ШТАМП ДЛЯ ОБЪЕМНОГО ИЗОТЕРМИЧЕСКОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ

Полезная модель относится к области обработки металлов давлением для проведения операций осадки и свободной ковки в изотермических условиях и может быть использована для получения ультрамекозернистой структуры в заготовках из титановых, жаропрочных, алюминиевых сплавов, сталей и т.п. в различных отраслях промышленности.
Известно устройство для изотермической штамповки, содержащее штамподержатель со штампом, штамповый блок, состоящий из секций с теплоизолирующими прокладками между ними и холодильником, встроенным в одну из секций, а также установленный концентрично штамподержателю индукционный нагреватель и снабженное дополнительной секцией штампового блока с нагревателем, установленной над секцией с холодильником, а в штамподержателе смонтирован индивидуальный нагреватель (А.с. СССР №628982, МПК B21J 1/06, опубл. 19.09.1978 г.).
Данное устройство обеспечивает концентрированное управляемое тепловое поле, позволяющее создать хорошие условия для изотермической штамповки, но не исключает теплового обмена осаживаемой заготовки излучением и конвекций с окружающей средой с ее боковой поверхности, что приводит к структурной неоднородности и не позволяет достичь высокого качества обработки.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому техническому решению является устройство для объемного деформирования металлов и сплавов, содержащее верхнюю и нижнюю плиты со смонтированными на них соответственно верхним и нижним деформирующим инструментом, а также охватывающий деформирующий инструмент нагревательный элемент, и снабженное механизмом регулировки положения нагревательного элемента, выполненным в виде симметрично расположенных по обе стороны от вертикальной оси штампа скоб, смонтированных на верхней плите штампа и взаимодействующих с ними тяг, смонтированных на нагревателе (А.с. СССР №535998, МПК B21J 1/06, опубл. 25.11.1976 г.).
Устройство позволяет повысить производительность процесса деформирования, стойкость пуансона, но не обеспечивает равномерность температурного поля в заготовке при операциях свободной ковки (осадки, протяжки), что отрицательно сказывается на ее качестве.
Задачей, решаемой предложенной полезной моделью, является повышение качества деформируемых заготовок за счет равномерного температурного поля на их поверхности в процессе обработки.
Поставленная задача решается штампом для объемного деформирования, содержащим верхнюю и нижнюю плиты со смонтированными на них соответственно верхним и нижним деформирующим инструментом, а также охватывающее их нагревательное устройство, снабженное механизмом регулирования его положения в направлении деформирования заготовки, в котором в отличие от прототипа нагревательное устройство состоит из двух частей, одна их которых неподвижно установлена на нижней плите штампа, а вторая - смонтирована на верхней плите с возможностью перемещения в направлении деформирования заготовки по установленным на верхней плите колонкам, связанным с нагревателем посредством втулок и кронштейнов, через которые нагревательное устройство соединено гибкой связью через блоки, установленные на верхней плите с противовесами, суммарная масса которых превышает его массу, а длина гибкой связи выбрана из условия обеспечения зазора между нижним и верхним деформирующим инструментом, превышающего высоту деформируемой заготовки.
На чертеже представлен эскиз штампа для объемного изотермического деформирования.
Штамп состоит из нижней неподвижной плиты 1, на которой смонтирован через теплоизолирующую прокладку 2 нижний деформирующий инструмент 3. Соосно ему установлена нижняя часть нагревательного устройства 4, например, резистивного типа.
На верхней подвижной плите 5 через теплоизолирующую прокладку 6 закреплен верхний деформирующий инструмент 7 и установлены направляющие колонки 8. Верхняя часть нагревательного устройства 9, которая может быть выполнена также резистивного типа, соединена с колонками 8 посредством кронштейнов 10 и втулок 11. Кронштейны 10 соединены гибкой связью, например, тросами 12, через блоки 13, которые закреплены на верхней плите 5, с противовесами 14, имеющими возможность возвратно-поступательного перемещения в направляющих стаканах 15, смонтированных на нижней плите 1. Суммарная масса противовесов 14 превышает массу верхней части нагревательного устройства 9. Длина гибкой связи 12 выбрана таким образом, что, при крайнем нижнем положении противовесов 14 между торцами верхней и нижней частей нагревательного устройства 4 и 9 образуется зазор, превышающий высоту деформируемой заготовки 16.
