Импульсная машина для обработки давлением листового материала

Предполагаемая полезная модель относится к области обработки материалов давлением и может быть использована для штамповки деталей из листового материала.
Известны устройства для штамповки листового материала, содержащие камеру сгорания, жесткосоединенную с матрицей, в которой осуществляется процесс штамповки (Степанов В.Г., Шавров И.А. Высокоэнергетические импульсные методы обработки металлов. - Л.: Машиностроение, 1975. - С. 59). В этих устройствах процесс штамповки осуществляется под действием давления газа, образующегося при сгорании топливной смеси в камере сгорания. В связи с тем, что давление продуктов сгорания имеет сравнительно невысокое значение, порядка 20…25 МПа, эти устройства используются для штамповки тонкостенных деталей несложной формы.
К заявленному объекту наиболее близким аналогом является импульсная машина для обработки давлением листового материала, содержащая размещенные в корпусе камеру сгорания с узлами подачи и зажигания топливной смеси и рабочий цилиндр, в котором расположен поршень, и жесткосоединенный с корпусом шабот, в котором размещен цилиндр, содержащий поршень со штоком, на конце которого закреплен инструмент, причем на свободном торце рабочего цилиндра установлена плита, в которой выполнены сквозное отверстие и охватывающая его кольцевая полость, в которой размещен кольцевой поршень, взаимодействующий с обрабатываемым листовым материалом, при этом в стенке рабочего цилиндра выполнен канал для подачи жидкости в надпоршневую полость рабочего цилиндра (патент на полезную модель РФ №134831, МПК 26/08)
Недостаток известной машины заключается в следующем. Матрица, служащая инструментом для обработки листового материала, закреплена на конце штока гидроцилиндра, размещенного в шаботе. При деформировании обрабатываемого материала усилие деформирования через шток передается в гидроцилиндр, и давление в его полости резко увеличивается. Это давление, которое в несколько раз превышает давление продуктов сгорания в камере сгорания, негативно отражается на работу управляющих золотников и других элементов гидросистемы, что снижает долговечность машины.
Технической задачей полезной модели является повышение долговечности импульсной машины для обработки листового материала.
Технический результат полезной модели достигается тем, что импульсная машина для обработки давлением листового материала содержит размещенные в корпусе камеру сгорания с узлами подачи и зажигания топливной смеси и рабочий цилиндр, в котором расположен поршень, и жесткосоединенный с корпусом шабот, в котором размещен цилиндр, содержащий поршень со штоком, на конце которого закреплен инструмент, причем на свободном торце рабочего цилиндра установлена плита, в которой выполнены сквозное отверстие и охватывающая его кольцевая полость, в которой размещен кольцевой поршень, взаимодействующий с обрабатываемым листовым материалом, а в стенке рабочего цилиндра выполнен канал для подачи жидкости. Кроме того, цилиндр, размещенный в шаботе, снабжен узлами подачи и зажигания топливной смеси и выпуска продуктов ее сгорания
Предлагаемая импульсная машина схематично показана на фиг. 1 и 2, где на фиг. 1 машина представлена в исходном положении, а на фиг. 2 она показана в момент начала процесса обработки листового материала. Машина содержит корпус 1, в котором размешены камера сгорания 2 и рабочий цилиндр 3, сообщающиеся между собой посредством запирающего клапана 4. В нижней части рабочего цилиндра 3 помещен поршень 5. На свободном торце рабочего цилиндра 3 установлена плита 6, имеющая кольцевую полость 7, в которой установлен кольцевой поршень 8. Корпус 1 с плитой 6 при помощи колонн 9 и гаек 10 соединен с шаботом 11, в котором размещен цилиндр 12, содержащий поршень 13 и шток 14, на конце которого прикреплена матрица 15, служащая в качестве инструмента. Цилиндр 12 снабжен впускным клапаном 16, свечей зажигания 17 и выпускным клапаном 18. В шаботе 11 выполнен канал 19 для подачи сжатого воздуха в подпоршневую полость 20. Камера сгорания 2 снабжена впускным клапаном 21, выпускным клапаном 22 и свечей зажигания 23. В надпоршневой полости 24 рабочего цилиндра 3 содержится слой жидкости, которая подается через канал 25, перекрываемый обратным клапаном 26. В плите 6 выполнен канал 27 для подачи жидкости в кольцевую полость 7, а также канал 28, сообщающий надпоршневую полость 24 с кольцевой полостью 7. На входе в канал 28 установлен обратный клапан 29. В центральной части плиты 6 выполнено сквозное отверстие 30, сообщенное каналом 31 с окружающей средой. На конце канала 31 установлен предельный клапан 32, закрывающийся при достижении давления в канал 31 определенной величины. Машина установлена на пневматических амортизаторах 33. Штампуемая листовая заготовка 34 расположена между кольцевым поршнем 8 и матрицей 15.
