Математическое моделирование и разработка процесса двухугловой гибки листовых заготовок с компенсацией пружения тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.03.05, кандидат технических наук Семин, Сергей Витальевич

• Семин, Сергей Витальевич
• кандидат технических наук
• 1999

Оглавление диссертации кандидат технических наук Семин, Сергей Витальевич

Содержание

Введение

Глава 1 Аналитический обзор

1.1 Двухугловая гибка-штамповка листовых заготовок (штамповка П-образных изделий)

1.2 Теория технологического изгиба листа

1.3 Методы математического моделирования формоизменения листовых заготовок

1.4 Выводы

Глава 2 Теоретическое исследование упругопластического изгиба тонкого

листа

2.1 Определение формы изогнутой оси листа

2.2 Исследование кинематики перемещения заготовки по кромкам матрицы

2.3 Повреждение поверхности заготовки

2.4 Оптимизация формы и размеров кромок матрицы

2.5 Выводы

Глава 3 Разработка схемы двухугловой гибки с компенсацией пружинения

3.1 Влияние формы и размеров кромок матрицы

3.2 Управление свободным изгибом заготовки при двухугловой гибке

3.3 Экспериментальное исследование двухугловой гибки по новой схеме

3.4 Выводы

Глава 4 Математическое моделирование и методика проектирования

двухугловой гибки

4.1 Математическая модель свободного изгиба тонкого листа

4.2 Расчет пружинения заготовок

4.3 Постановка и проведение вычислительных экспериментов

4.4 Рекомендации к проектированию технологических процессов

4.4.1 Технические требования к деталям

4.4.2 Форма и размеры гибочного инструмента

4.4.3 Назначение гибочных операций и переходов

4.5 Выводы

Общие выводы по работе

Список использованных источников

Приложение А

Приложение Б

Приложение В

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Математическое моделирование и разработка процесса двухугловой гибки листовых заготовок с компенсацией пружения»

Введение

Актуальность. Гибка листовых заготовок широко распространена в штамповочном производстве. Преобладает одно- и двухугловая гибка на малый радиус, соизмеримый с толщиной материала. Изогнутые участки заготовки граничат с плоскими, угол между которыми изменяется в процессе гибки и последующего пружинения. Для компенсации последнего увеличивают углы гибки, что нередко связано с усложнением конструкции штампов и их удорожанием. В частности, при двухугловой гибке краев заготовки на 90° их дополнительно изгибают на несколько градусов в конце хода пуансона с помощью подвижных полуматриц, перемещаемых клиновыми и другими устройствами.

В данной работе показана возможность компенсации пружинения при двухугловой и некоторых других схемах гибки более простыми средствами. Предлагается использовать для этого начальную стадию формоизменения заготовок, когда они подвергаются свободному изгибу под действием кромок матрицы, будучи зажаты в центральной части пуансоном и прижимом. Изменяя традиционную форму кромок матрицы, можно вызвать распространение пластических деформаций свободного изгиба за пределы развертки радиусных частей детали. Тогда при дальнейшем протягивании заготовки в зазор между матрицей и пуансоном ее края поворачиваются на угол, превышающий 90°. Боковые стенки пуансона выполняют с соответствующим поднутрением.

Предлагаемая схема гибки листовых заготовок обеспечивает получение изделий П-образного сечения с параллельными стенками независимо от увеличения зазора между матрицей и пуансоном вследствие износа штампа. Рекомендуется с самого начала изготавливать штампы с завышенным зазором, чтобы исключить повреждение поверхности заготовки при протягивании в матрицу. Несмотря на некоторое уменьшение угла наматывания материала на кромки пуансона по причине завышенного зазора, возможно получение изделий с параллельными и даже со сходящимися стенками при условии достаточного распространения пластических деформаций на стадии свободного изгиба заготов-

ки.

Проектирование гибочного инструмента в соответствии с предлагаемым новшеством связано с математическим моделированием свободного изгиба и последующих стадий формоизменения заготовки, включая пружинение. При создании математической модели необходимо исходить из геометрической нелинейности задачи, поскольку условия равновесия записываются применительно к конечной, а не начальной форме листа. Область приложения нагрузки перемещается в процессе свободного изгиба как относительно заготовки, так и контактирующей с ней кромки матрицы. Нетривиальный характер перечисленных аспектов указывает на необходимость глубокой теоретической проработки и экспериментальной проверки математической модели.

Целью работы является создание новой технологии штамповки изделий П-образной и некоторых других форм, обеспечивающей компенсацию пружи-нения заготовок, повышение качества и точности гибки в штампах.

Для достижения поставленной цели в работе были поставлены и решены следующие задачи:

1. Выполнить теоретический анализ нелинейного упругопластического изгиба листа с учетом реальных ограничений, накладываемых штамповым инструментом.

2. Разработать математическую модель свободного изгиба листовой заготовки при штамповке П-образных изделий.

3. Разработать схему двухугловой гибки с эффективным использованием свободного изгиба заготовок для компенсации пружинения.

4. Разработать методику проектирования технологических процессов гиб-ки-штамповки заготовок по разработанной схеме, отвечающих повышенным требованиям к точности и качеству изделий.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- исследован процесс немонотонного формоизменения листа при двухугловой гибке в штампе, включающий свободный упругопластический изгиб с

последующим наматыванием на пуансон, показано, что при соответствующей форме кромок матрицы результирующий угол поворота краев заготовки существенно превышает 90° и может достигать 150°;

- проанализирована кинематика перемещения краев заготовки по кромкам гибочной матрицы, дана нижняя и верхняя оценка скорости скольжения на основе допущений о форме участков свободного изгиба;

- получены теоретические и экспериментальные зависимости угла поворота краев заготовки от формы и размеров кромок гибочной матрицы;

- определена минимальная высота стенок П-образных изделий (от 5 до 15 толщин материала, в зависимости от радиуса пуансона), при которой возможна компенсация пружинения.

