Отбортовка отверстий в листовом металле конструктивные размеры. Способ отбортовки отверстий

Штамповка как технологический процесс обработки заготовок, изготовленных из металла, позволяет получить готовые изделия плоского или объемного типа, отличающиеся как своей формой, так и размерами. В качестве рабочего инструмента при выполнении штамповки может выступать штамп, закрепленный на прессе или оборудовании другого типа. В зависимости от условий выполнения штамповка металла бывает горячая и холодная. Эти два вида данной технологии предполагают использование различного оборудования и соблюдение определенных технологических норм.

Особенности технологии

Ознакомиться с требованиями ГОСТ к обработке металла штампованием можно, скачав документ в формате pdf по ссылке ниже.

Кроме разделения на горячую и холодную, штамповка изделий из металла подразделяется и на ряд других категорий в зависимости от ее назначения и технологических условий. Так, операции штамповки, в результате которых происходит отделение части металлической заготовки, называются разделительными. Сюда, в частности, относятся резка, рубка и пробивка деталей из металла.

Другой категорией таких операций, в результате которых штампуемый лист металла изменяет свою форму, являются формоизменяющие штамповочные операции, часто называемые формовкой. В результате их выполнения детали из металла могут подвергаться вытяжке, холодному выдавливанию, гибке и другим процедурам по обработке.

Как уже отмечалось выше, существуют такие виды штамповки, как холодная и горячая, которые, хотя и реализуются по одному принципу, предполагающему деформирование металла, имеют ряд значимых отличий. , предполагающую их предварительный нагрев до определенной температуры, применяют преимущественно на крупных производственных предприятиях.

Это связано прежде всего с достаточно высокой сложностью такой технологической операции, для качественного выполнения которой необходимо сделать предварительный расчет и точно соблюсти степень нагрева обрабатываемой заготовки. С помощью штамповки, выполняемой по горячей технологии, из листового металла различной толщины получают такие ответственные детали, как днища котлов и другие изделия в форме полусфер, корпусные и другие элементы, используемые в судостроении.

Для нагрева деталей из металла перед их горячей штамповкой используется нагревательное оборудование, которое в состоянии обеспечить точный температурный режим. В этой функции, в частности, могут использоваться электрические, плазменные и другие нагревательные устройства. Перед началом выполнения горячей штамповки необходимо не только рассчитать нормы нагрева обрабатываемых деталей, но и разработать точный и подробный чертеж готового изделия, в котором будет учтена усадка остывающего металла.

При выполнении металлических деталей процесс формирования готового изделия протекает только за счет давления, оказываемого рабочими элементами пресса на заготовку. За счет того, что заготовки при штамповке по холодной технологии предварительно не нагреваются, они не подвержены усадке. Это позволяет изготавливать изделия законченного вида, которые не требуют дальнейшей механической доработки. Именно поэтому данная технология считается не только более удобным, но и экономически выгодным вариантом обработки.

Если квалифицированно подойти к вопросам проектирования размеров и формы заготовок и к последующему раскрою материала, то можно значительно уменьшить его расход, что особенно актуально для предприятий, выпускающих свою продукцию крупными сериями. В качестве материала, заготовки из которого успешно подвергаются штамповке, может выступать не только углеродистые или легированные стали, но также алюминиевый и медный сплавы. Более того, оснащенный соответствующим образом штамповочный пресс успешно используется для обработки заготовок из таких материалов, как резина, кожа, картон, полимерные сплавы.

Разделительное штампование, целью которого является отделение от обрабатываемой заготовки части металла, – это очень распространенная технологическая операция, используемая практически на каждом производственном предприятии. К таким операциям, которые выполняются посредством специального инструмента, установленного на штамповочный пресс, относятся резка, вырубка и пробивка.

В процессе резки металлические детали разделяются на отдельные части, причем такое разделение может осуществляться по прямой или кривой линии реза. Для выполнения резки могут использоваться различные устройства: дисковые и вибрационные станки, гильотинные ножницы и др. Резку чаще всего используют для того, чтобы раскроить металлические заготовки для их дальнейшей обработки.

Вырубка – это технологическая операция, в процессе которой из металлического листа получают детали, имеющие замкнутый контур. При помощи пробивки в заготовках из листового металла делают отверстия различной конфигурации. Каждая из таких технологических операций должна быть тщательно спланирована и подготовлена, чтобы в результате ее выполнения получилось качественное готовое изделие. В частности, должны быть точно рассчитаны геометрические параметры используемого инструмента.

