RU2534321C2

RU2534321C2 - Sheet blank female creasing

Info

Publication number: RU2534321C2
Application number: RU2012156991/02A
Authority: RU
Inventors: Михаил Александрович Талаков; Ильдар Ильдусович Закиров; Ильдус Мухаметгалеевич Закиров
Priority date: 2012-12-25
Filing date: 2012-12-25
Publication date: 2014-11-27
Also published as: RU2012156991A

Abstract

FIELD: process engineering.

SUBSTANCE: invention relates to metal forming, particularly, to shaping, and can be used for production of folded structures in aircraft and ship building, construction, etc. Sheet blank is placed on elastic female die and displaced vertically in preset sections of bending to punch it by male die that presses said blank in female die to get raised pattern with dihedral angles. Note here that said blank deformed irregularly. Three sections are isolated according to deformation pattern. At first section abutting of male die on one side and, on opposite side, on elastic female die, variable-depth blank is produced. At second section, constant-depth sheet blank is produced by squeezing on one side by male die and, on opposite side, by female die. At third section, invariable-depth sheet is produced and bent on one side only by female die. Male die is pressed in female die unless sheet necking at first section zone reaches maximum permissible value of 30%. Note here that male die penetration in female die does not exceed 25-30% of its depth.

EFFECT: higher accuracy.

2 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при изготовлении многослойных панелей в самолетостроении, судостроении, строительстве и других отраслях промышленности.The invention relates to mechanical engineering and can be used in the manufacture of multilayer panels in aircraft, shipbuilding, construction and other industries.

Известен «Способ изготовления складчатой конструкции», заключающийся в сгибании листовой заготовки при помощи выполнения на ней бороздок с определенным профилем, радиусным или угловым (Патент RU №2238845 C1, МПК B29C 53/24, опубл. 27.10.2004. Бюл. №30).The well-known "Method of manufacturing a folded structure", which consists in bending the sheet blank by performing grooves on it with a certain profile, radius or angle (Patent RU No. 2238845 C1, IPC B29C 53/24, publ. 27.10.2004. Bull. No. 30) .

Недостатком данного способа является то, что в нем не учитывается характер распределения напряжений и характер деформации заготовки в местах выполнения бороздок, что ведет к снижению точности расчета требуемой глубины внедрения.The disadvantage of this method is that it does not take into account the nature of the distribution of stresses and the nature of the deformation of the workpiece at the grooves, which leads to a decrease in the accuracy of calculating the required penetration depth.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению по способу и взятыму за прототип является «Способ гофрирования листового материала», заключающийся в формировании развертки выступов и впадин, геометрически связанных между собой, которое производится до придания заготовке рельефности с двугранными углами по линиям сгиба путем продавливания листовой заготовки пуансоном на упругом основании до образования определенного угла рельефности (Патент RU №2241562 C1, МПК B21D 13/08, опубл. 10.12.2004. Бюл. №34).The closest in technical essence to the proposed invention according to the method and taken as a prototype is the "Method of corrugating sheet material", which consists in the formation of the development of protrusions and depressions, geometrically connected with each other, which is done before giving the workpiece relief with dihedral angles along the bending lines by forcing sheet blanks with a punch on an elastic base until a certain angle of relief is formed (Patent RU No. 2241562 C1, IPC B21D 13/08, publ. 10.12.2004. Bull. No. 34).

Недостатком данного способа является низкая точность формообразования из-за того, что глубину внедрения пуансона определяют по углу складывания без учета утонения материала заготовки, что приводит к погрешности, а в целом к снижению прочностных характеристик заготовки, а значит, и к снижению технологичности способа формообразования.The disadvantage of this method is the low accuracy of shaping due to the fact that the penetration depth of the punch is determined by the folding angle without taking into account the thinning of the workpiece material, which leads to an error, and in general to a decrease in the strength characteristics of the workpiece, and hence to a decrease in the manufacturability of the shaping method.

Решаемой задачей изобретения является повышение технологичности способа биговки путем повышения точности проведения операций формообразования.The object of the invention to be solved is to increase the manufacturability of the scoring method by increasing the accuracy of shaping operations.

Техническим результатом от использования изобретения является повышение технологичности формообразования за счет повышения точности проведения операций формообразования.The technical result from the use of the invention is to increase the manufacturability of shaping by improving the accuracy of the operations of shaping.