Новизна предложенных способа и устройства для П-образной гибки подтверждается полученными патентами РФ.

Автор защищает:

- математическую модель немонотонного процесса изгиба листа в матрице со скошенными кромками, либо в двухуровневой матрице;

- результаты экспериментальных и теоретических исследований, позволившие установить влияние формы и размеров гибочной матрицы на углы поворота краев изгибаемых заготовок;

- методику проектирования технологических процессов гибки-штампов-ки листовых заготовок по новым схемам, обеспечивающих компенсацию пружинения материала и завышенного зазора между матрицей и пуансоном.

Достоверность результатов, полученных в ходе теоретических исследований, подтверждена тем, что относительное отклонение аналитического решения от численного не превышало 10%, а также экспериментальными данными, полученными в широком диапазоне режимов гибки.

Практическая ценность. На основе экспериментальных и теоретических исследований разработана методика проектирования технологических процессов, содержащая рекомендации в отношении формы и размеров штампового

инструмента, режимов гибки и технических требований к изделиям.

Новые технологические процессы гибки обеспечат повышение точности и качества изделий П-образной и некоторых других форм без дополнительных затрат.

Апробация работы. По содержанию диссертационной работы был выполнен ряд докладов и сообщений, в том числе: I и II международным научно-техническим конференциям "Проблемы пластичности в технологии", Орел, 1995 г.; Орел, 1998 г.; конференции "Реализация региональных научно-технических программ Центрально-Черноземного региона", Воронеж, 1996 г.; международной научно-технической конференции "Ресурсосберегающие технологии, связанные с обработкой металлов давлением", Владимир, 1996 г.; международному научно-техническому симпозиуму "Механика и технология в процессах формоизменения с локальным очагом пластической деформации", Орел, 1997 г.

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 12 печатных работ, в том числе получены 2 патента на изобретение.

Объем и структура работы. Диссертационная работа изложена на 125 страницах машинописного текста, содержит 31 рисунок и фотографию, 5 таблиц. Состоит из введения, четырех глав, заключения, списка используемых источников, включающего 86 наименований работ отечественных и зарубежных авторов, а также 3 приложений.

Заключение диссертации по теме «Технологии и машины обработки давлением», Семин, Сергей Витальевич

Общие выводы по работе

1. Проанализирована проблематика гибки-штамповки П-образных и некоторых других изделий путем протягивания заготовки в зазор между матрицей и пуансоном с одновременным наматыванием материала на кромки последнего. Показано, что радикальным средством повышения точности и качества П-образных изделий является изменение традиционной схемы двухугловой гибки, обеспечивающее компенсацию пружинения на стадии свободного изгиба заготовки, что не требует дополнительных затрат на оснащение и выполнение штамповочных операций.

2. Выполнен теоретический анализ свободного изгиба листа с учетом геометрической нелинейности, определена форма его изогнутой оси на участках упругого и упругопластического изгиба. Полученные дифференциальные уравнения формы участков свободного изгиба заготовки позволяют тестировать математическое моделирование двухугловой гибки на основе конечнораз-ностного решения уравнений статики совместно с зависимостью изгибающего момента от кривизны нейтрального слоя.

3. Получены нижняя и верхняя оценки скорости скольжения заготовки по кромкам матрицы с использованием допущений о величине кривизны изгибаемых участков. При отношении радиуса кромки к толщине материала гм/1гы% оценки практически совпадают. При малых гм/к в начальной стадии гибки заготовка скользит относительно матрицы в направлении, обратном ее абсолютному перемещению. Полученные формулы нижней и верхней оценки скорости скольжения заготовки позволяют моделировать трибологические аспекты П-образной гибки, прогнозировать изменение формы матрицы в результате износа, а также оптимизировать ее форму.

4. Экспериментально установлена возможность компенсации пружинения заготовок при П-образной гибке за счет увеличения радиуса скругления кромок матрицы, либо замены скругленных кромок скосами. При ширине и глубине скосов соответственно 5 и 10 толщин материала, обеспечивается параллельность стенок при штамповке изделий из материалов, используемых в листош-тамповочном производстве.

5. Разработана схема двухугловой гибки листовых заготовок в двухуровневой матрице с возможностью регулирования зазоров между матрицей верхнего уровня и пуансоном в диапазоне от 2 до 15 толщин материала, что обеспечивает компенсацию пружинения материала, а также завышение зазора до 1,5 толщин материала при протягивании заготовки в матрицу нижнего уровня.

6. Разработана математическая модель изгиба листа в матрице со скошенными кромками, а также в двухуровневой матрице, основанная на совместном решении уравнений деформационной теории пластичности и уравнений статики, записанных в конечноразностной форме. Численное определение параметров изогнутой оси листа совпадает с аналитическим решением, расхождение не превышает значений, вызванных осреднением кривизны оси в пределах конечных участков.

7. Математическое моделирование и экспериментальное исследование П-образной гибки заготовок в двухуровневой матрице образуют основу методики проектирования новых технологических процессов гибки-штамповки изделий с повышенными показателями точности и качества:

- для основных материалов, используемых в листоштамповочном производстве, получены данные о форме и размерах матрицы;

- рекомендованы завышенные (до 1,5 толщин материала) зазоры при протягивании заготовки в матрицу;

- определены минимальные значения высоты стенок изделия (порядка 5— 15 толщин материала к соответственно при радиусе кромки пуансона от 0,5 до 4К), при которых может быть реализована предложенная схема гибки;

- определены предельные возможности штамповки изделий со сходящимися стенками, максимальные углы гибки в двухуровневой матрице достигают 150°.

