СПОСОБ ФОРМОВКИ ПОЛЫХ ТОНКОСТЕННЫХ ДЕТАЛЕЙ СЛОЖНОЙ ФОРМЫ

Изобретение относится к области обработки листовых металлов давлением и может быть использовано для формовки полых тонкостенных деталей сложной формы в мелкосерийном и единичном производствах.

Известен способ вытяжки оболочек сложного профиля, при котором исходную заготовку устанавливают на профильную оправку и воздействуют на заготовку деформирующими роликами с разделением деформации между роликами на несколько очагов путем их радиального смещения при равенстве радиальных усилий, на величину, которую устанавливают в зависимости от механических свойств стали заготовки, радиуса рабочего профиля ролика и толщины заготовки. Воздействие на заготовку осуществляют роликами с различным радиусом рабочей поверхности, при этом формирование окончательного профиля заготовки выполняют роликом с наименьшим радиусом. (Патент RU №2343035 С2. Способ ротационной вытяжки оболочек сложного профиля. - МПК: B21D 22/16. - 10.01.2009).

Известен способ изготовления тонкостенных оболочек сложной формы путем многопереходной давильной обработки листовой заготовки, зафиксированной на оправе, при продольном перемещении давильного инструмента, и формообразование проводят одновременно двумя давильными роликами, черновым и чистовым. Причем черновой ролик настраивают с опережением движения относительно чистового, а траектории движения роликов задают отдельно для каждого ролика с учетом температурных деформаций от нагрева оправы на предыдущем переходе. (Патент RU №2511166 С1. Способ изготовления тонкостенных оболочек сложной формы. - МПК: B21D 22/16, B21D 51/16. - 10.04.2014).

Известен способ вытяжки тонкостенных изделий сложной формы, заключающийся в многопереходной давильной обработке плоской тонколистовой заготовки, зафиксированной на профильной оправке, давильной головкой с радиусом сопряжения рабочих поверхностей, продольным и радиальным перемещениями относительно оправки. Для этого используют технологические пластины с габаритами, по крайней мере, не меньшими размеров заготовки, и толщиной, зависимой от пластичности материала заготовки и радиуса сопряжения рабочих поверхностей давильной головки. Технологические пластины выполнены с отверстиями для установки на профильной оправке пакетом высотой, равной глубине вытяжки изделия. Давильная обработка плоской тонколистовой заготовки включает вытяжку виброударным инструментом на профильной оправке с образованием на периферии заготовки кругового участка движениями давильной головки вдоль оправки и разглаживание на технологических пластинах гофр, образовавшихся на круговом участке заготовки в процессе вытяжки, радиальным смещением давильной головки от периферии заготовки к центру и обратно, с прерыванием процесса вытяжки между переходами для удаления из пакета очередной технологической пластины и выполнения следующего перехода вытяжки. Для этого первым переходом получают частично деформированную заготовку изделия с заданной глубиной вытяжки и плоским периферийным участком, а каждым последующим переходом выполняют вытяжку заготовки на глубину, равную толщине ранее удаленной технологической пластины, с разглаживанием гофров на периферийном участке. (Патент RU №2620219 С2. Способ вытяжки тонкостенных изделий сложной формы. - МПК: B21D 22/21. - 23.05.2017). Данный способ принят за прототип.

Недостатком известных способов является ограниченность длины формовки полых тонкостенных изделий сложной формы из тонколистовых заготовок.

Основной задачей, на решение которой направлены заявляемые технические решения, является возможность формовки полых тонкостенных изделий сложной формы из тонколистовых заготовок в мелкосерийном и единичном производстве.

Техническим результатом, достигаемым заявляемым техническим решением, является возможность формовки полых тонкостенных деталей сложной формы из тонколистовой заготовки в мелкосерийном и единичном производствах.

