RU2775663C1

RU2775663C1 - Device for obtaining a shell with a variable wall thickness along the perimeter

Info

Publication number: RU2775663C1
Application number: RU2021126311A
Authority: RU
Inventors: Сергей Александрович Бысов; Виктор Анатольевич Коротков; Сергей Николаевич Ларин; Владимир Денисович Кухарь; Александр Николаевич Малышев; Валерий Иванович Платонов
Filing date: 2021-09-06
Publication date: 2022-07-06

Abstract

FIELD: metal processing.

SUBSTANCE: invention relates to the processing of metals by pressure and can be used in the production of metal shells using extraction and extrusion operations. The device contains a stepped matrix with upper and lower working belts and a stepped punch. The length of the lower step of the punch and the distance between the matrix belts are equal to the height of the semi-finished product obtained by extraction. The matrix has recesses in the shape and size of the thickenings of the workpiece, which are located on its open end, the surface of the upper working belt and the surface of the cavities of the upper step. The upper step of the punch is made with protrusions corresponding in shape and size to the recesses of the matrix. The lower working belt of the matrix is made with a contour and dimensions corresponding to the outer contour and the dimensions of the shell. The lower step of the punch is made with a cross-sectional contour corresponding to the shape and size of the cavity of the finished shell, or with recesses in the shape and size of the thickenings of the workpiece.

EFFECT: as a result, the technological capabilities of the device are expanded.

1 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для обработки металлов давлением, и используется при получении металлических оболочек с переменной толщиной стенки по периметру с применением операций вытяжки и выдавливания.The invention relates to devices for forming metals, and is used in the production of metal shells with variable wall thickness along the perimeter using drawing and extrusion operations.

Во многих отраслях машиностроения изготавливаются цилиндрические и коробчатые оболочки с переменной толщиной стенки не только по высоте, но и периметру. Например, известен способ вытяжки разнотолщинной сварной листовой заготовки и штамп для его осуществления по патенту РФ №2149728, МПК⁸ B21D 22/22, опуб. 27.05. 2000, бюл. №15, в котором вместо ступенчатого прижима и ступенчатых перетяжных ребер используют полиуретановую прокладку, которую располагают по всей поверхности прижима и поверхности перетяжных ребер, прокладка находится в контакте с втягиваемой разнотолщинной сварной листовой заготовкой со стороны ступеней заготовки, а тормозные перетяжные ребра размещают на зеркале прижима матрицы. Штамп предназначен только для заготовок переменной толщины из тонколистового металла и получения габаритной оболочки. Получить малогабаритные оболочки со значи тельным перепадом толщин по периметру в данном штампе нельзя.In many branches of mechanical engineering, cylindrical and box-shaped shells are manufactured with a variable wall thickness not only in height, but also in the perimeter. For example, there is a known method of drawing a welded sheet blank of various thicknesses and a stamp for its implementation according to the patent of the Russian Federation No. 2149728, IPC ⁸ B21D 22/22, pub. 27.05. 2000, bul. No. 15, in which instead of a stepped clamp and stepped tie ribs, a polyurethane gasket is used, which is placed over the entire surface of the clamp and the surface of the tie ribs, the gasket is in contact with the retracted welded sheet blank of different thickness from the side of the workpiece steps, and the brake tie ribs are placed on the clamp mirror matrices. The stamp is intended only for workpieces of variable thickness from thin sheet metal and for obtaining a dimensional shell. It is impossible to obtain small-sized shells with a significant difference in thickness along the perimeter in this stamp.

Известно устройство, принятое за прототип, используемое в способе получения глубоких цилиндрических изделий из многогранных заготовок (Патент РФ №2135319, МПК⁸ B21D 22/20, B21D 51/10, опуб. 27.08.1999), в котором имеется ступенчатая матрица с двумя рабочими поясками и ступенчатый пуансон с уступом между ступенями шириной, равной толщине полуфабриката, полученного вытяжкой, при этом нижняя ступень пуансона и расстояние между рабочими поясками ступенчатой матрицы выполнены высотой, равной высоте полуфабриката. Недостатком устройства является возможность получения цилиндрической оболочки только с постоянной толщиной стенки по периметру из листовых заготовок постоянной толщины.A device is known, adopted as a prototype, used in the method of obtaining deep cylindrical products from multifaceted blanks (RF Patent No. 2135319, IPC ⁸ B21D 22/20, B21D 51/10, pub. 27.08.1999), in which there is a stepped matrix with two workers belts and a stepped punch with a ledge between the steps with a width equal to the thickness of the semi-finished product obtained by drawing, while the lower step of the punch and the distance between the working belts of the stepped die are made with a height equal to the height of the semi-finished product. The disadvantage of the device is the possibility of obtaining a cylindrical shell with only a constant wall thickness around the perimeter of sheet blanks of constant thickness.