8. Материалы диссертации переданы предприятию ОАО "Орловский часовой завод" для внедрения в листоштамповочном производстве при освоении новой продукции. Подготовлены демонстрационные материалы, включая видеофильм, для использования в учебном процессе и экспонирования на выставках.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Семин, Сергей Витальевич, 1999 год

Список использованных источников

1. Малов А.Н. Технология холодной штамповки М.: Машиностроение 1969.-568 с.

2. Штамп для П-образной гибки деталей.: A.c. 784967 СССР, МКИ В 21 D 22/02 /Котосов A.B., Маринкин A.A., Гладкова Л.Д., Унру С.Г., Шевченко J1.JL; Фрунзенский завод тяжелого электромашиностроения "Тяжэлектромаш".-2719674/25-27; Заявл. 30.01.79; Опубл. 07.12.80, Бюл. №45

3. Аверкиев Ю.А., Аверкиев А.Ю. Технология холодной штамповки: учебник для вузов - М.: Машиностроение - 1989 - 304с.: ил.

4. Forming odd angles /Rizzo R.J. //Mod. Mach. Shop - 1993- 66, №4- C.

94-98

5. Никифоров А.И., Лепешкин Ю.И., Мовчан Н.Г. Технология штамповки мелких П-образных деталей //Кузнечно-штамповочное производство - 1989-№2.- С. 23

6. A.c. №1706750 Штамп для П-образной гибки.: A.c. 1706750 СССР, МКИ В 21 D 22/02 / Конарев В.П.; Производственное объединение "Стрела".-4771513/27; Заявл. 19.12.89; Опубл. 23.01.92, Бюл. №3

7. Biegewerkzeug, insbesondere zur Herstellung U-profilformiger Biegeteile mit exakten rechten Winkeln : Пат. 297557 ФРГ, МКИ В 21 D 5/01 /Barth Holger; Waggonbau Ammendorf GmbH.-№3438045; Заявл. 04.09.90; Опубл. 16.01.92

8. Способ сохранения формы гнутых деталей /Gu Fukang //Цзисе чжицзо =Machinery- 1991.-№3.-С. 23-24

9. Biegewerkzeug, insbesondere zur Herstlellung U-profilformiger Biegeteile mit exakten rechten Winkeln: Пат. №297557 ФРГ, МКИ В 21 D 5/01 /Barth Holger; Waggonbau Ammendorf GmbH.-№3438045; Заявл. 04.09.90; Опубл. 16. 01. 92.

10. Способ компенсации пружинения при гибке U-образных деталей A.C. Кутырев, С.Б. Климычев, Ф.П. Михаленко //Кузнечно-штамповочное произ-

водство- 1991.- №6 - С. 12-14

11. Проектирование гибочных штампов /Ямагути Фумно //Пурэсу гидзю-цу =Press Work - 1991.-29, №1.-С. 130-133

12. Величина зазора в штампе при гибке //Пурэсу гидзюцу =Press Work-1990.-28, №5, С. 39-40

13. Способ изготовления П-образных деталей.: A.c. 1750789 СССР, МКИ В 21 D 22/02 /Арутюнов И.Е., Чвилев В.В., Шукшин И.А., Павлович П.Н.; Липецкий политехнический ин-т- 4778542/27; Заявл. 04.11.89; Опубл. 30.07.92, Бюл. №28

14. Меры против распружинивания при гибке //Пурэсу гидзюцу =Press Work.- 1990.- 28, №5.- С. 47-48

15. Способ гибки листовых заготовок.: A.c. 1655597 СССР, МКИ5 В 21 D 5/00 /Майоров Г.И., Луценко В.А., Рапопорт С.И., Брежнев М.Т., Майорова М.Г.; Коммун, горно-металлург. ин-т - №4665402/27; Заявл. 23.03.89; Опубл. 15.06.91, Бюл. №22

16. Карташев А.Ф., Ренне И.П. Повышение точности гибки и калибровки деталей // Кузнечно-штамповочное производство - 1980 - №12 - С. 15-16

17. Das Ruckfederungsverhalten von Veinblechen /Schmoeckel Dieter, Beth Matthias //Blech. Rohre Profile.- 1993.- 40, №10.- C. 733-738

18. Определение протяженности зоны плавного перехода при формообразовании профиля стесненным изгибом /Филимонов В.И., Марковцев В.А., Москвин A.C. //Авиац. пром-сть - 1992 - №7 - С. 5-8

19. Теоретический анализ процесса изгиба со сжатием листовых анизотропных материалов /Арышенский Ю.М., Лосев М.Г., Цветков A.B. //Мат. мо-делир. технол. процессов обраб. матер, давлением: Тез. докл. Всерос. науч-техн. конф., Пермь, 19-21 июня, 1990.-Пермь, 1990.-С. 9-10

20. Абдулин Ф.З., Колганов И.М., Проскуряков Г.В., Колганов В.И., Москвин A.C. Изготовление гнутых листовых профилей повышенной жесткости из труднодеформируемых материалов. // Кузнечно-штамповочное производство-

1987.-№3.-С. 18-20

21. Комаров А.Д., Барвинок В.А., Шаров A.A., Моисеев В.К. Разработка и исследование процесса стесненного изгиба листовых заготовок эластичной средой //Кузнечно-штамповочное производство - 1996 - №10 - С. 25-29