Перфорированный металлический лист получается в результате вырубки отверстий на координатно-пробивном прессе

Технологическими операциями штамповки, в процессе которых осуществляется изменение начальной конфигурации металлических деталей, являются формовка, гибка, вытяжка, отбортовка и обжим. Гибка – это наиболее распространенная формоизменяющая операция, в процессе которой на поверхности металлической заготовки формируются участки с изгибом.

Вытяжка – это объемная штамповка, целью выполнения которой является получение из плоской металлической детали объемного изделия. Именно при помощи вытяжки металлический лист превращается в изделия цилиндрической, конической, полусферической или коробчатой конфигурации.

По контуру изделий из листового металла, а также вокруг отверстий, которые в них выполнены, часто необходимо сформировать бортик. С этой задачей успешно справляется отбортовка. Такой обработке, выполняемой посредством специального инструмента, подвергают и концы труб, на которые необходимо установить фланцы.

При помощи обжима, в отличие от отбортовки, концы труб или края полостей в заготовках из листового металла не расширяют, а сужают. При выполнении такой операции, осуществляемой при помощи специальной конической матрицы, происходит наружное обжатие листового металла. Формовка, которая также является одной из разновидностей штамповки, предполагает изменение формы отдельных элементов штампованной детали, при этом наружный контур детали остается неизменным.

Объемная штамповка, которая может выполняться по различным технологиям, требует не только тщательных предварительных расчетов и разработки сложных чертежей, но и использования специально изготовленного оборудования, поэтому реализовать такую технологию в домашних условиях проблематично.

Инструменты и оборудование

Даже обработка мягких металлов, в частности штамповка алюминия, требует применения специального оборудования, в качестве которого могут выступать гильотинные ножницы, кривошипный или . Кроме того, необходимо умение производить расчеты расхода материала и разрабатывать технические чертежи. При этом следует учитывать требования, которые содержит соответствующий ГОСТ.

Штамповку, для выполнения которой не требуется предварительный нагрев обрабатываемой заготовки, выполняют преимущественно на гидравлических прессах, производство которых регулирует ГОСТ. Разнообразие серийных моделей этого оборудования позволяет подбирать станок для производства изделий различных конфигураций и габаритных размеров.

Выбирая пресс для выполнения штамповки, в первую очередь следует ориентироваться задачи, для решения которых он необходим. Например, для выполнения таких технологических операций, как вырубка или пробивка, используют штамповочное оборудование простого действия, ползун и шайбы которого в процессе обработки совершают небольшой ход. Для того чтобы выполнить вытяжку, требуется оборудование двойного действия, ползун и шайбы которого в процессе обработки совершают значительно больший ход.

По своей конструкции, как указывает ГОСТ, оборудование для выполнения штамповки делится на несколько типов, а именно:

• однокривошипное;
• двухкривошипное;
• четырехкривошипное.

На прессах двух последних категорий устанавливают ползуны более крупных размеров. Однако вне зависимости от конструктивного исполнения каждый штамповочный пресс оснащается матрицей. Основное движение, за счет которого и выполняется обработка заготовки на штамповочном прессе, совершает ползун, нижняя часть которого соединена с подвижной частью штампа. Для сообщения такого движения ползуну пресса приводной электродвигатель связывается с ним посредством таких элементов кинематической цепи, как:

• клиноременная передача;
• пусковая муфта;
• шайбы;
• кривошипный вал;
• шатун, при помощи которого можно регулировать величину рабочего хода ползуна.

Для запуска ползуна, который совершает возвратно-поступательное движение по направлению к рабочему столу пресса, используется ножная пресс-педаль, напрямую связанная с пусковой муфтой.

Несколько другим принципом работы отличается четырехшатунный пресс, рабочие органы которого создают усилие с центром, приходящимся на середину четырехугольника, образуемого четырьмя шатунами. Благодаря тому, что усилие, создаваемое таким прессом, приходится не на центр ползуна, это устройство успешно используется для того, чтобы изготавливать изделия даже очень сложной конфигурации. Прессы данной категории, в частности, применяют для того, чтобы изготовить асимметричные изделия, отличающиеся значительными габаритами.

