Днищ эллиптических

Типовой технологический процесс изготовления

Изготовление заготовок днищ. Прежде всего необходимо рассчитать размеры заготовки днища в зависимости от формы днищ. Расчет можно выполнить по одной из следующих методик:

а) для эллиптических отбортованных днищформулы для подсчета внутренней поверхности диаметра D развертки, массы Q и емкости V днищ даны в приложении к ГОСТ 6533-68.

Диаметр развертки днища с наружными базовыми размерами, мм:

,

а для днищ с внутренними базовыми размерами, мм:

.

где и – наружный и внутренний диаметры днища; s – толщина стенки днища; – высота цилиндрической части днища; m = 0,345 – для днищ с соотношением ; m = 0,318 – для днищ с ; – диаметр выпуклой части днища.

Диаметр заготовки

,

где – технологический припуск на обработку.

Пример. Определить диаметр заготовки эллиптического днища диаметром 1000 мм, s = 8 мм. ГОСТ 6533-68 днища диаметром 1000 мм предусматривает только с внутренним базовым диаметром. Согласно табл. 2 и табл. 5 стандарта основные размеры днища будут мм; мм; . Используя приведенные выше формулы, получим диаметр развертки этого днища мм. С учетом технологического припуска на обработку диаметр заготовки мм.

Формирование эллиптических и полусферических днищ. Такие днища производят как из холодных, так и горячих заготовок. Горячее формование, как правило, применяют в том случае, если недостаточной является мощность оборудования или заготовка днища имеет склонность к складкообразованию в процессе формирования.

Формирование днищ методом штамповки на прессах. Заготовка с помощью транспортера подается в нагревательную печь для равномерного нагрева до требуемой температуры. Нагретая заготовка специальными захватами извлекается из печи и подается на транспортер, с помощью которого транспортируется к штампу, находящемуся под прессом. Затем заготовку устанавливают на протяжное кольцо и штампуют, как правило, за одну операцию. За две операции штампуют только в тех случаях, когда требуется изготовить днище повышенной точности.

В процессе горячей штамповки нагретая заготовка быстро охлаждается и, сокращая свои размеры, напрессовывается на пуансон. Для облегчения съема отштампованного днища пуансон, предназначенный для горячей штамповки, выполняется из двух частей: грибка и формирующего кольца. Заготовка снимется при ходе пуансона вверх.

При формировании днищ штамповкой из холодных или горячих заготовок усилия для подбора прессов следует рассчитывать по следующей формуле, МН:

 

,

 

где – диаметр заготовки, м; s – толщина материала, м; – временное сопротивление в зависимости от температуры заготовки, МН/м2; – значение коэффициентов при вытяжке; оно зависит от отношения внутреннего диаметра днища к диаметру плоской заготовки:

0,55 0,6 0,65 0,7 0,75 0,8

1,0 0,86 0,72 0,6 0,5 0,4

где – удельное давление прижима в (МН/м2) принимают: для углеродистых сталей 0,2-0,3; коррозионно-стойких сталей – 0,3–0,45; латуни – 0,15–0,2; алюминия – 0,08–0,12; дуралюмина мягкого – 0,12–0,18; – площадь под прижимом, м2.

Тонкостенные днища, а также днища из двухслойных сталей штампуются с предварительным прижимом с помощью приспособлений, закрепленных на внешнем ползуне. Сила прижима регулируется. После прижима заготовки внутренний ползун действует независимо от наружного. Для более качественной вытяжки днищ рекомендуется делать специальные прижимные кольца (Рис.26.3.)

Штамповку производят за две операции: при первой прижимное кольцо кладут на заготовку плоской стороной и производят окончательную вытяжку сферической части; при второй – кольцо переворачивают и производят окончательную вытяжку заготовки через матрицу. Штамп с двусторонним прижимным кольцом позволяет прижимать заготовку в течение всего процесса вытяжки и исключает возможность образования гофров, складок, выпучин и других видов брака.

 

Рисунок 26.3 – Вытяжка днищ с прижимным кольцом: а) – первая операция; б) – вторая операция. Наиболее современным способом изготовления тонколистовых днищ является гидравлическая вытяжка. Деформирование заготовок происходит под действием рабочей жидкости, давление которой достигает 40 МПа. На этих прессах один рабочий инструмент изготавливают в виде толстого резинового листа, которым закрывают пространство с водой, при создании давления лист натягивает обрабатываемый материал на поверхность пуансона или матрицы равномерно без образования складок.

Вытяжка взрывом применяется для изготовления днищ большего диаметра из тонкого листового материала. Сущность процесса состоит в том, что для деформирования металла используют энергию взрывной волны, строго рассчитанное количество взрывчатого вещества равномерно помещается над заготовкой, которая располагается над пуансоном или матрицей, соответствующих форме днища. Дозировка взрывчатого вещества не всегда точна и приводит к смещению заготовки. Исправлять дефект приходится повторной деформацией, а иногда получается и неисправимый брак.

