Гидравлическая штамповка трубчатых заготовок .

Это процесс пластического формоизменения форы трубчатой заготовки , при корой часть силовой схемы создается высоким гидростатическим давлением , воздействующим на внутреннюю поверхность трубчатой заготовки .В этих процессах жидкость играет роль универсального формообразующего инструмента . Это дает возможность получать высококачественные цельноштампованные детали , в том числе и весьма сложной δ/Rпространственной формы ( типа крестовин , тройников , гофр , корпусов задних мостов автомобилей ) , которые ранее изготавливались сваркой из нескольких элементов литьем ли вообще не могли быть изготовлены в их современном виде ( полые коленвалы ) .

2 1 Fc

Fa Fa

3

4

Fs

В данной схеме заготовка подвергается одновременному нагружению внутренним давлением жидкости и деформированию жесткими пуансонами в осевом направлении . Заготовку 1 помещают в полость жесткой разъемной матрицы 2 . Форма и размеры этой полости соответствуют таковым у штампуемой детали . Матрицы смыкают и сжимают некоторым усилием Fc , предотвращающим ее раскрытие при штамповке . Полость заготовки заполняют рабочей жидкостью . К торцам заготовки подводят осевые пуансоны 3 , которые вдавливают в торцы заготовки и уплотняют ее полость . Затем осуществляют осевое сжатие заготовки пуансонами , подавая одновременно в полость заготовки жидкость высокого давления р .

Под действием внутреннего давления р и усилия осевого сжатия Fa материал заготовки переходит в пластическое состояние. Стенка трубы прогибается и заполняет полость матрицы формируя деталь. В отдельных случаях растягивающие напряжения могут превзойди допустимые и разрушить стенку в зоне формообразования . В таких случаях вводят подпор стенки в зоне возможного разрушения . Подпор производят с помощью жесткого инструмента 4 , воздействующего на стенку усилием Fs. Возможен также подпор жидкой и эластичными средами или пластичным металлом .

Давление жидкости в полости заготовки является наиболее важным технологическим параметром , определяющим ход и результат деформирования . Для расчета рабочего давления жидкости при гидравлической штамповке тройников с относительной толщиной стенок 0.05…0,17 можно использовать зависимость :

р >0,13σs+0,15σst/d' ,

где t – толщина стенки заготовки у вершины отвода ; d' = d – t - средний диаметр отвода .

Усилие подпора определяется как :

Fs= р π (d'- s )²/4 – (0,6….0,7) σв π(d'- s ) s .

Усилие смыкания :

Fс = (р + β σs s / (d - 2 s)) d(Нί ) + р d' (d+ nb) ,

где Нί – текущая высота штампуемой детали ; b – высота отвода ; n – количество отводов .

Усилие штамповки :

Fа = π {qd²/4+ βσs[0,75(d-sі)sі + d²/8 Ln(d/(d-2sі))]+0,5μd(H1- d')(p+βσs s /(d-2sі))} ;

где β = 1,15 ; Н1 – длина детали ; μ – коэффициент трения .

Точность и шероховатость поверхности изделия , получаемого гидроштамповкой завися от соответствующих параметров штамповой оснастки , материала заготовки , условий штамповки ( со смазкой или без ее ) и находятся в пределах 8…11 квалитета и шероховатость 2,5…10 мкм .

После гидравлической штамповке деталь подвергается механической обработке ( подрезка торцев , отрезка дна отвода , нарезание резьбы ) .

Используемый для гидроштамповки инструмент несложен в изготовлении . материалом для него служат стали широко применяемые в штампах холодной листовой штамповки :

- пуансоны – из сталей типа Х12М ;

- матрицы – из сталей У10…У12 .

Шероховатость рабочих поверхностей матриц и пуансонов Rа= 1,25 мкм , а их твердость 52…56 НRС.

Стойкость инструмента при этом равна или больше стойкости инструмента для холодной листовой штамповки .

В качестве установок для гидроштамповки фитингов применяют специализированные гидравлические пресса типа ПГШФ-40 .

Технические характеристики пресса ПГШФ-40 :

Для изготовления гидравлической штамповкой полых деталей без отводов применяют следующие схемы :

Гидравлическая штамповка с осевой осадкой заготовки .

Трубную заготовку 1 устанавливают в полости разъемной матрицы 2 . После этого матрицу смыкают и удерживают в сомкнутом состоянии с помощью ползунов пресса . Затем производят герметизацию полости заготовки пуансонами 3 и 4 , которые специальными выступами вдавливаются в ее торцы . Деформирование производится осевой осадкой пуансонами с одновременной подачей жидкости высокого давления в ее полость . Достигаемый коэффициент раздачи составляет 1,2…1,6 .

Для получения больших коэффициентов раздачи применяют гидравлическую

штамповку с осевой осадкой заготовки и продольным обжимом раздаваемой заготовки .

Сущность этого метода заключается в следующем . Трубную заготовку 1 устанавливают в полость разъемной матрицы 2 , которая состоит из четырех передвигающихся в продольном направлении вкладышей 3,4,5, и 6.Герметизируя полость заготовки осевыми пуансонами 7 и 8 , производят ее предварительную раздачу . После этого буртами пуансонов приводят в движение вкладыши 3,4,5 и 6 , которые перемещают металл в зону раздачи . Осадка заготовки пуансонами , продольный обжим подвижными вкладышами и раздача жидкостью высокого давления происходят одновременно . При этом раздача средней части заготовки осуществляется без утонения стенки , что достигается в результате перемещения металла от торцов заготовки подвижными вкладышами .

Преимуществами этого способа являются возможность достижения высоких значений коэффициента раздачи путем создания благоприятной схемы течения металла при минимальном утонении стенки . а также возможность изготовления деталей типа сильфонов с регулярно повторяющимися поперечными гофрами .

В случае необходимости получения изделия с эксцентриситетом применяют следующую схему гидростатической штамповки с осевой осадкой и поперечным деформированием заготовки .

В процессе штамповки форма оси заготовки изменяется и из прямолинейной становится ступенчатой . Такое изменение происходит под воздействием осевой осадки заготовки 1 пуансонами 4 и усилия со стороны вкладышей 3 разъемной матрицы 2 , прикладываемого в поперечном относительно оси заготовки направлении . Жидкость поступающая под давлением в полость заготовки , препятствует появлению складок , а также способствует сохранению формы ее поперечного сечения . Перемещение осевых пуансонов 4 и поперечных вкладышей 3 должны осуществляться в определенной последовательности и согласовано.

Вместо жесткого подпора раздаваемой части , который трудно обеспечивать , может быть использован подпор подпор жидкой или эластичной средой .

Первую подают в полость матрицы таким образом , чтобы она воздействовала на наружную поверхность заготовки . Это позволяет достигать значительных величин коэффициента раздачи (Кр = 2 ) , без утонения стенок заготовки .Использование жидкостного подпора существенно расширяет технологические возможности этого метода , так как позволяет снизить растягивающие напряжения на стенках раздаваемой части заготовки .