Изготовление дуговых листовых элементов методом ступенчатой гибки

Введение

Дуговые заготовки являются распространенным типом изделий из листового металла для изготовления корпусов различных приборов и изделий [1 – 3]. Их структура вариативна, а сложность обработки иногда бывает больше, чем у обычных заготовок. На практике для производства заготовок с дугообразными элементами обычно используются два метода формовки [4 – 6].

• Одноступенчатая формовка с помощью матрицы и пуансона, профили которых соответствуют заданной конфигурации заготовки. Этот метод обычно используется для заготовок сложной формы и его преимуществами являются хорошая точность формовки, гладкая и ровная поверхности заготовки, отсутствие вмятин. Однако стоимость прессового инструмента достаточно высокая, а универсальность использования оставляет желать лучшего. Поэтому его применение эффективно для крупносерийного производства. Обычно данный метод используют в тех случаях, когда одноступенчатый процесс не может быть реализован или к качеству поверхности заготовки предъявляются высокие требования.

• Многошаговая формовка (ступенчатая гибка). Основной ее принцип заключается в преобразовании дуги в отрезок линии, который может быть сформирован с помощью существующего технологического инструмента и оборудования. Диапазон применения данного метода достаточно широк, так как не требуется изготовление матрицы и пуансона под конкретный заказ и поэтому стоимость изготовления заготовок низкая, а качество формовки хорошее.

В статье представлена технология получения радиуса изгиба деталей из листового металла и ее использование для конкретной изогнутой заготовки.

Постановка задачи

Основной принцип многоступенчатого процесса формовки заключается в замене дуги изгиба многоугольником, каждая сторона которого представляет собой прямолинейный участок листового материала заданной длины (рис. 1). При этом гибка листового металла осуществляется с помощью пуансона малого радиуса.

Очевидно, что точность формирования дугового сегмента с помощью полилиний зависит от их количества – чем больше число ступеней изгиба, тем более плавным получается формируемый профиль, но при этом процесс гибки становится более трудоемким и технически сложным. Поэтому от правильного выбора количества ступеней зависят технико-экономические показатели процесса. При таком способе гибки трудно избежать призматической структуры на поверхности заготовки. Следует также отметить, что следы от ступенчатых изгибов будут более заметны на внутренней стороне изгибаемого листового материала по сравнению с внешней стороной.

Проведенные исследования

В работе¹ рассмотрена процедура замены дуги окружности на сегменты полилиниями и угол изгиба сегментов на примере стальной детали, показанной на рис. 2, для которой внутренний радиус дуги R = 350 мм, угол изгиба α_изг = 120°, толщина пластины s = 5 мм. Поскольку условия использования заготовки удовлетворяют особенностям метода многогибковой формовки, для ее обработки использован метод ступенчатой гибки. На основе прошлого опыта формовки и имеющегося в наличии технологического инструмента использован пуансон с радиусом наконечника r = 120 мм.

Для осуществления многогибковой формовки криволинейный сегмент (дуга радиусом R = 350 мм) разделен на шесть сегментов (ступеней) – полилиний. Опыт изготовления подобных деталей показал, что для обеспечения более плавного перехода дуги в прямолинейный участок заготовки (т. е. на концевых участках криволинейного сегмента) угол ступени целесообразно принимать равным половине угла центральных сегментов. Из рис. 3 видно, что заготовка, показанная на рис. 2, формируется путем изгиба 7 раз, при этом концевые (первый и второй) углы изгиба, соответствующие одной ступени αст , равны 6°, а остальные (центральные) углы равны 12°. Углы изгиба, соответствующие каждому сегменту (ступеней), равны α_ст ≈ 170°.

Развернутый вид деформируемой заготовки с указанием линий изгиба приведен на рис. 4, а ее аксонометрическое изображение показано на рис. 5.

В различных отраслях народного хозяйства (медицина, фармацевтика, ветеринария, косметология, пищевая промышленность и др.) для стерилизации изделий широко применяются плазменные технологии, которые отличаются универсальностью использования, что позволяет стерилизовать большое разнообразие изделий и материалов [7 – 9]. На практике наибольшее распространение получили стерилизаторы, в которых в качестве активного агента используется ионизированный газ, образующийся при низком давлении – низкотемпературная плазма. В качестве стерилизующего агента обычно применяют пероксид водорода, который подается в рабочую вакуумную камеру, где в результате воздействия на обрабатываемые изделия (материалы) происходит нарушение процессов жизнедеятельности микроорганизмов. Низкотемпературная плазма практически не оказывает влияния на конструкционные материалы, что обеспечивает возможность стерилизации изделий, выполненных из различных материалов (металл, пластик, текстиль и др.). Применение плазменных технологий особенно эффективно для обработки материалов, чувствительных к действию высокой температуры и влаги, а также инструментов и изделий со специальными покрытиями или красками [10 – 12].

С применением технологии ступенчатой гибки изготовлены различные тонкостенные детали прототипа универсального плазменного низкотемпературного стерилизатора серии Пластер Мед ТеКо². В качестве примера использования технологии ступенчатой гибки рассмотрим процесс получения дугообразного сегмента бампера двери стерилизатора, аксонометрическое изображение которого показано на рис. 6, а его продольный разрез на рис. 7. Окончательное качество заготовки при такой формовке зависит от количества изгибов и шага между ними – чем их больше, тем более гладким будет поверхность изделия. С учетом гигиенических требований, предъявляемых к стерилизатору, в качестве материала заготовки бампера выбрана листовая нержавеющая сталь 12Х18Н10Т (ГОСТ 5949–75) толщиной 1 мм.

В работах [13 – 15] приведены выражения для углов изгиба каждой ступени и разница между полученным ступенчатым профилем в виде полилиний и заданного дугообразного профиля (окружности). С использованием безразмерных (относительных) параметров выведена формула для определения угла изгиба ступени в зависимости от перемещения пуансона, на основе которой сделаны предложения по выбору числа изгибов, необходимого для обеспечения технических требований к профилю данного изделия. Показано, что для деталей, наружные размеры которых должны быть выполнены по квалитету h₁₂ (ГОСТ 25346–2013), количество ступеней должно быть Z_ст ≥ 10, по квалитету h₁₄ – Z_ст ≥ 6.

В рассматриваемом случае с некоторым запасом принято Z_ст = 10, и поэтому угол гиба, соответствующий одной ступени, α_ст = 9°. При этом, как сказано выше, для обеспечения более плавного перехода дуги в прямолинейный участок заготовки (т. е. в начале и конце дугообразного сегмента) угол ступени целесообразно принимать равным половине угла центральных сегментов, т. е. на концевых участках α_ст = 4,5°. Развернутый вид деформируемой заготовки бампера двери с указанием линий изгиба показан на рис. 8.

Выводы

Рассмотрены вопросы изготовления тонкостенных деталей с дугообразными элементами аппаратов и приборов мелкосерийного или единичного производства с применением технологии ступенчатой (пошаговой) гибки, в которой используется множество последовательных V-образных изгибов для получения заданного радиуса заготовки. С применением этой технологии изготовлены различные тонкостенные детали прототипа универсального плазменного низкотемпературного стерилизатора серии Пластер Мед ТеКо. Практическое применение данной технологии рассмотрено на примере получения дугообразного сегмента бампера двери стерилизатора.