Способ вытяжки сложного крупногабаритного пространственного полуфабриката (Варианты) Российский патент 2018 года по МПК B21D22/02 

Изобретение относится к листовой штамповке и может быть использовано в прессовых производствах для штамповки крупногабаритных деталей из листовых материалов (металлов и неметаллов), преимущественно для штамповки-вытяжки крупногабаритных кузовных деталей автомобилей, тракторов, сельхозмашин, бытовой и другой техники на прессах простого, двойного и тройного действия, а также на многопозиционных прессах-автоматах.

Известен традиционный способ вытяжки детали на прессе двойного действия в штампе, содержащем пуансон, закрепленный на внутреннем ползуне пресса, матрицу, закрепленную на нижней неподвижной плите штампа, и прижим, закрепленный на наружном ползуне пресса (Нефедов А.П. Конструирование и изготовление штампов. М.: Машиностроение, 1973, с. 64, рис. 46).

Известен традиционный способ вытяжки детали на прессе простого, иначе, одинарного действия в штампе, содержащем пуансон, закрепленный на неподвижной нижней плите пресса, матрицу, закрепленную на ползуне пресса, и прижим с отверстием по форме пуансона на виде сверху, охватывающий пуансон, скользящий по пуансону и опирающийся через толкатели на подушку пресса в процессе вытяжки (то же, с. 80, рис. 60).

Известен традиционный способ вытяжки детали на многопозиционном прессе-автомате в штампе, содержащем пуансон, закрепленный на неподвижной нижней плите пресса, матрицу, закрепленную на ползуне пресса, и прижим с отверстием по форме пуансона на виде сверху, охватывающий пуансон, скользящий по пуансону и опирающийся через толкатели на подушку пресса в процессе вытяжки (Романовский B.П. Справочник по холодной штамповке. - С.-Пб.: Машиностроение, 1979, с. 443, рис. 349).

Известен традиционный способ вытяжки детали на прессе двойного действия в штампе, содержащем пуансон, закрепленный на внутреннем ползуне пресса, матрицу, закрепленную на нижней неподвижной плите штампа и прижим, закрепленный на наружном ползуне пресса (Романовский В.П. Справочник по холодной штамповке. - C.-Пб.: Машиностроение, 1979, с. 441, рис. 346).

Общим недостатком этих известных способов вытяжки является то, что после удаления вытянутого полуфабриката из штампа стенка этого полуфабриката пружинит, и угол между вытянутой стенкой и дном полуфабриката увеличивается на угол пружинения после вытяжки, далее этот угол между вытянутой стенкой и дном полуфабриката после вытяжки еще больше увеличивается на угол пружинения после обрезки технологического припуска на вытянутом полуфабрикате. Из-за пружинения стенки полуфабриката после вытяжки и обрезки технологического припуска точность детали, получаемой на последующих операциях штамповки, низкая, что вызывает останов и простои автоматической линии сборки-сварки изделия из таких листоштампованных деталей низкой точности. Попытка уменьшить пружинение стенки полуфабриката после вытяжки и обрезки припуска за счет увеличения размеров заготовки и растягивающих напряжений вдоль вытягиваемой стенки позволяет уменьшить пружинение, но приводит к увеличению нормы расхода материала на одну деталь, а также к увеличению опасности разрушения стенки из-за действия увеличенных растягивающих напряжений в этой стенке в процессе вытяжки полуфабриката.

Техническая задача изобретения заключается в повышении точности размеров полуфабриката за счет разработки способа вытяжки сложного крупногабаритного пространственного полуфабриката с учетом пружинения стенки полуфабриката после его выталкивания из штампа и последующей обрезки технологического припуска.

Техническая задача решается за счет того, что при ходе ползуна пресса вниз, после прижатия краевой части заготовки, вытягивание пуансоном в зазор между матрицей заготовки из-под развертывающихся прижимных поверхностей матрицы и прижима в стенку полуфабриката осуществляют одновременно с рельефной формовкой участков дна полуфабриката навстречу тем участкам вытягиваемой стенки, к которым предъявляются повышенные требования по точности угла между стенкой и дном, рельефную формовку выполняют на углы пружинения участков стенки полуфабриката по отношению к прилегающим участкам дна после вытяжки и обрезки технологического припуска на полуфабрикате, а углы пружинения участков стенки полуфабриката, имеющих повышенные требования по точности угла до прилегающих участков дна, предварительно определяют последовательными приближениями после вытяжки полуфабрикатов в этом же штампе и обрезки технологического припуска на вытянутых полуфабрикатах, и эти углы пружинения заранее учитывают в геометрии рабочих элементов для рельефной формовки этого же штампа для вытяжки при его отладке.