Задачей изобретения является расширение технологических возможностей устройства для получения металлических оболочек со значительным диапазоном переменных толщин стенки по периметру.The objective of the invention is to expand the technological capabilities of the device for producing metal shells with a significant range of variable wall thicknesses along the perimeter.

Для решения поставленной задачи предлагается устройство для получения оболочек с переменной толщиной стенки по периметру, содержащее ступенчатую матрицу с двумя рабочими поясками, ступенчатый пуансон с уступом между ступенями шириной, равной толщине стенки полуфабриката, длина нижней ступени пуансона и расстояние между рабочими поясками ступенчатой матрицы равны высоте полуфабриката полученного вытяжкой, при этом на открытом горне ступенчатой матрицы, боковой внутренней поверхности верхнего рабочего пояска и полости ее верхней ступени, а также на нижней ступени пуансона выполнены углубления по форме и размерам утолщений заготовки и сопряженные между собой, а на боковой поверхности верхней ступени пуансона выполнены выступы сопряженные с углублениями ступенчатой матрицы, контур и размеры нижней ступени пуансона и нижнего рабочею пояска матрицы выполнены с наружными размерами готовой оболочки.To solve this problem, a device is proposed for obtaining shells with a variable wall thickness along the perimeter, containing a stepped matrix with two working belts, a stepped punch with a ledge between the steps with a width equal to the wall thickness of the semi-finished product, the length of the lower punch step and the distance between the working belts of the stepped matrix are equal to the height a semi-finished product obtained by drawing, while on the open hearth of the stepped matrix, the lateral inner surface of the upper working belt and the cavity of its upper stage, as well as on the lower stage of the punch, recesses are made according to the shape and size of the thickenings of the workpiece and are mated to each other, and on the side surface of the upper stage of the punch protrusions are made associated with the recesses of the stepped matrix, the contour and dimensions of the lower step of the punch and the lower working belt of the matrix are made with the outer dimensions of the finished shell.

Изобретение поясняется чертежами.The invention is illustrated by drawings.

На фиг. 1 показаны разновидности заготовок, используемых для получения оболочек с переменной толщиной стенки по периметру.In FIG. 1 shows the varieties of blanks used to obtain shells with a variable wall thickness around the perimeter.

На фиг. 2 дан вид устройства в рабочем положении перед началом операции выдавливания.In FIG. 2 shows a view of the device in its working position before the start of the extrusion operation.

На фиг. 3, а приведен вид сверху на нижнюю часть устройства без заготовки с углублениями на матрице, а на (фиг. 3, б) с квадратной заготовкой ориентированной относительно контура поперечного сечения пуансона,In FIG. 3, a shows a top view of the lower part of the device without a workpiece with recesses on the matrix, and (Fig. 3, b) with a square workpiece oriented relative to the contour of the cross section of the punch,

На фиг. 4 показана верхняя часть устройства с пуансоном, имеющим углубления на рабочей поверхности.In FIG. 4 shows the upper part of the device with a punch having depressions on the working surface.

