Способ формообразования деталей двойной крутизны и устройство для его осуществления Советский патент 1985 года по МПК B21D11/20 

Изобретение относится к обработк ,металлов давлением и может быть использовано, в частности, в авиационной, автомобильной и судостроительной промышленности для изготовления из ЛИСТО9 и панелей деталей с фасонными поверхностями. Известен способ формообразования деталей двойной кривизны в режиме ползучести, включаннций многоточечную фиксацию заготовки соосно расположенными подвижными штоками, нап рев до заданной температуры и дефор мирование перемещением штоков с постоянным двусторонним зажатием за готовки в течение всего процесса формообразования Способ реализуется в известном устройстве, содержащем термокамеру с соосно расположенными в ней под-. вижнчми штоками, снабженными съемными поворотными опорными поверхнос тями, электродвигатель и индивидуал ные приводные элементы каждого из упомянутых штокой СО Недостатком известного устройств и способа, реализуемого в нем, является низкое качество изготовляемьк деталей вследствие появления пластичных изломов из-за возникнове ник в заготовке напряжений, превыша щих Предел упругости. Цель изобретения - повышение качества деталей путем исключения пластических изломов. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу формообра зования деталей двойной кривизны в режиме ползучести, включающему многоточечную фиксацию заготовки с помощью соосно расположенных подвижиык штоков, нагрев до заданной температуры и деформирование переме щением штоков с постоянным двусторо ним зажатием заготовки в течение всего процесса формообразования, деформирование ведут с индивидуальной для каждой фиксированной точки заготовки скоростью ее перемещения которую определяют по зависимости f. - скорость перемещения кажг дои фиксированной точки заготовкиi f - прогиб готовой детали в заданной точке; время деформирования в состоянии ползучести. Для достижения поставленной цели в устройстве для формообразования еталей двойной кривизны в режиме олзучести, содержащем термокамеру с соосно расположенными в нем верхними и нижними подвижными штоками, электродвигатель и индивидуальные приводные элементы каждого из упомянутых штоков, упомянутые подвижные штоки снабжены поворотными накладками с криволинейными рабочими поверхностями, выполненными по форме отдельных частей кобура готовой детали, а индивидуальные приводные элементы каждого из штоков выполнены в виде винтовых пар, связанных между собой посредством паразитных шестерен. На фиг. 1 изображена схема известного способа формообразования деталей на фиг. 2 - схема предлагаемого способа формообразования деталей-, на фиг. 3 принципиальная схема предлагаемого устройства для осуществления способа формообразования де-, талей двойной кривизны; на фиг. 4 сечение А-А на фиг. 3j на фиг. 5 - диаграмма 5-6 для титанового сплава ВТ-20. Предлагаемый способ реализуется в устройстве, состоящем из системы прижимных 1 и поддерживающих 2 штоков, установленных соосно друг против друга и выполненных подвижными в вертикальном направлении. Прижимные 1 и поддерживающие 2 штоки снабжены съемными опорными поверхностями 3, которые крепятся на штоках 2 посредством сферических шарниров 4. Опорные поверхности 3 поддерживающих штоков представляют собой съемные участки теоретического контура дпя изготовления детали 5..Поддерживающие штоки 2 перемещаются по направляющим в плите 6 и имеют на своей поверхности упорную резьбу, которая вместе с шестернями 7 образует винтовые пары 8. Шестерни 7 опираются на опорные подшипники 9, а каждый прддерживаюЕЩЙ шток 2 имеет длинную шпоночную канавку 10, которая посредством шпонки 11 препятствует его вращению. Прижимные штоки 1, установленные В направляющих термокамеры 12 осу:Ществляют постоянный поджнм заготов- ки 5 к опорным поверхностям 4 поддерживающих штоков 2 посредством гр зов 12 (или заневоленных пружин, что эквивалентно грузам). Плита 6 и корпус термокамеры 12 жестко соединенные между собой тягами 14. Винтовые пары 8 всех под держивающих штоков 2 соединены между собой паразитными шестернями 15, закрепленными на плите 16, Шестерни 15 вместе с плитой 16 имеют возможность перемещаться вдоль тяг 14 и в Заданном месте стопориться, наприме с помощью гаек 17. Вращение паразитных шестерен 15 и винтовых пар 8 осуществлено от одного привода 18. Устройство работает следующим образом. Перемещая плиту 16 с паразитными шестернями 15 вдоль тяг 14, выводят их из зацепления с винтовыми парами 8, после чего всем винтовым парам 8 обеспечивается независимое друг от друга вращение. С помощью шаблона и вращения вин товых пар 8 поддерживающие штоки 2 выставляют на необходимую высоту, при этом с помощью опорных поверхностей 4 точно воспроизводится сочленяющая поверхность теоретического контура. По окончании установки вин товых пар 8 плиту 16 вместе с расположенными на ней паразитными щестернями 15 перемещают вдоль тяг 14 и вводят паразитные шестерни в заце ление с винтовыми парами 8. Вращением привода 18 в обратном направлении поднимают все опорные поверхности 4 вверх до положения пока они не достигнут приблизительно одного уровня. После этого на опорные поверхности 4 устанавливают заготовку 5, опускают прижимные штоки 1 с грузами, 13, нагревают заготовку до необходимой температуры и включают привод 18 для осуществле ния формообразования детали. Все винтовые цары 8 опускаются пропор ционально