Чтобы изготовить изделия более сложной конфигурации, используют прессовое оборудование пневматического типа, конструктивная особенность которого заключается в том, что оно может быть оснащено двумя или даже тремя ползунами. В прессе двойного действия применяются одновременно два ползуна, один из которых (внешний) обеспечивает фиксацию заготовки, а второй (внутренний) выполняет вытяжку поверхности обрабатываемого металлического листа. Первым в работе такого пресса, конструктивные параметры которого также регламентирует ГОСТ, участвует внешний ползун, фиксирующий заготовку при достижении самой нижней точки. После того как внутренний ползун выполнит свою работу по вытяжке листового металла, внешний рабочий орган поднимается и освобождает заготовку.

Для штамповки тонколистового металла используются преимущественно специальные фрикционные прессы, технические параметры которых также устанавливает ГОСТ. Чтобы обрабатывать более толстый листовой металл, лучше всего применять гидравлическое штамповочное оборудование, которое оснащено более надежными шайбами и другими конструктивными элементами.

Отдельную категорию составляет оборудование, при помощи которого выполняется штамповка взрывом. На таких устройствах, в которых энергия управляемого взрыва преобразуется в усилие, оказываемое на металл, обработке подвергают металлические заготовки значительной толщины. Работа такого оборудования, считающегося инновационным, даже на видео выглядит очень эффектно.

Чтобы получаемый сгиб и общая конфигурация готового изделия из металла отличались высоким качеством, в последнее время стали активно использовать прессы, оснащенные встроенными вибрационными ножницами. Использование такого оборудования с более короткими ножками позволяет изготавливать изделия практически любой конфигурации.

Таким образом, выполнение штамповки листового металла требует наличия не только специализированного оборудования, но и соответствующих навыков и знаний, поэтому реализовать такую технологию в домашних условиях достаточно сложно.

Полезная модель относиться к области обработки металлов давлением, а именно к холодной штамповке заготовок из листа, и может быть использовано для увеличения высоты борта при изготовлении деталей с цилиндрическим бортом. Устройство для отбортовки содержит цилиндрический пуансон с участком радиусного скругления к плоскому торцу, матрицу, прижим и нижний прижим, при этом диаметр плоского торца пуансона выполнен с размером, определяемым по зависимости: где d 0 - диаметра отверстия в заготовке, [К om ] - придельное значение коэффициента отбортовки (меньше единицы), нижний прижим имеет зону радиусного скругления, охватывающую радиусное скругление пуансона, с величиной радиуса, равным R=R n +S 0 где R n - радиус пуансона, a S 0 - толщина заготовки. Центр кривизны радиусной зоны прижима смещен относительно центра радиусного скругления пуансона в горизонтальном направлении от оси штампа на расстояние, величина которого определяется по зависимости: где d - диаметр борта детали, а d 0 - исходный диаметр отверстия в заготовке, k=1,05..1,15 - коэффициент, характеризующий увеличение пластичности материала на кромке деформируемого отверстия в результате приложения к ней дополнительных сжимающих напряжений. Илл.3

Полезная модель относиться к области обработки металлов давлением, а именно к холодной штамповке заготовок из листа, и может быть использовано при изготовлении полых деталей с высоким бортом.

Известна конструкция оснастки для отбортовки, в которой заготовка с отверстием предварительно полностью отбортовывается, а затем осуществляют выворот борта, воздействуя одновременно на торец борта и кольцевую часть заготовки, примыкающую к борту заготовки (АС 1817720, МПК В 21 D 22/00, опубл. 1993.05.23). Создание осевого и радиального сжимающих напряжений на торец отбортовываемой заготовки повышает пластичность металла и позволяет увеличивать высоту борта по сравнению с обычной отбортовкой.

Недостатком данной оснастки является ее сложность. При реализации данного способа на прессах штамповая оснастка сильно усложняется из-за необходимости обеспечения требуемых перемещений независимых элементов штампа в процессе деформирования.

Наиболее близким по технической сути к заявляемой конструкции, которая принята за прототип, является конструкция оснастки, которая состоит из отбортовочного пуансона, имеющего зону радиусного скругления, плоского прижима, отбортовочной матрицы и нижнего прижима, расположенного под отбортовочным пуансоном (АС №275986, МПК B 21 d 19/06, опубл. 1970.01.01). Для увеличения допустимой степени деформации, на кромке отверстия с помощью нижнего прижима и отбортовочного пуансона создают сжимающие напряжения, параллельные оси штампа. В результате сжатия кромки отверстия между коническими поверхностями нижнего прижима и отбортовочного пуансона, в последней возникают

сжимающие напряжения, повышающие пластичность металла, что повышает предельные возможности процесса.