Технический результат достигается тем, что в способе биговки листовой заготовки, заключающемся в формировании развертки выступов и впадин, при котором с обеих сторон листовой заготовки выполняют биговку продавливанием листовой заготовки биговальным пуансоном на эластичной матрице до приобретания заготовкой рельефности с двугранными углами по линии сгиба, предварительно производят подбор материала матрицы в зависимости от материала листовой заготовки, для этого определяют остаточные углы кривизны заготовки для каждого материала матрицы, при этом заготовку условно разделяют на три различно деформируемых участка, причем первый участок условно разбивают на n секторов и получают параметры первого участка, при этом первый участок получают переменной толщины и прилегающим к пуансону с одной стороны и эластичной матрице, с другой стороны второй участок получают постоянной толщины и прилегающим к пуансону, с одной стороны и эластичной матрице, с другой стороны а третий участок - постоянной толщины и с возможностью прилегания одной стороной к эластичной матрице и невозможностью прилегания другой стороной к пуансону, а параметры участков определяют по формуламThe technical result is achieved by the fact that in the method of scoring the sheet blank, which consists in the development of a projection of protrusions and troughs, in which scoring is performed on both sides of the sheet blank by pressing the sheet blank with a scoring punch on an elastic matrix until the blank is obtained with relief with dihedral angles along the fold line, preliminarily selection of matrix material depending on the material of the sheet stock, for this, the residual curvature angles of the blank for each material are determined trits, while the workpiece is conditionally divided into three differently deformable sections, the first section being conditionally divided into n sectors and the parameters of the first section are obtained, while the first section is obtained of variable thickness and adjacent to the punch on one side and an elastic matrix, on the other side, the second section get a constant thickness and adjacent to the punch, on the one hand and the elastic matrix, on the other hand, and the third section is of constant thickness and with the ability to fit one side to the elastic matrix and it is impossible the fit of the other side to the punch, and the parameters of the sections are determined by the formulas

${\tilde{θ}}_{1} = \sum_{i}^{n} {\tilde{θ}}_{i},$

{\tilde{θ}}_{one} = \sum_{i}^{n} {\tilde{θ}}_{i},

${\tilde{θ}}_{2} = \frac{θ_{2} (R + S_{0} / 2)}{{\tilde{r}}_{2}}$

,

{\tilde{θ}}_{2} = \frac{θ_{2} (R + S_{0} / 2)}{{\tilde{r}}_{2}}

,

${\tilde{θ}}_{3} = \frac{5 S_{0}}{{\tilde{r}}_{3}},$

{\tilde{θ}}_{3} = \frac{5 S_{0}}{{\tilde{r}}_{3}},

где ${\tilde{θ}}_{1}$

,

{\tilde{θ}}_{2}

,

{\tilde{θ}}_{2}

- остаточные углы кривизны 1-го, 2-го и 3-го участков соответственно;Where

{\tilde{θ}}_{one}

,

{\tilde{θ}}_{2}

,

{\tilde{θ}}_{2}

- residual angles of curvature of the 1st, 2nd and 3rd sections, respectively;

${\tilde{θ}}_{i} = \frac{r_{i} θ_{i}}{{\tilde{r}}_{i}}$

- остаточный угол кривизны 1-го сектора 1-го участка;

{\tilde{θ}}_{i} = \frac{r_{i} θ_{i}}{{\tilde{r}}_{i}}

- residual angle of curvature of the 1st sector of the 1st section;

n - количество секторов, на которые условно разбит 1-й участок;n is the number of sectors into which the 1st section is conditionally divided;

$r_{i} = r_{н} - \frac{t_{i}}{2}$

- радиус гиба i-го сектора;

r_{i} = r_{n} - \frac{t_{i}}{2}

- bending radius of the i-th sector;

r_н - радиус кривизны нейтрального слоя;r _n is the radius of curvature of the neutral layer;

t_i - толщина i-го сектора;t _i is the thickness of the i-th sector;

θ_i - угол кривизны i-го сектора 1-го участка;θ _i is the angle of curvature of the i-th sector of the 1st section;

