Конструктивная схема штампа для вытяжки выбирается в зависимос­ти от способа вытяжки с Учетом Создания благоприятного условия для уменьшения потери устойчивости заготовки в процессе вытяжки.

А). Прямая вытяжка без прижима фланцевой части заготовки осущест­вляется в основном за один переход, или "напровал", или в "упор" рис в соответствии с рисунком 5 . Таким образом, изготовляются толстостенные днища (DB/S).

Рисунок 5 - Конструктивные схемы штампов для прямой вытяжки без прижима фланцевой части заготовки: а - "напровал"; б-"в упор"

Б). Прямая вытяжка с прижимом фланцевой части заготовки применя­ется при вытяжке тонкостенных и особо тонкостенных днищ DB/S > 80. Конструктивные схемы штампов для прямой вытяжки днищ с прижимом приведены на рисунке 6.

Рисунок 6 - Штампы для вытяжки с верхним прижимом на прессах простого действия:

А - с механической скобой нижнего действия; б - верхнего действия

Наиболее распространен в химическом и нефтяном машиностроении способ штамповки "напровал", который приведен на рисунке 5, а.

Прижим фланцевой части заготовки может быть как верхний, так и нижний, как механическим, так и гидравлическим.

Работы, проведенные советскими учеными-исследователями Е. Н. Мошниным, В. Д. Головлевым, Л. Н. Шофманом, В. П. Лукьяновым, показывают, что для обеспечения устойчивости формы и размеров за­готовки в процессе вытяжки необходимо создавать оптимальное усилие прижима, которое является переменным в течение вытяжки.

В. П. Лукьяновым создана штамповал оснастка с механическим и гид­равлическим прижимом фланцевой части заготовки, конструктивные схе­мы которой приведены на рисунке 6. Штамп с регулируемым гидравличес­ким прижимом снабжен механизированным устройством для прижима фланцевой части заготовки. Штамповку днищ осуществляют следующим образом. Заготовку устанавливают на протяжное кольцо, обеспечивая определенный (гарантированный) зазор между рабочей плоскостью складкодержателя и ее поверхностью (величину зазора устанавли-вают согласно данным работы [3]). Затем с помощью цепей (или тросов), закрепленных на верхней траверсе пресса, опускают складкодержатель. При этом штыри входят в У-образные пазы, обеспечивая надежную цент-рацию соосных отверстий складкодержателя и корпуса матрицы. С по­мощью редукционного колена и пневмораспределителей, воздух подают в полость А пневмоцилиндров, при этом запирающие клинья перемещаются вправо, зажимая складкодержатель и корпус матрицы. Затем подвижную траверсу пресса опускают, и пуансон формует заготовку. После окончания штамповки пневмоделителями подают воздух в полость пневмоцилиндров, разжимая запирающие клинья. При ходе пуансона вверх съемником уда­ляются с пуансона отштампованные днища и складкодержатель возвра­щают в исходное положение.

Применительно к гидравлическим прессам двойного действия создана штамповая оснастка, обеспечивающая регулирование усилия прижима фланца заготовки в зависимости от относительного хода пуансона.

К недостаткам всех вышеназванных конструкций штампов и уст­ройств для создания переменного усилия прижима фланцевой части заго­товки в процессе вытяжки можно отнести следующие:

Сложность регулирования усилия прижима (в случаях механического прижима);

Запаздывание и погрешность значений усилий прижима вследствие температурного воздействия на свойства жидкостей гидросистемы (при гидравлическом прижиме);

Низкая жесткость и износостойкость прижимных колец;

Низкая износостойкость запирающих клиньев (при гидравлическом прижиме);

Малая универсальность устройств и штампа.

Уфимским нефтяным институтом разработана оригинальная конст­рукция штампа с устройством для создания оптимального усилия прижима фланцевой части заготовки в процессе вытяжки Q на прессах простого и двойного действия.

