Способ штамповки листовых материалов и устройство для его осуществления Советский патент 1992 года по МПК B21D22/10 

Изобретение относится к листовой штамповке.

Цель изобретения - получение штампованных деталей средней глубины, но с большими поверхностями, таких как авто- мобильные детали, центральные части которых практически никогда не имеют поверхностей вращения, а представляют собой сложные формы, не поддающиеся развертке.

На фиг. 1-5 схематично даны виды сечения устройства штамповки в процессе последовательных этапов формирования детали; на фиг. 6 и 7 - схематично даны виды сечения устройства штамповки для изготов- ления сложных детелей.

Способ реализуют на прессе двойного действия с помощью текучей среды с прижимом периферии заготовки.

Первая фаза операции штамповки со- стоит в реализации отгибания периферийных локальных краев (фиг. 2) листа внешним ползуном 1.

Первая фаза предусматривает одновременно реализацию криволинейной поверх- ности предварительной формовки, которая вызывает выпучивание листа и позволяет избежать образования складок.

Такое выпучивание ограничено несколькими моментами: 1) перемещаемым объемом эластомера, что определяет криволинейную поверхность листа; 2) близостью пуансона, что устраняет эррактическую деформацию листа и требует предварительной деформации; 3) периферийным зажатием листовой заготовки, которое настроено так, чтобы ограничить двумерное расширение листа малым значением в 3- 5%, причем эта величина позволяет избежать формирование складок.

Принципиально кривизна поверхности получается многонаправленным изгибом листа, что позволяет в процессе второй операции формирования и последней фазы операции штамповки, которая будет менять

эти криволинейные формы, обеспечить высокие потенциальные возможности перенастройки для получения этих форм.

В процессе предварительной формовки получают выпученную поверхность, площадь которой приблизительно равна площади поверхности готового изделия, а при окончательной формовке оформляют рельеф и угловые зоны центральной части заготовки путем дополнительного воздействия на текучую среду.

По первому варианту, представленному на фиг. 1-5, показано устройство в положении перед формовкой, которое имеет в своем составе обычные составляющие элементы пресса двойного действия и поэтому представлена лишь часть, относящаяся к элементам устройства.

Наружный ползун 1 несет на своей внешней части прижим 2 заготовки, который взаимодействует с открытым торцом 3 контейнера 4, на котором размещают лист 5 для штамповки.

В контейнере 4 размещается текучая среда 6 из упругого материала, занимающая всю его поверхность, Поверхность торца 3 для поддержания листа 5 расположена на уровне, превышающем уровень верхней рабочей поверхности 7 текучей среды 6.

Наружный ползун 1 имеет кольцевую матрицу 8, внешний диаметр которой меньше внутреннего диаметра контейнера 4 таким образом, что нижняя поверхность 9 кольцевой матрицы 8 (если смотреть со стороны листа 5) может при отсутствии листа 5 проникать в контейнер 4 и достигать текучей среды 6 из упругого материала, вызывая его текучесть.

Центральный ползун 10 несет основание 11 центральной матрицы.

Наружный ползун 1 и центральный ползун 10 приводятся в действие одновременно и образуют рабочую полость матрицы своими нижней поверхностью 9 и основанием 11, причем текучая среда 6 из упругого

материала в процессе работы играет роль пуансона..

Текучая среда 6 из упругого материала выполнена из эластомера, имеющего твердость по Шору не более 30, что является важнейшей характеристикой для времени быстрого возврата материала (желательно менее 1 с) к своей первоначальной форме. Можно, например, использовать материал на основе силикона.

Основание 11 центральной матрицы, переносимое центральным ползуном 10, выполняется из легко обрабатываемого или формируемого материала, такого как пластмасса, в частности из полиуретана, полиэпоксидных соединений, полиэфира, бетона, бетона с добавками смол, композиционных материалов, причем возможно армирование этих материалов волокнами, в частности стекловолокном или из твердой древесины, такой как самшит.

Втягивающиеся внутрь средства разгрузки 12 штифты или надувные оболочки входят в текучую среду 6 и их внедренный объем приблизительно представляет объем увеличения текучей среды 6 после формовки.