${\tilde{r}}_{i} = \frac{1}{\frac{1}{r_{i}} - \frac{M}{I_{i}}}$

- остаточный радиус кривизны i-го сектора 1-го участка;

{\tilde{r}}_{i} = \frac{one}{\frac{one}{r_{i}} - \frac{M}{I_{i}}}

- residual radius of curvature of the i-th sector of the 1st section;

I_i - момент инерции сечения каждого сектора;I _i - moment of inertia of the section of each sector;

M_i - момент внутренних сил каждого сектора;M _i - the moment of internal forces of each sector;

θ₂ - угол кривизны 2-го участка;θ ₂ is the angle of curvature of the 2nd section;

R - радиус кривизны рабочей поверхности пуансона;R is the radius of curvature of the working surface of the punch;

S₀ - глубина внедрения пуансона в матрицу;S ₀ - the depth of penetration of the punch into the matrix;

${\tilde{r}}_{2}$

- остаточный радиус кривизны 2-го участка;

{\tilde{r}}_{2}

- residual radius of curvature of the 2nd section;

${\tilde{r}}_{3}$

- остаточный радиус кривизны 3-го участка,

{\tilde{r}}_{3}

- the residual radius of curvature of the 3rd section,

затем выбирают материал матрицы в соответствии с рассчитанными остаточными углами кривизны, соответствующими заданным, и далее производят процесс продавливания листовой заготовки пуансоном на выбранной эластичной матрице на заданную предельно допустимую глубину 25-30% от ее толщины до максимально допустимого предельного утонения листовой заготовки - 30%.then the matrix material is selected in accordance with the calculated residual curvature angles corresponding to the specified ones, and then the process of punching the sheet stock with a punch on the selected elastic matrix to the specified maximum allowable depth of 25-30% of its thickness to the maximum allowable maximum thinning of the sheet stock is performed - 30%.

Приведенный заявителем анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностями признаков, тождественными всем признакам заявленного технического решения, отсутствуют. Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует одному из критериев условия патентоспособности: «новизна» и «изобретательский уровень».The analysis of the prior art cited by the applicant made it possible to establish that there are no analogs characterized by sets of features identical to all the features of the claimed technical solution. Therefore, the claimed technical solution meets one of the criteria for patentability: "novelty" and "inventive step".

Для пояснения технической сущности рассмотрим фиг.1 - показан процесс формообразования, гдеTo clarify the technical nature, consider figure 1 - shows the process of forming, where

1 - пуансон,1 - punch

2 - заготовка,2 - blank

3 - эластичная матрица.3 - elastic matrix.

На фиг.2 показано состояние листовой заготовки после формообразования.Figure 2 shows the state of the sheet stock after shaping.

Заявляемый способ биговки листовой заготовки реализуют следующим образом:The inventive method of creasing sheet blanks is implemented as follows:

Предварительно подбирают материал матрицы 3 в соответствии с материалом заготовки 2 таким образом, чтобы при деформации остаточные углы кривизны заготовки 2 находились в заданных пределах, обусловленных внедрением пуансона 1 в матрицу 3 - на предельно-допустимую глубину внедрения, не превышающую 25-30% от ее толщины с одновременным утонением листовой заготовки - до максимально допустимого значения - 30%. Эти пределы позволяют обеспечить оптимальные прочностные характеристики матрицы и заготовки. Подбор материала матрицы осуществляют предварительным расчетом, для этого заготовку разбивают на n-ое количество участков и при помощи математических зависимостей определяют необходимые параметры, полученные в заданных пределах, оценивают их и затем ведут процесс биговки до приобретения заготовкой рельефности с предварительно рассчитанными двугранными углами по линии сгиба. Далее после подбора на эластичную матрицу 3 укладывают листовую заготовку 2 и продавливают пуансон 1, передвигая в вертикальном положении, который вминает заготовку 2 в матрицу 3 до приобретения заготовкой полученной рельефности, при этом заготовка 2 деформируется неравномерно. По характеру деформации можно выделить три участка: на первом участке I, кроме искривления, происходит также утонение заготовки 2 под действием пуансона 1 и заготовка 2 на данном участке приобретает переменную толщину, причем параметры участков определяются по формуламPre-select the material of the matrix 3 in accordance with the material of the workpiece 2 so that during deformation the residual angles of curvature of the workpiece 2 are within the specified limits due to the introduction of the punch 1 into the matrix 3 - to the maximum permissible depth of penetration, not exceeding 25-30% of it thickness with simultaneous thinning of the sheet stock - up to the maximum allowable value - 30%. These limits allow you to provide optimal strength characteristics of the matrix and the workpiece. The selection of the matrix material is carried out by preliminary calculation, for this the workpiece is divided into the nth number of sections and, using mathematical dependencies, the necessary parameters obtained within the specified limits are determined, they are evaluated and then the scoring process is carried out until the workpiece acquires a relief with previously calculated dihedral angles along the fold line . Then, after selection, the sheet blank 2 is laid on the elastic matrix 3 and the punch 1 is pressed through, moving in a vertical position, which presses the workpiece 2 into the matrix 3 until the workpiece obtains the obtained relief, while the workpiece 2 is deformed unevenly. By the nature of the deformation, three sections can be distinguished: in the first section I, in addition to curvature, there is also a thinning of the workpiece 2 under the action of the punch 1 and the workpiece 2 in this section acquires a variable thickness, and the parameters of the sections are determined by the formulas