Разработанный штамп состоит из пуансона и матрицы, выполненной в виде протяжного кольца, помещенного в корпусе. На матрицу установлен прижим, имеющий верхнюю и нижнюю части, между которыми располо­жены пакеты тарельчатых пружин. На верхней части прижима фиксируют­ся кулачки, профили которых описывают кривую оптимального усилия прижима фланцевой части заготовки в течение всего про-цесса вытяжки.

Крепление кулачков на верхней части прижима осуществляется с по­мощью валов посредством серег. К верхней плите кулачки крепятся с помощью рычагов в Т-образных пазах штифтами. Серьги позволяют пе­ремещаться кулачкам относительно верхней части прижима лишь в вертикальном направлении на величину, определяемую высотой профиля кулачка. По окончании процесса вытяжки серьги способствуют движению рычагов кулачков в первоначальное положение за счет веса прижима при движении верхней плиты вверх.

С корпусом матрицы кулачки соединяются с помощью штоков, на­детых на валы и установленных в вертикальных соосных отверстиях час­тей прижима и корпуса. Фиксируются штоки посредством захватов, кото­рые, в свою очередь, закреплены на корпусе матрицы с помощью шпилек.

Штамповку днищ осуществляют следующим образом. Заготовку ус­танавливают на матрицу. При перемещении ползуна пресса вместе с зак­репленной на нем верхней плитой, пуансоном и кулачками штоки пере­мещаются в отверстиях верхней и нижней частях прижима и входят в от­верстия на корпусе матрицы. В момент соприкосновения нижней части прижима с заготовкой движение ползуна прекращается. В это время зах­ваты заводятся в выточки на нижней части прижима, создавая начальное усилие прижима. При дальнейшим движении ползуна пресса вниз рычаги кулачков перемещаются в Т-образных пазах к периферийной части верх­ней плиты. В это время кулачки поворачиваются на валах и давят на верх­нюю часть прижима. Верхняя часть прижима сжимает тарельчатые пружи­ны, которые обеспечивают равномерное возрастание усилия прижима по профилю кулачка.

Съем отштампованного днища с пуансона осуществляется за счет применения составной конструкции пуансона, содержащей сферическую и цилиндрическую части. Цилиндрическая часть пуансона после выхода заготовки из-под прижима упирается буртом в нижнюю часть прижима и

Останавливается, а сферическая часть с отштампованным днищем продол­жает движение вниз. В результате этого осуществляется выдвижение ци­линдрической части днища с пуансона, благодаря чему отштампованное днище далее не удерживается на пуансоне и падает внутрь матричного стола. Затем захваты отводятся за ручки в первоначальное положение, освобождая выточки на нижних частях штока.

Процесс штамповки заканчивается при движении верхней плиты вместе с прижимом вверх и создании зазора между нижней частью при­жима и матрицей для укладки очередной заготовки. Движение плиты вверх осуществляется с помощью тяг, закрепленных одним концом на нижней части прижима, а другим - на подвижной траверсе пресса.

Применение предлагаемого устройства позволяет значительно умень­шить энергоемкость процесса изготовления днищ. Это достигается за счет использования для прижима фланцевой части заготовки усилия основного ползуна пресса, вследствие чего отпадает необходимость применения для этого специальных приспособлений и приводов. Кроме того, за счет равно­мерного распределения усилия прижима по всей поверхности повышается жесткость и износостойкость прижима. Следует также отметить, что ис­пользование разработанного устройства дает возможность создавать опти­мальное усилие прижима фланцевой части заготовки при вытяжке как на гидравлических, так и на механических прессах без применения дополни­тельных приспособлений. Универсальность устройства обеспечивается применением сменных профилей рабочей части кулачка.

Проведенные испытания показали, что на протяжении всего цикла вы­тяжки обеспечивается хорошая устойчивость заготовки. Гофры и выпучи-ны отсутствуют, утонение стенки не превышает 1-2%.

Кроме прижима существуют и другие способы, предотвращающие потерю устойчивости заготовки при вытяжке днищ:

Вытяжка с двойным перегибом;

Вытяжка с перетяжными порогами;

Вытяжка с дополнительным сферическим прижимом на радиусе зак­ругления матрицы;

Вытяжка из заготовки, толщина которой выше расчетной, или же вы­тяжка с технологическими прокладками;

Вытяжка из заготовки с кольцевыми ребрами жесткости на участке, свободном от штампа;

Одновременная вытяжка нескольких заготовок;

Вытяжка за несколько проходов.