Указанный технический результат достигается тем, что, в способе формовки полых тонкостенных деталей сложной формы, включающем многопереходную давильную обработку плоской тонколистовой заготовки, зафиксирванной на торце формообразующей оправки, закрепленной в основании матрицы, и сопряженной с установленными на ней технологическими насадками, выполняемую продольными и радиальными движениями давильной головки вокруг оправки с помощью, например, виброударного инструмента с разглаживанием гофров, а между формообразующими переходами поочередно удаляют технологические насадки, согласно предложенному техническому решению,

формовку деталей выполняют на сопряженных между собой и с формообразующей оправкой концентричных конусообразных насадках, выполненных с радиусом скругления верхнего торца с конической поверхностью насадок, отбортовкой периферии тонколистовой заготовки на угол, равный углу отклонения образующей конуса технологических насадок от образующей формообразующей оправки, соответствующих выполняемому технологическому переходу, по мере уменьшения угла отклонения образующей конусообразной насадки путем поочередного удаления этих насадок при переходе на следующий технологический переход, с разглаживанием образующихся гофров на конических поверхностях технологических насадок;

углы отклонения образующей конусообразных насадок от образующей формообразующей оправки задают по убывающей прогрессии в направлении сопряжения их с формообразующей оправкой;

последним технологическим переходом в основании детали формируют плоский фланец путем радиального смещения давильной головки от периферии указанной заготовки к центру и обратно с разглаживанием образующихся гофров на основании матрицы формообразующей оправки;

конусообразные насадки выполнены набором из конусовидных плиточных колец с радиусом скругления на верхних кольцах, с возможностью их удаления пакетами соответствующих конусообразных насадок по мере выполнения технологических переходов.

Проведенный заявителем анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностями признаков, тождественными всем признакам заявленного способа формовки полых тонкостенных деталей сложной формы, отсутствуют. Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует условию патентоспособности «новизна».

Результаты поиска известных решений в данной области техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявляемого технического решения, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Из определенного заявителем уровня техники не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками заявляемого технического решения преобразований на достижение указанного технического результата. Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень».

Заявленное техническое решение может быть реализовано на любом предприятии машиностроения из общеизвестных материалов и принятой технологии. Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость».

На фиг. 1 показана схема формовки полых тонкостенных деталей сложной формы на матрице с рядом цельных конусообразных насадок; на фиг. 2 - то же, с получением фланца в основании детали; на фиг. 3 - то же, на матрице с пакетами конусообразных насадок из набора плиточных колец.

Сущность предлагаемого способа формовки полых тонкостенных деталей сложной формы заключается в том, что формовку детали ведут из плоской тонколистовой заготовки 1 толщиной b, закрепленной прижимом 2 на торце формообразующей оправки 3, изготовленной с радиусом r₁ скругления при ее торце, оснащенной сопряженными с ней концентричными конусообразными технологическими насадками 4, выполненными с радиусом r₂ скругления верхнего торца с конической поверхностью насадок 4, закрепленной в основании 5 матрицы. Формовку деталей выполняют за несколько последовательных технологических переходов формообразования продольными и радиальными движениями давильной головки 6, изготовленной с радиусом r₃ сопряжения рабочих поверхностей, вокруг сопряженных между собой концентричных конусообразных насадок 4 и с формообразующей оправкой 3 с помощью, например, виброударного инструмента (условно не показан), путем отбортовки периферии тонколистовой заготовки на углы α₁, α₂ и α₃, соответствующие углам отклонения образующих конусов технологических насадок 4 от образующей цилин-дра формообразующей оправки 3, соответствующие выполняемому технологическому переходу, по мере уменьшения углов α₁>α₂>α₃ отклонения образующих конусов технологических насадок 4 путем поочередного удаления их при переходе на следующий технологический переход, с разглаживанием образующихся гофр сначала на конусных поверхностях насадок 4, а последним технологическим переходом - на цилиндрической поверхности формообразующей оправки 3. (Фиг. 1). Углы отклонения α₁>α₂>α₃ образующей конусов технологических насадок 5 от образующей цилиндра формообразующей оправки 3 задают по убывающей прогрессии в направлении сопряжения их с формообразующей оправкой. Последним технологическим переходом, при необходимости, получают плоский фланец 7 в основании детали путем радиального смещения давильной головки 6 от периферии тонколистовой заготовки 1 к центру формообразующей оправки 3 и обратно с разглаживанием образующихся гофров на основании матрицы. (Фиг. 2). Конусообразные насадки 4 могут быть выполнены набором конусовидных плиточных колец 8, причем с радиусом r₂ скругления на верхних кольцах, сопряженных пакетами одна в другую на формообразующей оправке 3, с возможностью их удаления пакетами соответствующих конусообразных технологических насадок 4 по мере выполнения технологических переходов. (Фиг. 3).