В устройство устанавливают разновидности разнотолщинных заготовок, показанных на фиг. 1. Устройство (фиг. 2) содержит нижнюю плиту 1, ступенчатую матрицу 2, имеющую верхний рабочий поясок 3 и нижний рабочий поясок 4, пуансон с нижней 5 и верхней 6 ступенями, по границам которых имеется уступ 13, пуансонодержатель 7, верхнюю плиту 8. Если в устройство устанавливают заготовку переменной толщины (фиг. 1, а), то используют ступенчатую матрицу 2, в которой для ориентации разнотолщинной заготовки но ступенчатой матрице 2 па ее открытом торце (зеркале) выполнены углубления 9 (фиг. 3, а), соответствующие форме и размерам утолщенного участка заготовки, и верхний рабочий поясок 3 ступенчатой матрицы 2 имеет такие же углубления 10, сопряженные с углублениями 9, контур поперечного сечения нижней ступени 5 пуансона выполнен, например, цилиндрической (фиг. 3, а) или нецилиндрической (фиг. 3, б) формы, а контур поперечного сечения верхней ступени 6 пуансона имеет выступы 12 (фиг. 2, а) по форме и размерам соответствующий углублениям 10 (фиг. 3, а). То есть контур поперечного сечения верхней ступени 6 пуансона соответствует контуру верхнего рабочего пояска 3 ступенчатой матрицы 2, а контур и размеры нижнего рабочего пояска 4 соответствуют наружным размерам готовой оболочки.Varieties of different-thickness blanks shown in Fig. 1. The device (Fig. 2) contains a lower plate 1, a stepped matrix 2, having an upper working belt 3 and a lower working belt 4, a punch with a lower 5 and an upper 6 steps, along the boundaries of which there is a ledge 13, a punch holder 7, an upper plate 8 If a workpiece of variable thickness is installed in the device (Fig. 1, a), then a stepped matrix 2 is used, in which recesses 9 are made to orient the workpiece of different thickness along the stepped matrix 2 on its open end (mirror) (Fig. 3, a), corresponding to the shape and dimensions of the thickened section of the workpiece, and the upper working belt 3 of the stepped matrix 2 has the same recesses 10 associated with the recesses 9, the contour of the cross section of the lower step 5 of the punch is made, for example, cylindrical (Fig. 3, b) shape, and the contour of the cross section of the upper step 6 of the punch has protrusions 12 (Fig. 2, a) in shape and size corresponding to the recesses 10 (Fig. 3, a). That is, the contour of the cross-section of the upper stage 6 of the punch corresponds to the contour of the upper working belt 3 of the stepped matrix 2, and the contour and dimensions of the lower working belt 4 correspond to the outer dimensions of the finished shell.

Если в устройство устанавливают заготовку переменной толщины (фиг. 1, б), то используют аналогичную ступенчатую матрицу 2 с углублениями 9 и 10 (фиг. 3, а) и пуансон, у которого на рабочем торце нижней ступени 5 выполнены углубления 11 (фиг. 4) по форме и размерам утолщенного участка заготовки (фиг. 1, б), сопряженные с углублениями на боковой поверхности нижней ступени 5 пуансона, например, цилиндрической или нецилиндрической формы, а контур поперечного сечения верхней 6 ступени пуансона имеет выступы 12 по форме и размерам соответствующие углублениям 10 в ступенчатой матрице 2.If a workpiece of variable thickness is installed in the device (Fig. 1, b), then a similar stepped matrix 2 with recesses 9 and 10 (Fig. 3, a) and a punch are used, in which recesses 11 are made on the working end of the lower stage 5 (Fig. 4) according to the shape and dimensions of the thickened section of the workpiece (Fig. 1, b), associated with recesses on the side surface of the lower stage 5 of the punch, for example, cylindrical or non-cylindrical, and the cross-sectional contour of the upper stage 6 of the punch has protrusions 12 in shape and size corresponding to recesses 10 in the stepped matrix 2.