Штамп для вытяжки заготовки с двойным перегибом состоит из пуансона, матричного кольца, верхнего формирующего кольца и съемника. Особенностью этого штампа является то, что при опускании формирующе­го кольца заготовка постепенно обтягивает пуансон, в то время как внешний кольцевой участок заготовки скользит по матрице в противоположном направлении.

Значительные радиальные напряжения вызваны перегибом заготовок, которые теряли устойчивость при вытяжке без прижима с помощью обыч­ного штампа.

Рекомендуется штампуемое днище располагать внутри, а технологи­ческую прокладку снаружи. Обычно таким образом штампуют днище из высоколегированных сталей или из высокопластичных сплавов для пре­дотвращения утонения стенки. Технологическая прокладка обычно изго­тавливается из малоуглеродистой стали.

Если при выбранной конструкции матрицы и пуансона толщина прок­ладки для двухслойного пакета получится больше толщины детали, то следует применять трехслойный пакет.

Вытяжка за несколько переходов осуществляется путем предваритель­ного набора металла и последующего придания днищу окончательной фор­мы.

Схему вытяжки днищ с перегибом фланцевой части заготовки, разра­ботанную Л. А. Шофманом применяют при изготовлении днищ с относи­тельной толщиной (S/DB)*100 = 0,4 - 0,7. Эта схема особенно приемлема в условиях крупносерийного производства при диаметрах днищ, не превы­шающих 1500 мм.

Штамповка днищ по приведенной схеме заключается в формообразо­вании заготовки одним пуансоном и набором сменных кольцевых матриц. При первом переходе формируется центральная часть заготовки с прида­нием ей окончательной формы и размеров, а затем последовательно один за другим - остальные кольцевые участки заготовки. Задача разработки технологической схемы штамповки сводится к определению оптимальных диаметров матричных (протяжных) колец по операциям. Эффективным является применение этой схемы при относительных толщинах днищ (S/DB)-100 < 0,25 и относительных глубинах H/DB = 0,5.

Для эллиптических днищ диаметр протяжного кольца первого перехо­да зависит от отношения осей эллипса и может быть выбран следующим образом:

При серийном производстве днищ и наличии пресса тройного дейст­вия рекомендуется применять штамп конструкции Е. Н. Мошнина, с кото­рым первый и второй переходы выполняются за один ход пресса.

При штамповке тонкостенных полушаровых ( —- 0,5), сферических и эллиптических днищ с относительной толщиной стенки

И Применяют наряду с другими технологическими схемами штам-

Повку с предварительным ступенчатым набором, обеспечивающим значи­тельное снижение утонения стенки днища. После предварительного многопереходного ступенчатого набора в специальных штампах заготовка формуется в штампе со сферическим пуансоном и глухой матрицей, после чего калибруется окончательно на мощных гидравлических прессах или на установках для беспрессовой штамповки с использованием импульсных энергоносителей.

Недостатком всех вышеназванных способов обеспечения устойчивос­ти заготовки в процессе вытяжки является большая металлоемкость штам­пов вследствие необходимости применения дополнительных устройств или мален|*кая производительность вследствие увеличения заготовитель-но-подготовительных работ.

Существует ряд технических решений, которые позволяют в опреде­ленной степени добиться уменьшения потери устойчивости заготовки в процессе вытяжки, не производя для этого больших материальных и вре­менных затрат.

При вытяжке тонкостенных днищ Рекомендуется при-

Менять штампы с конусным прижимом.

При штамповке толстостенных днищ также можно применить штамп, разработанный В. П. Лукьяновым и Е. Д. Гороховым. Пуансон снабжен охватывающим его калибрующим кольцом, смонтированным с возмож­ностью осевого перемещения относительно пуансона, а на протяжном кольце матрицы выполнены вытяжкой и калибрующий участок.