22. Колганов И.М., Проскуряков Г.В., Богданов Б.В., Колганов В.И., Бе-ляуш С.И. Расширение технологических возможностей формообразования профилей из листовых заготовок //Кузнечно-штамповочное производство-1987.-№8.-С. 18-20

23. Bestimmung der Zuschnittlange für das Freibiegen und Schwenkbiegen von Blechen /Maevus Frauke, Sulaiman Hosen, Warstat Ralf // Blech Rohre Profile-1993.- 40, №5.- C. 393-396

24. Schwenkbiegen verbucht Pluspunkte /Stahl W. //AV: Arbeitsvorbereit-1993.- 30, №6.- C. ZM194-ZM195

25. Gleiche Kraft auf der ganzen Biegelange //Werkstatt und Betr.- 1996129, №9 - C. S39-S40

26. Rationelles Gesenkbiegen und Abkanten //Werkstatt und Betr. .- 1996129, №6.-C. 609

27. Способ гибки.: Заявка 428420 Япония, МКИ В 21 D 5/02 /Йосида Та-каси, Икэмура Такаси, Хигаси Йосиван; Мацусита дэнко к. к. .- №2-133536; За-явл. 23.05.90; Опубл. 31.01.92 //Кокай токке кохо. Сер 2(2).- 1992.- 6.- С. 125133

28. Wie konstruktionsseitig die Weichen für effizientes Abkanten gestellt werden //Production- 1996, №19 -C. 7

29. Безухов H.H. Основы теории упругости, пластичности и ползучести. -М.: Высшая школа - 1968 - 433с.

30. Лазарян В.А. Техническая теория изгиба. - Киев: Наукова думка. 1976.-207с.

31. Малинин H.H. Прикладная теория пластичности. - М.: Машиностроение. 1975. - 399с.

32. Попов Е.А. Основы теории листовой штамповки. - М.: Машиностроение. 1977. - 278с.

33. Акастелова H.A., Вдовин С.И., Убизький H.H. Расчет утонения листового материала при гибке //Кузнечно-штамповочное производство. 1987. №10. - С.24-25.

34. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теория упругости. М.: Наука. 1977. - 202с.

35. Вдовин С.И. Методы расчета и проектирования на ЭВМ процессов штамповки листовых и профильных заготовок. - М.: Машиностроение. - 157с.

36. Скрипачев A.B., Проскуряков Г.В., Ренне И.П. и др. Экспериментальное исследование процессов стесненного изгиба //Кузнечно-штамповочное производство - 1983 - №2 - С. 18-19

37. Лысов М.И., Закиров И.М. Пластическое формообразование тонкостенных деталей авиатехники. - М.: Машиностроение. 1983. - 174с.

38. Лысов М.И. Теория и расчет процессов изготовления деталей методами гибки. - М.: Машиностроение. 1966. - 236с.

39. Neue Regelstrategien beim freien biegen /Heckel Werner //Blech Rohre Profile.- 1996.- 43, №5.- C. 256-261

40. Метод расчета процесса гибки широкой полосы из ортотропного материала /Чумадин A.C., Чивикина Г.И. //Вестн. машиностр. .- 1996, №6 - С. 3638

41. Арышенский Ю.М., Гречников Ф.В. Теория и расчеты пластического формоизменения анизотропных материалов. - М.: Металлургия, 1990. - 304с.

42. Прогрессивные технологические процессы холодной штамповки. Под ред. А.Г. Овчинникова. -М.: Машиностроенипе. 1985. - 184с.

43. Бондарь B.C., Матвеев А.Д., Даншин В.В. Многократный пластический изгиб листа, обладающего эффектом Баушингера //Кузнечно-штамповочное производство- 1989-№8-С. 19-21

44. Ковка и штамповка. Справочник в 4-х томах. Т. 4 Листовая штампов-

ка. - М.: Машиностроение. 1987. - 544с.

45. Определение величины хода пуансона при U-образной гибке //Пурэсу гидзюцу =Press Work..- 1990.- 28, №5.- С. 38

46. Reduzieren der Ruckfederung wenig gekrümmter Flachen /Wolf Harry, Kluge Siegfried, Eberhardt Gerd //Bander-Bleche-Rohre.- 1991.- 32, №5.- C. 53-57

47. Berechnumg der Ruckfederung von Streckbiegeteilen / Szabadits Odon //Blech Rohre Profile.- 1995.- 42, №4.- C. 258-259

48. Применение численного метода к решению задачи о плоском упруго-пластическом изгибе тонких заготовок с учетом геометрической нелинейности /Закиров И.М., Лысов М.И., Бодунов Н.М. //Изв. вузов. Авиац. техн. .- 1991-№4.-С. 56-61

49. Experimentelle Bestimmung der Ziehwulst-Reaction und deren Auswirkung auf die Blechumformung /Szabadits Odon //Blech Rohre Profile-

1994.-41, №9.-C. 532,534-535

50. Causes of random variations of friction in sheet metalworking /Schey John A. //Lubric. Eng..- 1994.- 50, №10.- C. 821-829

51. Алюшин Ю.А., Еленев C.A., Кузнецов C.A., Кулик Н.Ю. Энергетическая модель обратимых и необратимых деформаций. - М.: Машиностроение,

1995.- 128с.

52. Сторожев М.В., Попов Е.А. Теория обработки металлов давлением. -М.: Машиностроение. 1977. - 423с.

53. Звородео Б.П. Пластический изгиб с растяжением широкой полосы //Кузнечно-штамповочное производство - 1988 - №5.- С. 13-15

54. Теория пластических деформаций металлов / Под ред. Е.П.Унксова, А.Г.Овчинникова. - М.: Машиностроение. 1983. - 598с.