Сущность изобретения по вариантам характеризуется фиг. 1-5.

На фиг. 1 показаны исходная листовая заготовка 1, контур полуфабриката после вытяжки 2, линия обрезки 3 технологического припуска на полуфабрикате, ось симметрии 4 первого и второго расположенного зеркально по отношению к первому, полуфабрикатов, из которых на последующих операциях будут отштампованы соответственно первая и вторая детали, 5 - линия, по которой после обрезки технологического припуска на последней операции штамповки одна половина полуфабриката для первой или второй детали будет изогнута по отношению к другой половине полуфабриката на угол, например, равный 90 градусов, после чего будет получена готовая листоштампованная деталь, идущая далее на сборку изделия; α-угол между участком стенки и прилегающим участком дна полуфабриката, по наружной поверхности полуфабриката, после его вытяжки и обрезки технологического припуска; на этих участках стенки и дна к углу между стенкой и дном полуфабриката предъявляются повышенные требования по точности.

На фиг. 2 показан разрез штампа для осуществления нового способа вытяжки полуфабриката на прессе двойного или тройного действия в момент загрузки листовой заготовки, где 1 - пуансон, 2 - матрица, 3 - прижим, 4 - листовая заготовка, 5 - выступающие на высоту "h" две симметрично расположенные части матрицы 2; на виде сверху W штампа верхняя линия С₁-С₂ вертикальной плоскости проецируется на главный вид спереди А-А в точку С₁, С₂; точками B₁ и В₂ обозначены точки пересечения осевой линии с контуром исходной заготовки; α_stamp - угол между участком стенки и прилегающим участком дна полости матрицы; на этих участках стенки и дна полости матрицы к углу между стенкой и дном вытянутого в эту матрицу полуфабриката предъявляются повышенные требования по точности; β_stamp - угол между горизонталью и дном полости матрицы в этом сечении штампа.

На фиг. 3 показано сечение штампа для осуществления нового способа вытяжки полуфабриката на прессе двойного или тройного действия в нижнем крайнем положении обоих ползунов пресса и верхней половины штампа в момент окончания процесса вытяжки заготовки; на виде W изображена нижняя половина штампа с вытянутым полуфабрикатом 4; α₁ - угол между участком стенки и прилегающим участком дна полуфабриката, по наружной поверхности полуфабриката, после его вытяжки; на этих участках стенки и дна к углу между стенкой и дном полуфабриката предъявляются повышенные требования по точности.

На фиг. 4 показан разрез штампа для осуществления нового способа вытяжки полуфабриката на прессе простого действия или многопозиционном прессе-автомате в момент загрузки листовой заготовки, где 1 - пуансон, 2 - матрица, 3 - прижим, 4 - листовая заготовка, 5 - выступающие на высоту "h" две симметрично расположенные части матрицы, 6 - толкатели, через которые подушка пресса передает силу прижатия на прижим 3 штампа для вытяжки; на виде W штампа верхняя линия С₁-С₂ вертикальной плоскости проецируется на главный вид спереди А-А в точку С₁, С₂; точками В₁ и В₂ обозначены точки пересечения осевой линии с контуром исходной заготовки.

На фиг. 5 дано сечение штампа для осуществления нового способа вытяжки полуфабриката на прессе простого действия или многопозиционном прессе-автомате в нижнем крайнем положении ползуна пресса и верхней половины штампа в момент окончания процесса вытяжки заготовки; на виде W изображена верхняя половина штампа с вытянутым полуфабрикатом 4.

По варианту 1 на прессе двойного или тройного действия способ реализуется следующим образом (фиг. 2 и 3). Вырубленную из листового материала заготовку 4 укладывают на матрицу 2. При ходе наружного ползуна пресса при помощи закрепленного на этом ползуне прижима штампа осуществляют формоизменение и прижатие краевой части заготовки 4 между развертывающимися прижимными поверхностями матрицы 2 и прижима 3; в крайнем нижнем положении наружный ползун пресса останавливается, удерживая прижатой краевую часть заготовки до конца вытяжки. При ходе внутреннего ползуна пресса вниз, вытягивание пуансоном 1 в зазор между матрицей 2 заготовки из-под развертывающихся прижимных поверхностей матрицы 2 и прижима 3 в стенку полуфабриката 4 осуществляют одновременно с рельефной формовкой участков дна полуфабриката навстречу прилегающим участкам вытягиваемой стенки.

