Способ изготовления сложной крупногабаритной цельноштампованной детали из сварной заготовки

Изобретение относится к листовой штамповке и может быть использовано в прессовых производствах различных отраслей народного хозяйства для изготовления сложных крупногабаритных цельноштампованных деталей из листовых материалов (металлов и неметаллов), преимущественно для изготовления сложных крупногабаритных цельноштампованных кузовных деталей автомобилей, тракторов, сельхозмашин, бытовой и другой техники на автоматизированных линиях.

Известны типичные технологические процессы штамповки сложных крупногабаритных кузовных деталей автомобилей и другой техники. Эти процессы широко применяются на автомобильных и других заводах и подробно описаны в многочисленной литературе, например:

1. Романовский В.П. Справочник по холодной штамповке. - С.-Пб.: Машиностроение, 1979, с. 165.

2. Нефедов А.П. Конструирование и изготовление штампов. М.: Машиностроение, 1973, с. 32, табл. 5.

3. Технология изготовления автомобильных кузовов / Под общ. ред. Д.В. Горячего. - 2-е изд. М.: Машиностроение, 1990, с. 41, табл. 1.

Традиционные технологические процессы штамповки сложных крупногабаритных кузовных деталей включают следующие основные операции штамповки:

вырубка плоской заготовки из цельного исходного листового материала (листа, полосы, ленты или рулона), который имеет одинаковую по поверхности толщину, в заготовительном отделении прессового производства;

гибка заготовки с целью получения полуфабриката с поверхностью, приближающейся к поверхности вытянутой детали, на отдельном прессе простого действия;

вытяжка полуфабриката на головном прессе двойного действия в линии прессов или на первой позиции мощного листоштамповочного многопозиционного автомата;

предварительная обрезка технологического припуска и пробивка отверстий на полуфабрикате на следующем в линии прессе простого действия;

правка всей формы полуфабриката;

окончательная обрезка технологического припуска, пробивка отверстий;

отбортовка фланцев по краям полуфабриката, правка отдельных участков и получение готовой детали.

Недостатком известных технологических процессов изготовления листоштампованных деталей из цельной заготовки одинаковой по поверхности толщины является завышенная масса таких деталей и, соответственно, завышенные расход листового проката и себестоимость изготовления таких деталей, так как в таких деталях из цельной заготовки одинаковой толщины технологически невозможно изменять толщину, прочность и жесткость отдельных участков детали в соответствии с требованиями функциональности этой детали в узле машины. Поэтому для таких известных технологических процессов конструкторы выбирают завышенную толщину и марку наиболее прочного листового материала, чтобы обеспечить необходимую прочность и жесткость детали в ее наиболее напряженных участках, в то время как во всех остальных участках поверхности детали завышенные толщина и прочность листа не нужны.

На производстве, например, при изготовлении крыши для кабин большегрузных автомобилей и подобной техники, ввиду отсутствия холоднокатаных листов больших размеров, известен технологический процесс, когда заготовку больших размеров сваривают встык из двух, трех и более листов одинаковой толщины и марки материала. Затем сварочный шов зачищают, и полученную таким образом сварную заготовку штампуют в традиционных штампах.

Недостатком штамповки детали из заготовки, сваренной из нескольких листов одинаковой толщины и марки материала, является невозможность изменять прочность и жесткость отдельных участков детали в соответствии с требованиями функциональности этой детали в узле изделия, что приводит к завышению массы такой детали.

Задачей изобретения является разработка способа изготовления сложной цельноштампованной детали из листовой заготовки, который дает возможность изменять прочность и жесткость отдельных участков детали в соответствии с требованиями функциональности этой детали в узле изделия и за счет этого повысить точность и качество, а также снизить массу детали и норму расхода материала на эту деталь.

Поставленная задача достигается тем, что в способе изготовления сложной крупногабаритной цельноштампованной детали, включающем получение сварной заготовки из листов, зачистку сварного шва, вырубку, гибку, вытяжку, обрезку, правку, пробивку и отбортовку с получением детали с напряженными участками, отличающемся тем, что заготовку получают из листов одной номинальной толщины и различных, по меньшей мере для двух листов, марок материала, соответствующих наименее и наиболее напряженным участкам детали, которые сваривают по трем линиям, из которых по одной, двум или трем прямым линиям, при этом наиболее напряженному участку соответствует лист, прочность, пластичность, сопротивление усталости и ударным нагрузкам которого превышают указанные параметры листов, соответствующих менее напряженным участкам детали.