Недостатком конструкции является то, что при изготовлении цилиндрического борта, на заключительном этапе процесса деформирования, заготовка выходит из контакта с нижним прижимом. Нижний прижим перестает создавать сжимающие напряжения на кромке. В результате этого в ней опять изменяется схема напряженного состояния на одноосное растяжение. Поскольку к этому моменту пластичность металла уже исчерпана (величина коэффициента отбортовки превышает предельное значение), то на кромке отверстия происходит разрушении заготовки.

Кроме этого, прикладывая сжимающие напряжения с самого начала процесса отбортовки, возрастают радиальные напряжения в зоне радиусного скругления отбортовочного пуансона и разрушение заготовки начинает происходить в виде отрыва дна (подобно процессу вытяжки). Это не позволяет достичь больших степеней деформации по процессу в целом. В начальный момент деформирования заготовки силы трения от нижнего прижима вредны.

Задачей изобретения является повышение предельного коэффициента отбортовки при относительной простоте конструкции штамповой оснастки.

Поставленная задача решается за счет того, что в устройстве для отбортовки, содержащем цилиндрический пуансон с участком радиусного скругления к плоскому торцу, матрицу, прижим и нижний прижим, диаметр плоского торца пуансона выполнен с величиной, определяемой по зависимости:

где d 0 - диаметра отверстия в заготовке, [К om ] - предельное значение коэффициента отбортовки, нижний прижим имеет зону радиусного скругления, охватывающую радиусное скругление пуансона, с величиной радиуса, равным

где R n - радиус пуансона, a S 0 - толщина заготовки, при этом центр кривизны радиусной зоны нижнего прижима смещен относительно центра радиусного скругления пуансона в горизонтальном направлении от оси штампа на расстояние, величина которого определяется по зависимости:

где d - диаметр борта детали, a d 0 - исходный диаметр отверстия в заготовке, k=1.05-1.10 - коэффициент, характеризующий увеличение пластичности материала на кромке деформируемого отверстия в результате приложения к ней дополнительных сжимающих напряжений.

Заявляемое устройство поясняется чертежом, где на фигуре 1 показано устройство в исходном положении, на фигуре 2 показано положение устройства в момент, когда нижний прижим воздействует на кромку отбортовываемого отверстия, создавая на ней сжимающие напряжения. На фигуре 3 показано устройство на заключительной стадии процесса отбортовки.

Устройство состоит из пуансона 1, имеющего радиусное скругление от цилиндрической стенки к плоскому торцу, прижима 2, который прижимает заготовку 3 к матрице 4. Под отбортовочным пуансоном расположен нижний прижим 5, имеющий зону радиусного скругления, охватывающую зону скругления пуансона для отбортовки 1.

Устройство работает следующим образом.

Заготовка 1, имеющая отверстие с диаметром d o устанавливается на матрицу 4 и прижимается к ней прижимом 2. После этого начинается рабочий ход пуансона 1. Пуансон имеет плоский торец с величиной диаметра, равным d. При рабочем ходе пуансона начинается

формообразование борта с увеличением диаметра отбортовываемого отверстия. Процесс осуществляется как обычная отбортовка. Величина диаметра плоского торца пуансона определяется по зависимости

где d 0 - диаметра отверстия в заготовке, - предельное значение коэффициента отбортовки.

Наличие коэффициента (0,8-0,9) можно рассматривать как коэффициент запаса, который предохраняет заготовку от разрушения в процессе отбортовки, пока еще нижний прижим не воздействует на кромку отбортовываемого отверстия. Величина предельного коэффициента отбортовки определяется по справочной литературе (например, Романовский В.П. Справочник по холодной штамповке. - Л. Машиностроение, 1979, стр.221, таблица 111).

При дальнейшем рабочем ходе пуансона 1, когда диаметр отбортовываемого отверстия увеличился до величины d (исчерпаны возможности металла при простой отбортовке), на кромке заготовки для дальнейшего деформирования необходимо создавать сжимающие напряжения. Эти напряжения создаются в результате того, что кромка заготовки сжимается между пуансоном 1 и нижним прижимом 5.

То есть, при достижении диаметром отверстия величины, близкой к наибольшему размеру, который можно получить при отбортовке отверстия без участия в процессе деформирования нижнего прижима, осуществляется сжатие кромки заготовки между пуансоном и нижним прижимом. При этом все усилие прижима сконцентрировано на небольшом участке вблизи кромки отверстия, что позволяет изменить схему напряженного состояния кромки заготовки с линейного растяжения на плоскую разноименную схему, без избыточного деформирования материала, и с минимальным усилием деформирования.