В конце процесса вытяжки, угол между участком стенки и прилегающим участком дна полуфабриката, по наружной поверхности полуфабриката, на фиг. 2 обозначен α₁. Если зазор между поверхностями пуансона 1, матрицы 2 и полуфабриката 4 равен или близок к нулю и им можно пренебречь, то искомый угол α₁ на полуфабрикате равен известному углу α_stamp на штампе, а если зазор велик и его необходимо учитывать, то искомый угол α₁ на полуфабрикате рассчитывается из геометрических построений полуфабриката внутри известного угла α_stamp на штампе.

После выталкивания вытянутого полуфабриката из штампа для вытяжки, угол между участком стенки и прилегающим участком дна полуфабриката увеличивается на угол пружинения Δα₁ и становится равным

α₂=α₁+Δα₁.

После обрезки технологического припуска, угол между участком стенки и прилегающим участком дна полуфабриката увеличивается на угол пружинения Δα₂ и становится равным

α=α₂+Δα₂ = α₁+Δα₁+Δα₂ = α₁+Δα,

где суммарный угол пружинения Δα участка стенки после вытяжки полуфабриката и обрезки на нем технологического припуска равен

Δα=Δα₁+Δα₂.

После вытяжки сложного пространственного полуфабриката и обрезки на нем технологического припуска суммарный угол пружинения Δα стенки полуфабриката переменен вдоль контура этой стенки в плане. На практике корректировать штамп для вытяжки с учетом угла пружинения Δα стенки полуфабриката вдоль всего контура этой стенки в плане и очень сложно, и в этом, как правило, нет необходимости. Поэтому целесообразно по новому способу корректировать штамп для вытяжки с учетом угла пружинения Δα только тех участков стенки полуфабриката, на которых конструктором заданы повышенные требования по точности угла α между стенкой и дном полуфабриката после его вытяжки и обрезки на нем технологического припуска.

На фиг. 2-5 эти участки стенки и дна полуфабриката с повышенными требованиями по точности угла α, для примера, расположены по обе стороны от оси симметрии штампа для вытяжки на виде сверху или оси симметрии 4 (фиг. 1) полуфабриката, из которого на последующих операциях будут отштампованы первая и вторая, зеркальная по отношению к первой, детали.

Таким образом, после окончания хода вниз наружного ползуна пресса и прижатия краевой части заготовки, при ходе внутреннего ползуна пресса вниз, вытягивание пуансоном в зазор между матрицей заготовки из-под развертывающихся прижимных поверхностей матрицы и прижима в стенку полуфабриката осуществляют одновременно с рельефной формовкой участков дна полуфабриката навстречу тем участкам вытягиваемой стенки, к которым предъявляются повышенные требования по точности известного из чертежа угла α между стенкой и дном. Рельефную формовку выполняют на углы пружинения Δα участков стенки полуфабриката по отношению к прилегающим участкам дна после вытяжки и обрезки технологического припуска на полуфабрикате. Углы пружинения Δα участков стенки полуфабриката, имеющих повышенные требования по точности угла до прилегающих участков дна, предварительно определяют компьютерным моделированием и последовательными приближениями уточняют экспериментально после вытяжки полуфабрикатов в этом же штампе и обрезки технологического припуска на вытянутых полуфабрикатах, и эти углы пружинения Δα заранее учитывают в геометрии рабочих элементов для рельефной формовки этого же штампа для вытяжки при его отладке.

При проектировании штампа для вытяжки повышенной точности с учетом пружинения участка стенки полуфабриката, угол α_stamp между стенкой и дном полости матрицы рассчитывается по формуле

α_stamp=α-Δα.

Чаще всего угол между стенкой полости матрицы и горизонталью - прямой, в этом случае угол β_stamp в сечении штампа равен β_stamp=π/2 - α_stamp.

По варианту 2 на прессе простого действия или многопозиционном прессе-автомате способ реализуется следующим образом (фиг. 4 и 5). Вырубленную из листового материала заготовку 4 укладывают на прижим 3. При ходе ползуна пресса при помощи закрепленной на этом ползуне матрицы 2 осуществляют формоизменение и прижатие краевой части только половины заготовки 4 между развертывающимися прижимными поверхностями матрицы 2 и прижима 3, опирающегося через толкатели 6 на подушку пресса (подушка пресса не показана). При дальнейшем ходе ползуна пресса осуществляется процесс вытяжки полуфабриката с учетом пружинения вытянутой стенки полуфабриката после выталкивания полуфабриката из штампа для вытяжки и обрезки технологического припуска аналогично тому, как это описано выше для вытяжки на прессе двойного действия.

