СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ГЛУБОКОПРОФИЛЬНОЙ ГОФРИРОВАННОЙ МЕМБРАНЫ

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к производству радиально гофрированной мембраны.

Радиально гофрированные мембраны находят широкое применение в изделиях военной техники. В частности, гофрированная мембрана используется в качестве исполнительного элемента в устройстве для реализации способа трансформации в полете кормового отсека артиллерийского снаряда [Патент РФ №2478183 по классу F42B 10/38 «Способ увеличения дальности полета артиллерийского снаряда и устройство для его реализации», опубл. 27.03.2013].

Отличительной особенностью такой мембраны является достаточно большая относительная глубина профиля гофр:

где H, t - глубина и шаг гофрировки соответственно.

Указанное обстоятельство обуславливает сложность процесса изготовления мембраны.

Известен способ изготовления гофрированных мембран, приведенный в [Патент РФ №2292532 по классу G01L, H04R «Способ изготовления мембраны для упругочувствительных элементов (варианты)», опубл. 27.01.2007]. Из листа вырубают кружок, служащий заготовкой для мембран. Рифление мембран производится между жестким пуансоном и матрицей, а затем производится термообработка в специальных прокладках, предотвращающих коробление и искажение профиля. Недостаток данного способа в том, что существует жесткое ограничение на глубину гофрировки , определяемое из условия отсутствия образования складок на внешнем краю изделия. То есть, изготовление гофрированной мембраны с необходимой относительной глубиной профиля указанным способом невозможно.

Из [Зубцов М.Е. Листовая штамповка. Л.: Машиностроение. Ленинград, отд-ние. 1980. 431 с.] известен метод обратной (реверсивной) вытяжки или вытяжки с выворачиванием. Согласно этому методу, заготовка устанавливается дном кверху на матрице и пуансоном вытягивается со стороны дна внутрь. Металл, соприкасаясь с двумя вытяжными кромками матрицы, получает полезное торможение, способствующее получению гладких, без складок, изделий. При этом отдельно не оговаривается необходимость ограничивать ход пуансона при реализации данного метода.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является способ, известный из [Патент SU 942849 А1, по классу B21D 13/00 «Способ изготовления мембран с кольцевыми гофрами», опубл. 15.07.1982]. Согласно способу, в матрицу, имеющую кольцевые ребра, сконфигурированные в соответствии с формой получаемой мембраны, и закрепленную в шпинделе станка, устанавливают малым основанием заготовку в виде оболочки вращения с непрерывно изменяющимся в одном направлении сечением (конус или полусферу). Матрицу приводят во вращение и от центра к периферии осуществляют формирование гофров при помощи давильного инструмента, закрепленного в суппорте. Для этого давильный инструмент перемещают к матрице по направлению, параллельному образующей внутренней стенки гофра, которую получают выворачиванием участка заготовки, прикладывая деформирующее усилие по окружности. Окружные деформации и напряжения растяжения в зоне контакта инструмента с заготовкой относительно невелики и не приводят к потере устойчивости стенок гофра. Недостатком способа является то обстоятельство, что существует вероятность образования складок в периферийной, никаким образом не фиксируемой зоне, где в течение всего процесса возникают окружные напряжения, обусловленные уменьшением диаметра заготовки при изготовлении мембран с большой относительной глубиной рифления.

Технической задачей изобретения является разработка способа получения детали типа радиально гофрированной мембраны с относительной глубиной рифления более 1,00 с гладкими, без складок поверхностями на основе метода вытяжки с выворачиванием.

Для решения поставленной задачи реализуется способ, включающий вырубку из листа круглой заготовки, формирование из нее полуфабриката в виде стакана, а затем - процесс формирования гофрированного днища последовательными по переходам вытяжками с выворачиванием. При формировании гофрированного днища гофры формируют от периферии к центру, причем на каждом переходе осуществляют вытяжку стакана, площадь которого и глубину вытяжки уменьшают, а рабочий ход пуансона L определяют по зависимости:

где F_ц - площадь боковой поверхности вытягиваемого на данном переходе цилиндра;

D - диаметр пуансона на данном переходе, при этом количество переходов вытяжки устанавливают равным удвоенному числу гофр.