55. Томленов А.Д. Механика процессов обработки металлов давлением. -М.: Машиностроение. 1977. - 195с.

56. Зарубин B.C., Селиванов В.В. Вариационные и численные методы ме-

ханики сплошной среды. - М.: Изд - во МГТУ им. Н.Э.Баумана. 1993. - 359с.

57. Гун Г.Я. Математическое моделирование процессов обработки металлов давлением. - М.: Металлургия. 1983. - 351с.

58. Кузьменко В.И., Балакин В.Ф. Решение на ЭВМ задач пластического деформирования. Справочник: Киев: Техника. 1990. - 132с.

59. Теория ковки и штамповки. Под ред. Е.П.Унксова, А.Г.Овчинникова. - М.: Машиностроение. 1992. - 719с.

60. Малинин H.H. Технологические задачи пластичности и ползучести. -М.: Высшая школа. 1979. - 119с.

61. Вдовин С.И. Повышение точности расчета пластических процессов методом конечных элементов // Известия вузов. Машиностроение- 1988-№6.- С. 88-91.

62. Матвеев А.Д., Сухомлинов Л.Г., Швая А.П. Расчет технологических параметров изгиба полосы на ребро //Кузнечно-штамповочное производство-1989.-№8.-С. 22-24

63. Accomodation of springback error in channel forming using active binder force control: Numerical simulations and experiments /Sunseri M., Cao J., Karafillis A. P., Boyce M.C. //Trans. ASME J. Eng. Mater. And Technol.- 1996.- 118, №3.-C. 426-435

64. Umform-Eigenspannungen in Blechen berechnen mit der FE-methode /Schilling Robert //Bander-Bleche-Rohre.- 1993.- 34, №7.- C. 29-32, 37-38, 46

65. Применение метода конечных элементов при моделировании геометрии штампов для V-образной гибки /Ogawa Hideo, Makinouchi А. //Кама гид-зюцу =Die and Mould Technol.- 1991.- 6, №8.- С. 12-13

66. Tooling design in sheet metal forming using springback calculations /Karafilis A.P., Boyce M.C. //Int. J. Mech. Sei..- 1992.- 34, №2.- C.l 13-131

67. Рубцов E.B., Тетерин Г.П. Автоматизация проектирования технологии холодной листовой штамповки гнутых деталей //Кузнечно-штамповочное про-

изводство.- 1990.-№1.-С. 11-16

68. Application of an analytical hierarchy process method and fuzzy compozitional evaluation in the expert system of sheet bending design /Lin ZoneChing, Shieh Tsang-Jen //Int. J. Adv. Manuf. Technol..- 1995.- 10, №1.- C. 3-10

69. Konstruktion-Software fur komplexe Blechteile //Bander-Bleche-Rohre-1993.-34, №8.-C. 198

70. Flat-pattern development of sheet metal workpieces /Jack L. Comelan // Metall Form.- 1993.- 27, №3.- C. 40,42-43

71. Колганов И.М., Проскуряков Г.В., Богданов Б.В., Колганов В.И., Бе-ляуш С.И. Расширение технологических возможностей формообразования профилей из листовых заготовок //Кузнечно-штамповочное производство-1987.- №8.- С. 18-20

72. Вдовин С.И., Семин С.В. Технологический изгиб тонкого листа // Проблемы пластичности в технологии: Тезисы международной научно-технической конференции - Орел: ОрелГТУ, 1995.- С. 31-32

73. Лысов М.И. Теория и расчет процессов изготовления деталей методами гибки. М.: Машиностроение - 1966 - 236 с.

74. Вдовин С.И., Семин С.В. Упругопластический изгиб тонкого листа поперечной силой // Кузнечно-штамповочное производство - 1995, №11- С. 5-7

75. Вдовин С.И., Голенков В.А., Семин С.В. Оценка скорости скольжения заготовки по матрице в начальной стадии гибки // Кузнечно-штамповочное производство - 1996, №11- С.26-27

76. Семин С.В. Исследование кинематики перемещения заготовки по матрице в начальной стадии гибки // Механика и технология в процессах формоизменения с локальным очагом пластической деформации: Тезисы докладов международного научно-технического симпозиума - Орел: ОрелГТУ, 1997 - С. 34-35

77. Вдовин С.И., Семин С.В., Мосин В.З. Оптимизация формы кромок ги-

бочной матрицы // Исследования в области теории, технологии и оборудования обработки металлов давлением: Межвузовский сборник научно-технических трудов.-Орел-Тула: ОрелГТУ, ТулГУ, 1998.-С. 147-150.

78. Романовский В.П. Справочник по холодной штамповке - 6 изд., пере-раб. и доп.- JL: Машиностроение, 1979- 520 с.

79. A.c. № 2086328 Россия, МКИ В 21 D 22/02. Способ гибки П-образных деталей / С.И. Вдовин, В.А. Жердов, C.B. Семин (Россия) -№95104278; Заявл. 23.03.95; Опубл. 10.08.97, Бюл. №22 - 3 с.:ил.

80. A.c. № 2078634 Россия, МКИ В 21 D 22/02. Штамп для гибки П-образных деталей / С.И. Вдовин, В.А. Жердов, C.B. Семин (Россия) - № 94045442; Заявл. 27.12.94; Опубл. 10.05.97, Бюл. №13 - 3 с.:ил.

81. Зубцов М.Е. Листовая штамповка - Л.: Машиностроение, 1980 - 432 с.

