Устройство для импульсной штамповки деталей из трубчатой заготовки

Предполагаемая полезная модель относится к области обработки металлов давлением и может быть использована для штамповки полых деталей из трубчатых заготовок.
Известны устройства, основанные на использовании давления газа, образующегося при сгорании горючих газовых смесей, в частности устройство для штамповки деталей из трубчатой заготовки, содержащее матрицу и камеру сгорания: (Степанов В.Г., Шавров И.А. «Высокоэнергетические импульсные методы обработки металлов» - Л.: Машиностроение, 1975. - С. 63). Эти устройства отличаются простотой и компактностью, но имеют существенный недостаток, заключающийся в том, что очень трудно обеспечить надежное уплотнение между камерой сгорания и матрицей по стыку заготовки для предотвращения утечки топливной смеси, особенно при большом давлении топливной смеси.
К заявленному объекту наиболее близким аналогом является устройство для импульсной штамповки деталей из трубчатых заготовок, содержащая соосно размещенные матрицу и рабочую камеру, сообщенную посредством перепускного клапана с камерой сгорания, снабженной средствами подачи и поджига топлива, причем рабочая камера размещена внутри трубчатой заготовки, а в крышке рабочей камеры со стороны противоположной к камере сгорания выполнен сквозной канал, в котором установлен клапан для выпуска продуктов сгорания (патент РФ на полезную модель №84273 МПК В21Д 26/08). В данном устройстве процесс штамповки осуществляется воздействием на внутреннюю поверхность трубной заготовки горячего газа, поступающего из камеры сгорания.
Недостаток известного устройства заключается в следующем. Процесс штамповки осуществляется под воздействием давления газа, находящегося внутри трубчатой заготовки. Под действием газа заготовка деформируются в радиальном направлении. При этом происходит раздача трубчатой заготовки, которая сопровождается ее утонением. Таким образом, заполнение полости матрицы происходит в основном за счет утонения трубчатой заготовки. Это ограничивает технологические возможности данного устройства.
Технической задачей полезной модели является расширение технологических возможностей устройства для штамповки деталей из трубчатых заготовок.
Технический результат полезной модели достигается тем, что устройство для импульсной штамповки деталей из трубчатых заготовок содержит соосно размещенные матрицу и рабочую камеру, сообщенную посредством перепускного клапана с камерой сгорания, снабженной средствами подачи и поджига топлива, причем рабочая камера размещена внутри трубчатой заготовки. Кроме того, устройство содержит расположенный соосно с матрицей и жесткосоединенный с камерой сгорания рабочий цилиндр, в котором установлен поршень, взаимодействующий с торцом трубчатой заготовки, причем рабочий цилиндр снабжен средствами подачи и поджига топлива, а матрица размещена между камерой сгорания и рабочим цилиндром.
Предлагаемое устройство показано на фиг. 1, 2 и 3, где на фиг. 1 представлен продольный разрез устройства перед началом процесса штамповки, на фиг. 2 - поперечный его разрез, а на фиг. 3 устройство показано в период завершения процесса штамповки.
Устройство содержит корпус 1 и основание 2, соединенные между собой при помощи стяжных колонн 3 и гаек 4. В корпусе 1 помещена камера сгорания 5 с перепускным клапаном 6. Камера сгорания 5 снабжена впускным клапаном 7, свечей зажигания 8 и выпускным клапаном 9. На корпусе 1 соосно камере сгорания 5 закреплен переходник 10 с осевым сквозным отверстием 11. На основании 2 при помощи винтов 12 закреплен рабочий цилиндр 13, установленный соосно камере сгорания 5. В рабочем цилиндре 13 установлен поршень 14. Рабочий цилиндр 13 снабжен впускным клапаном 15, свечей зажигания 16 и выпускным клапаном 17. Между камерой сгорания 5 и рабочим цилиндром 13 соосно им расположена разъемная матрица 18, состоящая из двух частей соединенных между собой при помощи бандажей 19. Обе части матрицы в сборе образуют замкнутую полость 20. На торце поршня 14 выполнен цилиндрический бурт 21, снабженный уплотнением 22. На переходнике 10 также установлены уплотнения 23 и 24. Штампуемая трубчатая заготовка 25 располагается внутри матрицы 18, при этом ее торцы сопрягаются с цилиндрическими буртами поршня 14 и переходника 10. Благодаря наличию уплотнений 22 и 23 внутренняя полость 26 заготовки 25 герметична. Это полость используется в качестве рабочей полости данного устройства. Соединение частей матрицы 18 осуществлено при помощи бандажей 19, болтов 27 и гаек 28 (фиг. 2).
Работа устройства осуществляется следующим образом. Штампуемая заготовка 25 в сборе с матрицей 18 устанавливается на торец поршня 14. Затем через впускной клапан 15 в рабочий цилиндр 13 подается сжатый воздух сравнительно небольшого давления, порядка 0,015…0,030 МПа. Под действием давления воздуха поршень 14 перемещает заготовку 25 с матрицей 18 до соприкосновения торца заготовки 25 с переходником 10, как показано на фиг. 1. После этого через впускные клапаны 7 и 15 в камеру сгорания 5 и рабочий цилиндр 13 подается горючий газ и сжатый воздух, в результате чего в них образуются топливные смеси. Давления топливных смесей в камере сгорания 5 и рабочем цилиндре 13 могут быть одинаковыми или разными в зависимости от параметров изготавливаемой детали. При помощи свеч 8 и 16 топливные смеси поджигаются. В результате сгорания топливных смесей давление в камере сгорания 5 и рабочем цилиндре 13 многократно повышается. В конечной стадии процесса горения в камере сгорания 5 под действием давления продуктов сгорания перепускной клапан 6 открывается. При этом продукты сгорания из камеры сгорания 5 через отверстие 11 поступают в рабочую камеру 26. Под воздействием продуктов сгорания заготовка 25 интенсивно нагревается и деформируется. Одновременно с этим на торец заготовки 25 действует осевая сила, порожденная давлением продуктов сгорания, находящихся в рабочем цилиндре 13, на поршень 14. Благодаря совместному действию давления газа, находящегося в рабочей полости 26, и усилия со стороны поршня 14 заготовка 25 пластически деформируются в радиальном и осевом направлениях. Таким образом, процесс раздачи трубчатой заготовки 25 сопровождается уменьшением ее длины (фиг. 3). Поэтому в процессе заполнения полости 20 матрицы 18 заготовка 25 существенно не утоняется. После завершения процесса штамповки открываются выпускные клапаны 9, 17, и продукты сгорания выпускаются из камеры сгорания 5, рабочей полости 26 и рабочего цилиндра 13. Под действием сил тяжести матрица 18 опускается, перемещая при этом поршень 14 в его исходное положение. Затем матрица 18 разбирается и из нее извлекается отштампованное изделие. После этого в матрицу 18 устанавливается новая заготовка. Затем заготовка в сборе с матрицей 18 устанавливается на торец поршня 14. Далее рабочий цикл устройства повторяется.
В предложенном устройстве процесс штамповки осуществляется под действием давления газа на внутреннюю поверхность трубчатой заготовки и осевого усилия, приложенного к торцу заготовки. При этом раздача заготовки сопровождается уменьшением ее длины. Благодаря этому существенно снижается утонение заготовки в процессе ее деформирования. Это позволяет достигать большие степени деформации заготовки, что обеспечивает штамповку деталей широкой номенклатуры. Поэтому данное устройство по сравнению с известным устройством имеет значительно большие технологические возможности.