книги из ГПНТБ / Мошнин Е.Н. Технология штамповки крупногабаритных деталей

Если же нельзя получить толстостенную коническую деталь за один переход, применяют двухпереходную штамповку, причем за первый предварительный переход осуществляется, как правило, набор металла на центральном участке заготовки и этот переход выполняется без крутых изгибов заготовки; общая форма заго­ товки получается близкой к форме детали. Толстостенные кони­ ческие детали, изготовленные двухпереходной штамповкой, при­ ведены на рис.66 и 67.

Неглубокую коническую деталь с фланцем изготовляют путем предварительной формовки сферической заготовки с такими же наружным диаметром и со средней глубиной, как у детали

(рис. 66, а). За второй переход производится штамповка-кали­ бровка сферической заготовки с оформлением плоских и кониче­ ских поверхностей (рис. 66, б).

При изготовлении конической детали с малым углом конус­ ности и цилиндрическим бортом предварительно осуществляют вытяжку сферической заготовки с цилиндрическим бортом (рис. 67, а) и затем окончательную штамповку-калибровку детали (рис. 67, б). При этом за первый переход диаметр заготовки ста­ новится равным диаметру борта детали. Коническая часть детали получается из сферической в основном только за счет простого изменения формы.

Крупногабаритные плоские отбортованные днища обычно имеют невысокий борт, поэтому их вытяжка не вызывает трудностей. В зависимости от относительной высоты борта (ширины фланца) вытяжка осуществляется с прижимом или без прижима. При вытяжке центральный участок, находящийся под плоским торцом пуансона, принимает коническую форму. Для его выправления необходимо предусматривать в штампе калибровочную матрицу.

При вытяжке в холодном состоянии относительно тонкостен­ ных днищ, чтобы избежать восстановления некоторой конусности на донной части детали, целесообразнее применять нижний прижим. На рис. 68 показан штамп с нижним прижимом к прессу

150

простого действия для вытяжки в холодном состоянии плоских отбортованных днищ диаметром 2000 мм, высотой 200 мм и толщи­ ной стенки 22 мм.

Вытяжной пуансон 2 закреплен посредством пуансонодержателя 1 к ползуну. Матрица 5 установлена на стойках 7 на столе пресса. Верхний прижим 4 подвешен к ползуну с помощью цепи и крюков 3. Внизу вытяжной матрицы предусмотрен нижний при­ жим 8, верхняя поверхность которого плоская.

Принцип действия штампа следующий: после установки за­ готовки ходом ползуна вниз на нее опускается верхний прижим,

Рис. 68. Штамп с верх­ ним и нижним прижи­ мами для вытяжки плоского отбортован­ ного днища

который крепится к матрице накидными болтами 6. Нижним ци­ линдром поднимается нижний прижим и удерживается на уровне верхней плоскости матрицы. Затем ходом ползуна вниз осуще­ ствляется вытяжка заготовки. При этом пуансон плотно при­ жимает центральный участок заготовки к нижнему прижиму, опускает его вниз, преодолевая усилие нижнего цилиндра.

Таким же способом можно осуществлять вытяжку в холодном состоянии конических деталей, имеющих небольшую конусность.

Способ вытяжки . конического и плоского отбортованного днища в горячем состоянии с применением калибровочной матрицы показан на рис. 86 и 90. В частности, при вытяжке плоского отбортовочного днища предусматривается калибровка не только плоского участка, но и радиусного участка.

Определение технологических параметров применяемых процессов

В первую очередь определим основные технологические па­ раметры процессов, применяемых для штамповки цельноштампованных конических деталей,— процессов формовки и вытяжки, которые были рассмотрены выше применительно к сферическим и некоторым другим деталям.

