2.2.8 Формовка резиной

Сущность и технологическая характеристика процесса.

Сжатая в замкнутом пространстве резина ведет себя, как несжимаемая жидкость; формовка резиной является разновидностью гидроформовки, при которой функции жидкости выполняет резина. Преимущество резины перед жидкостями — большие силы сцепления между частицами, вследствие которых резина по окончании деформации принимает прежнюю форму. Из-за большей вязкости резины оснастка для формовки может быть выполнена без специальных герметизирующих устройств, с большими неплотностями, зазорами и щелями. Это значительно упрощает и удешевляет оснастку (рис. 2.22).

Помещенная в стальной контейнер 1 резина 2, замыкаясь в его пространстве установленной на столе жесткой частью штампа (матрицей 4 или пуансоном 8), формует деталь 3, выполняя в зависимости от конструкции штампа, функции пуансона (см. рис. 2.22, а), матрицы (см. рис. 2.22, б) или, при реверсивной вытяжке, последовательно того и другого. Затраты на изготовление штампа при штамповке резиной очень невелики, так как вместо целого штампа изготавливается только пуансон или матрица.

Наряду с преимуществами резина имеет существенные технологические недостатки. При больших степенях деформации она быстро теряет прочность и разрушается, поэтому приходится часто заменять резину. Усилие, необходимое для формовки деталей резиной, должно быть в ряде случаев во много раз больше усилия, требующегося при формовке этой же детали в жестких штампах. Происходит это потому, что в то время как в металлическом штампе усилия формовки прилагаются лишь на деформируемых участках заготовки, при формовке резиной давление должно с одинаковой интенсивностью передаваться на все участки площади заготовки (на деформируемые и на недеформируемые).

Уменьшения степени деформации резины и мощности привода пресса можно, в частности, достигнуть, применяя вместо резиновой подушки резиновую оболочку, заполняемую внутри жидкостью. По такой схеме работают специальные прессы прямого действия типа ПШР (см. рис. 2.22, в).

При изготовлении деталей со сложной пространственной конфигурацией из листа формовка и штамповка резиной находят широкое применение.

Рисунок 2.22 Разновидности процессов формообразования деталей резиной:

а—вытяжка упругим пуансоном по жесткой матрице; б—вытяжка жестким пуансоном в упругой матрице; в—формовка резиновой оболочкой, заполняемой жидкостью; 1—контейнер; 2—резиновая подушка; 3—формуемая деталь; 4—матрица; 5—стол; 6—плита; 7—стессель молота; 8 к 11 пуансон; 9—складкодержатель; 10—ползун пресса.

Применение упрощенной оснастки с резиной вместо сложных многопереходных металлических вытяжных штампов резко уменьшает затраты на изготовление оснастки и сокращает период подготовки производства.

Формовка резиной применяется, главным образом, для изготовления деталей внутреннего набора самолета: стенок, перегородок, диафрагм, панелей, нервюр, жесткостей, коробок, полупатрубков и охватывает большинство формообразующих операций: гибку - формовку плоских деталей с бортами (типа нервюр), формовку полупатрубков, отбортовку краев отверстий, штамповку подсечек и рифтов, неглубокую вытяжку. При небольшой толщине листа-заготовки (для дуралюмина до 1,3 мм) и при невысоких требованиях к чистоте и точности реза с помощью резины можно выполнять и разделительные операции.

По энергетическому признаку формовка резиной имеет две разновидности:

а) статическая формовка (операция выполняется при малых скоростях ~3 м/с за один ход на гидропрессах)

б) динамическая формовка (одним или несколькими повторными ударами ползуна на листоштамповочных «падающих» молотах, на фрикционных прессах, на пресс-молотах взрывного действия. Эксцентриковые и кривошинные прессы для этой операции непригодны, так как из-за упругой реакции резины механизм пресса быстро приходит в негодность.

Технология формовки и конструкция штампов: формовка резиной может выполняться по двум основным схемам: 1) формовка жестким пуансоном по упругой матрице (см. рис. 2.22, б) и 2) формовка упругим пуансоном по жесткой матрице (см. рис. 2.22, а). Для предупреждения складкообразования фланец заготовки может фиксироваться специальным складкодержателем 9 (см. рис. 2.22, б), кольцом, прижимаемым резиновой подушкой, или неподвижной опорой - складкодержателем.

Формовка упругим пуансоном по жесткой матрице (см. рис. 2.22, а). В сварной или литой цилиндрический стальной контейнер 1 плотно (с натягом 3—5 мм) вставлена резиновая подушка-пуансон 2. Эта часть штампа является универсальной для деталей, габариты заготовок которых не больше внутреннего диаметра D контейнера. Нижняя часть (матрица 4) имеет цилиндрическую форму, а рабочая часть ее выполняется по наружному контуру детали. Матрицы можно изготовлять из цинка, сплава АЦ13, чугуна, балинита и других материалов.

При ударе молота резиновый пуансон 2 деформирует заготовку детали 3, придавая ей форму матрицы. Возникающие силы трения между резиной, текущей в углубление матрицы, и фланцем заготовки благоприятствуют процессы вытяжки. Контейнер с универсальным резиновым пуансоном крепится к стесселю 7 молота шпильками так же, как и жесткие пуансоны. Матрица 4 устанавливается свободно на стол 5 молота и фиксируется плитой 6, имеющей отверстие, равное внутреннему диаметру контейнера.

