ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННАЯ ПОДУШКА ДЛЯ ШТАМПОВ
HEAT-INSULATION PADS FOR DIES

Изобретение относится к оборудованию для обработки металлов давлением и наиболее эффективно может быть использовано для изотермической штамповки деталей из алюминиевых и магниевых сплавов.
Аналогом заявляемого технического решения является «Штамп для горячего деформирования», авторское свидетельство Я.М.Охрименко и др. №462647, заявленное 12.03.1973 г., в котором с целью уменьшения тепловых потерь штамп оснащен теплоизолирующим кожухом. Недостатком аналога является низкая экономичность нагрева и повышенные потери тепла через опорные поверхности штампа, т.к. инструментальные блоки (штамп) с укрепленными на них пуансоном и матрицей опираются на монолитные прокладки, не обеспечивающие достаточной теплоизоляции штампа от пресса, в котором он установлен.
Прототипом заявляемого технического решения является теплоизолирующее устройство, описанное в книге «Новое в создании и исследовании кузнечно-прессовых машин», Москва 1983 г. (Сб. науч. трудов ВНИИМЕТМАШ), в статье В.П.Линца и Е.Б.Шайкевича «Устройство теплоизоляции штампа мощного гидравлического пресса», стр.34…37.
Согласно прототипу в качестве теплоизолирующего устройства можно использовать комплект из нескольких тонких стальных пластин или листов - многослойную прокладку, в которой сама граница между листами (микронеровности) препятствует передаче тепла от нагретого штампа к деталям пресса.
Недостатком прототипа являются высокие потери тепла через комплект стальных листов к деталям пресса вследствие высокой теплопроводности листов.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является снижение теплоотвода от нагретого штампа к деталям пресса и, следовательно, уменьшение скорости его остывания.
Технический результат достигается за счет замены стальных листов с высокой теплопроводностью листами с теплопроводностью менее 30 Вт/м·град, между которыми установлены гибкие прокладки с теплопроводностью менее 1 Вт/м·град; верхний лист скреплен с основанием болтами с помощью резьбовых втулок и фланцев, при этом основание подушки и верхний лист имеют толщину, превышающую толщину промежуточных листов, и выполнены с проточками для установки резьбовых втулок и соосных с ними фланцев, с возможностью их осевого перемещения.
Предложенная теплоизоляционная подушка изображена на фиг.1.
Подушка состоит из чередующихся листов металла 1 с низкой теплопроводностью и гибких прокладок 2 в виде листов или ткани преимущественно на основе оксидной керамики. В основании подушки 3 выполнены проточки, в которые вставлены фланцы 4, соосно с которыми расположены резьбовые втулки 5, закрепленные с помощью штифтов в верхнем листе 6. Основание подушки 3 и верхний лист 6 стянуты болтами 7. В листах 1 и прокладках 2 в местах крепления выполнены проточки диаметром не менее диаметра выступающей части резьбовых втулок 5. Детали 3, 6 и 7 могут быть выполнены как из материала с низкой теплопроводностью, так и из штамповой стали. Подушку центрируют по подштамповой плите 8 с помощью втулки 9 и в случае необходимости в ней выполняют отверстие для выталкивателя пресса. Штамп 10 размещают на подушке. Верхняя подушка в отличие от нижней дополнительно оснащена фланцами 4 для крепления подушки непосредственно к верхней подштамповой плите 11 болтами 12.
Перед работой в отверстия резьбовых втулок 5 вворачивают рымболты и подушку устанавливают на подштамповую плиту 8, которую размещают на столе пресса. Соосность подушки с подштамповой плитой обеспечивают центрирующей втулкой 9. Рымболты отворачивают. Аналогичным образом крепят верхнюю подушку 13 к верхней подштамповой плите.
Нагретый до расчетной температуры штамп 10 устанавливают на нижнюю подушку, установленную на нижней подштамповой плите, и крепят к подштамповым плитам 8 и 11.
Уменьшение теплового потока на контактной поверхности металлических поверхностей с теплопроводностью менее 30 Вт/м·град, согласно В.М.Попову «Теплообмен в зоне контакта разъемных и неразъемных соединений» Москва, Энергия 1971 г. (см. стр.109), составляет от 2 до 5% для каждой контактной пары, а для неметаллических материалов с теплопроводностью менее 1 Вт/м·град до 10%. Поэтому теплоотвод от нагретых штампов к подштамповым плитам затруднен и уменьшается с увеличением количества контактных пар. Однако при штамповке теплоотвод несколько возрастает, происходит тепловое расширение подушки, особенно за счет сжатия прокладок, выполненных из малопроводной керамики. При этом между головками болтов 7, 12 и контактирующими с ними торцами фланцев образуются зазоры, величина которых меньше зазора «А» (см. фиг.1). Поэтому работоспособность подушек не нарушается. Передача тепла от штампа к подштамповым плитам 8 и 11 через болты 7 и 12 незначительна из-за их малого поперечного сечения.
Использование теплоизоляционных подушек особенно целесообразно при изотермической штамповке крупногабаритных деталей из алюминиевых и магниевых сплавов на крупных прессах. Для поддержания температуры изотермической штамповки многотонных штампов необходимо осуществлять их подогрев не только после установки штампов, но и в процессе штамповки, поэтому использование подушек позволяет сократить энергозатраты при эксплуатации установки.
2
Так как температура штамповки алюминиевых и магниевых сплавов не превышает 400…480°С, а среднее давление изотермической штамповки составляет 30…32 кг/мм, то в качестве материала с низкой теплопроводностью можно использовать, например, листы титанового сплава ОТ4 с теплопроводностью менее 15 Вт/м·град, толщиной от 2 до 6 мм с прокладками из теплоизоляционной бумаги на основе окислов кремния, кальция и магния толщиной 1 мм с теплопроводностью 0,25 Вт/м·град или из стеклоткани толщиной 0,2…0,5 мм.
Предлагаемое изобретение сокращает расход электроэнергии и потери тепла от штампов к подштамповым плитам при эксплуатации штампов за счет
- применения листов металла с теплопроводностью менее 30 Вт/м·град, между которыми установлены гибкие прокладки с теплопроводностью менее 1 Вт/м·град;
- скрепления верхнего листа с основанием болтами с помощью резьбовых втулок и фланцев, при этом основание подушки и верхний лист имеют толщину, превышающую толщину промежуточных листов, и выполнены с проточками для установки резьбовых втулок и соосных с ними фланцев с возможностью их осевого перемещения;
- применения соединительных частей труб и фланцев при возможности установки дисков с равномерно расположенными отверстиями.