Штамп работает следующим образом. Вытяжным пуансоном осущест­вляют штамповку на вытяжном участке протяжного кольца при зазоре z -(1,3 - s - 1,8)S до момента схода наружной кромки с радиуса закругления мат­рицы. Затем с помощью калибрующего кольца осуществляют окончатель­ную формовку путем его протяжки через калибрующий участок протяжно­го кольца при зазоре z = (1,03 -*■ l,05S).

Также представляет интерес конструкция штампа, разработанная Л. В. Обрушниковым и Е. Д. Гороховым. Пуансон и подвижная матрица штампа выполнены с углублениями на рабочей поверхности и снабжены установ­ленными в последних фракционными вкладышами, при этом толщина вкладыша подвижной матрицы больше углубления под него на величину

Деформации материала вкладыша при штамповке. Использование вклады­шей из фракционного материала способствует повышению трения в зонах контакта заготовки с пуансоном и подвижной матрицей. Повышение тре­ния в процессе вытяжки ведет к уменьшению проскальзывания отдельных объемов металла заготовки в зонах контакта, что приводит к более равно­мерному распределению деформации по всему сечению штампуемых дета­лей и сохранению устойчивости заготовки в течение всего процесса вы­тяжки.

Повышению трения между пуансоном и матрицей способствует также применение рифленных пуансонов. Рифленная поверхность пуансона рас­членена на большое количество равномерно распределенных выступов. При штамповке эти выступы, внедряясь в металл, затрудняют скольжение металла по поверхности пуансона. Рифление пуансона производят накат­кой с определенным шагом.

Перспективным также является применение пуансонов вафельных конструкций, позволяющих значительно уменьшить вес пуансона.

В). Реверсивная вытяжка. Реверсивная вытяжка в зависимости от относительной глубины и относительной толщины днища может осу­ществляться за два или более переходов. Двухпереходную реверсивную вытяжку применяют при H/DB < 0,25 и (S/DB)-100 > 0,4; многопереходную - при H/DB > 0,25 и (S/DB)-100 < 0,4. Для уменьшения высоты гофр при ре­версивной вытяжке соотношение поверхностей предыдущей операции к последующей должно составлять: Fn — (0,90 ■*■ 0,95)Fn+i. Геометрию ревер­сивного набора строят методом подбора, пока не удовлетворится указан­ное условие соотношения поверхностей. В химическом и нефтяном маши­ностроении реверсивная вытяжка широкого применения не нашла. При го­рячей реверсивной вытяжке днищ используется в основном не более двух переходов.

В условиях единичного производства может найти применение фор­мообразование днищ энергией испаряющегося сжиженного газа (напри­мер, азота) по схеме "штамповка газовым пуансоном по жесткой матрице". При мгновенном превращении жидкого азота в газообразный в замкнутом объеме в нем можно развить давление до 800 МПа. Скорость нарастания давления при этом зависит от интенсивности его преобразования. Если распыленный жидкий азот впрыснуть в воду, то происходит мгновенное испарение азота, сопровождающееся появлением ударной волны. Работа с жидким азотом абсолютна безопасна, а в экономическом отношении не энергоемка; энергия при испарении 3 л сжиженного азота эквивалента энергии, затрачиваемой на один ход пресса усилием 1000 кН при полной его нагрузке.

Метод отличается высокой производительностью процесса, возмож­ностью получения днищ с широким диапазоном толщин, материалов и раз­меров в плане.

Недостатками этого метода являются: значительная металлоемкость и стоимость штампов; необходимость пригонки профиля пуансона по про­филю матрицы; неравномерность толщины стенки.

Г). Местная вытяжка. Она протекает при жестко защемленном фланце и находит применение при изготовлении тонкостенных и особо тонкостен­ных днищ с весьма малой относительной глубиной и относительной тол­щиной днища.

Местная вытяжка осуществляется по следующим схемам:

Прямая;

С предварительным набором металла;

Реверсивная штамповка.

Процесс формообразования днища происходит преимущественно вследствие растяжения материла днища.