Способ формообразования гибкой-прокаткой изделий из листового металла и устройство для его осуществления Советский патент 1990 года по МПК B21D7/12 

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано в гибочных устройствах с программным управлением при гибке-прокатке изделий с контурами переменной кривизны из проката, в основном из листового металла.

Целью изобретения является расширение технологических возможностей и повышение точности гибки.

На фиг. 1 показан заданный контур изделия; на фиг. 2 - начальный участок фактического контура заготовки с наложенным

на него контуром заданного по чертежу участка изделия; на фиг. 3 - то же, для текущего момента гибки участка заготовки, следующего за начальным, на фиг. 4-6 - соответственно общая и упрощенная схемы определения текущих величин нормальных отклонений фактического контура от заданного в точках расположения конца полярной оси и полюса полярной системы координат, на фиг. 7 - схема определения текущей величины нормального отклонения фактического контура от заданного при их касании в

точках расположения полюса и конца полярной оси; на фиг. 8 - то же, при касании фактического и заданного контуров в точке расположения полюса; на фиг. 9 - то же, при касании фактического и заданного контуров в точке расположения конца полярной оси; на фиг. 10 - общая схема определения текущей величины нормального отклонения фактического контура от заданного; на фиг. 11 - схема устройства для гибки изделий с криволинейным контуром поверхности; на фиг. 12 - устройство, вид сверху; на фиг. 13 - сечение А-А на фиг. 11; на фиг. 14 - сечение Б-Б на фиг. 11; на фиг. 15 - узел 1 на фиг. 11.

Способ гибки изделий с криволинейным контуром поверхности осуществляют следующим образом.

Перед гибкой заданный контур поверхности изделия описывают в параметрическом виде:

(4хо); /8((о); 4w-Ы//(о)

где ср, - полярный угол г -ой точки текущих измерений, образованный двумя опирающимися на контур поверхности изделия хордами определенной длины, соединенными концами, одну из которых принимают в качестве полярной оси, другую - в качестве полярного радиуса, а их общую точку - в качестве полюса текущей системы полярных координат; /, - варьируемый параметр при/-м положении текущей системы полярных координат;

//i(0 - длина дуги от начала контура поверхности изделия до положения конца полярного радиуса; 4(0 - длина дуги от начала контура поверхности изделия до положения конца полярной оси;

4(0- длина дуги от начала контура поверхности изделия до положения полюса текущей системы полярных координат.

При этом на чертеже в масштабе изображают заданный контур NM. изделия (фиг. 1) и из его начальной точки N проводят хорду ВХ0К а затем из точки Ок проводят вторую хорду OgAt. Для упрощения измерений поверхности изгибаемой заготовки желательно выбирать хорды ВК0 и Ок одинаковой длины.

Полученные участки контура АКМ и АЛМ разбивают на отрезки также желательно одинаковой длины, например на п отрезков

Л/# 1, ...Ak- Ak и Ak Ak+iАп- М.

Хорду OkAk принимают в качестве полярного радиуса, хорду OkBk - в качестве полярной оси, а точку Оь - в качестве полюса текущей системы полярных координат и, перемещая хорды по контуру поверхности изделия в направлении от точки Л к точке М, последовательно совмещают конец полярного радиуса с граничными точками полученных дуг Ak+, At+z,-Ai и т. д. При этом каждый раз определяют величину угла Фк .Ф который принимают в качестве полярного угла текущей точки измерения А, Ak+,...,Ai.

При определении полярного угла ср; определяют также длину дуги Цг) от начальной точки /V до текущей точки измерения А, и длины дуг /а(г) и ($} от точки N до точек В; и О,, в которых при текущих измерениях соответственно расположены конец полярной

оси и полюс текущей системы координат. После этого любым известным способом изготавливают начальный участок заготовки от точки N до точки Ai, сравнивают фактический контур N A k с заданным по чертежу

0 контуром изделия NAk и определяют в точках А, A,..., A k-i, Ak нормальные отклонения 6Л(|), ),-..,), бдда (фиг. 2). Для этого совмещают в пространстве начальные точки заданного контура N и сформированного участка N , а конечные точки сравнитель5 ных участков Ak. и A k располагают так, что точка Ak заданного контура лежит на нормали, проведенной к сформированному участку в точке A k.