своему максимальному ходу и одновременно приходят в ранее установленное положение, соответствую щее теоретическому контуру для изготовления детали, и фиксируются. При этом каждая пара соосно расположенных поддерживающих щтоков перемещается со своей индивидуально заданной скоростью, которую опре1дделяют расчетным путем (по чертежу изделия) как отношение теоретического прогиба в точке установки пары соосно расположенных подвижных штоков ко времени формообразования в режиме ползучести. Исходя из геометрии конечного (теоретического) контура, считая, что исходная форма представляет плоскую заготовку, определяется местонахождение в заготовке, где в процессе формообразования будут реализовываться максимальные общие деформации fn« Снимая диаграммы 6 - в с разными постоянными скоростями деформированияв условиях ползучести до величины 6 ( oпpeдeляют . : время формообразования -t J обеспечивающего процесс деформирования напряжениями, не превосходящими предела упругости. На диаграмме в качестве иллюстрации приведена серия & - G диаграмм титанового сплава ВТ-20 при 700°С до величины деформации С 0,02, снятых с постоянной скоростью деформации Е cervSt за время 1 ч; 0,25 ч и мгновенно за 10 с. Из представленных диаграмм видно, что если вести процесс формообразования в течении Чл t ч, то при формовке деталей с та 0,02 реализуются напряжения, не превосходящие 0,26 Предел упругости сплава равен бпп 350 МПа. Описанные новые признаки позволяют вести процесс формообразования с исключением пластических изломов и локальных дефектов в изделиях. Расчет передаточных отношений между штоками 2 производится следующим образом. Если обозначить шаг контрольной в1Й1товой пары через i и число зубьев шестерни этой пары через Z, а любой другой винтовой пары соответственно через i- и Zj, то перемещение любого штока 5 по.отношению к перемещению контрольного щтока 5| может быть выражено следующей зависимостью За контрольный шток но отношению к которому ведется расчет перемещения всех других поддерживакщих токов 2, может быть принят любой. 5 однако, для того, чтобы не иметь передаточных отношений противополож ных знаков, таким штоком должен быть шток с максимальным или минимальным ходом. При своем движении поддерживающие штоки 2 образуют про межуточные криволинейные поверхности заготовки, но с меньшими прогибами, пока не достигнут конечного контура, на котором деталь заневоли вают. При этом под действием грузов 13 прижимные штоки 1 следуют за заготовкой 5 без зазора вплоть до конечного контура детали. Пример. Способ опробуется на формообразовании оребренных панелей из сплава 1201 при температур старения 180°С и плиты толщиной 24 мм из спгпава ВТ-20 при 700 °С в режиме ползучести. В термокамере 12 с помощью шабло на, вращая зубчатые шестерни 7 винтовых пар 8, выставляют каждый из 4поддерживаюцих штоков 2 с установленными на них опорными поверхностя ми 4 на необходимую высоту (расчетную) , образуя таким образом теорети ческий контур для изготовления детали. Затем вводят в зацепление с винтовыми парами 8 паразитные шесте ни 15 и, включая привод 18 в обратном направлении по отношению к рабочему, выставляют все поддерживающие штоки 2 вверх, на горизонтальну плоскость, устанавливают на них заг товку 5, опускают прижимные штоки 1 с грузами 13, нагревают заготовку До заданной температуры затем формуют ее в течениеодного часа, при этом формообразование заготовки ведут в различньрс ее точках с пос-.тоянной индивидуально заданной (с помощь|о винтовых пар 8 с различными передаточными отношениями ними) для каждой точки скоростью перемещения. При своем движении под дерзЕИВающие штоки 2 образуют промежуточные поверхности с меньшими прбгибами, но пропорциональными координатами, пока опорные поверхнос71ти 4 не достигнут конечного положения, соответствующего теоретическому контуру для изготовления детали. При этом прижимные штоки 1 под действием грузов 13 следуют за заготовкой 5 без зазора до конечного контура детали, после .чего осуществляют выдержку детали в зажатом состоянии с целью дальнейшей релаксации напряжений в детали. Время формообразования детали назначается из соображений отсутствия напряжений, превосходящих предел упругости, по заданной геомет- рии детали. Так, например, для формообразования деталей из указанных сплавов с высотой ребер, не превышакяцих 30 мм, и теоретических конту-ч ров с кривизной не более 0, время формообразования должно быть не менее одного часа. Время вьщержки в заневоленном состоянии определяют временем ускоренной стадии процесса релаксации напряжений для данных материалов при указанной температуре. Осуществление наиболее благоприятной схемы деформирования заготовки во все время процесса формообразования позволяет проводить процесс без возникновения больших пиковых напряжений и связанных с ними локальных дефектов в элементах деталей, а также совместить процесс формоизменения с термообработкой материала. При этом существенно сйижаются усилия деформирования. Так .как для сплава ВТ-20 ,при формообразовании в режиме подзучести в течение 1 ч.требуются усилия на порядок меньше, чем при мгновенном деформировании. Универсальность устройствазамена только опорных поверхностей, соответствуюпщх участкам теоретического контура, при изменении теории детали - дает экономический эффект при изготовлении даже небольших партий деталей, несмотря на увеличение длительности технолог таеского процесса формования.

