тонколистовой низкоуглеродистой стали с центрами этих первой и второй кривых в двух точках пересечения этих первой и второй кривых горизонтальной оси симметрии рулона листового материала, острые углы между касательной в точке пересечения этих первой и второй кривых и сторонами рулона превышает 3°, первая часть первой кривой обращена выпуклостью в направлении подачи рулона листового материала, а первая часть второй кривой вогнута по отношению к направлению подачи рулона, другая часть первой кривой симметрична и зеркально отражена от первой части этой первой кривой относительно вертикальной оси, проходящей через центр этой первой кривой, и симметрична и зеркально отражена относительно горизонтальной оси симметрии рулона тонколистовой низкоуглеродистой стали, другая часть второй кривой симметрична и зеркально отражена от первой части этой второй кривой относительно вертикальной оси, проходящей через центр этой второй кривой, симметрична и зеркально отражена относительно горизонтальной оси симметрии рулона тонколистовой низкоуглеродистой стали, причем одновременно с вырубкой первой заготовки вторым ножом штампа отрезают от рулона тонколистовой низкоуглеродистой стали без отхода вторую заготовку, подобную первой заготовке и заходящую по горизонтали внутрь первой заготовки, причем вторую кривую второй заготовки получают от первого ножа штампа на предыдущем ходе пресса, при этом в центре первой кривой касательная к первой части этой первой кривой совпадает с касательной к другой части этой первой кривой, а в центре второй кривой касательная к первой части этой второй кривой совпадает с касательной к другой части этой второй кривой.

Во втором варианте способа вырубки заготовок из рулона тонколистовой низкоуглеродистой стали для штамповки крупногабаритных панелей, включающего последовательную с определенным шагом, заданным подающим устройством раскройной линии производят вырубку заготовки в штампе, установленном на прессе этой раскройной линии, при этом после подачи рулона листового материала на шаг за каждый ход пресса при помощи первого, считая в направлении подачи рулона листового материала и второго ножей штампа вырубают без отхода первую заготовку первым ножом по первой кривой, с определенным геометрией штампуемой из этой заготовки панели и переменным вдоль кривой радиусом кривизны, и вторым ножом по второй кривой, с определенным геометрией штампуемой из этой заготовки панели и переменным вдоль кривой радиусом кривизны от сторон рулона тонколистовой низкоуглеродистой стали с центрами этих первой и второй кривых в двух точках пересечения этих первой и второй кривых горизонтальной оси симметрии рулона листового материала, при этом касательные в точках пересечения этих первой и второй кривых от сторон рулона тонколистовой низкоуглеродистой стали ортогональны этим сторонам рулона листового материала, первая часть первой кривой и первая часть второй кривой вогнуты по отношению к направлению подачи рулона тонколистовой низкоуглеродистой стали, другая часть первой кривой симметрична и зеркально отражена от первой части этой первой кривой относительно вертикальной оси, проходящей через центр этой первой кривой и симметрична и зеркально отражена относительно горизонтальной оси симметрии рулона тонколистовой низкоуглеродистой стали, другая часть второй кривой симметрична и зеркально отражена от первой части этой второй кривой относительно вертикальной оси, проходящей через центр этой второй кривой и симметрична и зеркально отражена относительно горизонтальной оси симметрии рулона тонколистовой низкоуглеродистой стали, причем одновременно с вырубкой первой заготовки вторым ножом штампа отрезают от рулона тонколистовой низкоуглеродистой стали без отхода вторую заготовку, подобную первой заготовке и заходящую по горизонтали внутрь первой заготовки, причем вторую кривую второй заготовки получают от первого ножа штампа на предыдущем ходе пресса, при этом в центре первой кривой касательная к первой части этой первой кривой совпадает с касательной к другой части этой первой кривой, а в центре второй кривой касательная к первой части этой второй кривой совпадает с касательной к другой части этой второй кривой.