Наличие сжимающего напряжения на кромке увеличивает пластичность металла, позволяет увеличить предельную деформацию за переход и изготовить борт увеличенной высоты.

Для того, чтобы обеспечить воздействие нижнего прижима и пуансона на кромку заготовки в процессе всего последующего процесса деформирования заготовки, нижний прижим выполнен с зоной радиусного закругления, охватывающей зону радиусного скругления пуансона для отбортовки.

В ходе дальнейшего осуществления процесса кромка отверстия заготовки находясь под давлением сосредоточенном на небольшом участке, приложенным со стороны пуансона, перемещается между пуансоном и нижним прижимом до момента полного формообразования, который наступает, когда кромка отверстия заготовки перемещается на цилиндрический участок пуансона.

В тот момент, когда кромка заготовки переместится на цилиндрический участок пуансона, деформация растяжения на кромке прекращается, и следовательно, разрушения заготовки уже не произойдет.

Для того, чтобы сжимающие напряжения образовывались лишь на кромке отбортовываемого отверстия, а не по всему очагу деформации, форма инструмента должна обеспенчивать сжатие заготовки лишь по кромке. Для этого центры кривизны зон радиусного скругления отбортовочного пуансона и нижнего прижима выполнены со смещением в горизонтальном направлении от оси штампа на величину

где d - диаметр борта детали, a d 0 - исходный диаметр отверстия в заготовке, k=1,05..1,15 - коэффициент, характеризующий увеличение пластичности материала на кромке деформируемого отверстия в результате приложения к ней дополнительных сжимающих напряжений.

Устройство для отбортовки отверстия, содержащее плоский прижим, матрицу, отбортовочный пуансон с радиусным скруглением перехода к плоскому торцу и нижний прижим, расположенный под отбортовочным пуансоном, отличающееся тем, что плоский торец пуансона выполнен с диаметром, равным величине d:

где d 0 - диаметр отверстия в исходной заготовке, [К om ] - предельный коэффициент отбортовки, нижний прижим имеет зону радиусного скруглениия, охватывающую радиусное скругление пуансона, с величиной радиуса R, равным:

где R n - радиус скругления пуансона, a S 0 - толщина исходной заготовки из листа;

при этом центр кривизны радиуса зоны скругления прижима смещен относительно центра радиусного скругления пуансона в горизонтальном направлении, от оси штампа, на расстояние, величина которого определяется по зависимости:

где d - диаметр борта детали, a d 0 - исходный диаметр отверстия в заготовке, k=1,05-1,10 - коэффициент, характеризующий увеличение пластичности материала на кромке деформируемого отверстия в результате приложения к ней дополнительных сжимающих напряжений.

металл отверстие штамповочный сверхпластичность

Отбортовка отверстий широко используется в штамповочном производстве, заменяя операции вытяжки с последующей вырубкой дна. Особенно эффективно применяется отбортовка отверстий при изготовлении деталей с большим фланцем, когда вытяжка затруднительна и требует нескольких переходов. В настоящее время путем отбортовки получают отверстия диаметром 3 ч 1000 мм и толщиной материала 0,3 ч 30 мм.

Под отбортовкой понимают операцию холодной листовой штамповки, в результате которой по внутреннему (внутренняя отбортовка) или наружному (наружная отбортовка) контуру заготовки образуется борт. В основном выполняют внутреннюю отбортовку круглых отверстий. Образование борта в этом случае осуществляется за счет вдавливания в отверстие матрицы части заготовки с предварительно или одновременно с отбортовкой пробитым отверстием. Схема отбортовки круглых отверстий показана на рисунке 2.1. Разновидностью отбортовки является отбортовка с утонением стенки.

Рисунок 2.1 - Схемы отбортовки круглых отверстий: а) сферическим пуансоном; б) цилиндрическим пуансоном

Отбортовку круглых отверстий выполняют сферическим (рисунок 2.1а ) или цилиндрическим пуансоном (рисунок 2.1б ). В последнем случае рабочий конец пуансона выполняют в виде фиксатора (ловителя), обеспечивающего центрирование заготовки по отверстию, с коническим переходом к рабочей части диаметра d п.

Деформация металла при отбортовке характеризуется следующими изменениями: удлинением в тангенциальном направлении и уменьшением толщины материала, о чем свидетельствует радиально-кольцевая сетка, нанесенная на заготовку (рисунок 2.2). Расстояния между концентрическими окружностями остаются без значительных изменений.