Устройство при использовании разнотолщинной заготовки (фиг .1, а) работает следующим образом (фиг. 2). Верхнюю часть устройства, состоящего из верхней плиты 8, на которой базируется ступенчатый пуансон с пуансонодержателем 7 закрепляют на ползуне (не показан) пресса, а нижнюю часть устройства, состоящего из нижней плиты 1, на которой базируется ступенчатая матрица 2 соосно закрепляют на столе (не показан) пресса. Заготовку (фиг. 1, а) укладывают на открытую торцевую поверхность ступенчатой матрицу 2 таким образом, чтобы утолщенный участок заготовки поместился в углубление 9 ступенчатой матрицы 2. Углубление 9 на торце ступенчатой матрицы 2 препятствует произвольному смещению заготовки относительно зеркала ступенчатой матрицы 2 в процессе ее деформирования ступенчатым пуансоном. Контур поперечного сечения нижней ступени 5 пуансона выполняют в соответствии с размерами и формой полости готовой детали, например, цилиндрическим (фиг. 3, а) или не цилиндрическим (фиг. 3, б), а контур верхнего рабочего пояска 3 и верхней полости ступенчатой матрицы 2 цилиндрической формы, но с углублениями 10 на боковой поверхности верхней полости. В процессе перемещения пуансона заготовка втягивается через верхний рабочий поясок 3 в верхнюю полость ступенчатой матрицы 2. Происходит вытяжка или комбинированная вытяжка с нецилиндрической по форме поперечным сечением (фиг. 3, б) или цилиндрической по форме поперечным сечением (фиг. 3, а) нижней ступенью 5 пуансона. При этом зазор между нижней ступенью 5 пуансона и верхним рабочим пояском 3 ступенчатой матрицы 2 неравномерен по периметру. В результате этого после вытяжки получают полуфабрикат с переменной толщиной стенки по периметру, толщина стенки которого изменяется от S_o (фиг. 2, а) до S_i (фиг. 2, б). Наружная поверхность полуфабриката будет соответствовать форме и размерам верхнего рабочего пояска 3 ступенчатой матрицы 2, а форма полости соответствовать форме поперечного сечения нижней ступени 5 пуансона. Полуфабрикат будет иметь неровный (или корончатый) торец. По окончании вытяжки (фиг. 2) верхняя ступень 6 пуансона входит с малым зазором в полость верхнего рабочего пояска 3 ступенчатой матрицы 2, причем выступы 12, находящиеся на боковой поверхности верхней ступени 6 пуансона входят в углубления 10 на боковой внутренней поверхности верхней полости ступенчатой матрицы 2 и создают замкнутую полость, в которой располагают полуфабрикат. При дальнейшем перемещении ступенчатого пуансона сначала выполняется операция вытяжки с утонением и корончатый торец полуфабриката входит в контакт с уступом 13 пуансона. Происходит осадка и выравнивание неровного торна полуфабриката, а затем при дальнейшем перемещении ступенчатого пуансона, прямое выдавливание полуфабриката через отверстие, образованное нижним рабочим пояском 4 ступенчатой матрицы 2 и контуром поперечного сечения нижней ступени 5 пуансона. В результате получают оболочку с неравномерной толщиной стенки по периметру, имеющую небольшой раструб на открытом торце. В процессе прямого выдавливания возникают торцевой подпор и сжимающие напряжения в стенках полуфабриката, что препятствует разрушению материала, расширяет технологические возможности процесса формоизменения заготовки.The device when using a workpiece of varying thickness (fig. 1, a) works as follows (fig. 2). The upper part of the device, consisting of the top plate 8, on which the stepped punch with the punch holder 7 is based, is fixed on the slider (not shown) of the press, and the lower part of the device, consisting of the bottom plate 1, on which the stepped matrix 2 is based, is coaxially fixed on the table (not shown) press. The workpiece (Fig. 1, a) is placed on the open end surface of the stepped matrix 2 so that the thickened section of the workpiece fits into the recess 9 of the stepped matrix 2. The recess 9 at the end of the stepped matrix 2 prevents arbitrary displacement of the workpiece relative to the mirror of the stepped matrix 2 during deformation with a stepped punch. The contour of the cross section of the lower step 5 of the punch is made in accordance with the dimensions and shape of the cavity of the finished part, for example, cylindrical (Fig. 3, a) or not cylindrical (Fig. 3, b), and the contour of the upper working belt 3 and the upper cavity of the stepped matrix 2 is cylindrical, but with recesses 10 on the side surface of the upper cavity. In the process of moving the punch, the workpiece is drawn through the upper working belt 3 into the upper cavity of the stepped matrix 2. There is a drawing or a combined drawing with a non-cylindrical cross-section (Fig. 3, b) or a cylindrical cross-section (Fig. 3, a) of the lower step 5 of the punch. In this case, the gap between the lower step 5 of the punch and the upper working belt 3 of the stepped matrix 2 is uneven around the perimeter. As a result, after drawing, a semi-finished product with a variable wall thickness around the perimeter is obtained, the wall thickness of which varies from S _o (Fig. 2, a) to S _i (Fig. 2, b). The outer surface of the semi-finished product will correspond to the shape and dimensions of the upper working belt 3 of the stepped matrix 2, and the shape of the cavity will correspond to the cross-sectional shape of the lower step 5 of the punch. The semi-finished product will have an uneven (or crowned) end. At the end of the drawing (Fig. 2), the upper stage 6 of the punch enters with a small gap into the cavity of the upper working belt 3 of the stepped matrix 2, and the protrusions 12 located on the side surface of the upper stage 6 of the punch enter the recesses 10 on the lateral inner surface of the upper cavity of the stepped matrix 2 and create a closed cavity in which the semi-finished product is located. With further movement of the stepped punch, the drawing operation with thinning is first performed and the crowned end of the semi-finished product comes into contact with the ledge 13 of the punch. There is a draft and alignment of the uneven torso of the semi-finished product, and then with further movement of the stepped punch, direct extrusion of the semi-finished product through the hole formed by the lower working belt 4 of the stepped matrix 2 and the contour of the cross section of the lower step 5 of the punch. As a result, a shell with an uneven wall thickness along the perimeter is obtained, having a small socket at the open end. In the process of direct extrusion, end support and compressive stresses arise in the walls of the semi-finished product, which prevents the destruction of the material, and expands the technological capabilities of the blank forming process.

