УСТРОЙСТВО ДЛЯ МАГНИТНО-ИМПУЛЬСНОЙ ШТАМПОВКИ
DEVICE FOR MAGNETIC-PULSE PUNCHING

Изобретение относится к обработке металлов давлением цилиндрических оболочек и листовых материалов с помощью импульсного магнитного поля.
Известны устройства (Ковка и штамповка: Справочник: В 4 т. Т. 4 Листовая штамповка / Под общ. Ред. С.С. Яковлева: ред. совет: Е.И. Семенов (пред.) и др. - 2-е изд., перераб. И доп.- М: Машиностроение, 2010. 732 с.), которые позволяют деформировать электромагнитным полем металлы с высокой электропроводностью. Типовая конструкция плоского индуктора приведена на рисунке 10, стр. 357. В плоских индукторах, выполненных в виде спирали Архимеда при разряде генератора импульсных токов, возникают электромагнитные поля, а в листовых материалах из электропроводного металла индуцируются вихревые токи, создающие электромагнитные поля в противоположном направлении. В результате образуются отталкивающие электромеханические силы, воздействующие как на индуктор, так и листовой материал.
Недостатком известных устройств является возможность их использования только для заготовок из металлов с высокой электропроводностью, кроме того, для каждого типоразмера заготовок требуется изготавливать соответствующей формы и размерам высокопрочные индукторы.
Известно устройство для магнитно-импульсной штамповки листовых материалов (патент РФ №2660505, МПК B21D 26/14, опубл. 26.06.2018, Бюл. №18) содержащее цилиндрический индуктор, метаемый элемент, пуансон и матрицу для вырубки, пробивки и формовки, которое снабжено стойками и установленными на них верхней, нижней и промежуточными плитами, при этом индуктор выполнен с обоймой и кольцевыми подпружиненными сегментами, размещен между опорными пластинами и закреплен на верхней плите, матрица для вырубки, пробивки или формовки выполнена с направляющими планками и съемником и размещена на нижней плите, пуансон выполнен подпружиненным с возможностью осевого перемещения и закреплен в промежуточной плите, размещенной над матрицей, причем пуансон содержит фланец, торцевая поверхность которого выполнена конической, с обеспечением постоянного контакта с торцевыми поверхностями упомянутых кольцевых сегментов узла индуктора. Устройство может быть снабжено эластичным элементом, размещенным в съемнике с возможностью контакта с пуансоном.
Известное устройство, принятое за прототип, позволяет его использовать по схеме «плоская штамповка» для листовых материалов, а также по схемам «обжим» и «раздача» тонкостенных оболочек не зависимо от электропроводности металла при использовании одного цилиндрического индуктора. Недостатком устройства является сложность конструкции, возможность за один разряд генератора импульсных токов отштамповать только одну заготовку из листового материала, а также недостаточность величины рабочего хода инструмента, которая зависит от величины радиального перемещения кольцевых сегментов, а также от конусности их торцевых поверхностей.
Задачей предлагаемого изобретения является упрощение конструкции, расширение технологических возможностей устройства для штамповки листовых материалов по схеме «плоская штамповка», а также по схемам «обжим» и «раздача» тонкостенных оболочек, и повышение производительности штамповки.
Для решения поставленной задачи предлагается устройство для магнитно-импульсной штамповки, содержащее верхнюю и нижнюю плиты, стойки, гайки, цилиндрический индуктор, кольцевую обойму, опорные плиты, промежуточную плиту, пуансон, матрицу, кольцевой метаемый элемент, при этом опорные плиты закреплены на стойках, между опорными плитами, верхней и нижней плитами установлены подпружиненные промежуточные плиты с цилиндрическими выступами входящими в полость опорных плит и имеющими возможность перемещения вдоль стоек и опорных плит, внутри кольцевого метаемого элемента установлена эластичная среда, контактирующая внешней боковой поверхностью с внутренней поверхностью кольцевого метаемого элемента, а торцевыми поверхностями с неподвижными опорными плитами и выступами подвижных промежуточных плит, на промежуточных плитах закреплены пуансонодержатели с пуансонами, а на верхней и нижней плитах матрицы.