На рис. 2.22, 6 и в приведен вариант схемы формовки упругой матрицей по жесткому пуансону. Эта схема имеет ряд преимуществ. В частности, она дает очень выгодное распределение напряжений в материале вытягиваемой детали. Наиболее полно эти преимущества использованы на специальных гидравлических прессах ПШВР, предназначенных для штамповки-вытяжки резиной. Заготовка укладывается на пуансон 8, ее края ложатся при этом на складкодержатель 9, находящийся перед началом вытяжки на одном уровне с верхней плоскостью пуансона. При ходе пресса ползун 10 с укрепленным на нем контейнером 1, в который запрессована резиновая подушка 2, опускается на деталь, фиксируя ее дно на пуансоне 8, а края — на складкодержателе 9. Когда давление резины 2 возрастает до величины, необходимой для предотвращения образования гофров на фланце детали 3, ползун 10 останавливается. Включается нижний гидроцилиндр пресса, на котором установлен пуансон 8. Пуансон, поднимаясь, вытягивает деталь. По мере подъема пуансона вытягиваемые участки детали прижимаются к нему давлением резины. Это уменьшает утонение стенки детали в наиболее опасном месте — в сопряжении стенок с дном — и позволяет на 20 - 30% увеличить степень формоизменения детали.

Детали, штампуемые в инструментальных штампах за несколько переходов, при штамповке резиной можно (в ряде случаев) изготавливать за один переход. Фланец детали в течение всего процесса вытяжки остается зафиксированным на складкодержателе 9 давлением резиновой подушки 2. Чтобы давление резины в подушке не увеличивалось по мере захода в нее пуансона, пресс снабжен автоматическим устройством, стабилизирующим это давление за счет опускания складкодержателя. Для лучшего прижатия заготовки к пуансону их соприкасающиеся поверхности не смазываются, а боковая поверхность пуансона вдоль образующей не шлифуется.

Жесткие части штампа при формовке резиной изготавливаются из балинита, чугуна, вторичных алюминиевых сплавов па контурам детали. Наибольшую сложность представляет правильный выбор размеров универсальной части штампа — контейнера. По характеру рабочей нагрузки контейнер представляет собой и рассчитывается на прочность как резервуар, работающий при высоких давлениях (до 1200 кгс/см²), при импульсном нагружении этими давлениями. В соответствии с правилами Госгортехнадзора контейнеры должны подвергаться испытаниям на прочность. При высоких давлениях стенки контейнеров собираются из стальных колец или рамок, соединяемых сваркой (рис. 2.23, а) или кольцевыми ребрами, входящими в ответные проточки (рис. 2.23, б и в).

Резиновые подушки обычно склеиваются из листов толщиной 30—60 мм. Сорт резины подбирается в зависимости от проектируемого процесса формовки. Чем мягче резина, тем большую степень деформации она допускает. Однако с уменьшением твердости увеличивается опасность затекания резины под борт детали. Хорошие результаты дают комбинированные подушки, у которых основная масса состоит из резины мягкой или средней твердости, а нижняя часть — лист толщиной 40—60 мм из резины повышенной твердости.

При штамповке с подогревом заготовок (в частности, из титановых и магниевых сплавов) на подушку подклеивается термостойкая резина марки 5168. В плане резиновая подушка делается на 2,5—3 мм больше соответствующего размера контейнера, что обеспечивает необходимый натяг при запрессовывании подушки в контейнер. Высота подушки Н (см. рис. 2.22, а) берется равной пятикратной высоте h штампуемой детали. При меньших высотах резина быстро изнашивается.

Рис. 8. 23. Конструкции контейнеров:

а—сварной из стальных колец; б и в—с кольцами, соединенными на проточках

Оборудование. Основным оборудованием, применяемым при штамповке резиной, являются специальные гидравлические прессы типа ПШВР для глубокой вытяжки резиной и прессы типа П-307 для формовки резиновой подушкой, заполняемой водой. Большой объем работ по штамповке резиной выполняется также на универсальных гидравлических прессах, листоштамповочных «падающих» молотах и на фрикционных прессах.

Когда производственный участок оснащен универсальными гидравлическими прессами, а приобретение прессов типа ПШВР организационно невозможно или экономически нецелесообразно из-за небольшого объема работ, глубокую вытяжку резиновой матрицей можно реализовать с помощью, монтируемой на универсальном гидравлическом прессе установки УВШ (рис. 2.24).

Установка добавляет к прессу второй, нижний, гидравлический цилиндр, создающий усилие прижатия фланца вытягиваемой детали к резиновой подушке. Усилие сохраняется постоянным в процессе вытяжки детали. На корпусе 7 установки жестко крепится пуансон 3, выполненный по внутренним размерам вытягиваемой детали. Прижимное кольцо-складкодержатель 4 фиксируется на опорных колонках 5. Колонки закреплены на плунжере 6 гидроцилиндра установки. Усилие зажатия фланца детали между резиновой подушкой 2 контейнера 1 и складко-держателем 4 регулируется с помощью редукционного клапана гидросистемы в зависимости от требований технологического процесса.

При ходе вытяжки пуансон остается неподвижным, а прижимное кольцо-складкодержатель 4 опускается, сохраняя постоянное усилие прижатия фланца. Это достигается стравливанием жидкости из под плунжера 6 через перепускной клапан гидросистемы, отрегулированный на заданное усилие прижатия.

Рис. 2.24 Схема установки УВШ на универсальный гидравлический пресс для глубокой вытяжки в резиновой матрице: 1—контейнер; 2—резиновая подушка; 3—пуансон; 4—складкодержатель; 5— опорная колонка; 6—плунжер гидроцилиндра; 7—корпус гидроцилиндра

Рис. 2.25 Формовка разжимными пуансонами: 1—обечайка; 2—пуансон; 3—конический клин