151

При формовке конической детали (способ формовки показан на рис. 65, а) предельный диаметр заготовки по условию ее устой­ чивости может быть определен по уравнению, аналогичному уравнению (112):

Усилие формовки конической детали выше, чем усилие фор­ мовки сферического элемента. В конечный момент деформиро­ вания конической детали основные деформации (деформации •сдвига) происходят в зонах перехода плоских поверхностей в ко­ нические, которые сопрягаются относительно небольшими ра­ диусами. Исходим из условия, что в основном усилие формовки затрачивается на калибровку радиусов перехода деталей, причем деформации сдвига происходят по обеим сторонам сгибаемого участка. Тогда усилие формовки

чем при вытяжке сферической детали. Приближенно можно .счи­ тать, что предельный диаметр заготовки по условию устойчивости ее на свободном участке при вытяжке конических деталей на 10% меньше по сравнению с величинами, рекомендованными для сфе­ рических днищ. Тогда при условии минимального удельного уси­

ским деталям высотой, равной 0,35—0,7 радиуса большого осно­ вания конуса. Эти детали изготовляют преимущественно вытяж­ кой. Разную высоту детали учитывают при подсчете диаметра заготовки.

Для определения утонения стенки и усилия вытяжки кони­ ческих деталей может быть использована методика расчета,

При вытяжке без прижима конической и плоской отборто­ ванной деталей предельный диаметр заготовки определяют исходя из уравнения (120), а при вытяжке с прижимом применимо урав­ нение (173).

152

Остановимся теперь на рекомендациях для процесса фор­ мовки-свертки конических деталей (см. рис. 62). В- результате экспериментов установлено, что этот процесс применим для фор­ мовки конических деталей с углом конусности 24^-30° со следу­ ющими относительными размерами:

диаметр матрицы у начала скругления равен наружному диа­ метру большого основания конуса:

диаметр торца пуансона

D„ =.0,5Z>„;

радиус скругления матрицы

Гм„ = 2s0;

радиус скругления пуансона

гп 0 = so;

расстояние точки приложения усилия от внутренней кромки заготовки (расстояние а на рис. 62)

В соответствии с приведенными рекомендациями был спроекти­ рован, изготовлен и внедрен в производство штамп для формовки штампо-сварных конических переходов с наружным диаметром большого основания конуса от 102 до 261, высотой до 360 мм и толщиной стенки от 3 до 10 мм. Штампованные заготовки полу­ чаются хорошего качества.

Технология штамповки

В рассматриваемую группу деталей входят такие, которые имеют внутренний или внутренний и наружный борты: фланцы с цилиндрическим или коническим бортом (рис. 69, а, б), торовые переходы (рис. 69, в), полулинзы компенсаторов (рис. 69, г), крышки с отверстием (рис. 69, д) и т. д. Часто заготовки для сек-

153

торных деталей, например половинки штампо-сварных трубных отводов, получают в виде осесимметрнчной заготовки (рис. 69, е), две одинаковые заготовки сваривают, а затем разрезают на де­ тали с заданным углом. Штамповка и сварка осесимметричных заготовок более проста, чем штамповка и сварка секторных за­ готовок. Внутренний борт получают отбортовкой, а наружный — вытяжкой.

Процесс отбортовки заключается в том, что в плоской заготовке предварительно вырезают отверстие диаметром, меньшим диаметра отбортованного отверстия, и затем в штампе перемещением пуан­ сона производят отгибку внутренней кромки, благодаря чему

Рис. 69. Типовые детали, получаемые отбортовкой:

а — фланец с цилиндрическим патрубком; б — фланец с коническим патрубком; в — торовый переход; г — полулннза компенсатора; д — та­ рельчатое днище с центральным отверстием; е — заготовка для штампосварного отвода

образуется внутренний борт. При отбортовке напряженное со­ стояние соответствует двухосному растяжению, поэтому проис­ ходит значительное утонение стенки борта, что лимитирует тех­ нологические возможности процесса.

Наибольшее утонение стенки происходит на кромке борта. Оно зависит от отношения диаметра предварительно вырезанного отверстия к диаметру борта: чем меньше это отношение, тем выше борт, но и больше утонение стенки на кромке борта.

Отбортовку можно осуществлять с принудительным утонением стенки путем уменьшения зазора между пуансоном и матрицей. Для штамповки кольцевых деталей отбортовку с принудительным утонением стенки применяют редко.

Вытяжка наружного борта обычно производится при неболь­ ших отношениях DJDM, поэтому не встречает трудностей. Рекомен­ дации по технологии вытяжки приведены в гл. IV.