Рисунок 2.2 - Заготовка до и после отбортовки

Степень деформации при отбортовке отверстий определяется соотношением между диаметром отверстия в заготовке d и диаметром борта D или так называемым коэффициентом отбортовки:

К = d /D ,

где D определяется по средней линии (см. рисунок 2.2).

Если коэффициент отбортовки превышает предельную величину К пред, то на стенках борта образуются трещины.

Предельный для данного материала коэффициент отбортовки может быть аналитически рассчитан по формуле:

где h - коэффициент, определяемый условиями отбортовки;

d - относительное удлинение, определяемое из испытаний на растяжение.

Величина предельного коэффициента отбортовки зависит от следующих факторов:

1) характера обработки и состояния кромок отверстий (сверление или пробивка, наличие или отсутствие заусенцев);

2) относительной толщины заготовки s /D ;

3) рода материала и его механических свойств;

4) формы рабочей части пуансона.

Существует прямая зависимость предельно допустимого коэффициента отбортовки от относительной толщины заготовки, т. е. с уменьшением d /s величина предельно допустимого коэффициента отбортовки К пред уменьшается и увеличивается степень деформации. Кроме того, величина К пред зависит от способа получения отбортовываемого отверстия, что показано в таблице 2.1 для малоуглеродистой стали. В таблице 2.2 приведены предельные значения коэффициента отбортовки для цветных материалов.

Допустимая величина утонения стенки борта при отбортовке вследствие дефектов края отверстия (заусенцы, наклеп и т. п.) значительно ниже, чем величина поперечного сужения при испытании на растяжение. Наименьшая толщина у края борта составляет:

Таблица 2.1 - Расчетные значения К пред для малоуглеродистой стали

Расчет технологических параметров отбортовки круглых отверстий осуществляют следующим образом. Исходными параметрами являются внутренний диаметр D вн отбортованного отверстия и высота борта Н , заданные чертежом детали. По указанным параметрам рассчитывают требуемый диаметр d технологического отверстия.

Таблица 2.2 - Значения К пред для цветных металлов и сплавов

Для относительно высокого борта расчет диаметра d выполняют исходя из равенства объемов заготовки до и после отбортовки:

где D 1 = d п + 2(r м + s ).

В данной формуле геометрические параметры определяются согласно рисунку 2.1.

Для низкого борта расчет можно выполнять из условия обычной гибки в радиальном сечении:

d = D + 0,86r м - 2Н - 0,57s .

Затем проверяют возможность отбортовки за один переход. Для этого сравнивают коэффициент отбортовки (см. стр.14) с предельным значением К пред: К > К пред.

Усилие отбортовки круглых отверстий цилиндрическим пуансоном может быть приближенно определено по формуле

где s Т - предел текучести материала.

Характер изменения усилия при отбортовке показан на рисунке 2.3 в зависимости от формы очертания рабочей части пуансона.

Рисунок 2.3 - Диаграммы усилия и переходы отбортовки круглых отверстий при различной форме пуансона: а) криволинейной; б) сферической; в) цилиндрической

Использование: область обработки металлов давлением. Сущность: способ отбортовки отверстий, при котором заготовку деформируют с одновременной обработкой очага деформации до пластического состояния электрическим током. При этом ток подают импульсами в центральную часть очага деформации на ширину обработки, равную 0,35 ... 0,45 диаметра отбортовываемого отверстия. 1 табл., 2 ил.

