способ отбортовки отверстий

Формула изобретения

Способ интенсификации операции отбортовки отверстий, при котором листовую заготовку деформируют с одновременной обработкой очага деформации до пластического состояния электрическим током в плоскости листа, отличающийся тем, что электрический ток подают импульсами в центральную часть очага деформации на ширину обработки, равную 0,35 0,45 исходного диаметра отбортовываемого отверстия.

Описание изобретения к патенту

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 [1] 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 [2] 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.