${\tilde{θ}}_{1} = \sum_{i}^{n} {\tilde{θ}}_{i},$

где

{\tilde{θ}}_{one} = \sum_{i}^{n} {\tilde{θ}}_{i},

Where

${\tilde{θ}}_{i} = \frac{r_{i} θ_{i}}{{\tilde{r}}_{i}}$

- остаточный угол кривизны i-го сектора 1-го участка,

{\tilde{θ}}_{i} = \frac{r_{i} θ_{i}}{{\tilde{r}}_{i}}

- the residual curvature angle of the i-th sector of the 1st section,

$r_{i} = r_{н} - \frac{t_{i}}{2}$

- радиус гиба i-го сектора,

r_{i} = r_{n} - \frac{t_{i}}{2}

- bending radius of the i-th sector,

r_н - радиус кривизны нейтрального слоя,r _n is the radius of curvature of the neutral layer,

t_i - толщина i-го сектора,t _i is the thickness of the i-th sector,

θ_i - угол кривизны i-го сектора 1-го участка,θ _i is the angle of curvature of the i-th sector of the 1st section,

${\tilde{r}}_{i} = \frac{1}{\frac{1}{r_{i}} - \frac{M}{I_{i}}}$

- остаточный радиус кривизны i-го сектора 1-го участка,

{\tilde{r}}_{i} = \frac{one}{\frac{one}{r_{i}} - \frac{M}{I_{i}}}

- the residual radius of curvature of the i-th sector of the 1st section,

I_i - момент инерции сечения каждого сектора,I _i - moment of inertia of the cross section of each sector,

M_i - момент внутренних сил каждого сектора.M _i - the moment of internal forces of each sector.

На втором участке II наблюдается только изгиб, причем заготовка 2 обжимается как пуансоном 1, так и матрицей 3, оставаясь постоянной толщины, а параметры участка определяются по формуламIn the second section II, only bending is observed, and the workpiece 2 is crimped by both the punch 1 and the matrix 3, remaining constant thickness, and the parameters of the section are determined by the formulas

${\tilde{θ}}_{2} = \frac{θ_{2} (R + S_{0} / 2)}{{\tilde{r}}_{2}}$

,

{\tilde{θ}}_{2} = \frac{θ_{2} (R + S_{0} / 2)}{{\tilde{r}}_{2}}

,

${\tilde{θ}}_{1}$

,

{\tilde{θ}}_{2}

,

{\tilde{θ}}_{2}

- остаточные углы кривизны 1-го, 2-го и 3-го участков соответственно,

{\tilde{θ}}_{one}

,

{\tilde{θ}}_{2}

,

{\tilde{θ}}_{2}

- residual angles of curvature of the 1st, 2nd and 3rd sections, respectively,

R - радиус кривизны рабочей поверхности пуансона,R is the radius of curvature of the working surface of the punch,

S₀ - глубина внедрения пуансона в матрицу,S ₀ - the depth of penetration of the punch into the matrix,

${\tilde{r}}_{2}$

- остаточный радиус кривизны 2-го участка.

{\tilde{r}}_{2}

- residual radius of curvature of the 2nd section.