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, в частности к способам интенсификации операции отбортовки отверстий в листовых и трубчатых заготовках различных материалов, и может найти применение в авиационной и смежных с ней отраслях промышленности машиностроения. Из научно-технической литературы известно, что отбортовка отверстий это операция, часто применяемая в технологи производства деталей летательных аппаратов. Отбортовка применяется для образования борта по краям отверстий и по незамкнутому, но вогнутому контуру. В большинстве случаев изготавливаемые с помощью отбортовки борта представляют собой элементы жесткости листовых деталей или переходные элементы, применяемые для последующего соединения деталей в единую конструкцию. Увеличение предельных возможностей операции отбортовки отверстий листовых заготовок приводит к увеличению высоты изготавливаемых бортов и, следовательно, либо к увеличению жесткости изготавливаемых деталей при снижении их веса, что особо важно для деталей летательных аппаратов, либо к улучшению возможностей по применению различных методов соединения деталей. Таким образом, интенсификация операции отбортовки отверстий представляется весьма важной. Известен способ операции отбортовки отверстий основанный на изменении схемы напряженно-деформированного состояния в очаге деформации. Как известно, при традиционной схеме деформирования (отбортовка перемещающимся пуансоном) в очаге деформации возникает двухстороннее растяжение. При приложении сжимающего усилия к торцу отбортовываемого отверстия, в соответствии с описываемым способом интенсификации, за счет возникновения в радиальном направлении интенсивных сжимающих напряжений удается в значительной степени компенсировать влияние растяжения в тангенциальном направлении на процесс деформирования. Данный способ кроме существенного увеличения степеней формоизменения позволяет изготавливать борта без изменения толщины исходной заготовки. Среди недостатков способа интенсификации операции отбортовки следует отметить: значительное усложнение оснастки и увеличение затрат на ее производство, увеличение контактных напряжений, приводящее к уменьшению стойкости деталей штампа. Известен способ интенсификации операции отбортовки отверстий в соответствии с которым очаг деформации заготовки перед ее формоизменением нагревают до температур, соответствующих повышению пластических свойств деформируемых материалов. Причем нагрев выполняют дифференцированно. Вблизи кромки отверстия материал нагревают до больших температур, чем в зоне сопряжения борта со стенкой. Описываемый способ интенсификации позволяет повысить предельные возможности процесса формоизменения. Среди недостатков описанного способа следует указать: длительность цикла производства одной детали, обусловленная длительностью нагрева деталей штамповочной оснастки и собственно заготовки, значительность энергетических затрат. Решаемой задачей настоящего изобретения является повышение технологических возможностей операции отбортовки отверстий, повышение качества деталей и снижение производственных затрат. Указанная цель достигается тем, что в способе интенсификации операции отбортовки отверстий, включающем обработку очага деформации электрическим током до пластического состояния в плоскости листа в процессе ее деформирования, электрический ток подают импульсами в центральную часть очага деформации заготовки, на ширину обработки B обр. равную: B обр. =(0,35.0,45) D отв, где: D отв исходный диаметр отверстия. На фиг. 1 изображен фрагмент листа с отбортовываемым отверстием и схематическим изображением контактов и линий электрического тока обработки; на фиг. 2 зависимость коэффициента отбортовки от величины отношения ширины зоны обработки B обр к диаметру исходного отверстия D отв. При осуществлении данного способа обработки заготовок в процессе их деформирования реализуется модель неравномерной электроимпульсной обработки. Как уже отмечалось выше при реализации равномерной электроимпульсной обработки в радиальном направлении заготовок в процессе отбортовки отверстий кромка отверстия обрабатывается импульсным электрическим током только в начальный момент деформирования. В последующем, по мере увеличения зоны контакта заготовки с токопроводящим пуансоном, кромка отверстия ведется током не обрабатывается и не пластифицируется. При реализации модели неравномерной обработки током в плоскости листа центральные части заготовки между токопроводящими элементами 1 обрабатываются с максимальной интенсивностью, о чем свидетельствует графическое изображение линий тока 2. Интенсивность обработки кромок отверстий 3 при этом еще более возрастает за счет дополнительной концентрации тока, обусловленной "сгибанием" током "препятствия", в роли которого выступает само отверстие. Краевые же части заготовки обрабатываются за счет рассеяния линий тока с уменьшением интенсивности обработки по мере удаления от токовыводящих элементов. Таким образом обрабатываемость отбортовываемого отверстия 3 не зависит от степени прилегания к пуансону и осуществляется за счет "затекания" тока, объясняемого неравномерностью электроимпульсной обработки. Реализация данного способа при образовании бортов по краям отверстий или по незамкнутому, но разработку в целях повышения пластических свойств материалов и восстановления их ресурса пластичности в процессе всего этапа деформирования, что приводит к повышению степени формоизменения. Пример. При экспериментальном определении эффективности предлагаемого способа операции отбортовки производилось сравнение предельных степеней формоизменения