Результат интеллектуальной деятельности: Устройство для вытяжки цилиндрических оболочек из листовых металлов с плоскостной анизотропией механических свойств

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может использоваться для получения цилиндрических оболочек с помощью операции вытяжки из листовых металлов с плоскостной анизотропией механических свойств. Листовые металлы в большинстве случаев имеют плоскостную анизотропию механических свойств, которая проявляется в образовании фестонов (ушей) на краю детали после вытяжки. В качестве заготовки при вытяжке используется кружок, полученный вырубкой. В некоторых случаях высота фестонов составляет 15…20% от высоты цилиндрической оболочки. В результате этого увеличивается отход металла и себестоимость детали.

Известно устройство, в котором для устранения фестонообразования при вытяжке круглых заготовок из металлов с плоскостной анизотропией механических свойств используют матрицы с переменной величиной радиуса вытяжных кромок. Меньший радиус дается в тех местах анизотропной заготовки, в которых требуется затормозить течение металла и увеличить высоту вытяжки и наоборот (рис. 108, стр. 128). [1] (Романовский В.П. Справочник по холодной штамповке. - 6-е изд., перераб. и доп. - Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1979. - 520 с.). Недостатком конструкции матрицы является возможность ее применения для листового металла с однозначно фиксированной плоскостной анизотропией механических свойств, причем размер переменной величины радиусов вытяжных кромок определяется методом экспериментального подбора, что увеличивает трудоемкость подготовки производства. Кроме того, при поступлении новой партии листового металла с другими значениями плоскостной анизотропии

возникает необходимость в замене матрицы на матрицу с другой переменной величиной радиуса вытяжных кромок, от чего возрастают затраты на производство цилиндрических оболочек.

Известно устройство для вытяжки цилиндрических оболочек из листовых металлов с плоскостной анизотропией механических свойств (патент RU №2691016 С1, МПК⁸ B21D 22/00, опубл. 07.06.2019, бюл. №10) принятому за прототип, в котором имеется верхняя и нижняя плиты, направляющие колонки и втулки, матрица для вырубки, пуансон-матрица для вырубки и вытяжки с выходным участком и закрепленного в нем сменного кольца с заходным участком, верхний и нижний прижимы, нижний буфер. Недостатком штампа является то, что заходный участок сменного кольца матрицы выполнен с переменной величиной радиусов вытяжных кромок по периметру, что не позволяет увеличивать степени вытяжки за одну операцию.

Задачей предлагаемого изобретения является экономия листового материала за счет уменьшения отходов металла на обрезку путем устранения фестонообразования при вытяжке, а также снижение трудоемкости при получении цилиндрических оболочек из листового металла с плоскостной анизотропией механических свойств.

Поставленная задача достигается тем, что в устройстве для вытяжки цилиндрических оболочек из листовых металлов с плоскостной анизотропией механических свойств, содержащее верхнюю и нижнюю плиты, направляющие колонки и втулки, матрицу для вырубки, пуансон-матрицу для вырубки и вытяжки и закрепленного в нем сменного кольца с заходным участком, верхнего и нижнего прижима и нижнего буфера, при этом в сменном кольце заходный участок имеет переменный по периметру угол конусности изменяющийся по зависимости:

при различных значениях угла γ радиуса-вектора контура периметра

заходного участка с максимальным углом конусности , равным 15÷20°, высотой Н_мз, равной 1÷2 высоты получаемой оболочки, радиусом применяемой круглой заготовки R_з и радиуса R_x зависящего от плоскостной анизотропии механических свойств листового металла, кроме того в устройстве сменное кольцо ориентируют в пуансон-матрице максимальным углом конусности в направлении образования фестонов при вытяжке цилиндрической оболочки.

На фиг. 1 приведен общий вид устройства для вытяжки;

на фиг. 2 - узел пуансон-матрицы для вытяжки;

на фиг. 3 - цилиндрическая оболочка с фестонами, высотой Δh;

на фиг. 4 - схема для определения радиуса R_x;

на фиг. 5 - вид сверху на заходную часть узла пуансон-матрицы для вытяжки.

Устройство (фиг. 1) состоит из нижней плиты 1, на которой закреплена матрица для вырубки 2, прижимного кольца 3, толкателей 4, винтов 5 для крепления к нижней плите пуансона вытяжки 6, винтов 7, направляющих колонок 8, направляющих втулок 9, верхней плиты 10, верхнего прижима 11, специальных винтов 12, пуансон-матрицы 13 для вырубки и вытяжки с выходным участком полости, винтов для крепления пуансон-матрицы 13 к верхней плите 14, выталкивателя 15, хвостовика 16, толкателя 17, сменного кольца 18 с заходным участком профильной формы закрепляемого в пуансон-матрице 13, пружин прижима 19.

В устройстве (фиг. 1) вначале в полости пуансон-матрицы 13 закрепляют сменное кольцо 18, в котором заходная часть выполнена с углом конусности при значении радиуса R_х=0, вырубают заготовку-кружок радиусом R_з и производят ее вытяжку с получением цилиндрической оболочки (фиг. 3). В цилиндрической оболочке определяют направление образования фестонов относительно направления к прокатке. Измеряют высоту цилиндрической оболочки по впадине и по фестону (фиг. 3) и строят

график (фиг. 4) при заданном радиусе R_з заготовки-кружка. Изменяя значения угла γ радиуса-вектора (фиг. 5) контура периметра заходного участка от 0 до 90° по выражению:

определяют изменение угла конусности профильной полости заходной части кольца, при заданных значениях максимального угла конусности =15÷20° и высоты конусной заходной части Н_мз=1÷2 высоты получаемой цилиндрической оболочки.

Для получения готовой детали без фестонов в полость пуансон-матрицы 13 устанавливают соответствующее расчетам радиусов R₃ и R_x сменное кольцо 18 с профильной, плавно сопряженной конусной полостью с углами конусности и вершинами, расположенными па линии сопряжения с рабочей поверхностью пуансон-матрицы 13. Для стабильности процесса формоизменения заготовки на верхней кромке заходного участка полости сменного кольца 18 выполнены радиусы закругления, равные 2÷4 толщинам листовой заготовки. Сменное кольцо 18 закрепляют на пуансон-матрице 13 с учетом направления образования фестонов в цилиндрической оболочке. Если фестоны относительно направления к прокатке располагаются под 45°, то сменное кольцо 18 ориентируют максимальным углом конусности под 45° относительно направления к прокатке полосы или ленты листового металла, или вдоль и поперек прокатки, если фестоны образуются в этом направлении. Деталь получается без фестонов. Полученную цилиндрическую оболочку удаляют из рабочего пространства устройства с помощью толкателей 4 нижнего буфера, или выталкивателем 15 и толкателем 17. Полосу подают на шаг подачи и процесс повторяют. При получении листового металла с другой плоскостной анизотропией механических свойств, проводят аналогичную настройку устройства с заменой сменного кольца 18 на сменное кольцо, профильная заходная часть полости которого выполнена с переменной

конусностью, учитывающую плоскостную анизотропию механических свойств штампуемого листового металла.

В результате использования предлагаемого устройства с набором сменных колец 18 с конусной заходной частью значительно уменьшается трудоемкость изготовления цилиндрических оболочек и отходы на обрезку за счет устранения фестонообразования при вытяжке. Устройство можно использовать при получении цилиндрических оболочек с заданным значением высоты фестонов путем изменения радиуса закругления в заходной части сменного кольца 18, или угла конусности, если это требуется при изготовлении цилиндрической оболочки.