Далее заготовку 1 подают в зону гибки и располагают ее так, что сформированный

0 участок N A k находится за этой зоной, а точка Ak - между поверхностями опорных валковых элементов 2 и 3 в плоскости симметрии, проходящей через их оси 4 и 5 вращения.

Затем к заготовке 1 с помощью гибочного

5 инструмента б прикладывают изгибающую нагрузку и перемещают ее через зону гибки на величину шага разбивки заданного по чертежу контура NM, т. е. на величину, равную отрезку Ak Ak+ (фиг. 3). .

0 На очередном участке A k Ai+ формируемого контура точку A k+ выбирают в качестве очередной точки измерения и определяют в ней полярный угол фЈ+1 между хордами Ak+i Ok+i и Ok+i Bk+, имеющими длину р. При определении нормального отклоне5 ния в текущей точке измерения Ak+ исходят из следующих допущений.

При совмещении конца полярного радиуса Л с текущей точкой измерения A k+ конец полярной оси В располагается на/участке сформированного контура в точке Bk+ меж0 ду граничными точками одного из участков разбивки, а полюс полярной системы координат О - в точке Ok+ между граничными точками А , и А + (фиг. 4).

Ввиду относительной малости шагов раз5 бивки и, как следствие этого, малости дуг между указанными точками, а также из-за небольшой кривизны этих участков контура заготовки криволинейные четырехугольники и Aj+iA j+iAfAj рассматривают в

качестве трапеций (фиг. 5 и 6), из которых, зная длины дуг 4(0, ,), ) и Щ), ), /„(/4-1) от начальной точки /V заданного по чертежу контура изделия до точек A-t, Л+i и Ai, Ok+, А-1+ (или до одноименных точек сформированного контура заготовки) и величины нормальных отклонений §,(;), ) и $Л ) бл(Ж) в точках Ai, Ai+i и Л/, Л,ч.ь определяют нормальные отклонения 8a(+i) и Јb(+i) в точках B k+ и в соответствии с соотношениями

W(l+l)(()

6e((/)+ +J1P/ L(fa±Lr A{il. зд+1)- ад

При совпадении заданного и сформированного контуров заготовки в двух точках B k+ (Bk+i) и Jk+(Ok+) расчет величины нормального отклонения в текущей точке измерения АЬ+ производят в соответствии со схемой, представленной на фиг. 7.

При этом величины нормальных отклонений в этих точках принимают равными )0 и 8о(А+|)0, длина хордЛЈ+1 OA+I -Ak+ Ok+ Ok+ Bk+i-p, угол между хордами A knBk+i и Ok+iB k+i ) угол между хордами Ak+iBk+i и

Ofc+iBfc-t-i

t откуда угол между хордами

.Pfe+i- j4+i

Л +1Йм-| и Ан-|Ј +1

а длина хорды Л -нДн-1 R-2p-cosa.

Величину нормальногоотклонения

&(+) определяют из треугольника Ak+ A k+i B k+i, в котором вследствие относительной малости угла 0 8b(k+)R-sin$.

Таким образом, в рассматриваемом случае величину нормального отклонения в текущей точке измерения определяют из соотношения

6А(+ ,)2р - sm fr+ T 4- .

ЈЈ.

При совпадении заданного по чертежу контура изделия и фактического контура заготовки только в одной точке касания O/t +iX X(Ofc+i), когда нормальное отклонение 6в(м-|)0, величину нормального отклонения 8д(&+1) текущей точки измерения определяют из двух треугольников и в соответствии со схемой, представленной на фиг. 8.

Для наглядности доказательства рассмотрим случай, когда треугольники равновелики, т. е. угол . При этом ввиду относительной малости угла в между хордами OA+IЈ +I и O k+iBt+i и угла г между хордами и принимают

и р/н-| ф +|, а величину нормального отклонения бЛ((+1)При совпадении заданного контура изделия и фактического контура заготовки в одной точке B k+(Bk+) Для простоты доказательства принимают 180° и нормальное отклонение в текущей точке -измерения A k+i определяют по схеме, представленной на фиг. 9.