В третьем варианте способа вырубки заготовок для штамповки крупногабаритных панелей из рулона тонколистовой низкоуглеродистой стали, включающего последовательную с определенным шагом, заданным подающим устройством раскройной линии, вырубку заготовки в штампе, установленном на прессе этой раскройной линии, при этом после подачи рулона листового материала на шаг за каждый ход пресса при помощи первого, считая в направлении подачи рулона листового материала, и второго ножей штампа вырубают без отхода первую заготовку первым ножом по первой дуге окружности, с определенным геометрией штампуемой из этой заготовки панели радиусом, и вторым ножом по второй дуге окружности, с определенным геометрией штампуемой из этой заготовки панели радиусом, от сторон рулона тонколистовой низкоуглеродистой стали с центрами этих первой и второй дуг окружности в двух точках пересечения этих первой и второй дуг окружности горизонтальной оси симметрии рулона листового материала, касательные в точках пересечения этих первой и второй дуг окружности сторон рулона листового материала ортогональны этим сторонам рулона листового материала, центры первых дуг окружностей располагают на первой стороне рулона тонколистовой низкоуглеродистой стали, а центры других дуг окружностей располагают на другой стороне рулона тонколистовой низкоуглеродистой стали, первая часть первой дуги окружности и первая часть другой дуги окружности обращены вогнутостью в направлении подачи рулона тонколистовой низкоуглеродистой стали, другая часть первой дуги окружности симметрична и зеркально отражена от первой части этой первой дуги окружности относительно вертикальной оси, проходящей через центр этой первой дуги окружности и симметрична и зеркально отражена относительно горизонтальной оси симметрии рулона тонколистовой низкоуглеродистой стали, другая часть второй дуги окружности симметрична и зеркально отражена от первой части этой второй дуги окружности относительно вертикальной оси, проходящей через центр этой второй дуги окружности и симметрична и зеркально отражена относительно горизонтальной оси симметрии рулона тонколистовой низкоуглеродистой стали, причем одновременно с вырубкой первой заготовки вторым ножом штампа отрезают от рулона тонколистовой низкоуглеродистой стали без отхода вторую заготовку, подобную первой заготовке и заходящую по горизонтали внутрь первой заготовки, причем вторую дугу окружности второй заготовки получают от первого ножа штампа на предыдущем ходе пресса, при этом в центре первой дуги окружности касательная к первой части этой первой дуги окружности совпадает с касательной к другой части этой первой дуги окружности, а в центре второй дуги окружности касательная к первой части этой второй дуги окружности совпадает с касательной к другой части этой второй дуги окружности.

В четвертом варианте исполнения способа вырубки заготовок для штамповки крупногабаритных панелей из рулона тонколистовой низкоуглеродистой стали, включающего последовательную с определенным шагом, заданным подающим устройством раскройной линии, вырубку заготовки в штампе, установленном на прессе этой раскройной линии, при этом после подачи рулона листового материала на шаг за каждый ход пресса при помощи первого, считая в направлении подачи рулона листового материала, и второго ножей штампа вырубают без отхода первую заготовку первым ножом по двум первым линиям и вторым ножом - по двум вторым линиям от сторон рулона листового материала с центрами этих первой и второй линий в двух точках пересечения этих первой и второй линий горизонтальной оси симметрии рулона тонколистовой низкоуглеродистой стали, причем линии строят как участки аналитической кривой относительно оси симметрии рулона листового материала, первая часть первой аналитической кривой и первая часть второй аналитической кривой вогнуты по отношению к направлению подачи рулона листового материала, другая часть первой аналитической кривой симметрична и зеркально отражена от первой части этой первой аналитической кривой относительно вертикальной оси, проходящей через центр этой первой аналитической кривой и симметрична и зеркально отражена относительно горизонтальной оси симметрии рулона тонколистовой низкоуглеродистой стали, другая часть второй аналитической кривой симметрична и зеркально отражена от первой части этой второй аналитической кривой относительно вертикальной оси, проходящей через центр этой второй аналитической кривой, и симметрична и зеркально отражена относительно горизонтальной оси симметрии рулона тонколистовой низкоуглеродистой стали, причем одновременно с вырубкой первой заготовки вторым ножом штампа отрезают от рулона тонколистовой низкоуглеродистой стали без отхода вторую заготовку, подобную первой заготовке и заходящую по горизонтали внутрь первой заготовки, причем вторую аналитическую кривую второй заготовки получают от первого ножа штампа на предыдущем ходе пресса, при этом в центре первой аналитической кривой касательная к первой части этой первой аналитической кривой совпадает с касательной к другой части этой первой аналитической кривой, а в центре второй аналитической кривой касательная к первой части этой второй аналитической кривой совпадает с касательной к другой части этой второй аналитической кривой.

Заготовки из листового материала в виде рулона, ленты или полосы отрезают по данному способу при помощи оснастки, ножей, штампа с пуансоном и матрицей на прессах или прессах-автоматах, на ножницах, на лазерной, плазменной и других установках.

Сущность технического решения характеризуется фиг. 1-4, на которых показаны варианты способа вырубки заготовок из рулона тонколистовой низкоуглеродистой стали, далее рулона, при различных параметрах линий вырубки. Рулон обозначен позицией 1, а вырубленные из него две заготовки - позициями 2 и 3.