1. Способ формообразования деталей двойной кривизны в режиме ползучести, включающий многоточечную фиксацию заготовки с помощью соосно расположенных подвижных щтоков, нагрев до заданной температуры и деформирование перемещением штоков с постоянным двусторонним зажатием заготовки в течение всего процесса формообразования, отличающий с я .тем, что, с целью повыщения качества деталей путем Исключения пластических изломов, деформирование ведут с индивидуальной для каждой фиксированной точки заготоВМ скоростью ее перемещения, которую определяют по зависимости .4. где Vj - скорость перемещения каждой фиксированной точки заготовки; {, - прогиб детали в заданной точке; Т - время деформирования в состоянии ползучести. 2. Устройство для формообразования деталей двойной кривизны в режиме ползучести, содержащее термокамеру с соосно расположенными в ней (Л верхними и нижними подвижными штоками, электродвигатель и индивидуальные приводные элементы каждого из упомянутых штоков, отличающееся тем, что упомянутые подвижные штоки снабжены поворотныни накладками с криволинейными 1 абочими поверхностями, выполненными по форме отдельных частей контура готовой 4аь детали, а индивидуальные приводнме J элементы каждого из йтоков выполнены в виде винтовых пар, связанных неж-J ду собой посредством паразитных шес.терен.

Й««.г f

Щ JLR /ff .

±

фие.З I

т

&,нпо

300

т

о о о о

т

л

us.S

в т-20

t0,5i/oc

о о о о

t-l40C л л и л

е%

20