На третьем участке III заготовка 2, оставаясь постоянной толщины, изгибается только под действием матрицы 3, не прилегая к пуансону 1, а параметры участка определяются по формулам:In the third section III, the workpiece 2, remaining constant thickness, bends only under the action of the matrix 3, not adjacent to the punch 1, and the parameters of the site are determined by the formulas:

${\tilde{θ}}_{3} = \frac{5 S_{0}}{{\tilde{r}}_{3}},$

{\tilde{θ}}_{3} = \frac{5 S_{0}}{{\tilde{r}}_{3}},

где ${\tilde{r}}_{3}$

- остаточный радиус кривизны 3-го участкаWhere

{\tilde{r}}_{3}

- residual radius of curvature of the 3rd section

За пределами третьего участка заготовка 2 не находится в напряженно-деформированном состоянии и не рассматривается. Пуансон 1 вдвигают в матрицу 3 до тех пор, пока утонение листовой заготовки 2 в зоне первого участка I не достигнет максимального допустимого значения - 30%.Outside the third section, the workpiece 2 is not in a stress-strain state and is not considered. The punch 1 is pushed into the matrix 3 until the thinning of the sheet stock 2 in the zone of the first section I reaches the maximum allowable value of 30%.

Заявляемое техническое решение «Способа биговки листовой заготовки» по своим технико-экономическим преимуществам, по сравнению с известными аналогами, позволяет повысить технологичность способа за счет повышения точности проведения формообразования, путем предварительного подбора материала матрицы в соответствии с материалом заготовки, исходя из расчета определения параметров остаточных углов кривизны листовой заготовки, обусловленных обеспечением предела допустимых значений внедрения пуансона и утонения листовой заготовки в процессе деформации, что позволит обеспечить ее максимально допустимую величину без потери прочности.The claimed technical solution of the "Method of creasing a sheet blank" by its technical and economic advantages, compared with the known analogues, allows to increase the manufacturability of the method by improving the accuracy of forming, by pre-selecting the matrix material in accordance with the material of the workpiece, based on the calculation of determining the parameters of residual the angles of curvature of the sheet stock, due to the provision of the limit of acceptable values for the penetration of the punch and thinning of the sheet stock in deformation process, which will ensure its maximum acceptable value without loss of strength.

Claims

A method of scoring a sheet blank, including the development of a protrusion of protrusions and depressions, in which scoring is performed on both sides of the sheet blank by pressing the sheet blank with a scoring punch on an elastic matrix until the workpiece acquires relief with dihedral angles, characterized in that the matrix material is selected depending on the sheet material workpieces and determine the residual angles between the faces along the bend line of the workpiece, while the bend zone of the workpiece is conditionally divided into three different deformations sections, and the first section is conditionally divided into n sectors and the parameters of the first section are obtained, while the first section is obtained of variable thickness and adjacent to the punch on one side and the elastic matrix on the other hand, the second section is obtained of constant thickness and adjacent to the punch on one side and the elastic matrix on the other hand, and the third section is of constant thickness and with the ability to fit on one side to the elastic matrix and the inability to fit the other side to the punch, while taking into account the parameters tkov determined by the formula

one.

,

Where

,

- residual angles of curvature of the 1st, 2nd and 3rd sections, respectively;

- the residual curvature angle of the i-th sector of the 1st section;
n is the number of sectors into which the 1st section is conditionally divided;

- bending radius of the i-th sector;
r _n is the radius of curvature of the neutral layer;
t _i is the thickness of the i-th sector;
θ _i is the angle of curvature of the i-th sector of the 1st section;

- residual radius of curvature of the i-th sector of the 1st section;
I _i - moment of inertia of the section of each sector;
M _i - the moment of internal forces of each sector;
θ ₂ is the angle of curvature of the 2nd section;
R is the radius of curvature of the working surface of the punch;
S ₀ - the depth of penetration of the punch into the matrix;

- residual radius of curvature of the 2nd section;

- the residual radius of curvature of the 3rd section,
then, the matrix material is selected in accordance with the calculated residual curvature angles of the workpiece corresponding to the specified ones, and the process of forcing the sheet stock by punching on the selected elastic matrix to the specified maximum allowable depth of 25-30% of its thickness to the maximum allowable maximum thinning of the sheet stock is 30%.