82. Вдовин С.И., Голенков Д.В., Жердов В.А., Семин C.B. Прогрессивные технологические процессы гибки листовых заготовок // Реализация региональных научно-технических программ Центрально-Черноземного региона: Материалы конференции-Воронеж, 1996. Том2-С. 107-113

83. Вдовин С.И., Жердов В.А., Семин C.B. Новая технология гибки-штамповки листовых заготовок // Ресурсосберегающие технологии, связанные с обработкой металлов давлением: Тезисы докладов Международной научно-технической конференции: Под. ред. В.Ф. Коростелева- Владимир: ВлГУ, 1997-С. 23-24

84. Семин C.B. Математическое моделирование формоизменения листовых заготовок // Проблемы пластичности в технологии: тезисы докладов II международной научно-технической конференции - Орел: ОрелГТУ, 1998.- С. 52-53

85 Вдовин С.И., Семин C.B. Предельные возможности П-образной гибки в штампе с двухуровневой матрицей // Кузнечно-штамповочное производство.- 1998, №12.-С. 11-13

86. Вдовин С.И., Голенков Д.В., Жердов В.А., Семин C.B. Прогрессивные технологические процессы гибки листовых заготовок // Кузнечно-штамповоч-ное производство.- 1998, №1,- С. 19-21

УТВЕРЖДАЮ < s ОАО «ОЧЗ»

- i С У^/таШ^^Тавунов И.Е.

«*3&?>/ JUULjdmCL 1999 г.

ВЫПИСКА

из протокола № 6 НТС ОАО «Орловский часовой завод»

Слушали: сообщение аспиранта ОрелГТУ Семина Сергея Витальевича о результатах исследования по теме «Разработка методики математического моделирования и проектирования двухугловой гибки листовых заготовок с компенсацией пружинения».

Постановили:

1. Представленная работа является актуальной. Предложенные технические решения позволяют повысить точность и качество листоштампо-ванных деталей некоторых типов без усложнения технологического процесса и конструкции штампов.

2. Обязать отдел главного технолога использовать результаты вышеуказанных исследований при подготовке производства новых изделий.

3. Принять к сведению сообщение Семина C.B. о том, что авторы предложенных технических решений не претендуют на финансовое вознаграждение по результатам внедрения новой технологии, но оставляют за собой право сбора статистических сведений, касающихся размерной точности и качества деталей, изготовленных согласно рекомендациям диссертационной работы.

Главный механик ОАО «ОЧЗ»

Сеничев В.И.

Главный технолог ОАО «ОЧЗ»

Зиборов В.Н.

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ

КОМИТЕТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО ПАТЕНТАМ И ТОВАРНЫМ ЗНАКАМ : (РОСПАТЕНТ) : V:

;ХХ."| 'с

ПАТЕНТ

2086 328 ' .'..чХ.' К?_. '

на ИЗОБРЕТЕНИЕ

ииу пртапрй • ■-

"Способ гибки П-образных деталей

• Патентообладатель (ли): орловский государственный

технический университет

Автор (авторы): вдовин Сергей Иванович, Жерпов Владислав Анатольевич и Семин Сергей Витальевич

Приоритет изобретения >- ■ Ума'рта' 1995г.

Дата поступления заявки в Роспатент 23 'марта' 1995 г. Заявка № 95104278 ,

Зарегистрирован*в Государственном! ^/хЧ-у •

реестре изобретений ''уу.-уухУУ '

; ТО 'августа 1997г

» » I

ПРЕДСЕДАТЕЛЬ РОСПАТЕНТА '

ЩЩг^

(19) ЕЛ (П) 2086328 (13) С1

(51) 6 В 21 Р 22/02

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

к патенту Российской Федерации

1

(22) 23.03.95

(21) 95104278/02 (46) 10.08.97 Бюл. N° 22 (72) Вдовин С.И., Жердов В.А., Семин С.В. (71) (73) Орловский государственный технический университет

(56) Авторское свидетельство СССР N 1720771, кл. В 21 О 22/02, 1992.

(54) СПОСОБ ГИБКИ П-ОБРАЗНЫХ ДЕТАЛЕЙ

(57) Использование: обработка металлов давлением, в частности гибка листового

металла с учетом пружинсния. Для компенсации пружинения осуществляют прижим центральной части заготовки, свободных изгиб концевых участков с их перегибом и протягивание в матрицу концевых участков заготовки, причем перегиб концевых участков на стадии их свободного изгиба осуществляют кромками пуансона и матрицы при расстоянии между ними, равном утроенной длине развертки радиусной части детали. 1 ил.

с!

ю о 00 С\

ы

00

п

3

2086328

4

Изобретение относится у обработке металлов давлением и может быть использовано при гибке П-образных деталей с учетом нестабильного пружпнения заготовок.

Наиболее близким к предлагаемому является способ гибки коробчатых изделий с П-образным профилем поперечного сечения. Согласно данному прототипу сначала заготовку зажимают на ее центральном участке, затем осуществляют свободный изгиб концевых участков заготовки, их перегиб и протягивание в матрицу. Длина участка свободного изгиба в прототипе не указана, хотя именно этот параметр имеет существенное значение для достижения эффекта перегиба концевых участков заготовки и компенсации пружинения.

Техническая задача, которую решает изобретение, - компенсация пружинения заготовок и повышение качества деталей.

Поставленная цель достигается тем, что в способе гибки П-образных детален, включающем прижим центральной части заготовки, свободный изгиб концевых участков заготовки с их перегибом и протягивание в матрицу концевых участков, перегиб концевых участков заготовки на стадии свободного изгиба осуществляют кромками пуансона и матрицы при расстоянии между ними, равном утроенной длине развертки радиусной части детали. При большом расстоянии возможен излишний перегиб, а при меньшем - недостаточный. Ввиду нестабильного пружинения заготовок осуществляют регулирование угла гибки за счет изменения глубины протягивания заготовок в матрицу. Уменьшая глубину протягивания, компенсируют излишний перегиб.