Пример осуществления формовки полой тонкостенной детали сложной формы из тонколистовой заготовки.

Формовку тонкостенной детали сложной формы с габаритами 75×50×40 мм выполняли давильной обработкой плоской тонколистовой заготовки 1 из алюминиевого сплава марки Д16М толщиной b=1,0 мм на оправке 3, имеющей сложный профиль в поперечном сечении и радиус r₁=2 мм скругления при торце, соответствующей форме детали, закрепленной в основании 5. Формовку тонкостенной детали выполняли на конусообразных насадках 4, выполненных из стали марки Ст20 с радиусом r₂ скругления верхнего торца, равным радиусу r₁ скругления на торце формообразующей оправки 3, и углами α₁=45°, α₂=30° и α₃=15° отклонения образующих конусов, и на формообразующей оправке 3 за четыре технологических перехода формообразования радиусом r₃=2 мм давильной головки 6 диаметром 15 мм с помощью вибромолотка с частотой ударов ƒ=100 Гц. Перед формовкой плоскую тонколистовую заготовку 1 закрепляли на торце формообразующей оправки 3 прижимом 2 с усилием Р давления на заготовку 1, обеспечивающим устойчивое положение плоской тонколистовой заготовки 1 на торце формообразующей оправки 3 от смещения под воздействием сил трения при давильной обработке заготовки 1. Первым технологическим переходом выполняли отбортовку плоской заготовки на угол α₁=45° радиусом r₃=2 мм давильной головки 6 продольным и радиальным движениями вокруг внешней конусообразной насадки 4 с разглаживанием гофров, получаемых на периферии заготовки 1, на конической поверхности насадки 4. Второй и третий технологические переходы выполняли аналогичными движениями давильной головки 6 на конусообразных насадках 4 с углами α₂=30° и α₃=15° с разглаживанием гофров радиусом r₂=2 мм давильной головки 6 на конических поверхностях насадок 4. Последним технологическим переходом формовку вели с разглаживанием гофров на формообразующей оправке 3, радиальным смещением давильной головки 6 к поверхности формообразующей оправки 3, и при необходимости, получали плоский фланец 7 в основании детали путем радиального смещения давильной головки 6 от периферии тонколистовой заготовки 1 к центру формообразующей оправки 3 и обратно с разглаживанием образующихся гофров на основании 5 матрицы. Между технологическими переходами прижим 2 отводили от заготовки 1, последнюю снимали с оправки 3, затем удаляли очередную конусообразную насадку 4. Затем на оправку 3 устанавливали заготовку 1 и поджимали ее прижимом 2 с усилием Р, после чего выполняли следующий технологический переход формообразования детали. В случае выполнения конусообразных насадок 4 набором из концентричных плиточных колец 8 между технологическими переходами с формообразующей оправки 3 последовательно удаляли очередной пакет колец 8 формообразующей насадки 4.

Предложенная технология формовки полых тонкостенных деталей не требует дорогостоящего оборудования и позволяет эффективно изготавливать тонкостенные изделия из тонколистовой заготовки в мелкосерийном и единичном производствах.