Изобретение поясняется фигурами. На фиг. 1 изображен общий вид радиально гофрированной мембраны, на фиг. 2 - схема определения площади поверхности детали, на фиг. 3 - полуфабрикат в виде стакана, на фиг. 4 - полуфабрикат после первой вытяжки с выворачиванием, на фиг. 5 - полуфабрикат после второй вытяжки с выворачиванием, на фиг. 6 - полуфабрикат после третьей вытяжки с выворачиванием, на фиг. 7 - мембрана с двумя радиальными гофрами.

Способ реализуется следующим образом.

Определяется количество технологических переходов при формировании гофр: N=2n, где n - количество гофр.

Вырубается первоначальная плоская заготовка. Все расчеты, связанные с определением геометрических параметров заготовки, а также глубины вытяжки на каждом переходе, производят по аналитической схеме на основе метода равенства площадей, соответствующего вытяжке без утонения.

С этой целью необходимо определить площадь поверхности детали. На основе анализа конфигурации профиля изделия (фиг. 2) площадь его поверхности определяем как сумму площадей следующих элементов:

- центральной плоской площадки диаметром d₀:

- примыкающего к ней элемента тороидальной поверхности диаметром d₀ и с радиусом образующей a:

- поверхностей 2n цилиндрических элементов высотой l₁ и диаметром , концентрически расположенных друг относительно друга с шагом :

- поверхностей 2n перемычек между цилиндрическими участками, представляющих собой тороидальные элементы с диаметрами радиусами образующей a:

- наружной цилиндрической поверхности мембраны высотой l₂ и диаметром D:

F=πDl₂.

Таким образом, площадь поверхности детали определяется по аналитической зависимости:

В итоге, диаметр круглой заготовки должен быть равен

Полуфабрикат в виде стакана сворачивается в несколько переходов, рассчитываемых на основании [Зубцов М.Е. Листовая штамповка. Л.: Машиностроение. Ленинград, отд-ние. 1980. 431 с.]. Высота такого стакана определяется из условия равенства площади его поверхности F₀. С учетом того, что диаметр плоского днища стакана составляет D, а площадь закругления равна половине площади наружной тороиадальной перемычки, глубина вытяжки на последнем переходе формирования стакана равна:

Формируется гофрированное днище в течение 2n переходов. Процесс осуществляется на основе метода вытяжки с выворачиванием (полуфабрикат на каждом переходе устанавливается на матрицу дном кверху), при этом гофры формируются от периферии к центру.

На каждом переходе площадь вытягиваемого цилиндра и, соответственно, глубина вытяжки уменьшаются. Для того, чтобы определить площадь вытягиваемой на каждом переходе цилиндрической поверхности, нужно из величины F₀ вычесть площадь плоского днища получаемого на данном переходе полуфабриката (с учетом закругления на пуансоне) и сумму площадей уже сформированных на предыдущих переходах поверхностей F^*:

Пример реализации способа

При изготовлении мембраны из листа толщиной 0,8 мм, состоящей из двух радиальных гофр (фиг. 7), данный способ реализуется следующим образом.

Определяется количество операций вытяжки с выворачиванием:

N=2·2=4.

Определяются площадь поверхности и диаметр круга:

Из вырубленного кружка диаметром 136,6 мм вытягивается стакан (фиг. 3), глубина которого равна

Стакан устанавливается на матрицу дном вверх и вытягивается первый от периферии гофр (фиг. 4). Таким образом, в результате этой операции формируется внешняя цилиндрическая поверхность (длина 23 мм на диаметре 73,2 мм) и первый от периферии гофр.

Суммарная площадь сформированных поверхностей в таком случае составит

площадь вытягиваемого цилиндра:

а глубина вытяжки:

На следующем (втором) переходе деталь переворачивается дном кверху и формируется следующий полуфабрикат (фиг. 5), при этом глубина вытяжки определяется аналогично:

Аналогичным образом выполняется третий переход, в результате которого формируется второй от периферии гофр (фиг. 6). Глубина вытяжки определяется так же, как и на предыдущих переходах:

На последнем переходе глубина вытяжки составит 6,4 мм и в результате операции формируется окончательная деталь (фиг. 7).

Таким образом, данный способ изготовления мембран позволяет получать радиально гофрированные мембраны с гладкими, без складок поверхностями и с относительной глубиной рифления .