Работа машины осуществляется следующим образом. Через канал 27 в кольцевую полость 7 подается жидкость сравнительно небольшого давления, которое, действуя на кольцевой поршень 8, обеспечивает начальный прижим фланцевой части штампуемой заготовки 34. При этом обратный клапан 29 предотвращает поступление жидкости в надпоршневую полость 24. Одновременно с этим через впускные клапаны 16 и 21 в цилиндр 12 и камеру сгорания 2 подается горючий газ и сжатый воздух, и в них образуются топливные смеси. При помощи свечи 17 топливная смесь в цилиндре 12 поджигается. При сгорании топливной смеси давление в цилиндре многократно повышается. Это давление, действуя на поршень 13, обеспечивает прижатие матрицы 15 к плите 6. Одновременно с этим при помощи свечи 23 поджигается топливная смесь в камере сгорания 2. При сгорании топливной смести давление в камере сгорания 2 интенсивной повышается. Под действием давления продуктов сгорания перепускной клапан 4 открывается, и продукты сгорания поступают в рабочий цилиндр 3. Под действием давления продуктов сгорания поршень 5 интенсивно перемещается, толкая перед собой слой жидкости. При этом воздух из надпоршневой полости 24 через отверстие 30 и канал 31 поступает в окружающую среду, поэтому давление в этой полости существенно не увеличивается. Благодаря этому поршень 5 разгоняется и приобретает значительную кинетическую энергию. При достижении жидкости поверхности штампуемой заготовки 34 давление жидкости резко повышается, при этом предельный клапан 32 закрывается, предотвращая утечку жидкости через канал 31. Давление жидкости через клапан 29 и канал 28 передается также кольцевому поршню 8, что обеспечивает повышение усилия прижима заготовки 34. Под действием давления жидкости, создаваемого давлением поршня 5, заготовки 34 деформируется и заполняет полость матрицы 15. Осуществляется процесс штамповки (фиг. 2). Так как деформирование заготовки 34 и прижим ее фланцевой части осуществляется давлением жидкости, то в процессе штамповки обеспечивается надежный прижим заготовки, причем усилие прижима заготовки изменяется синхронно с изменением усилия ее деформирования. Это обеспечивает хорошее качество штампуемой детали.
После окончания процесса штамповки открываются выпускные клапаны 18 22, и продукты сгорания выпускаются из цилиндра 12, камеры сгорания 2 и рабочего цилиндра 3. Давление жидкости в полости 24 падает. При этом предельный клапан 32 открывается, поршень 5 под действием собственного веса опускается в исходное положение. Жидкость также стекает вниз и скапливается на поверхности поршня 5, Кольцевая полость 7 через канал 27 сообщается на слив, что освобождает зажим отштампованной детали. В подпоршневую полость 20 через канал 19 подается сжатый воздух. При этом поршень 13 вместе с матрицей 15 перемещается вверх, после чего из матрицы 15 извлекается отштампованная деталь. Затем на поверхность кольцевого поршня 8 устанавливается новая заготовка. После этого сжатый воздух из полости 20 через канал 19 выпускается. При этом поршень 13 под действием сил тяжести перемещается вниз до соприкосновения матрицы 15 с плитой 6. Далее рабочий цикл машины повторяется в той же последовательности.
В предложенной машине, благодаря отсутствию жидкости в полости шабота, в период совершения процесса штамповки не возникают высокие динамические нагрузки в полости шабота. Давление газа в полости шабота сравнительно невелико, и оно существенно не изменяется в период совершения процесса штамповки. Силы, возникающие в процессе штамповки, замыкаются в силовом каркасе машины и не оказывают разрушающее действие на агрегаты и узлы машины. Это повышает долговечность машины.