Более точная дозировка деформации осуществляется при электрогидравлическом ударе. При этом способе заготовка помещается в бункер с жидкостью. на заготовке размещаются электрические проводники. При подаче большой силы тока, проводники расплавляются и испаряются. Жидкость вокруг проводника также испаряется, увеличиваясь в объеме. Полученный гидравлический удар формирует заготовку, устремляя ее на пуансон или матрицу.

Штамповка действием ударных волн в жидкости до сих пор сводилась главным образом к штамповке подводным взрывом или электрогидравлическим ударом, однако, как показали исследования, ударные волны в жидкости можно возбуждать и с помощью лазерного луча. Сгустки световой энергии, рассеиваясь на песчинках или частицах краски, растворенной в воде, становятся центрами локального местного нагрева. Мгновенное испарение микрообъемов воды приводит к "светогидравлическому удару" – интенсивному источнику ударных волн.

Кандидат технических наук Сизов Е.С. заменил пуансон пластичным металлом, например, свинцом, оловом, медью или алюминием. Плоскую листовую заготовку укладывают на поверхность пластичного металла, заполняющего толстый, прочный контейнер. Пускают пресс. Матрица прикрепляется к его ползуну, начинает опускаться вниз, вдавливается в свинец или медь и заставляет их течь в свою рабочую полость. Достаточно свинец обжать плоской плитой, и его поверхность снова становится гладкой и ровной. В экспериментах свинец обжимали 500 раз, и это ничуть не ухудшило его свойств.

Этот способ от известного ранее способа штамповки в резиновые матрицы отличается высокой точностью. Разностенность деталей, отштампованных пластичным металлом, всего 7 %, все другие способы дают 35–40 %.

Изотермическая штамповка. Как видно из самого названия, суть технологии заключается в поддержании постоянной температуры на протяжении всего процесса штамповки. У каждого сплава имеется свой оптимальный температурный интервал штампуемости, причем у современных жаропрочных и жаростойких сплавов он очень узок, приходится перегревать заготовку с припуском на остывание за время подачи заготовки из печи под пресс. Благодаря изотермичности процесса скорость деформации можно уменьшить, в металле успевают произойти разупрочняющие процессы, и необходимое рабочее усилие снижается в несколько раз, улучшается качество детали, слой окалины уменьшается в 20–30 раз.

Особенно это важно для трудно штампуемых титановых сплавов. При скорости порядка 1–2 мм/с и температуре 800 °С пластичность титановых сплавов становится практически неограниченной.

Оригинальный способ, который можно назвать "штамповкой встряхиванием" и который позволяет гнуть, формовать, рихтовать крупногабаритные детали изобрел воронежский инженер Ю.Г. Сергеев. Суть способа в бомбардировке поверхности массой вибрирующих металлических гранул произвольной формы. Заготовку устанавливают на матрицу и прижимают зажимами – одним жестко, другим так, чтобы она могла двигаться по мере необходимости. Сверху ставят контейнер, который до половины засыпают металлическими гранулами, сверху контейнер закрывают крышкой, а изнутри для уменьшения шума обмуровывают резиной. Матрицу, установленную на плите виброустановки, приводят в колебательное движение, металлические гранулы начинают подпирать и с силой бить по заготовке. В результате поверхностного наклепа в заготовке возникают изгибающие моменты, обжимающие ее по матрице.

Применяя абразивные гранулы различной зернистости, одновременно с гибкой или формовкой можно шлифовать или даже полировать поверхность деталей, а если в зону обработки добавить некоторые поверхностно-активные вещества, как, например, раствор триэтиламина, то поверхность деталей получится светлой, а их коррозионная стойкость повысится.

Формирование днищ методом обкатки заготовок роликами осуществляется из холодных и горячих заготовок. Границу использования холодных и горячих заготовок четко определить не представляется возможным, так как она зависит не только от мощности оборудования, но и пластических свойств материалов. Ориентировочно можно считать, что из холодных заготовок формуют днища при толщине заготовок не более 16 мм, а из горячих заготовок – при толщине более 16 мм.

При формовании днищ методом обкатки роликами холодных заготовок предварительно из плоской заготовки штампуют выпуклую часть днища на прессе по указанной на рис. 26.4 схеме.

Рисунок 26.4 – Схема штамповки днища из выпуклой заготовки днища

(сплошная линия – нанесение первых ударов, пунктирная – вторых ударов,

штрихпунктирная – третьих ударов): 1 – пуансон; 2 – заготовка днища; 3 – матрица.

 

В отечественной промышленности для формования днищ методом обкатки роликами наибольшее применение получила машина фирмы "Болдрини" (рис 26.5). На этой машине формуют днища толщиной от 3 до 25 мм и диаметром от 300 до 4000 мм.