Текучая среда 6 имеет канал 13, обеспечивающий циркуляцию охлаждающей жидкости или сжатого воздуха. Другой канал 14 может служить для съема готовой детали 15, в частности когда используется сжатый воздух. Для охлаждения массы текучей среды 6 можно также предусмотреть армирование металлическими нитями или наполнение металлическим порошком, улучшающим теплопроводность.

На фиг. 2.показан этап локального изгиба периферии листа 5.

На этапе, показанном на фиг. 2, спуска- ют наружный ползун 1, несущий кольцевую матрицу 8. Она входит в контакт с листом 5, периферийная часть которой постепенно зажимается между прижимом 2 и торцом 3 с целью избежать ее фестонирования.

В процессе спуска кольцевая матрица 8 формирует отогнутый край листа 5 и одновременно сжимает текучую среду 6. Последняя под воздействием периферийного сжатия перетекает в центральную зону лис- та 5 и обеспечивает предварительную формовку.

Выпучивание центральной части листа 5 ограничено основанием 11 центральной матрицы с целью избежать неконтролируе- мых деформаций, обусловленных анизотропией металла или асимметричностью форм деталей. Спуск наружного ползуна 1 ограничен таким образом, что дэформация в центральной части листа 5 дает поверхность,

которая примерно равна поверхности окончательно получаемой детали.

На фиг. 3 показан этап окончательной формовки детали 15. Центральный ползун 10, несущий основание 11 центральной матрицы, опускается к своему нижнему положению и вызывает окончательную формовку центральной части листа 5, предварительно сформированного в ходе предыдущей операции.

Напряжения сжатия, обусловленные опорой основания 11 центральной матрицы на вершину листа 5, действием текучей среды на противостоящую ей поверхность листа 5 преобразуются в напряжения растяжения, воздействующие на всю поверхность листа 5, не компенсированную присутствием основания 11 и вызывают перемещение этого листа 5 во всем располагаемом объеме.

Эти напряжения (сжатия, растяжения) стремятся таким образом стать равными нулю (с точностью до КПД материала текучей среды), обеспечивая таким образом окончательное выполнение детали с минимальным изменением толщины.

На фиг. 4 показан этап декомпрессии текучей среды 6 путем опускания штифтов 12. Эта операция имеет целью избежать деформации штамповочной детали 15 вследствие реакции расширения эластомера текучей среды.

На фиг. 5 показан этап съема сформированной детали 15 путем одновременного подъема двух ползунов 1 и 10, несущих матрицы. Для ограничения подогрева текучей среды 6, в частности при серийной работе, обеспечивают циркуляцию сжатого воздуха в каналах 13. Охлаждение текучей среды 6 может быть также выполнено на предыдущем этапе декомпрессии. Кроме того, сжатый воздух направляется по каналам 14 для обеспечения отрыва детали 15.

По варианту, показа:;.jOMy на фиг. 6, наружный ползун 1 несет кольцевую матрицу 8, которая в своих углах имеет соответствующий рельеф, например выпуклой формы, т.е. выступ 16, выполненный заодно с ней; этот выступ 16 соответствует избыточной поверхности по отношению к формируемому объему детали, которую требуется реализовать; активная нижняя поверхность 9 матрицы тщательно полируется для обеспечения перемещения избытка материала в процессе формирования; эта активная нижняя поверхность 9 может быть также обработана для облегчения скольжения листового материала.

По другому способу реализации варианта по фиг. 6, показанному на фиг. 7, наружный ползун 1 несет кольцевую матрицу 8, в которой выполнен вогнутый рельеф, т.е. полости 17, которые играют ту же роль, что и выступы 16 на фиг. 6, расположение которых выбирается из соображений оптимизации штампуемой детали 15. Так, полости 17 могут быть расположены в зонах штамповки, которые будут устранены при обрубке периферии детали 15. Можно также разместить рельеф 18 в основании 11 центральной матрицы, закрепленной на центральном ползуне 10, если этот рельеф 18 расположен в центральных зонах детали 15, которые будут устранены вырубкой в законченной детали или когда эта последняя соответствует части листа, расположенной под наружным ползуном 1.