Отбортовка особенно широко применяется для получения от­ бортованных отверстий на разнообразных сосудах, работающих под внутренним давлением, и резервуарах для хранения жидко­ стей. Отбортовкой выполняют лазовые отверстия и патрубки для

J 54

присоединения труб. Часто для получения высокого патрубка применяют отбортовку с принудительным утонением стенки.

Отбортовку деталей типа фланца осуществляют с применением прижима, который удерживает заготовку от выпучивания. Ее можно выполнять в штампах, предназначенных для вытяжки днищ.

При штамповке более сложных деталей (см. рис. 69, в и д) обычно применяют специальные штампы, которые имеют неслож­ ную конструкцию.

На рис. 70 показан штамп для торового перехода, в котором вытяжной и отбортовочный пуансоны 2 и 5 выполнены в виде

верстием по ловителю пуансона, что обеспечивает получение осесимметричного борта, т. е. одинаковой высоты по окружности.

Несколько отличающиеся способы штамповки деталей, близ­ ких по форме, показаны на рис. 95.

Для многих деталей рассматриваемой группы, например для заготовок отводов, имеет большое значение получение стенки борта с минимальным утонением на торце, так как прочность детали определяется наименьшей толщиной стенки внутреннего борта. В связи с этим стремятся получить борт в большей мере за счет более равномерной вытяжки образующей борта по всей его высоте. Последнее в некоторой степени удается путем выполнения пуансона цилиндрическим с плоским торцом и с относительно'не­ большим радиусом скругления, равным двум—четырем толщинам заготовки.

В некоторых случаях отбортовку производят не полностью — отштампованная заготовка имеет форму, показанную на рис. 69, д. Неотбортованный поясок после штамповки отрезают.

Применение цилиндрического пуансона с плоским торцом позволяет также выполнить более высокий борт при заданном минимальном утонении стенки борта.

Для получения высокого борта применяют также двухпереходный процесс штамповки — за первый переход производят

155

неглубокую вытяжку цилиндрической лунки и затем после вы­ резки в ней центрального отверстия выполняют отбортовку. Высота борта получается существенно больше, чем при обычной отбортовке.

внутренней кромки остается примерно равной толщине исходной заготовки.

Часто таким же способом штампуют половинки штампо-свар-

ных деталях стремятся по возможности уменьшить утонение стенки на радиусе перехода патрубка в основную деталь, чтобы меньше снижать ее прочность. В связи с этим пуансон выполняют

ния получается существенно меньше. Оптимальная форма пуан­ сона рассмотрена в следующем разделе настоящей главы.

Отбортовку отверстий, формовку патрубков на крупногаба­ ритных деталях по возможности выполняют одновременно с вы­ тяжкой или за следующий переход, но в том же вытяжном штампе и без перестановки штампуемой заготовки. Однако это удается

156

только в отдельных случаях, например, при отбортовке отверстий, расположенных на детали центрально.

В штампе, показанном иа рис. 60, предусмотрена возможность отбортовки центрального отверстия внутрь и наружу днища.

Более просто осуществляется отбортовка внутрь днища, если пресс имеет нижний гидравлический цилиндр, как предусмотрено в рассматриваемом штампе, Отбортовочную матрицу устанавли­

к штырю плунжера нижнего цилиндра. Штырь направляется центральной втулкой 6 (см. рис. 60). После вытяжки днища основ­ ной пуансон удерживают в нижнем положении и ходом плунжера нижнего цилиндра осуществляют отбортовку отверстия.

При отбортовке отверстия наружу применяют закладной пуансон. После вытяжки днища основной пуансон поднимается и в предварительно вырезанное в днище центральное отверстие устанавливается отбортовочный пуансон, который центрируется ловителем по отверстию в зоготовке. Отбортовочный пуансон имеет конический хвостовик, заходящий при опускании основного пуансона в его отверстие. Отверстие в заготовке отбортовывается при повторном ходе ползуна.

Если для штампуемой детали отбортовки не требуется, то отверстие в пуансоне закрывают вставкой.

На рис. 88 и 89 показаны несколько отличные способы отбор­ товки центрального отверстия в днищах.