Преимуществом устройства является возможность формоизменения листовых заготовок переменной толщины многогранной формы. Например, при использовании квадратной заготовки (фиг. 3, б). Квадратную заготовку устанавливают в ступенчатой матрице 2 таким образом, чтобы угловыми участками она ориентировалась в направлении, совпадающим с направлением максимального зазора образованного между контурами верхнего рабочего пояска 3 ступенчатой матрицы 2 и контуром нецилиндрической формы поперечного сечения нижней ступени 5 пуансона (фиг. 3, б). В результате торцевого подпора при последующей осадке и прямого выдавливания корончатость исчезнет и получают готовую оболочку с ровным торцом.The advantage of the device is the possibility of forming multifaceted sheet blanks of variable thickness. For example, when using a square blank (Fig. 3b). The square workpiece is installed in the stepped die 2 so that its corner sections are oriented in the direction coinciding with the direction of the maximum gap formed between the contours of the upper working belt 3 of the stepped die 2 and the contour of the non-cylindrical cross-sectional shape of the lower step 5 of the punch (Fig. 3, b) . As a result of the end support during subsequent upsetting and direct extrusion, crowning disappears and a finished shell with a smooth end is obtained.

При использовании разнотолщинной заготовки (фиг. 1, б), в устройстве используют описанную выше конструкцию ступенчатой матрицы 2 и ступенчатый пуансон, имеющий на торцевой и боковой поверхности нижней ступени 5 углубления 11 (фиг. 4), соответствующие выступам заготовки. При этом ступенчатый пуансон нижней ступенью 5 ориентирован углублениями соответственно направлению выступов заготовки. Такая ориентация обеспечивает получение требуемого полуфабриката и его дальнейшее формоизменение с получением оболочки с заданными формой и размерами утолщений стенки по периметру.When using a workpiece of different thicknesses (Fig. 1, b), the device uses the above-described design of the stepped matrix 2 and the stepped punch, which has recesses 11 on the end and side surface of the lower step 5 (Fig. 4), corresponding to the protrusions of the workpiece. In this case, the stepped punch with the lower step 5 is oriented with recesses according to the direction of the protrusions of the workpiece. This orientation provides the required semi-finished product and its further shaping to obtain a shell with a given shape and size of the wall thickening along the perimeter.

Claims

A device for producing shells with a variable wall thickness along the perimeter from a billet with thickenings, characterized in that it contains a stepped matrix with upper and lower working belts, a stepped punch with a ledge between the upper and lower steps with a width equal to the wall thickness of the semi-finished product obtained as a result of drawing workpiece, while the length of the lower step of the punch and the distance between the upper and lower working belts of the stepped die are equal to the height of the said semi-finished product, the stepped die is made with recesses in the shape and size of the workpiece thickenings located on its open end, the surface of the upper working belt and the surface of the cavities of the upper step and mated to each other, the upper step of the punch is made with protrusions corresponding in shape and size to the said recesses of the die, the lower working belt of the die is made with a contour and dimensions corresponding to the outer contour and dimensions of the finished shell, and the lower step of the punch The socket is made with a cross-sectional contour corresponding to the shape and size of the cavity of the finished shell, or with recesses in the shape and size of the thickening of the workpiece.