По сравнению с традиционным способом новый способ вытяжки дает повышение точности вытянутого полуфабриката и, соответственно, штампуемой на последующих операциях из этого полуфабриката детали, уменьшение нормы расхода листового материала на одну деталь и себестоимости изготовления листоштампованной детали.

Поскольку по обоим вариантам нового способа вытяжки для уменьшения пружинения стенки полуфабриката после его вытяжки и обрезки технологического припуска применяют листовую заготовку размеров, максимально приближенных к размерам полуфабриката, то с повышением точности полуфабриката после вытяжки при использовании нового способа вытяжки совместно с рельефной формовкой также достигается экономия листового материала.

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к штамповке листового материала. После прижима краевой части заготовки при ходе ползуна пресса вниз вытягивание пуансоном заготовки в зазор, образованный прижимными поверхностями матрицы и прижима, в стенку полуфабриката осуществляют одновременно с рельефной формовкой участков дна полуфабриката навстречу тем участкам вытягиваемой стенки, к которым предъявляются повышенные требования по точности угла между стенкой и дном. При этом рельефную формовку выполняют на углы пружинения участков стенки полуфабриката по отношению к прилегающим участкам дна после вытяжки и обрезки технологического припуска на полуфабрикате. Повышается точность полуфабрикатов за счет уменьшения пружинения стенки вытянутого полуфабриката. 2 н.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ вытяжки сложного крупногабаритного пространственного полуфабриката с прижатием краевой части листовой заготовки, включающий укладку заготовки на матрицу штампа на прессе двойного или тройного действия, прижатие краевой части заготовки прижимом штампа при ходе наружного ползуна пресса вниз и последующее формоизменение центральной части заготовки пунсоном и матрицей при ходе вниз внутреннего ползуна пресса с закрепленным на ползуне пуансоном, отличающийся тем, что формоизменение центральной части заготовки при ходе внутреннего ползуна пресса вниз осуществляют посредством ее вытяжки пуансоном в зазор между матрицей из-под развертывающихся прижимных поверхностей матрицы и прижима в стенку полуфабриката одновременно с рельефной формовкой участков дна полуфабриката навстречу тем участкам вытягиваемой стенки, к которым предъявляются повышенные требования по точности угла между стенкой и дном на углы пружинения участков стенки полуфабриката по отношению к прилегающим участкам дна после вытяжки и обрезки технологического припуска на полуфабрикате, при этом указанные углы пружинения предварительно определяют путем последовательных приближений после вытяжки полуфабрикатов в этом же штампе и обрезки технологического припуска на вытянутых полуфабрикатах, которые учитывают в геометрии рабочих элементов для рельефной формовки этого же штампа для вытяжки при его отладке.

2. Способ вытяжки сложного крупногабаритного пространственного полуфабриката с прижатием краевой части листовой заготовки, включающий укладку заготовки на прижим штампа на прессе простого действия или многопозиционном прессе-автомате, при ходе ползуна пресса вниз прижатие краевой части заготовки прижимом штампа и последующее формоизменение центральной части заготовки пунсоном и матрицей, отличающийся тем, что в штампе при ходе ползуна пресса вниз после окончания прижатия краевой части заготовки, вытягивание пуансоном в зазор между матрицей заготовки из-под развертывающихся прижимных поверхностей матрицы и прижима в стенку полуфабриката осуществляют одновременно с рельефной формовкой участков дна полуфабриката навстречу тем участкам вытягиваемой стенки, к которым предъявляются повышенные требования по точности угла между стенкой и дном, рельефную формовку выполняют на углы пружинения участков стенки полуфабриката по отношению к прилегающим участкам дна после вытяжки и обрезки технологического припуска на полуфабрикате, а углы пружинения участков стенки полуфабриката, имеющих повышенные требования по точности угла до прилегающих участков дна, предварительно определяют последовательными приближениями после вытяжки полуфабрикатов в этом же штампе и обрезки технологического припуска на вытянутых полуфабрикатах, причем углы пружинения заранее учитывают в геометрии рабочих элементов для рельефной формовки этого же штампа для вытяжки при его отладке.