При использовании вытяжного штампа для отбортовки отвер­ стий и получения патрубков формообразование осуществляется с одного нагрева заготовки под штамповку днища. Можно также производить местный подогрев заготовки.

Описанными способами можно отбортовать только централь­ ное отверстие, так как при боковом расположении патрубка предварительная вырезка отверстия в заготовке не представляется возможной. При вытяжке отверстие будет растягиваться и при­ нимать овальную форму.

При боковом расположении патрубка отверстие вырезают после вытяжки детали и отбортовку осуществляют преимуще­ ственно в специальном штампе.

Штамп для отбортовки бокового отверстия показан на рис. 72. На верхней плите ) крепят отбортовочную матрицу 2, а на ниж­ ней 5 — пуансон 3. Для установки заготовки в штампе преду­ смотрен прижим-центратор 4, направляемый пуансоном и штырем 7, который поддерживается в верхнем положении толкателем 6 плунжера нижнего гидравлического цилиндра.

Заготовку устанавливают на прижиме-центраторе и оконча­ тельно, центрируют отверстием по ловителю отбортовочного пуан­ сона. При рабочем ходе ползуна деталь в зоне отверстия плотно зажимается между матрицей и прижимом-центратором. При даль­ нейшем ходе ползуна происходит отбортовка отверстия, а прижим-

157

центратор опускается под действием усилия ползуна, преодоле­ вая усилие нижнего цилиндра.

Специальный отбортовочный штамп применяют также для вытяжки патрубков на толстостенном кольце или обечайке.

Практическое применение нашла отбортовка и для получения патрубков на крупногабаритных толстостенных кольцевых и ци­ линдрических обечайках. Сложность задачи состоит в том, что, с одной стороны, должно быть обеспечено относительно простое заведение и центрирование тяжелой крупногабаритной детали

Рис. 72. Отбортовка бокового отверстия

в штампе, и, с другой стороны, нельзя допустить искажения формы обечайки при отбортовке на прессе простого действия, имеющем высокое штамповое пространство.

Успешное внедрение отбортовки в данном случае определя­ лось в основном удачной конструкцией штампа, в котором можно получать патрубки и одновременно устранять искажения формы детали, неизбежно возникающие, если не применять прижим за­ готовки.

Штамп (рис. 73) запроектирован в виде консольной стойки /, монтируемой на выдвижном столе пресса. Верхняя часть стойки имеет форму внутренней цилиндрической поверхности обечайки, и на ней крепится отбортовочный пуансон 2. В нижней части стойки предусмотрена правильная плита 4, имеющая цилиндри­ ческую рабочую поверхность в соответствии с наружным диаметром обечайки. Отбортовочная матрица 3 крепится к ползуну пресса.

158

Нагретую под отбортовку заготовку заводят в штамп и цен­ трируют отверстием по пуансону в выдвинутом положении стола. Затем стол вдвигают под пресс.

При рабочем ходе ползуна матрица надавливает на заготовку, и осуществляется отбортовка. В конце рабочего хода, когда про­ цесс отбортовки завершен, заготовка плотно зажимается в верх­ ней зоне между матрицей и цилиндрической поверхностью стойки.

Для получения более высокого патрубка использовали отбор­ товку с принудительным утонением стенки. Экспериментальные работы показали, что на качество патрубка в значительной мере влияет угол конусности пуансона. При пуансоне с углом конус­ ности 30—45° наряду с отбортовкой происходит раздача металла в стороны, т. е. заготовка увеличивается по ширине и несколько утолщается, а патрубок получается относительно невысоким. При применении пуансона с большим углом конусности — 90— 120° возникает утяжина заготовки в месте перехода ее в патрубок. Оптимальный угол .конусности пуансона равен 60°.

Штамповка опытно-промышленных деталей дала вполне по­ ложительные результаты.

Определение технологических параметров отбортовки

К основным параметрам процесса отбортовки относятся уто­ нение стенки борта, высота борта, диаметр предварительно выре­ занного отверстия, предельно возможная деформация кромки борта и усилие вытяжки. Технологические параметры процесса обычно определяют из рассмотрения напряженно-деформирован­ ного состояния заготовки.

159