По 1-му варианту на оборудовании в виде раскройной линии с прессом и установленным на прессе штампом для отрезки заготовок от рулона способ осуществляется следующим образом. Рулон 1 шириной b и с продольной осью симметрии "х" на расстоянии b/2 от сторон рулона подают на рабочую поверхность штампа. После подачи этого рулона 1 на шаг t за каждый ход пресса при помощи первого, считая в направлении подачи рулона, и второго ножей штампа вырубают без отхода первую заготовку 2 первым ножом по первой кривой ABC, с определенным геометрией штампуемой из этой заготовки панели и переменным вдоль кривой радиусом кривизны, и вторым ножом по второй кривой DEF, с определенным геометрией штампуемой из этой заготовки панели и переменным вдоль кривой радиусом кривизны, от сторон рулона 1 с центрами этих первой и второй кривых в двух точках В, Е пересечения этих первой ABC и второй DEF кривых горизонтальной оси "х" симметрии рулона.

Острые углы α и β между касательной в точке пересечения этих первой и второй кривых сторон рулона должны быть больше α_lim для исключения нежелательного затягивания прилегающих к точкам А, С и D, F углов заготовки в зазор между ножами со снижением стойкости ножей и потерей точности размеров заготовки. Проведенными на производстве экспериментами установлено, что для основных применяемых в автомобилестроении тонколистовых низкоуглеродистых сталей величина предельного угла α_lim составляет 3°.

Часть АВ первой кривой ABC и часть EF второй кривой DEF обращены выпуклостью в направлении подачи рулона.

Вторую часть ВС первой кривой ABC строят сначала как симметричное и зеркальное отражение на плоскость рулона первой части АВ этой первой кривой ABC относительно вертикальной оси, проходящей через центр В этой первой кривой, а затем как симметричное и зеркальное отражение относительно горизонтальной оси "х" симметрии рулона. Вторую часть DE второй кривой DEF строят сначала как симметричное и зеркальное отражение первой части EF этой второй кривой DEF относительно вертикальной оси, проходящей через центр Е этой второй кривой DEF, а затем как симметричное и зеркальное отражение относительно горизонтальной оси "х" симметрии рулона.

Одновременно с вырубкой первой заготовки 2, вторым ножом штампа отрезают от рулона 1 без отхода вторую заготовку 3, подобную первой заготовке 2 и заходящую по горизонтали внутрь этой первой заготовки 2, причем вторую кривую GHI второй заготовки 3 получают от первого ножа штампа на предыдущем ходе пресса.

Для повышения стойкости ножей штампа в центре В первой кривой ABC касательная к первой части АВ этой первой кривой ABC совпадает с касательной к другой части ВС этой первой кривой ABC, а в центре Е второй кривой DEF касательная к первой части EF этой второй кривой DEF совпадает с касательной к другой части DE этой второй кривой DEF.

При повороте первой заготовки 2 по часовой или против часовой стрелки на 180° она полностью совпадает со второй заготовкой 3.

Параметры линий вырубки заготовок и шаг подачи рулона определяют по результатам расчетов, экспериментов и моделирования операций штамповки заданной панели из различных конфигураций заготовки в компьютерной системе Marc корпорации MSC Software (США), в программе AutoForm фирмы AutoForm (Швейцария) и других программах, а затем уточняют на производстве при отладке штампа для вытяжки полуфабриката панели из этой заготовки.

Аналогично способ реализуется при подаче как слева направо, так и справа налево, а также при использовании ленты, рулона или полосы вместо рулона.

По сравнению с отрезкой по одной прямоугольных заготовок длиной Т, определяемой геометрией штампуемой из этой заготовки панели, шаг t вырубки двух заготовок 2 и 3 по данному способу уменьшают на величину "а" захода контура предыдущей заготовки внутрь контура последующей заготовки и рассчитывают по формуле:

а=2T-t.

Следующие две заготовки вырубают после подачи рулона по отношению к штампу на шаг t, который рассчитывают по приведенной формуле:

t=2T-a.

Данный способ применим и на оборудовании, на котором перемещается штамп по отношению к неподвижному рулону, и на оборудовании, на котором перемещается рулон по отношению к неподвижному штампу, и на оборудовании, на котором перемещаются и штамп, и рулон.