I При этом, исходя из условия равенства длин полярной оси и полярного радиуса Ak+iOk+ --Ok+ Bk+ p, определяют величину нормального отклонения в соответствии

5 с соотношением оА(+|)26в(+). В общем случае величину нормального отклонения 6/.) сформированного контура заготовки от заданного ло чертежу контура изделия в текущей точке измерения определяют согласно представленной на фиг. 10 схеме Е

0 соотношением

6д(А+1)2р-С05- 2

- 6B/s+i)+26e(ft+i).

sin5

Определив величину нормального отклонения 6д(Ј+о фактического контура заготовки от заданного по чертежу контура изделия, гибочный инструмент 6 смещают относительно опорных элементов 2 и 3 в сторону

0 изгибающего момента, если он имеет знак плюс, или в обратном направлении при его отрицательном значении на величину, пропорциональную этому отклонению и передаточной функции привода инструмента 6. Устройство для осуществления способа

5 гибки заготовки 1 содержит гибочную опору, образованную валковыми опорными элементами 2 и 3, смонтированными с возможностью вращения на осях 4 и 5, гибочный инструмент 6, соединенный с регулируемым приводом 7 его перемещения относительно валков 2 и 3, датчик 8 линейных перемещений заготовки 1, кинематически связанный с валком 3, датчик 9 угловых перемещений и программное устройство 10 с блоком сравнения, входы которого соединены с выходами

5 датчиков 8 и 9, а выход - с входом привода 7.

Инструмент 6 выполнен в виде пары гибочных валков с жестко связанными между собой осями, а опорные элементы 23 - в виде валковой подачи, кинематически связан(Э ной с приводом 11, обеспечивающим линейное перемещение заготовки 1 в направлении подачи.

Датчик. 9 выполнен в виде сельсинного устройства, включающего приемную часть,

5 размещенную в корпусе 12, и установленный в нем с возможностью поворота чувствительный элемент 13. Корпус 12 установлен в подшипниках 14, смонтированных в корпусе 15 каретки 16. На корпусе 15 закреплены параллельно оси 17 и 18, на которых установлены ролики 19 и 20. Ось 18 смонтирована на корпусе 15 таким образом, что образующая цилиндрической поверхности ролит ка 20 проходит через ось вращения чувст- вительного элемента 13, при этом расстояние между поверхностями роликов 19 и 20 соответствует толщине заготовки и может регулироваться путем перемещения оси 17 относительно оси 18 (средства регулировки не по- казаны).

Чувствительный элемент 13 соединен с концом штанги 21, другой конец которой закреплен на шарнирной опоре 22, выполненной в виде втулки 23, установленной сбоку от валков 2 и 3 в плоскости, проходя- щей через их оси 4 и 5 вращения и установленной на ней оси 24, соединенной с концом штанги 21

Ось 24 совпадает с образующей цилинд рической поверхности нижнего валка 3

На корпусе 12 датчика 9 закреплен конец штанги 25, другой конец которой смонтирован на шарнирной опоре 26, размещенной на каретке 27. Опора 26 выполнена в виде смонтированного на конце штанги 25 подшипника 28, установленного на оси 29. Ось 29 закреплена на корпусе 30 каретки 27, на котором параллельно осям 17 и 18 каретки 16 установлены оси 31 и 32, и на них смонтированы ролики 33 и 34, причем образующая цилиндрической поверхности ролика 34 совпадает с осью 29, а ось 31 имеет возмож- ность регулировочного перемещения относительно оси 32.

Устройство работает следующим образом.

Передний конец заготовки подается в вал- ки 2 и 3 валковой подачи, с помощью привода 7 к нему подводится гибочный инструмент 6, и производится его гибка. При этом линейное перемещение заготовки относительно валков 2 и 3 в процессе гибки конт- ролируется с помощью датчика 8, подающего сигналы в блок сравнения программного устройства 10.