Предварительно отштампованную выпуклую заготовку устанавливают центральным отверстием на ось 17, а затем перемещением тележки 15 – на определенное расстояние (соответствующее диаметру готового днища) относительно формующего ролика 12. Затем положение заготовки фиксируется прижимом пневмоцилиндра 4. Заготовку для уменьшения вибраций поджимают двумя роликами 13. В результате вращения формующего ролика 12 заготовка 14 вращается против часовой стрелки, а нажимной (формующий) ролик 11 постепенно формует профиль отбортованной части днища, обкатывая металл заготовки днища по профилю ролика 12. После окончания процесса обкатки проверяют размеры днища не снимая его с машины. Для снятия готового днища от него отводят ролики 11, 12, 13, поднимают пневмоцилиндр 4 вверх, после чего нижняя тележка вместе с днищем перемещаются в крайнее левое положение для беспрепятственного снятия днища с помощью грузоподъемных средств.

Для формования выпуклой заготовки днищ на прессе используют набор матриц и пуансонов с различными радиусами, а для окончательного формования днища – набор формующих роликов, профиль которых соответствует внутреннему профилю готового днища.

При формировании днищ методом обкатки роликами горячих заготовок используют отечественные машины Днепропетровского завода тяжелых прессов (ДЗТП). В зависимости от размеров и профиля днищ используют различные верх и низ штампа, а также обкатные ролики. На машине ДЗТП можно формовать днища толщиной от 50 до 100 мм и диаметром от 2400 до 5200 мм. На машинах ЦНИИТМАШа и фирмы "Бирдсборо" можно формовать днища толщиной от 16 до 100 мм и диаметром 1600–4500 мм.

Рисунок 26.5 – Схема процесса изготовления днищ методом обкатки

роликами на машине «Болдрини»:

1 – привод перемещения тележки; 2 – диск; 3 – шток прижимной; 4 – пневмоцилиндр;

5 – траверса; 6 – привод прижимного устройства; 7 – привод поворота форующего;

8 – укказатель поворота формующего ролика; 9 – привод вращения формующего ролика;

10 – станина; 11 – ролик нажимной; 12 – ролик формующий; 13 – ролики прижимные;

14 – заготовка; 15 – тележка; 16 – опора нижняя; 17 – ось установки днища.

 

Завершающие операции предусматривают разметку днищ для подрезки торца и разметку отверстий, подрезку торца, обработку отверстий, термообработку, очистку поверхностей, контроль и клеймление днища. Содержание указанных операций изложено в типовом технологическом процессе. Кроме обработки днищ, на металлорежущих станках для пламенной подрезки торца днища без снятия или со снятием фасок под сварку широко используют специальное приспособление.

Полушаровые днища малых диаметров и из мягких металлов изготавливают аналогично технологическому процессу изготовления эллиптических днищ.

Днища больших диаметров и значительной толщины изготавливают из секторов (лепестков) и центральной части. Лепестки штампуют или вальцуют на двояковыпуклых вальцах. сварка лепестков осуществляется после технологической прихватки всех лепестков, одновременно от центра к периферии.

Для полушаровых днищ (целых) диаметр развертки, мм:

Диаметр заготовки, мм:

Для полушаровых лепестковых днищ размеры развертки (плоской) определяют следующим образом (рис. 26.6).

Рисунок 26.5 – Полушаровое лепестковое днище и размеры его лепестка

 

Радиус центрального диска, мм:

Высота сектора по линии его симметрии, мм:

Высота стрелки сектора, мм:

где – табличное значение величины стрелки определяют по таблице 26.1 для принятого количества секторов днища n.

Полная высота заготовки сектора, мм:

Большая ширина заготовки:

Меньшую ширину заготовки определяют с использованием данных таблицы 26.1 как длину хорды:

Таблица 26.1 – Значения стрелки сегмента lT и длины хорды в зависимости от числа секторов днища*

Число секторов днища n Центральный угол у одного сектора, град Угол b, рад Стрелка lT Длина хорды а
1,256637 0,191 1,1756
1,047198 0,134 1,0
0,785398 0,0761 0,7654
0,698132 0,0603 0,684
  0,628319 0,0489 0,6180

*Для определения величины стрелки lT и длины ап хорды, мм в зависимости от величины радиуса Rд необходимо табличное значение lT и а умножить на величину Rд

Ширину развертки сектора на уровне любого пояса определяют по формуле:

где b берут по таблице 24.1; определяют по сечению (1–1 или 2–2 и т.д.), для которого находят величину хорды а. Например, для сечения 2–2 берем днище DВ = 2000 мм; s = 20 мм при n = 5, тогда R = 1000+10 = =1010 мм величина хорды а2 = R×cosa2b = 1010×cos 30°b = 1010×0,866×1,256637 = = 1050 мм.

Определив габаритные размеры заготовки сектора L, a0, aв, выбирают такие размеры стандартных листов (ширина, длина), при которых получается наименьший отход металла.