В частных случаях получают замкнутую листовую заготовку: 1) из четырех листов с одним центральным отверстием с вырезами в свариваемых краях, образующими данное отверстие; 2) из четырех листов с двумя центральными отверстиями с вырезами в свариваемых краях, образующими отверстия в заготовке, причем линии сварки прерывают данными вырезами; 3) из четырех листов с образованием заготовки с двумя отверстиями, причем одно из отверстий вышеупомянутыми вырезами, а второе образуют вырезом внутри одного листа, а линии сварки прерывают вырезами в свариваемых краях заготовки; 4) из четырех листов с двумя отверстиями с двумя вырезами внутри одного листа, образующими отверстия в заготовке. Также получают: незамкнутую листовую заготовку из четырех листов с вырезами в свариваемых краях, причем линии сварки прерывают вырезами вышеупомянутых листов; незамкнутую сварную листовую заготовку из пяти листов с вырезами в свариваемых краях, при этом линии сварки прерывают вырезами вышеупомянутых листов. В качестве листов используют стальные или алюминиевые листы одинаковой номинальной толщины, но различных, хотя бы для двух из четырех или пяти листов, марок с такими параметрами, как прочность, пластичность, сопротивление усталости и ударным нагрузкам одного листа, из которого штампуют наиболее напряженный участок детали. При этом данные величины параметров превышают величины этих же параметров остальных листов, из которых штампуют менее напряженные участки детали, а точное соотношение параметров всех листов, конфигурации и расположение трех линий сварки должны соответствовать расчетным и экспериментально полученным требованиям по прочности, жесткости и возможности вытяжки на заданную глубину без разрушения всех участков поверхности детали, которые штампуют из этих сваренных листов.

Сущность изобретения поясняется фиг. 1-6.

На фиг. 1 показана заготовка, сваренная по трем линиям, в частных случаях из этих трех линий по одной, двум или трем прямым линиям, которые могут прерываться вырезами в свариваемых краях листов, из четырех листов одинаковых номинальных толщин t₁, t₂, t₃ и t₄, но различных, хотя бы для двух из четырех листов, марок материала листов. Так как марки материала листов различны, то, в общем случае, различны и допуски на толщину этих листов, что необходимо учитывать при проектировании техпроцесса изготовления детали по данному способу. Такая сварная, в виде замкнутого кольца, заготовка (фиг. 1) служит для изготовления по данному способу, например, панели боковины легкового автомобиля. Отверстие в центре заготовки призвано облегчить глубокую вытяжку в штампе проема для двери автомобиля.

Способ реализуется следующим образом.

Сначала выполняют расчеты на прочность и жесткость заданной листоштампованной детали в ее служебном положении в узле работающей машины. Затем рассчитывают форму, размеры в плане и номинальную толщину t₁, t₂, t₃ и t₄ четырех листов плоской заготовки, а также расположение трех линий сварки этих листов (фиг. 1), чтобы обеспечить возможность вытяжки полуфабриката из этой заготовки на заданную глубину и служебные характеристики этой детали после всех операций штамповки. Из четырех расчетных номинальных толщин t₁, t₂, t₃ и t₄ для четырех листов различных марок, для реализации данного способа, выбирают для этих четырех листов одну номинальную толщину, обеспечивающую предъявляемые к детали требования.

Например, в первом частном случае способа на производстве перед штамповкой заготовку сваривают по трем линиям из четырех стальных или алюминиевых листов 1, 2, 3 и 4 (фиг. 1) одинаковой номинальной толщины t₁ (равной, например, 1,8 мм), но различных, хотя бы для двух из четырех листов, марок. Сваренные листы образуют замкнутую заготовку с одним центральным отверстием. Такие параметры, как прочность, пластичность, сопротивление усталости и ударным нагрузкам первого листа 1, из которого штампуют наиболее напряженный участок детали, больше соответствующих параметров второго 2, третьего 3 и четвертого 4 листов, из которых штампуют менее напряженные участки детали, а точное соотношение параметров четырех листов и расположение трех линий сварки 1, 2 и 3 должны соответствовать расчетным и экспериментально полученным требованиям по прочности, жесткости и возможности вытяжки на заданную глубину без разрушения четырех участков поверхности детали, которые штампуют из этих четырех сваренных листов.

Далее сварные швы зачищают с учетом различных допусков на одинаковую номинальную толщину, но различные марки материала четырех сваренных листов, и затем выполняют традиционные операции штамповки заданной детали.