После гибки начального участка заготовки привод 11 валка 3 выключается, валки 2 и 3 затормаживаются, и производит- ся определение нормальных отклонений в -точках разбивания сформированной части заготовки 1 с заданным по чертежу контуром изделия. Затем ось 24 перемещается во втулке 23 в направлении к валкам 2 и 3, заготовка 1 вводится в пространство между роликами 19 и 20 каретки 16 и роликами 33 и 34 каретки 27, и ее гибка продолжается.

Для упрощения измерения нормальных отклонений заготовки на начальном участке может применяться дополнительный (лож- ный) конгур с заранее измеренными нормальными отклонения, который закрепляется на заготовке и используется в качестве ее переднего конца, причем в качестве такого

участка может выбираться контур с постоянной кривизной, не имеющий отклонений от заданного по чертежу контура изделия, например контур, выполненный в виде идеальной дуги окружности прямой рейки.

При подаче заготовки 1 на очередной шаг разбивки заданного по чертежу контура изделия снова определяется нормальное отклонение заготовки в текущей точке измерений, в качестве которой выбирается точка, лежащая на пересечении оси 24 с передним краем заготовки (в рассматриваемом примере контуром заготовки служит линия, очерчивающая передний край ее нижней поверхности L, причем точка пересечения этой линии с осью 24 принимается за текущую точку измерения, совпадающую с концом полярного радиуса, точка ее пересечения с осью чувствительного элемента 13 - в качестве полюса полярной системы координат, а точка пересечения указанного края заготовки с осью 29 служит концом полярной оси).

В процессе гибки заготовка перемещается между роликами 19 и 20 каретки 16 и роликами 33 и 34 каретки 27 и изменяет свою кривизну на участке от шарнирной опоры 22 до датчика 9 и далее от датчика 9 до шарнирной опоры 26. Угол между штангами 21 и 25 изменяется, и они разворачивают корпус 12 с приемной частью датчика 9 и его чувствительный элемент 13 друг относительно друга. При этом корпус 12 поворачивается в подшипниках 14, конец штанги 25 разворачивается на подшипнике 28, а закрепленная на конце штанги 21 ось 24 - во втулке 23.

Поступающая от датчиков 8 и 9 в блок сравнения программного устройства 10 информация о шаге заготовки и величине угла между штангами 21 и 25 (полярном угле текущей точки измерений) сравнивается со значениями, заданными по чертежу изделия, контур которого предварительно описывается в параметрическом виде. По этим значениям определяется величина нормального отклонения сформированного контура от заданного, после чего устройство 10 подает на вход привода 7 сигнал на корректировку положения инструмента 6 относительно валков 2 и 3, пропорциональный величине возникшего рассогласования.

Дальнейшая гибка заготовки 1 и корректировка положения инструмента 6 производятся в процессе непрерывного перемещения заготовки валками 2 и 3 валковой подачи.

По окончании гибки каретки 16 и 27 (и дополнительный ложный контур, если он применялся) снимаются со сформированного изделия 1 и описанный процесс гибки повторяется.

Использование изобретения позволяет описывать заданный по чертежу контур

изделия в полярной системе координат с помощью полярной оси к радиуса, имеющих относительно небольшие размеры. Благодаря этому уменьшаются размеры измерительных датчиков и всего устройства в целом, практически исключается прогиб его измерительных элементов и повышается точность гибки.

При использовании изобретения точность

гибки повышается также за счет значи

тельного уменьшения действующего на переднюю часть заготовки опрокидывающего момента, создаваемого весом устройства, так как точка приложения этой нагрузки смещена от конца заготовки и приближена к опорным элементам. Поэтому в процессе гибки указанный момент остается практически постоянным, а не возрастает по мере выдвижения заготовки из зоны гибки.

Кроме того, расширяются технологические возможности объекта изобретения и обеспечивается гибка крупногабаритных изделий и изделий с интенсивно меняющейся кривизной, уменьшаются размеры рабочей зоны.