Этот вариант предназначен для изготовления сложных форм с ярко выраженными углами в центральной части штамповки.

Давление, необходимое для предварительной формовки листа, очень мало (максимальное давление находится в диапазоне 10-20 бар/1-2 МПа).

Такой режим низкого давления позволяет формировать большие поверхности и создавать новую инструментальную технику двойного действия с матрицей из эластомера с малой твердостью по Шору, которая может быть приспособлена для существующих кузовных прессов.

Предложенный способ можно применять для формовки листового материала, т.е. тонких пластин (металлических), а также для тонких пластин, в частности из пластического материала.

Среди пластмасс, которые можно формировать по предложенному способу, можно отметить: полибутилен; полиэтилен, хлорированный полиэтилен, полипропилен, ПВХ; хлорированный ПВХ, смола АБС(акри- лонитрил, бутадиен, стирол), поликарбонат, оксид полифенилена, полисульфон, хлорот- рифторэтилен, ацетат целлюлозы, ацетобу- тират целлюлозы, полиацеталь, фенокси, Найлон 6, Найлон 66. Под пластическими материалами следует также понимать композиционные материалы, возможно армированные.

Способ может также применяться для термоформовки листовых материалов. В этом случае материалы могут быть предварительно разогреты до температуры, которая не разрушила бы материал упругой подушки.

Формула изобретения

1. Способ штамповки листовых материалов на прессе двойного действия с помощью текучей среды с прижимом периферии листовой заготовки, отличающийся тем, что первоначально осуществляют локальный изгиб периферии заготовки и предварительную формовку центральной части заготовки выпучиванием текучей среды с получением площади поверхности, приближающийся к площади поверхности готового изделия, а затем окончательную формовку

0 рельефа и угловых зон центральной части путем дополнительного воздействия на текучую среду,

2.Устройство для штамповки листовых материалов, содержащее полый контейнер

5 с текучей средой, рабочая поверхность которой смещена внутрь контейнера, кольцевую матрицу, установленную с возможностью вхождения в полость контейнера и взаимодействия с текучей средой, центральную

0 матрицу и прижим, отл и ч а ю ще еся тем, что, с целью обеспечения реализации способа на прессах двойного действия, имеющих центральный и наружный ползуны, кольцевая матрица снабжена по меньшей мере

5 одним гибочным участком и закреплена на наружном ползуне пресса совместно с охватывающим ее прижимом, установленным с возможностью взаимодействия с открытым торцом контейнера, выполненным с при0 жимной поверхностью, центральная матрица закреплена на внутреннем ползуне пресса, а контейнер установлен неподвижно.

3.Устройство по п. 2, о т л и ч а ю щ е е- с я тем, что кольцевая матрица снабжена по

5 меньшей мере одним дополнительным рельефным рабочим участком.

4.Устройство по п. 2, о т л и ч а ю щ е е- с я тем, что центральная матрица снабжена по меньшей мере одним дополнительным

0 рельефным рабочим участком.

5.Устройство по пп. 2и 4, отличающее с я тем, что текучая среда выполнена из эластомера с твердостью по Шору менее 30.

5 6. Устройство по пп. 2и 4, отличающее с я тем, что центральная матрица выполнена из легкообрабатываемого материала типа пластмассы.

7.Устройство по п. 2, о т л и ч а ю щ е е- 0 с я тем, что центральная матрица выполнена из материала, армированного твердыми волокнами типа стекловолокна.

8.Устройство по п. 2, о т л и ч а ю щ е е- с я тем, что оно снабжено средствами раз5 грузки текучей среды.

9.Устройство по п. 8, о т л и ч а ю щ е е- с я тем, что средства разгрузки текучей среды установлены с возможностью вхождения в полость контейнера и взаимодействия с текучей средой.

10. Устройство по п. 2-9, отличающееся тем, что оно снабжено средствами охлаждения, размещенными в текучей среде.

11. Устройство по п. 2-10, отличающееся тем, что оно снабжено средствами для съема готового изделия с текучей среды.

Фиг.З

N

8

1ч

Ш ЩрЩЖ1 ч

:

л.а

фиг. б

1ч

1

:

л.а

7