УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГАЗОДЕТОНАЦИОННОЙ ШТАМПОВКИ

Предполагаемая полезная модель относится к обработке металлов давлением и может быть использована в листовой штамповке.
Известные устройства для газодетонационной штамповки, содержащие матрицу и расположенную над ней детонационную камеру (Степанов В.Г., Шавров И.А. Высокоэнергетические импульсные методы обработки металлов. - Л.: Машиностроение, 1975 г. - 65) в детонационной камере этих устройств происходит детонация газовой смеси, например природного газа и кислорода. Процесс штамповки осуществляется под действием на заготовку ударной детонационной волны.
К заявленному объекту наиболее близким аналогом является устройство газодетонационной штамповки, содержащее матрицу и соосно установленные над ней две импульсные камеры, размещенные одна в другой и сообщенные между собой у торцов, противолежащих матрице, а также средства подачи и поджига газовой смеси, причем средства поджига размещены в зоне торца наружной камеры обращенной к матрице (авт.свидетельство СССР №1490788 МКЛ. В21Д 26/08). В наружной камере осуществляется сгорание газовой смеси в режиме турбулентного горения, т.е. с относительно умеренной скоростью. При этом часть газовой смеси перетекает из наружной камеры во внутреннюю камеру, благодаря чему давление в ней повышается. Во внутренней камере, снабженной детонационной трубкой, происходит детонация газовой смеси. Наличие наружной камеры дает возможность увеличить давление детонационной волны на штампуемую заготовку.
Недостаток известного устройства заключается в следующем. В процессе горения газовой смеси в наружной камере часть газовой смеси перетекает во внутреннюю камеру через детонационную трубку, имеющую сравнительно небольшой диаметр. Площадь проходного сечения этой трубки по крайней мере в сто раз меньше площади поперечно сечения наружной камеры. Скорость распространения фронта пламени при турбулентном горении газокислородной смеси составляет порядка 3…4 м/с. Поэтому время сгорания газовой смеси в наружной камере составляет менее 0,1 с. За это короткое время из-за малости проходного сечения детонационной трубки значительная часть газовой смеси не успевает перетечь из наружной камеры во внутреннюю камеру. Это существенно снижает максимально возможную величину давления детонационной волны на штампуемую заготовку, что снижает технологические возможности устройства для штамповки.
Целью полезной модели является расширение технологических возможностей устройства, путем повышения давления детонационной волны на штампуемую заготовку.
Указанная цель достигается тем, что устройство для газодетонационной штамповки содержит матрицу и соосно установленные над ней камеру сгорания и детонационную камеру, размещенные одна в другой и сообщенные между собой, а также средства подачи и по джига газовой смеси, причем наружная камера сгорания и детонационная камера имеют одинаковую длину и сообщены между собой у торцов, расположенных вблизи поверхности матрицы, а средства поджога размещены в стенках камер, противолежащих матрице.
Предполагаемое устройство для штамповки представлено на рисунке. Оно содержит основание 1, в котором выполнен прямоугольный паз 2, служащий для размещения матрицадержателя 3 с матрицей 4. Матрицадержатель 3 имеет возможность перемещаться по пазу 2 в направлении перпендикулярном плоскости чертежа. Перемещение мартицадержателя 3 производится с помощью пневмоцилиндра, который расположен за плоскостью чертежа. К основанию 1 при помощи болтов 5 и гаек 6 присоединен корпус 7, в котором размещена камера сгорания 8. В центральной части корпуса 7 размещена коническая детонационная камера 9 с детонационной трубкой 10. Камера сгорания 8 снабжена выпускнымклапаном 11, свечами зажигания 12,13 и впускным клапаном 14. Детонационная трубка 10 так же снабжена свечей зажигания 15. В нижней части корпуса 7 выполнена кольцевая полость 16, в которой установлен кольцевой поршень 17 прижима 18, опирающегося на пружины 19, размещенные в цилиндрических углублениях основания 1. В корпусе 7 выполнено отверстие 20 для подачи сжатого воздуха в кольцевую полость 16. Кольцевой поршень 17 и прижим 18 снабжены резиновыми уплотнителями 21, 22, 23. Штампуемая заготовка 24 зажимается между матрицей 4, матрицедержателем 3 и прижимом 18.
Работа устройства осуществляется следующим образом. В полость 16 подается сжатый воздух. Под действием давления воздуха на кольцевой поршень 17 прижим 18 осуществляет зажим фланца заготовки 24. Через впускной клапан 14 камера сгорания 8 и детонационная камера 9 заполняются газообразной топливной смесью, например смесью природного газа с кислородом. Затем эта топливная смесь при помощи свеч 12 и 13 поджигается. При горении смеси давление повышается. Под действием этого давления часть топливной смеси перетекает из камеры сгорания 8 в детонационную камеру 9. Благодаря этому к моменту подхода фронта пламени к нижней части камеры сгорания 8 давление в детонационной камере 9 повышается в 7…9 раз. В этот момент свеча 15 производит зажигание топливной смеси в детонационной трубке 10, и в ней формируется детонационная волна. Благодаря этому в камере 9 горение топливной смеси происходит в детонационном режиме. Скорость распространения фронта пламени в детонационной камере 9 примерно в 50…70 раз больше, чем в камере сгорания 8. Поэтому фронт пламени камеры сгорания 8 и детонационная волна с камеры 9 практически одновременно достигают поверхности заготовки 24. Под действием давления детонационной волны заготовка 24 деформируется и заполняет полость матрицы 4.
После осуществления процесса штамповки открывается выпускной клапан 11 и продукты сгорания из камер 8 и 9 выпускаются. Воздух из кольцевойполости 16 стравливается. При этом под действием пружин 19 прижим 18 перемещается вверх, в свое исходное положение, освобождая фланец отштампованной заготовки 24. Затем матрицедержатель 3 с матрицей 4 при помощи пневмоцилиндра перемещается в направлении перпендикулярном плоскости чертежа и выводится из рабочей зоны устройства. После этого из матрицы извлекается отштампованная деталь и на нее устанавливается новая заготовка. Затем пневмоцилиндр перемещает матрицедержатель 3 с матрицей 4 в рабочую зону устройства. Далее рабочий цикл устройства повторяется в той же последовательности.
В предложенном устройстве камера сгорания и детонационная камера сообщены между собой через кольцевой зазор между стенкой камеры сгорания и открытым торцом детонационной камеры. Площадь этого зазора
k
где d - диаметр камеры сгорания;
g
d - диаметр открытого торца детонационной камеры;
δ - величина указанного кольцевого зазора.
В известном же устройстве эти камеры сообщены между собой через детонационную трубку. Площадь проходного сечения этой трубки
T
где d - диаметр детонационной трубки.
Соотношение этих площадей
T
Величина зазора δ соизмерима с радиусом трубки, т.е. 2δ≈d, а диаметр камеры сгорания на порядок превышает диаметр детонационной трубки. Поэтому
Таким образом, площадь кольцевого зазора, через которую сообщаются камеры, по крайней мере в 20 раз превышает площадь проходного сечения детонационной трубки. Благодаря этому в период горения газовой смеси в камере сгорания значительная часть газовой смеси перетекает в детонационную камеру, вследствие чего давление повышается в 7…9 раз до начала процесса детонации. Это обеспечивает существенное повышение давления детонационной волны на штампуемую заготовку, что дает возможность штамповать детали значительно большей толщины и сложной конфигурации, т.е. существенно расширяет технологические возможности устройства.