деталей, изготовленных в соответствии с прототипом и изготовленных в соответствии с формулой предполагаемого изобретения. В качестве параметра для сравнения принималась величина коэффициента отбортовки k отб, определяемая как отношение диаметра исходного отверстия D отв к диаметру полученного борта D б. Электроимпульсная обработка заготовок в процессе их деформирования выполнялось от источника импульсного тока, в состав которого входили: понижающий трансформатор мощностью 250 кВт; прерыватель тока сварочного типа, используемый для регулирования в широких пределах энергетических и временных параметров тока обработки. Для изменения энергетических и временных параметров тока обработки применялся запоминающий осциллограф С8-13 и измерительный трансформатор тока. Деформирование заготовок из различных материалов осуществлялось на гидравлическом прессе с максимальным усилием 300 кН. Специально сконструированная и изготовленная экспериментальная оснастка со сменными пуансоном и матрицей позволяла производить деформирование заготовок в соответствии с обоими сравниваемыми способами. Применение токопроводящих электроизолированных друг от друга пуансона и матрицы обеспечивало возможность осуществления процесса деформирования в соответствии со способом, принятым за прототип. Применение пуансона, матрицы и прижима из изоляционных термостойких материалов со встроенными в прижим электроконтактами позволяло деформировать материалы по способу, предлагаемому в формуле изобретения. Причем при деформировании заготовок в соответствии с предлагаемым изобретением за счет применения разноразмерных токопроводящих прокладок обеспечивалась возможность варьирования зоной обработки током и, следовательно, варьирования степенью неравномерности электроимпульсной обработки. Для соответствия экспериментальных данных, полученных по обоим схемам деформирования, формоизменение осуществлялось конусными пуансонами с углом конусности 30. Эффективность предлагаемого способа интенсификации операции отбортовки выявлялась в процессе деформирования заготовок из сплавов: Д16М, В95М, 12Х18Н10Т, ОЕ4. Толщина листовых заготовок из всех исследуемых сплавов составляла 2 мм. Отверстия в заготовках получали сверлением с последующей зачисткой кромок. Соотношения величин коэффициентов отбортовки, полученных при деформации в соответствии со способом, принятым за прототип и в соответствии с предлагаемым изобретением, приведены в таблице. Из анализа данных, приведенных в таблице, следует, что применение электроимпульсной обработки материалов в процессе их деформирования, осуществляемое в соответствии с существом настоящего изобретения, позволяет в среднем на 35% уменьшить величину коэффициента отбортовки и, следовательно, существенно увеличить предельные возможности операции по отношению к способу обработки заготовок импульсным током в процессе их формоизменения, принятым за прототип. Это однозначно свидетельствует о преимуществах данного способа интенсификации операции отбортовки по отношению к способу, принятому за прототип, и подтверждает цели, описанные в отличительной части формулы изобретения. Для определения оптимальной величины зоны обработки импульсным электрическим током производилась отбортовка отверстий с варьированием в широких пределах шириной контактов токопроводов. Для этого в экспериментах применялись равноразмерные токопроводящие прокладки. При применении этих прокладок величина зоны обработки изменялась от B обр 0,25 D отв до B обр 0,7 D отв с шагом B 0,05 D отв. Эксперименты проводились на всех перечисленных выше материалах. В качестве параметра сравнения также как и ранее использовалась величина коэффициента отбортовки k отб. Результаты, полученные в данной части описываемых экспериментальных исследований для алюминиевого сплава Д16М, приведены на фиг. 2. Из анализа зависимости коэффициента отбортовки k отб от величины отношения B обр /D отв, определяющем зону обработки импульсного сплава Д16М в процессе ее деформирования при осуществлении операции отбортовки отверстий (фиг. 2), можно сделать следующие выводы: при уменьшении зоны обработки импульсным электрическим током и, следовательно, увеличении неравномерности обработки очага деформации наблюдается уменьшение коэффициента отбортовки, что свидетельствует об увеличении предельных степеней формоизменения; минимальные значения коэффициента отбортовки принимают при обработке зон заготовки, соответствующих ширине B обр (0,25.0,45) D отв; при величине зоны обработки B обр импульсным током меньше 0,35 от диаметра исходного отверстия под отбортовку D отв из-за значительных концентраций тока около контактов наблюдается интенсивный материал заготовки, приводящий к возникновению пригаров, прожогов и других неустранимых поверхностных дефектов (штриховая часть линии на фиг. 2). Таким образом нецелесообразно при выполнении операции отбортовки отверстий уменьшить зону обработки импульсным электрическим током B обр меньше величины 0,35 от диаметра исходного отверстия D отв. Результаты экспериментальных исследований по определению оптимальной зоны обработки импульсным электрическим током заготовок из других перечисленных выше материалов при отбортовке на них отверстий полностью аналогичны приведенным выше для алюминиевого сплава В16М, поэтому они, как и выводы по ним, не приводятся. Приведенные выше экспериментальные исследования подтверждают предлагаемый в формуле изобретения диапазон зон электроимпульсной обработки листовых заготовок в процессе отбортовки на них отверстий. Изобретение применимо в аэрокосмической промышленности и смежных с ней отраслях машиностроения.