На чертеже показано положение заготовки при свободном изгибе кромками матрицы и пуансонов, а также при протягивании в матрицу (справа).

Способ осуществляют следующим образом.

Заготовку укладывают на матрицу 1 и прижим 2. При опускании пуансона 3 центральная часть заготовки зажимается и перемещается вместе с прижимом вниз. Между кромками матрицы и пуансона происходит свободный изгиб заготовки (на чертеже слева), при этом длина участков,

ФОРМУЛА

Способ гибки П-образных деталей, включающий прижим заготовки на ее центральной части, свободный изгиб концевых участков заготовки с их перегибом и

подвергшихся пластическому изгибу, превышает длину развертки радиусной части детали, т.е. совершается перегиб с учетом ожидаемого пружинения заготовки. При дальнейшем опускании пуансона заготовка протягивается в зазор Ъ между матрицей и пуансоном (на чертеже справа). Вследствие полученного перегиба угол гибки а превышает 90°. Зазор Ъ несколько больше толщины заготовки Б, поэтому угол и возрастает по мере протягивания заготовки в матрицу. Глубину протягивания подбирают при реализации способа так, чтобы получить после пружинения заготовки угол а = 90°.

Расстояние Ь между кромками матрицы и пуансона назначают с некоторым запасом, равным утроенной длине развертки радиусной части детали. 1,57* (Я + 0,5*5), поскольку пластический изгиб распространяется приблизительно на 1/3»Ь от кромки пуансона. Это следует из того, что изгибающий момент в погонном выражении на кромке пуансона

М = с^• 5 /4, а на границе распространения пластического изгиба он в 1,5 раза меньше - о% Б /6 (<7$ - напряжение текучести).

Пример. Листовые заготовки толщиной Б = I мм гнули при помощи пуансона с кромками, скругленными радиусом й = 1 мм, и матрицы. Односторонний зазор матрицы по отношению к пуансону Ъ = 1,1 мм. В результате получили П-образные детали. Длина развертки радиусной части детали 1,57*(Я + 0,5*5) = 2,355 мм. Кромки матрицы разделывали фасками, горизонтальный размер фаски 5 мм. При этом расстояние между кромкой матрицы и пуансона в горизонтальном направлении Ь = 7,1 мм. Величина Ь в три раза превышает длину развертки радиусной части детали.

В процессе свободного изгиба заготовка получила кривизну за пределами разверток радиусных частей детали, за счет этого при протягивании заготовки в матрицу получили перегиб, который компенсировал пружине-ние. После гибки и пружинения угол а составил 90°.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет компенсировать пружинение заготовок и повысить качество деталей.

ИЗОБРЕТЕНИЯ

протягивание в матрицу концевых участков заготовки, отличающийся тем, что перегиб концевых участков заготовки на стадии свободного изгиба осуществляют кромками

5 2086328 6

1уансона и матрицы при расстоянии между Б - толщина заготовки, мм;

шми, равном утроенной длине развертки - радиус скругления кромок пуансона,

оадиусной части детали, равной мм.

1 = 1,57« (Я + 0,55), -де 1 - длина развертки радиусной части детали, мм;

Заказ VV^4 Подписное

ВНИИПИ. Per. ЛР No 040720 L13834, ГСП, Москва. Раушская наб.,4/5

121873, Москва, Бережковская наб.. 24 стр. 2. Производственное предприятие «Патент»

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ

КОМИТЕТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО ПАТЕНТАМ И ТОВАРНЫМ ЗНАКАМ

(РОСПАТЕНТ) : .

ПАТЕНТ

„ 2078634 №_

на ИЗОБРЕТЕНИЕ

'Штамп для П-образной гибки"

Патентообладатель (ли): орловский государственный технический университет

Автор (авторы): „ _ _ .. ш

г4 г ' Вдовин Сергей Иванович, Жердов Владислав

Анатольевич и Семин Сергей Витальевич

Приоритет изобретения ■ - ,

к ^ к 27 декабря 1994г.

Дата поступления заявки в Роспатент27 дека6ря 1994,-. Заявка № 94045442

Зарегистрирован в Государственном реестре изобретений

10 мая 1997г.

ПРЕДСЕДАТЕЛЬ РОСПАТЕНТА

(i9) RU (in 2078634 (i3) Cl

(51) 6 В 21 D 22/02

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

к патенту Российской Федерации

1

(21) 94045442/02 (22) 27.12.94

(46) 10.05.97 Бюл. № 13 (72) Вдовин С.И., Жердов В.А., Семин C.B. (71) (73) Орловский государственный технический университет

(56) Авторское свидетельство СССР N 784967, кл. В 21D 22/02, 1980. 2. Авторское свидетельство СССР N 1720771, кл. В 21D 22/02, 1992.

(54) ШТАМП ДЛЯ П-ОБРАЗНОЙ ГИБКИ

(57) Использование: изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано при гибке П-об-разных деталей с учетом нестабильного пружинения заготовок. Изобретение решает задачу сокращения затрат на изготовление штампа и повышения качества деталей путем

упрощения конструкции перегибающего устройства и увеличения зазора между полуматрицами и пуансоном. Сущность изобретения: штамп содержит пуансон с боковыми поднутрениями, матричный блок с перегибающим устройством, выполненным в виде двух неподвижных полуматриц, установленных с регулируемым зазором относительно пуансона, а также установленный в осевом отверстии матричного блока прижим. Каждая полуматрица установлена относительно пуансона с зазором г<1,57 (311+1,58)-!?., где Ъ - зазор между полуматрицей и пуансоном, мм; Б - толщина заготовки, мм; к - радиус скругления кромок пуансона, мм. 1 ил.

