УСТРОЙСТВО БАБЫ МОЛОТА С КОНТРОЛИРУЕМЫМ ВРЕМЕНЕМ УДАРА ПРИ ДЕФОРМИРОВАНИИ ЗАГОТОВКИ

Полезная модель относится к обработке металлов давлением, точнее к конструкциям кузнечно-штамповочного оборудования (молоты для ковки, объемной штамповки, листовой штамповки, а также дизель-молоты для забивки свай при строительстве и другие молоты, а именно: пневматические молотки, зубила и другие машины ударного действия для выполнения давящих операций).
Известно влияние скорости деформирования на пластичность и сопротивление деформированию при различных технологических процессах обработки металлов давлением. Обычные скорости начала деформирования на молотах составляют от 4 до 8 м/с. Конечная скорость равна 0, а время деформирования от начала контакта до остановки штампа или ударника составляет от 0,01 до 0,001 с. Если увеличить время деформирования, например, в два или более раз, то средняя скорость деформирования также уменьшится в два или более раз, при этом деформирование будет проходить при более благоприятных условиях (уменьшение сопротивления деформированию и повышение пластичности), что приведет к экономии энергии деформирования, которая может быть утилизирована.
Обычное деформирование, например, при осадке, заключается в сжатии заготовки, установленной вертикально по оси до степени деформации
,
0
где: h - начальная высота заготовки,
h - конечная высота заготовки.
Такая схема приводит к высоким скоростям деформирования и, соответственно, высоким значениям сопротивления деформированию и пониженной пластичности.
Также изменение времени деформирования помимо предполагаемой экономии энергии деформирования может дать технологический эффект при различных технологических операциях обработки металлов давлением. Например, известно применение так называемого «прилипающего» удара в операциях листовой штамповки на молотах для уменьшения эффекта пружинения.
Из уровня техники известно устройство для забивки полой сваи в грунт (авторское свидетельство SU 1186737 А, 23.10.85, Е02D 7/02), содержащее ударную бабу, закрепленную на нижнем конце направляющего стержня, оснащенного охватывающими его подвижными вдоль стержня жесткими элементами и размещенными между ними упругими элементами. При сбрасывании ударная баба перемещается в полости сваи до взаимодействия с ее башмаком. Под влиянием запасенной энергии и вследствие резкого торможения происходит продольное сжатие упругих элементов, расположенных в корпусе бабы, и их расширение в радиальном направлении до соприкосновения наружных цилиндрических поверхностей с внутренними стенками сваи. Вследствие сжатия упругих элементов ударной бабы при соударении ее со сваей происходит равномерное и последовательное распределение энергии единичного удара по всем участкам забиваемой сваи.
Недостатком данного устройства является сложность конструкции вследствие большого количества специальных упругих и жестких элементов, а также невозможность регулировки предварительного сжатия упругих элементов.
Также из уровня техники известен молот для динамической штамповки (патент SU 1700850 А1 27.05.1995, 6 B21J 7/34), содержащий бабу с боковыми сторонами, наклоненными к вертикали под углом α и расположенные в нижней части направляющих стоек колодки, шарнирно-соединенные с коленно-рычажными механизмами.
Работает указанный молот следующим образом: на нагретую заготовку сбрасывают бабу с контейнером, заполненным резиной, производится деформация. После удара баба отскакивает вверх, срабатывают коленно-рычажные механизмы, которые своими колодками фиксируют бабу за боковые поверхности. Затем механизм поднимает бабу в исходное положение, а продукты горения резины удаляются через отверстия во фрикционных вставках. В результате обеспечивается более интенсивная деформационная проработка литой структуры металла заготовки.
Недостатком известной конструкции является: ее сложность, т.к. привод фиксации бабы выполнен в виде коленно-рычажного механизма, а также необходимость в газоотсасывающих устройствах.
Известен также пресс-молот (патент на изобретение RU №2213640 С2, МПК 7 B21J 11/00, 9/12), 10.10.2003, который содержит падающий груз, выполненный в виде платформы с цилиндрическими полостями с жидкостью или сжатым воздухом, в котором установлены плунжеры.
