Устройство для импульсной штамповки

Предполагаемая полезная модель относится к области обработки металлов давлением и может быть использована для штамповки деталей из листового материала.
Известны устройства для листовой штамповки, в которых процесс штамповки осуществляется под действием на поверхность обрабатываемой заготовки импульса давления газа, образующегося при сгорании топливной смеси (Степанов В.Г., Шавров И.А. Высокоэнергетические импульсные методы обработки давлением. - Л.: Машиностроение, 1975. - С. 59-69). Эти устройства отличаются компактностью и простотой используемой штамповой оснастки.
К заявляемому объекту наиболее близким аналогом является устройство для импульсной штамповки, содержащее матрицу, соосно расположенные над ней и размещенные в едином корпусе и сообщающиеся между собой при помощи перепускного клапана рабочую камеру и камеру сгорания, снабженную средствами подачи и поджига топлива, и выполненную в корпусе коаксиально рабочей камере и соединенной с ней посредством канала кольцевую полость, в которой установлен с возможностью взаимодействия со штампуемой заготовкой кольцевой поршень, а также золотник с двухступенчатым поршнем, установленный в канале, соединяющем кольцевую полость с рабочей камерой (патент на изобретение РФ №2309019 МПК В21Д/2608).
Недостаток известного устройства заключается в следующем. Процесс штамповки осуществляется после открытия перепускного клапана камеры сгорания. При этом газ, вытекающий из камеры сгорания, расширяется в объеме рабочей камеры, и давление его существенно уменьшается. Поэтому максимальное давление газа на поверхности штампуемой заготовки значительно меньше максимального давления газа в камере сгорания. Высота рабочей камеры соизмерима с высотой кольцевого поршня, расположенного коаксиально рабочей камере. Поэтому объем рабочей камеры составляет по крайней мере 1/4…1/5 объема камеры сгорания.
Процесс расширения газа можно считать адиабатическим ввиду его быстротечности, тогда максимальное давление в рабочей камере равно:
,
где Pkmax - максимальное давление в камере сгорания;
Vk - объем камеры сгорания;
Vp - объем рабочей камеры;
к - показатель адиабаты.
Для продуктов сгорания можно принять k=1,28. Тогда при  получим Ppmax=0,79⋅Pkmax, а при  получим Ppmax=0,75⋅Pkmax. Таким образом, максимальное давление в рабочей камере, по крайней мере, на 21% меньше максимального давления в камере сгорания. Это приводит к увеличению расхода топлива, что снижает экономичность устройства для импульсной штамповки.
Технической задачей полезной модели является повышение экономичности устройства для импульсной штамповки.
Технический эффект полезной модели достигается тем, что в устройстве для импульсной штамповки, содержащем матрицу и соосно расположенную над ней камеру сгорания, снабженную средствами подачи и поджига топлива, и размещенную в корпусе, содержащем кольцевую полость, в которой установлен с возможностью взаимодействия со штампуемой заготовкой кольцевой поршень, а также золотник с двухступенчатым поршнем, причем полость золотника со стороны ступени поршня, имеющей меньший диаметр, заполнена жидкостью и соединена с кольцевой полостью, кольцевая полость расположена коаксиально камере сгорания, а золотник со стороны ступени поршня, имеющей больший диаметр, сообщен с камерой сгорания.
Устройство для импульсной штамповки схематично представлено на фиг. 1 и 2, где на фиг. 1 представлен продольный разрез устройства, а на фиг. 2 показан его вид сверху. Устройство содержит корпус 1, в котором расположена камера сгорания 2 с перепускным клапаном 3, закрывающим ее центральное отверстие и матрицедержатель 4 с матрицей 5. Корпус 1 и матрицедержатель соединены между собой при помощи болтов 6, шайб 7 и гаек 8. Камера сгорания 2 снабжена впускным клапаном 9, выпускным клапаном 10 и свечой зажигания 11. В нижней части корпуса 1 коаксиально камере сгорания 2 выполнена кольцевая полость 12, в котором установлен кольцевой поршень 13. Эта полость и камера сгорания 2 соединены между собой трубопроводом 14, в конце которого установлен золотник 15 с двухступенчатым поршнем 16. Полость золотника со стороны большого диаметра поршня 16 соединена с камерой сгорания 2, а полость, примыкающая к меньшему диаметру поршня 16, заполнена жидкостью и соединена трубопроводом 14 с кольцевой полостью 12. Штампуемая заготовка 17 устанавливается на матрицу 5 и прижимается кольцевым поршнем 13.
Устройство для импульсной штамповки работает следующим образом. Камера сгорания 2 через впускной клапан 9 наполняется топливной смесью, которая затем поджигается при помощи свечи 11. В результате сгорания топливной смеси давление в камере сгорания 2 многократно увеличивается. Под действием продуктов перепускной клапан 3 перемещается вверх, открывая центральное отверстие камеры сгорания 2. При этом продукты сгорания, воздействуя на поверхность заготовки 17, деформируют ее в полости матрицы 5 - осуществляется процесс штамповки детали.
В процессе штамповки давления из камеры сгорания 2 через золотник 15 и трубопровод 14 передается в кольцевую полость 12. При этом благодаря наличию двухступенчатого поршня 16 давление, передаваемое в полость 12, значительно больше давления в камере сгорания 2. Под действием этого давления кольцевой поршень 13 надежно прижимает фланцевую часть заготовки 17 к торцу матрицы 5, что предотвращает гофрообразование в процессе штамповки.
После окончания процесса штамповки открывается выпускной клапан 10, и газ выпускается из камеры сгорания 2 и кольцевой полости 12. При этом прекращается зажим кольцевым поршнем 13 фланца заготовки. Затем, отвинтив гайки 8, корпус 1 отсоединяется от матрицедержателя 4, и отштампованная деталь извлекается из матрицы 5. После этого на торец матрицы 5 устанавливают новую заготовку, и корпус 1 присоединяют к матрицедержателю. Далее рабочий цикл устройства повторяется в той же последовательности.
В отличие от известного устройства в данном устройстве нет рабочей камеры. При открытии перепускного клапана, газ, истекающий из камеры сгорания, сразу же воздействует на поверхность штампуемой заготовки. Благодаря этому максимальное давление на поверхности заготовки практически равно максимальному давлению в камере сгорания. Это обеспечивает значительное снижение расхода энергоносителя для осуществления процесса штамповки.