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано при гибке П-образных деталей с учетом нестабильного пружинения заготовок.

Известны штампы для гибки листовых заготовок, содержащие пунсон, матрицу и перегибающее устройство в виде подвижных сухарей [1 ]. Недостатком таких штампов являются относительно высокие затраты на изготовление ввиду сложности конструкции перегибающего устройства.

Известен гибочный штамп, содержащий пуансон с поднутрениями на боковых сторонах и матричный узел, включающий гибочные вставки, установленные на двух уровнях с возможностью регулирования зазора относительно пуансона, причем верхние вставки фиксируются с зазором, большим толщины заготовки, а нижние вставки с зазором, меньшим толщины заготовки [2 ]. Протягивание изогнутой заготовки пуансоном через вставки вызывает ее утонение и дополнительный изгиб, компенсирующий пружинение. Недостатки данного штампа - ослабление деталей в местах утонения, увеличение усилия штамповки и износа штампа вследствие протягивания заготовки в зазор, меньший, чем ее толщина.

Техническая задача, которую решает изобретение, - сокращение затрат на изготовление штампа, повышение качества деталей, уменьшение усилия штамповки и износа штампа путем упрощения конструкции перегибающего устройства и увеличения зазора между полуматрицами и пуансоном.

Поставленная цель достигается тем, что в штампе, содержащем пуансон с боковыми поднутрениями и матричный блок с перегибающим устройством, перегибающее устройство выполнено в виде двух дополнительных (верхних) неподвижных полуматриц с регулируемым зазором по отношению к пуансону, приблизительно равным 3,5 длины развертки радиусной части детали; зазор между нижними полуматрицами и пуансоном составляет не менее толщины заготовки.

На чертеже показаны детали штампа в начале процесса гибки и в конце (справа). Штамп содержит пуансон 1 с поднутрениями боковых сторон и кромками, скругленными радиусом 11; матричный блок с перегибающим устройством в виде верхних полуматриц 2 с возможностью регулирования их зазора Ъ относительно пуансона; в матричном блоке установлены также нижние полуматрицы 3 и подвижный прижим 4.

Штамп работает следующим образом. Заготовка укладывается на верхние полуматрицы 2 и прижим 4. При ходе пуансона 1 вниз он перемещает заготовку вместе с прижимом и производит свободный изгиб заготовки в зазоре Z, на который отрегулировано положение верхних полуматриц 2. При дальнейшем ходе пуансона заготовка протягивается в нижние полуматрицы 3, односторонний зазор которых по отношению к пуансону составляет не менее толщины заготовки Б. На кромках пуансона, скругленных радиусом Я, образуются радиусные части детали из участков заготовки, получивших ранее свободный пластический изгиб. Если длина такого участка Ь превосходит длину развертки радиусной части детали 1,57 (И+0,55), то после протягивания заготовки в нижние полуматрицы избыток 1 представляет собой перегиб заготовки на угол, превышающий 90°. Регулируя зазор 2, получаем требуемый угол перегиба.

Добавление в конструкцию штампа дополнительных полуматриц 2, выполняющих функцию перегибающего устройства, связано с меньшими затратами, нежели применение подвижных перегибающих устройств, приводимых в движение с помощью клиньев и рычагов. Перегиб заготовки компенсирует ее пружинение, несмотря на то, что зазоры между нижними полуматрицами и пуансоном, в которые протягивается заготовка, могут превосходить Б на величину допуска на толщину заготовки плюс взнос штампа. В любом случае при протягивании заготовки исключается ее утонение, а также связанное с ним увеличение усилия штамповки и износа штампа.

Для конструирования штампа необходимо оценить диапазон регулировки зазора между верхними полуматрицами и пуансоном. Изгибающий момент в заготовке на кромке пуансона в погонном выражении составляет

не менее с^ /4 (не учитывается увеличение напряжения текучести с^, вызванное упрочнением). В направлении кромки верхней полуматрицы момент уменьшается и на границе участков упругого и пластического

изгиба составляет

с7882/6, т.е. в 1,5 раза меньше, чем на кромке пуансона. Следовательно, совокупная длина этих участков должна в 3 раза превышать длину развертки радиусной части детали 1,57 (11+0,58). Максимальная величина зазора Ъ между верхней полуматрицей 2 и пуансоном 1, обеспечиваемая регулировкой, должна составлять 1,57 (ЗЯ+1,58) - И.

Таким образом, предлагаемая конструк- получаемых П-образной гибкой, и снизить ;ия позволяет повысить качество деталей, затраты на изготовление штампов.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Штамп для П-образной гибки, содержаний пуансон с боковыми поднутрениями, штричный блок с перегибающим устройством, выполненным в виде двух неподвижных юлуматриц, установленных с регулируемым азором относительно пуансона, а также 'становленный в осевом отверстии матрич-юго блока прижим, отличающийся тем,

что каждая полуматрица установлена относительно пуансона с зазором

Ъ < 1,57*(ЗЯ + 1,55) - И, где Б - толщина заготовки, мм;

Я - радиус округления кромок пуансона, мм.

Заказ • Подписное

ВНИИПИ, Per. ЛР № 040720 113834, ГСП, Москва, Раушская наб.,4/5

121873, Москва, Бережковская наб., 24 стр. 2. Производственное предприятие «Патент»