Формула изобретения

1. Способ формообразования гибкой-про- каткой изделий из листового металла, при котором заданный по чертежу криволинейный контур изделия описывают параметрически в полярной системе координат, образованной хордой, принимаемой в ка- честве полярного радиуса, и полярным углом у полюса системы, осуществляют гибку-прокатку начального участка заготовки, измеряют полярные координаты текущей точки, которую выбирают на поверхности согнутого конца заготовки после зоны гибки, и сравнивают эти координаты с заданным, а затем определяют величину нормального отклонения фактического контура от заданного и корректируют перемещение гибочного инструмента соответ- ственно отклонению, отличающийся тем, что, с целью расширения технологических возможностей и повышения точности, измерения производят в текущей системе полярных координат, образованной с помощью пары хорд постоянной длины, соединенных концами, при этом одну из хорд принимают в качестве полярной оси, а другую - в качестве полярного радиуса, а их общую точку - в качестве полюса текущей системы координат, при измерении заданной по чертежу по верхности изделия хорды перемещают по контуру и, последовательно совмещая конец полярного радиуса с выбранными точками измерения, определяют полярные углы этих точек и расстояние между ними и текущими положениями по- люса полярной оси, при измерениях начального участка заготовки конец полярной оси совмещают с его передним концом, полюс - с поверхностью заготовки, а ко5

0

5

0

5

0 5 0 5 0 5

нец полярного радиуса - с текущей точкой измерения на выходе из зоны гибки и в этом положении определяют нормальные отклонения фактического контура начального участка заготовки от заданного в выбранных по чертежу точках измерения, а при дальнейшем перемещении заготовки через зону гибки нормальное отклонение в текущей точке рассчитывают по отклонению текущего полярного угла и по нормальным отклонениям в предыдущих точках измерений сформированного участка заготовки по соотношениям

бд(4+1)2р (- ). +

+ 26в(+1)-6в(+о;

бо (k+; )6А (/)+ ОИ:1гЬог(+о-бм, л()

.(о+((5лГм)йл

ч(+0()

где6дА+:)-нормальное отклонение фактического контура от заданного в текущей точке измерения;

6в(+п-нормальное отклонение фактического контура от заданного в точке расположения полюса при текущих измерениях;

б(НО - нормальное отклонение фактического контура от заданного в точке расположения конца полярной оси при текущих измерениях;

бдО ) - нормальное отклонение фактического контура от заданного в ближайшей к полюсу точке измерения сформированного участка заготовки, расположенной при текущих измерениях между полюсом и передним концом заготовки;

б/(,-f.i)-нормальное отклонение фактического контура от заданного в ближайшей к полюсу точке измерения сформированного участка заготовки, расположенной между полюсом и текущей точкой измерения;

6д(г, - нормальное отклонение фактического контура от заданного в ближайшей к концу полярной оси точке измерения сформированного участка заготовки, расположенной при текущих измерениях между концом полярной оси и передним концом заготовки;

6(,+1)- нормальное отклонение фактического контура ог заданного в ближайшей к концу полярной оси точке измерения сформиро0)

O + I)

(0 -

O+I) -

(+i) -

+1 - +1 - 20

ванного участка заготовки, расположенной между концом полярной оси и текущей точкой измерения;

длина дуги от переднего конца 5 заготовки до ближайшей к полюсу точки измерения сформированного участка заготовки, расположенной при текущих измерениях между полюсом и пе- ,Q редким концом заготовки; длина дуги от переднего конца заготовки до ближайшей к полюсу точки измерения сформированного участка заготовки, расположенной между полюсом 15 и текущей точкой измерения; длина дуги от переднего конца заготовки до ближайшей к концу полярной точки измерения сформированного участка заготовки, расположенной при текущих измерениях между концом полярной оси и передним концом заготовки; длина дуги от переднего конца заготовки до ближайшей к кон- 25 цу полярной оси точки измерения сформированного участка заготовки, расположенной между концом полярной оси и текущей точкой измерения; (A+i) - длина дуги от переднего конца заготовки до точки расположения полюса при текущих измерениях;

длина дуги от переднего конца заготовки до точки расположения конца полярной оси при текущих измерениях; заданный полярный угол текущей точки измерения; фактический полярный угол текущей точки измерения4о

длина полярного радиуса.