Возможность экономии материала по данному способу может быть реализована при штамповке таких кузовных панелей легковых и грузовых автомобилей, как передние левое и правое крылья, для которых имеется возможность вписывать часть контура следующей на широком рулоне заготовки в предыдущую заготовку. После вырубки первую заготовку штабелируют в первую пачку, а вторую заготовку штабелируют во вторую пачку. Если заготовки вырубают для штамповки передних левого и правого крыльев, симметричных и зеркально расположенных относительно плоскости симметрии автомобиля, то из первой пачки заготовок штампуют переднее левое крыло, а вторую пачку переворачивают в кантователе заготовительного производства и используют для штамповки переднего правого крыла. Аналогично по данному способу вырубают заготовки для штамповки других крупногабаритных кузовных панелей.

По 2-му варианту способа (фиг. 2) после подачи рулона 1 на шаг t за каждый ход пресса при помощи первого и второго ножей установленного на прессе штампа вырубают без отхода первую заготовку 2 первым ножом по первой кривой ABC, с определенным геометрией штампуемой из этой заготовки панели и переменным вдоль кривой радиусом кривизны, и вторым ножом по второй кривой DEF, с определенным геометрией штампуемой из этой заготовки панели и переменным вдоль кривой радиусом кривизны, от сторон рулона 1 с центрами этих первой и второй кривых в двух точках В, Е пересечения этих первой ABC и второй DEF кривых горизонтальной оси "х" симметрии рулона. Для повышения стойкости ножей штампа касательные в точках А, С и D, F пересечения этих первой ABC и второй DEF кривых сторон рулона ортогональны другим сторонам рулона. Остальные параметры определяют по результатам расчетов, экспериментов и компьютерного моделирования операций штамповки заданной панели из различных конфигураций заготовки и уточняют при отладке штампа для вытяжки полуфабриката панели из этой заготовки.

По 3-му варианту способа (фиг. 3) после подачи рулона 1 на шаг t за каждый ход пресса при помощи первого и второго ножей установленного на прессе штампа вырубают без отхода первую заготовку 2 первым ножом по первой выпуклой дуге окружности АВ и вогнутой дуге окружности ВС, с определенным геометрией штампуемой из этой заготовки панели радиусом R₁, и вторым ножом по второй выпуклой дуге окружности EF и вогнутой дуге окружности DE, с определенным геометрией штампуемой из этой заготовки панели радиусом R₂, от сторон рулона 1 с центрами этих первых ABC и вторых DEF дуг окружностей в двух точках В, Е пересечения этих первых ABC и вторых DEF дуг окружностей горизонтальной оси "х" симметрии рулона. Для повышения стойкости ножей штампа касательные в точках А, С и D, F пересечения этих первых ABC и вторых DEF дуг окружностей сторон рулона ортогональны этим сторонам рулона, центры первых дуг окружностей АВ и EF лежат на первой стороне рулона, а центры других дуг окружностей ВС и DE лежат на другой стороне рулона. Остальные параметры определяют по результатам расчетов, экспериментов и компьютерного моделирования операций штамповки заданной панели из различных конфигураций заготовки и уточняют при отладке штампа для вытяжки полуфабриката панели из этой заготовки.

По 4-му варианту способа (фиг. 4) после подачи рулона 1 на шаг t за каждый ход пресса при помощи первого и второго ножей установленного на прессе штампа вырубают без отхода первую заготовку 2 первым ножом по первой линии АВ и первой линии ВС и вторым ножом по линии EF и линии DE от сторон рулона 1 с центрами этих первой ABC и второй DEF линий в двух точках В, Е пересечения этих первой ABC и второй DEF линий горизонтальной оси "х" симметрии рулона, причем линии АВ и ВС, DE и EF являются участками аналитической кривой, в том числе, эллипса, овала, гиперболы выше и ниже оси "х" симметрии рулона. Остальные параметры определяют по результатам расчетов, экспериментов и компьютерного моделирования операций штамповки заданной панели из различных конфигураций заготовки и уточняют при отладке штампа для вытяжки полуфабриката панели из этой заготовки.

Для всех вариантов, по сравнению с известными способами вырубки прямоугольных заготовок, по данному способу вырубку по две фигурных заготовок производят без отходов с заходом контура предыдущей заготовки внутрь контура последующей заготовки, за счет чего уменьшается шаг подачи рулона тонколистовой низкоуглеродистой стали и достигается экономия листового материала на 7…15%.

Техническим результатом использования изобретения является повышение точности панелей после их штамповки из вырубленных заготовок и, в целом, происходит повышение производительности штамповки со снижением процента брака и себестоимости изготовления листоштампованных панелей.