Предлагаемое устройство показано на фигурах. На фиг. 1 приведено устройство для магнитно-импульсной штамповки листовых материалов жестким инструментом при выполнении операций вырубки или пробивки в листовых материалах. На фиг. 2 устройство при выполнении операции раздачи.
Устройство (фиг. 1) состоит из нижней 1 и верхней плит 17 скрепленных гайками 18 на стойках 19, матриц 2, крепежных элементов 3, направляющих планок 4, съемника 5, пуансонов 6, пружин 7, промежуточных плит 8 и 16 с выступами, которые входят в отверстия опорных плит 9 и 15, кольцевой обоймы 10, метаемого элемента 11, цилиндрического индуктора 12, эластичной среды 13, крепежных винтов 14, пуансонодержателей 20, винтов 21.
Устройство (фиг. 1) работает следующим образом. Исходное положение деталей устройства показано на рис. 1, а. В рабочую зону матриц 2 помещают заготовки, или полосы листового материала. Осуществляют разряд генератора импульсных токов. В цилиндрическом индукторе 12 возникает электромагнитное поле, которое наводит вихревые токи в кольцевом метаемом элементе 11 из электропроводного металла, например меди. При этом метаемый элемент выполнен в виде разрезной втулки с концами, соединенными внахлест. В результате этого обеспечивается замкнутость контура и возникновение вихревых токов противоположного направления. Возникает электромагнитная импульсная сила отталкивания и кольцевой метаемый элемент 11 отталкивается от внутренней поверхности индуктора 12 (см. направление стрелки) и сжимает эластичную среду 13. Уменьшаясь в диаметре, эластичная среда 13 увеличивается по длине и воздействует на торцы выступов промежуточных плит 8 и 16. Промежуточные плиты 8 и 16 перемещаются по стойкам в осевом направлении вместе с пуансонодержателями 20 и пуансонами 6, сжимая пружины 7. Пуансоны 6 контактируют с листовыми заготовками или полосами и производят операции вырубки или пробивки (фиг. 1, б). После осуществления операции под действием пружин 7 промежуточные плиты 8 и 16 занимают исходное положение (фиг. 1, б), а с пуансонов 6 с помощью съемника 5 снимают детали или полосу. Устройство позволяет устанавливать в пуансонодержателях 20 несколько пуансонов 6, а на нижнюю 1 и верхнюю 17 плиты устройства несколько матриц 2, что дает возможность получения одновременно нескольких деталей.
Технологические возможности устройства расширяются также за счет регулировки рабочего перемещения эластичной среды 13 в осевом направлении путем не только регулировки мощности разряда генератора импульсных токов, но и изменением размеров полости в опорных плитах 9 и 16. С уменьшением размеров полости будет увеличиваться перемещение эластичной среды в осевом направлении при одной и той же мощности разряда генератора импульсных токов.
Рабочее перемещение эластичной среды 13 в осевом направлении увеличивается также путем наладки устройства. На фиг. 2 показано устройство, настроенное на операцию раздачи тонкостенной цилиндрической оболочки, в котором верхняя опорная плита 15 выполнена сплошной. В результате формоизменения эластичной среды 13 происходит его осевое перемещение в направлении к нижней плите, которое в два раза больше, чем в устройстве (фиг. 1). Это позволяет использовать устройство для формоизменяющих операций, например, обжима или раздачи.
Использование эластичной среды 13 упрощает конструкцию устройства, увеличивает его технологические возможности за счет регулировки величины осевого перемещения рабочего инструмента, возможности выполнять различные операции как в листовых материалах, так и в цилиндрических оболочках, повышается производительность штамповки при получении за один разряд нескольких деталей.