Контроль и регулирование температуры нижнего 3 и верхнего 7 деформирующего инструмента осуществляют с помощью термопар 17.
Штамп работает следующим образом.
При проведении операции осадки в исходном состоянии нижний 3 и верхний 7 инструмент находятся в сомкнутом состоянии, нижняя торцевая поверхность верхней части нагревательного устройства 9 соприкасается с верхней торцевой поверхностью нижней части нагревательного устройства 4. Противовесы 14 лежат на нижней плите штампа, а тросы 12 находятся в ослабленном, провисшем состоянии. С помощью нижней 4 и верхней 9 частей нагревательного устройства нижний 3 и верхний 7 деформирующий инструмент нагревают до рабочей температуры, например, для получения заготовок из титанового сплава ВТ6 - до 940°С. Контроль и регулирование температуры осуществляется термопарами 17.
После выхода штампа на заданный температурный режим траверсу пресса (не показано) перемещают вверх. При этом происходит натяжение тросов 12, и под воздействием противовесов 14, масса которых больше массы верхней части нагревательного устройства 9, ее верхний торец поджимается к плите 5. При дальнейшем перемещении траверсы пресса вверх грузы 14 переходят в подвешенное на тросах 12 состояние, а между верхним торцем нижней части нагревательного устройства 4 и нижним торцем верхней части нагревательного устройства 9 образуется зазор, превышающий высоту деформируемой заготовки 16. Нагретую до температуры деформирования, например, до 940°С, заготовку 16 устанавливают на нижний деформирующий элемент 3. Затем, перемещают траверсу пресса с закрепленной на ней верхней плитой штампа 5 вниз. При этом вниз перемещаются и противовесы 14. После их касания с опорной поверхностью нижней плиты 1 происходит перемещение вниз верхней части нагревательного устройства 9 относительно верхнего деформирующего инструмента 7 в направлении деформирования заготовки. Нижний торец верхней части нагревательного устройства 9 соприкасается с верхним торцем нижней части нагревательного устройства 4. Заготовка 16 при этом находится в изотермических условиях, тепловой обмен ее с окружающей средой исключен. При дальнейшем перемещении вниз верхнего деформирующего инструмента 7 происходит соприкасание его с заготовкой 16, и ее деформирование.
По окончании деформирования заготовки 16 траверсу пресса с закрепленной на ней плитой 5 перемещают вверх. Первоначально происходит натяжение тросов 12 и перемещение верхней части нагревательного устройства 9 вверх относительно верхнего деформирующего инструмента 7 до упора в верхнюю плиту 5. При дальнейшем перемещении траверсы пресса вверх противовесы 14 переходят в подвешенное состояние. Траверсу пресса перемещают верх до получения зазора между нижним 3 и верхним 7 инструментами, превышающего высоту заготовки и обеспечивающего ее извлечение из рабочей зоны штампа.
При проведении операции свободной ковки заготовки в отверстия А колонок 8 вставляют штыри, которые блокируют перемещение верхней части нагревательного устройства 9 относительно верхнего деформирующего инструмента 7. При этом верхняя часть нагревательного устройства 9 неподвижно зафиксирована на верхней плите 5. При опускании траверсы пресса имеется возможность смыкания торцев нижнего 3 и верхнего 7 деформирующих инструментов, что обеспечивает возможность свободной ковки.
Таким образом, предложенная конструкция штампа обеспечивает повышение качества деформируемых заготовок благодаря уменьшению потерь тепла с их поверхности и обеспечению изотермических условий обработки.