УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЛИСТОВОЙ ШТАМПОВКИ ВЗРЫВОМ ГАЗОВЫХ СМЕСЕЙ

Предполагаемая полезная модель относится к области обработки материалов давлением и может быть использована для штамповки деталей из листового материала, преимущественно, в опытном и мелкосерийном производствах.
Известны устройства для листовой штамповки, содержащие камеру сгорания и матрицу, между которыми располагается штампуемая заготовка (Степанов В.Г., Шавров И.А. Высокоэнергетические импульсные методы обработки металлов. Л.: Машиностроение, 1975. - С.63). В этих устройствах процесс штамповки осуществляется под действием давления газа, образующегося при сгорании горючих газовых смесей, например природного газа и кислорода.
К заявленному объекту наиболее близким аналогом является устройство для листовой штамповки взрывом газовых смесей, содержащее соосно установленные матрицу с внутренней полостью и камеру сгорания, снабженные средствами для подачи и зажигания газовой смеси и выпуска продуктов сгорания, а также охватывающую внутреннюю полость матрицы кольцевую полость, в которой размещен кольцевой поршень, взаимодействующий со штампуемой заготовкой (патент на полезную модель № 98954, МПК В21Д 22/00). В этом устройстве горение газовой смеси осуществляется не только в камере сгорания, но и в полости матрицы. Это позволяет нагреть листовую заготовку и осуществить процесс штамповки в горячем состоянии заготовки, что повышает ее пластичность.
Известное устройство имеет следующий недостаток. Горение газовой смеси в полости матрицы вызывает неравномерный нагрев поверхностей ее полости, что приводит к изменению линейных и угловых размеров отдельных зон матрицы. Это снижает качество штампуемых деталей, особенно сложной конфигурации.
Целью полезной модели является повышение качества штампуемых изделий.
Технический результат полезной модели достигается тем, что устройство для штамповки содержит соосно установленные матрицу с внутренней полостью, снабженную средствами подачи и выпуска газа, и камеру сгорания, снабженную средствами подачи и зажигания газовой смеси и выпуска продуктов сгорания, а также охватывающую внутреннюю полость матрицы кольцевую полость, в которой размещен кольцевой поршень, взаимодействующий со штампуемой заготовкой, причем во внутренней полости матрицы соосно с ней размешен шток, взаимодействующий со штампуемой заготовкой и соединенный с поршнем, установленным в цилиндрической полости, выполненной в нижней части матрицы, при этом цилиндрическая полость сообщена с внутренней полостью матрицы.
Предлагаемое устройство для штамповки показано на рисунках: на фиг.1 устройство представлено в исходном состоянии, на фиг.2 и фиг.3 - в процессе штамповки. Устройство содержит матрицу 1 и камеру сгорания 2, соединенные между собой при помощи болтов 3, шайб 4 и гаек 5. Камера сгорания снабжена впускным клапаном 6, свечей зажигания 7 и выпускным клапаном 8. Матрица 1 также снабжена впускным клапаном 9 и выпускным клапаном 10. В матрице 1 выполнена охватывающая ее внутреннюю полость кольцевая полость 11, в которой установлен кольцевой поршень 12. Для подачи в кольцевую полость 11 рабочей среды имеется канал 13.
В нижней части матрицы 1 выполнена цилиндрическая полость 14, в которой установлен поршень 15, соединенный со штоком 16. Свободный конец штока 16 размещен во внутренней полости матрицы 1. Цилиндрическая полость 14 при помощи штуцеров 17,18 и трубопровода 19 сообщена с внутренней полостью матрицы 1. Штампуемая заготовка 20 размещается между матрицей 1 и камерой сгорания 2. Торец штока 16 соприкасается с заготовкой 20.
Работа устройства осуществляется следующим образом. Через канал 13 в кольцевую полость 11 подается сжатый воздух или жидкость. При этом поршень 12 зажимает фланцевую часть заготовки 20, герметизируя внутренние полости матрицы 1 и камеры сгорания 2. Через впускной клапан 9 в полость матрицы подается сжатый воздух, который через трубопровод 19 поступает также и в цилиндрическую полость 14. Под действием давления воздуха поршень 15 со штоком 16 перемещается вверх. Под действием штока 16 и давления воздуха, находящегося в полости матрицы, заготовка 20 деформируется. При этом происходит интенсивное течение материала с фланцевой части заготовки 20 в направлении оси матрицы 1. Заготовка приобретает куполообразную форму (фиг.2). После этого путем повышения давления в кольцевой полости 11 производится увеличение усилия зажима фланцевой части заготовки 20. Затем через впускной клапан 6 полость камеры сгорания 2 наполняется горючей газовой смесью, например смесью природного газа со сжатым воздухом. После этого свечей 7 газовая смесь зажигается. При горении смеси давление в камере сгорания 2 интенсивно повышается. Под действием давления продуктов сгорания заготовка деформируется в обратном направлении, перемещая вниз шток 16 с поршнем 15. При этом воздух в полости матрицы 1 сжимается и его давление существенно повышается. Под действием поршня 15 часть воздуха из цилиндрической полости 14 вытесняется во внутреннюю полость матрицы 1, что также способствует увеличению давления воздуха в ней. Благодаря этому в определенный момент наступает уравновешивание сил, действующих на заготовку со стороны продуктов сгорания и воздуха, в результате чего деформация заготовки прекращается (фиг.3). После этого выдерживается определенное время, порядка 0,5…1,5 с. В течение этого периода благодаря тому, что заготовка не контактирует с внутренней поверхностью матрицы, происходит интенсивный ее нагрев. Стальная заготовка может быть нагрета до интервала температур теплой обработки, а заготовка из цветных сплавов - до интервала температур горячей обработки, что существенно повышает пластичность заготовки. Затем открывается клапан 10 и воздух из полости матрицы 1 и полости 14 выпускается. При этом под действием давления продуктов сгорания, находящихся в камере сгорания 2, заготовка 20 деформируется и заполняет полость матрицы 1. Процесс штамповки завершается. После этого открывается клапан 8 и продукты сгорания из полости камеры сгорания 2 выпускаются. Воздух из кольцевой полости 11 стравливается. Затем, отвинтив гайки 5, камера сгорания 2 отсоединяется от матрицы 1, и из нее извлекается отштампованная деталь. После этого на матрицу 1 устанавливается новая заготовка. Затем матрица 1 присоединяется к камере сгорания 2. Далее цикл работы устройства повторяется в той же последовательности.
В предложенном устройстве в полости матрицы не совершается процесс горения, поэтому матрица существенно не нагревается и ее размеры остаются неизменными. Вместе с тем обеспечивается нагрев заготовки до необходимой температуры, что существенно повышает ее пластичность. Это в целом повышает качество штампуемых деталей.