Недостатком пресс-молота, содержащего падающий груз, являются также сложность конструкции, а именно: направляющие трубы, стол и пресс-форма, а также дополнительные устройства для камер высокого давления и увеличенный энергорасход.
Кроме того, из уровня техники известен молот для забивания свай (патент на изобретение RU №2134742 С1, МПК 6 E02D 7/08, 20.08.99). Молот содержит корпус цилиндра, поршень, шабот, промежуточный элемент, столб жидкости, заключенный между промежуточным элементом и дном цилиндра. Использование столба жидкости позволяет управлять амплитудой и временем удара за счет изменения высоты столба жидкости и увеличить долговечность сваи при ее забивании в грунт.
Недостатком данного молота является сложность конструкции вследствие необходимости использования насосной станции для подачи и регулировки высоты столба жидкости, специальных камер, отводящих и подводящих каналов и клапанов для подвода жидкости.
Основным недостатком известных устройств (простой молот, молот для листовой штамповки, дизель-молот для забивки свай, штамповки деталей) является кратковременное действие удара. При формообразовании детали в конце возникают большие силы, вследствие чего часть энергии рассеивается и достаточной деформации не получается, что отрицательно сказывается также на качестве получаемых изделий. Ликвидировать указанный недостаток можно повышением КПД удара за счет увеличения времени действия удара, ведущего к увеличению степени деформации материала.
Но все обнаруженные конструкции бабы молотов, к сожалению, имеют иное назначение по сравнению с заявленной полезной моделью, более близкого аналога по назначению обнаружить не удалось.
Задача полезной модели заключается в создании более благоприятных условий деформирования, экономии расхода энергии, повышении степени деформации материала, уменьшения эффекта пружинения при гибке и других формоизменяющих операциях, а также повышении эффективности производства за счет контроля и регулирования времени удара.
Сущность полезной модели заключается в том, что баба молота состоит из корпуса, с жестко прикрепленной к ее нижней части втулки, и входящего в нее ударника, между которыми размещены упругие элементы, необходимые для обеспечения силы начала деформирования заготовки.
Кроме того, отличие состоит в том, что упругие элементы могут быть выполнены в виде пружин.
Кроме того, отличие состоит в том, что упругие элементы выполнены с возможностью регулирования силы предварительной затяжки.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображена конструкция бабы молота.
Устройство бабы молота состоит из корпуса 1, жестко прикрепленной к ее нижней части втулки 2 и входящего в нее ударника 3, между которыми расположены упругие элементы 4, (например, набор тарельчатых пружин), которые могут быть затянуты винтом 5 до значений, равных или несколько больших, чем необходимая сила начала деформирования:
s
P≈σF,
s
где σ - напряжение текучести заготовки, F - площадь контакта заготовки и инструмента.
Предлагаемая баба молота работает следующим образом. При падении бабы молота в начальный момент деформирования заготовки ударник 3 сжимает упругий элемент 4, при этом сила затяжки упругого элемента 4 возрастает, и ударник 3 начинает далее деформировать заготовку. При соприкосновении ударника 3 и втулки 2 происходит полное сжатие упругого элемента 4, который по возможности должен соответствовать концу деформирования. Таким образом, баба молота будет иметь общий ход деформирования, равный сумме хода сжатия пружины и деформации заготовки:
,
где  - ход сжатия пружины,  - деформация заготовки.
При этом часть энергии бабы молота пойдет на деформирование заготовки, часть на сжатие упругого элемента 4. Время удара при деформировании увеличится за счет хода сжатия пружины.
Время удара при деформировании можно контролировать и регулировать путем изменения параметров пружины и силы предварительной затяжки.
Техническим результатом изобретения является повышение КПД удара, создание благоприятных условий деформирования, повышение степени деформации материала, уменьшение эффекта пружинения, экономия расхода энергии и повышение эффективности производства.