30

35

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при измерениях выбирают полярную ось и полярный радиус одинаковой длины.

0

5

о

0

5

3.Устройство для формообразования гибкой-прокаткой деталей преимущественно переменной кривизны из листового металла, содержащее гибочную опору, механизм подачи заготовки, гибочный инструмент с регулируемыми приводом его перемещения относительно гибочной опоры, датчик линейных перемещений заготовки относительно гибочной опоры, датчик угловых перемещений, выполненный в виде корпуса, в котором с возможностью поворота установлен чувствительный элемент, основную шарнирную опору, установленную у гибочной опоры, основную штангу, один конец которой взаимодействует с основной шарнирной опорой, а другой конец соединен с чувствительным элементом датчика угловых перемещений, и программное устройство с блоком сравнения, входы которого соединены с выходами указанных датчиков, а выходы - с входами привода гибочного инструмента, отличающееся тем, что, с целью расширения технологических возможностей и повышения точности, оно снабжено двумя каретками и дополнительными шарнирной опорой и штангой, при этом на первой каретке с возможностью поворота установлен корпус датчика угловых перемещений, а на второй каретке установлена дополнительная шарнирная опора и на ней одним концом закреплена дополнительная штанга, другой конец которой закреплен на корпусе датчика угловых перемещений, а соответствующий конец основной штанги закреплен на основной шарнирной опоре.

4.Устройство по п. 3, отличающееся тем, что каждая из кареток выполнена в виде корпуса, пары осей, установленных на нем параллельно, и роликов, смонтированных на этих осях, при этом корпус датчика угловых перемещений и дополнительная шарнирная опора смонтированы на корпусах соответствующих кареток таким образом, что образующая цилиндрической поверхности одного из роликов первой каретки лежит на оси чувствительного элемента указанного датчика, а на второй каретке аналогичная образующая проходит через центр дополнительной шарнирной опоры.

м

An-i

n-i

On..

n-i

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к способам формообразования гибкой прокаткой и устройствам для их осуществления, и может быть использовано в устройствах для гибки-прокатки с программным управлением. Цель изобретения - расширение технологических возможностей и повышение точности гибки. Перед гибкой заданый по чертежу контур изделия описывают в параметрическом виде. Для этого используют полярную систему координат, образованную парой хорд постоянной длины. Одну из хорд принимают в качестве полярной оси, другую хорду - в качестве полярного радиуса, а их общую точку - в качестве полюса. При измерениях хорды перемещают по заданному контуру и определяют углы между ними и текущие расстояния от конца изделия до концов полярной оси, радиуса и полюса. При гибке-прокатке заготовки формуют передний участок, достаточный для размещения на нем датчика угловых перемещений и шарнирной опоры. В процессе гибки датчик измеряет углы между штангами, имеющими такую же длину, что и хорды полярной системы координат. Конец штанги, принятой за полярный радиус, закреплен в зоне гибки на неподвижной шарнирной опоре, а конец штанги, принятой за полярную ось - на второй шарнирной опоре. Датчик угловых перемещений и опора полярной оси размещены на каретках, установленных на заготовке. Датчики линейных и угловых перемещений передают в блок сравнения данные о линейном перемещении заготовки и о текущем угле между штангами. Блок сравнивает фактические значения с заданными и корректирует положение гибочного инструмента пропорционально величине рассогласования. Нормальные отклонения рассчитываются по формулам. 2 с. и 2 з.п. ф-лы, 15 ил.

Фиг. i

А ы А

Фиг. 2

vM

Qawru/veCfctyu Заготоб и

FW

б ntrapgn

Jh JJHan nftHHDQDg

n gou/ogog у o /icc/Wav пгяодЬпшзо.Ј гпс6

990699

s

о ел

s

(|

Ј

(V Эг

8

СО

ю

о л

СО 1Л

См

24

x

Фиг. г2

А-Апо&ернуто

Фиг.13

6- 6 поЬернуто

Фиг.74

Составитель Ю. Самохвалов

Редактор И. ШмаковаТехред И. ВересКорректор

Заказ 1411Тираж 605Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат «Патент, г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

21

Фиг.15