По второму частному случаю перед штамповкой заготовку собирают по трем линиям сварки 1, 2 и 3 (фиг. 2), из этих трех линий по одной, двум или трем прямым линиям, которые могут прерываться вырезами в свариваемых краях листов, из четырех листов 1, 2, 3 и 4 одинаковой номинальной толщины, но различных, хотя бы для двух из четырех листов, марок материала этих листов, образуя замкнутую заготовку с двумя центральными отверстиями, контуры которых образуют из контуров нескольких листов. Такая сварная, в виде замкнутого кольца, заготовка (фиг. 2) служит для изготовления по данному способу, например, панели боковины легкового автомобиля. Два отверстия в центре заготовки призваны облегчить глубокую вытяжку в штампе проемов для двух дверей автомобиля.

По третьему частному случаю перед штамповкой заготовку собирают по трем линиям сварки 1, 2 и 3 (фиг. 3), из этих трех линий по одной, двум или трем прямым линиям, которые могут прерываться вырезами в свариваемых краях листов, из четырех листов 1, 2, 3 и 4 одинаковой номинальной толщины, но различных, хотя бы для двух из четырех листов, марок материала этих листов, образуя замкнутую заготовку с двумя отверстиями из четырех листов с вырезами в свариваемых краях, при этом одно отверстие образовано вышеупомянутыми вырезами, а второе образовано вырезом внутри одного листа 2.

По четвертому частному случаю перед штамповкой заготовку собирают по трем линиям сварки 1, 2 и 3 (фиг. 4), из этих трех линий по одной, двум или трем прямым линиям, которые могут прерываться вырезами в свариваемых краях листов, из четырех листов 1, 2, 3 и 4 одинаковой номинальной толщины, но различных, хотя бы для двух из четырех листов, марок материала этих листов, образуя замкнутую заготовку с двумя отверстиями из четырех листов с двумя вырезами внутри одного листа 2.

По пятому частному случаю перед штамповкой заготовку собирают по трем линиям сварки 1, 2 и 3 (фиг. 5), из этих трех линий по одной, двум или трем прямым линиям, которые могут прерываться вырезами в свариваемых краях листов, из четырех листов 1, 2, 3 и 4 одинаковой номинальной толщины, но различных, хотя бы для двух из четырех листов, марок материала этих листов, образуя незамкнутую листовую заготовку.

По шестому частному случаю перед штамповкой заготовку собирают по трем линиям сварки 1, 2 и 3 (фиг. 6), из этих трех линий по одной, двум или трем прямым линиям, которые могут прерываться вырезами в свариваемых краях листов, из пяти листов 1, 2, 3, 4 и 5 одинаковой номинальной толщины, но различных, хотя бы для двух из пяти листов, марок материала этих листов, образуя незамкнутую листовую заготовку.

Способ изготовления цельноштампованной детали из заготовки, сваренной из листов одинаковой номинальной толщины, но различных марок материала этих листов, по сравнению с изготовлением детали, сваренной из листов одинаковой толщины и марки, позволяет повысить прочность и жесткость определенных участков детали с учетом ее функциональности в узле изделия, на операции вытяжки получить заданную глубину участка полуфабриката без разрушения заготовки (за счет применения на этом участке листа повышенной пластичности), снизить массу детали (за счет применения листов меньшей толщины, но большей прочности), уменьшить себестоимости изготовления детали (за счет снижения массы детали и экономии листового проката), снизить массу автомобиля (или другой подобной техники), на который устанавливается эта деталь меньшей массы, и, соответственно, снизить удельный расхода топлива на перемещение этого автомобиля и выброс вредных выхлопных газов в атмосферу. Также за счет использования одного из листов с повышенной пластичностью на операции вытяжки появляется возможность получить большую глубину в определенных участках вытянутого полуфабриката без разрушения заготовки.

Данный способ может быть применен для изготовления следующей номенклатуры деталей автомобильной и другой техники:

внутренние панели передних дверей легковых автомобилей;

внутренние панели задних дверей, у которых линия сварки короче, чем у внутренних панелей передних дверей;

панели крыши и пола автомобилей и подобной техники и усилители панели крыши и пола;

продольные лонжероны и балки (например, автомобильной рамы), желобки, направляющие, обвязка двери и окна и т.п.;

поперечные лонжероны и балки;

самые разнообразные стойки кузовов автомобилей и подобной техники и других узлов (передние, задние, дверные, оконные, поворотные стойки и т.п.);

самые разнообразные усилители деталей кузовов автомобилей и подобной техники и других узлов.