УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЛИСТОВОЙ ГАЗОВОЙ ШТАМПОВКИ

Предполагаемая полезная модель относится к области обработки материалов давлением и может быть использована для штамповки деталей из листового материала, преимущественно, в мелкосерийном и опытном производствах.
Известны устройства для листовой газовой 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 газовой штамповки, содержащее соосно установленные матрицу с внутренней полостью и камеру сгорания, снабженные средствами подачи и зажигания газовой смеси и выпуска продуктов сгорания, и охватывающую внутреннюю полость матрицы кольцевую полость, в которой размещен кольцевой поршень, взаимодействующий со штампуемой заготовкой, а также рабочий цилиндр с поршнем и дополнительную камеру сгорания, снабженную средствами подачи и зажигания газовой смеси и выпуска продуктов сгорания, причем рабочий цилиндр сообщен с камерой сгорания, а дополнительная камера сгорания примыкает к торцу поршня (патент на полезную модель №178276, В21Д 26/08 (2006.01), В21Д 26/08 (2018.01)).
Данное устройство имеет следующий недостаток. При сгорании газовой смеси в дополнительной камере сгорания поршень рабочего цилиндра перемещается под действием продуктов сгорания и вытесняет газ из рабочего цилиндра в камеру сгорания, что обеспечивает значительное увеличение давления в ней. Это давление, действующее на поверхность заготовки, обеспечивает завершение процесса штамповки. Однако время действия повышенного давления на заготовку чрезмерно мало, оно действует до тех пор, пока поршень перемещается в сторону камеры сгорания. После остановки поршень под действием повышенного давления газа перемещается в обратном направлении. Это вызывает снижение давления газа, действующего на заготовку, что снижает технологические возможности данного устройства.
Технической задачей полезной модели является расширение технических возможностей устройства для газовой штамповки.
Технический результат полезной модели достигается тем, что устройство для листовой газовой штамповки содержит соосно установленные матрицу с внутренней полостью и камеру сгорания, снабженные средствами зажигания газовой смеси и выпуска продуктов сгорания, и охватывающую внутреннюю полость матрицы кольцевую полость, в которой размещен кольцевой поршень, взаимодействующий со штампуемой заготовкой, а также рабочий цилиндр с поршнем, снабженный средством подачи газовой смеси, и дополнительную камеру сгорания, примыкающая к торцу поршня и снабженную средствами подачи и зажигания газовой смеси и выпуска продуктов сгорания, причем матрица снабжена средством подачи газовой смеси. Кроме того, между камерой сгорания и рабочим цилиндром установлена перегородка, содержащая сквозные каналы, перекрываемые обратным клапаном.
Предлагаемое устройство схематично представлено на фигурах 1, 2, 3, где на фиг.1 представлено устройство в исходном его положении, а на фиг.2 и фиг.3 оно показано в процессе штамповки изделия.
Устройство содержит корпус, состоящий из двух частей 1 и 2 сочлененных между собой при помощи резьбы, и матрицу 3 с внутренней полостью 4, которые соединены между собой болтами 5 и гайками 6. В корпусе размещены камера сгорания 7, рабочий цилиндр 8 с поршнем 9 и дополнительная камера сгорания 10, снабженная впускным клапаном 11, свечей зажигания 12 и выпускным клапаном 13. Рабочий цилиндр 8 снабжен впускным клапаном 14, а камера сгорания 7 снабжена свечей зажигания 15 и выпускным клапаном 16. Поршень 9 содержит уплотнение 17, на его торце установлено шайба 18, изготовленная из эластичного материала. Между камерой сгорания 7 и рабочим цилиндром 8 установлена перегородка 19, содержащая сквозные каналы 20, перекрываемое обратным клапаном 21. Матрица 3 снабжена впускным клапаном 22 свечей зажигания 23 и выпускным клапаном 24. В матрице 3 выполнена кольцевая полость 25, в которой установлен кольцевой поршень 26. Устройство установлено на опоре 27. Штампуемая заготовка 28 устанавливается между корпусом и кольцевым поршнем 26.
Работа устройства осуществляется следующим образом. В кольцевую полость 25 подается под давлением жидкость или сжатый воздух. При этом кольцевой поршень 26 осуществляет прижим фланцевой части заготовки 28. Одновременно через впускные клапаны 11, 14, 22 производиться последовательная подача горючего газа и сжатого воздуха в дополнительную камеру сгорания 10, рабочий цилиндр 8 и полость 4 матрицы 3. При этом из рабочего цилиндра 8 горючий газ через каналы 20, перемещая вверх обратный клапан 21, поступает в камеру сгорания 7, аналогично поступает в нее и сжатый воздух. В результате этого в полости 4, камере сгорания 7, рабочем цилиндре 8 и дополнительной камере сгорания 10 образуются топливные смеси. При этом в камере сгорания 7, рабочем цилиндре 8 и дополнительной камере сгорания 10 устанавливается примерно одинаковое давление топливной смеси, а в полости 4 ее давление устанавливается в 2…3 раза ниже. Затем при помощи свечи 12 производиться зажигание топливной смеси в дополнительной камере сгорания 10. В результате ее сгорания давление в дополнительной камере сгорания 10 многократно увеличивается. Под действия давления продуктов сгорания поршень 9 ускорено перемещается, вытесняя газ из рабочего цилиндра 8 через каналы 20 в камеру сгорания 7 (фиг.2). При этом давление топливной смеси в камере сгорания 7 монотонно увеличивается. Под действием этого давления происходит начальная деформация заготовки 28 в направлении матрицы 3. В конце хода поршня благодаря деформации эластичной шайбы, происходит безударная его остановка (фиг.3). К этому моменту давление топливной смеси в камере сгорания 7 увеличивается по крайней мере в 4…5 раз. Затем при помощи свеч 15 и 23 производиться зажигание топливных смесей в камере сгорания 7 и полости 4 матрицы 3. В результате их сгорания давление и температура в обеих полостях многократно увеличивается. Под действием продуктов сгорания обратный клапан 21 закрывается и перекрывает каналы 20, что, предотвращая утечку газа в рабочий цилиндр 8, обеспечивает максимальное увеличение давления в камере сгорания 7. При этом из-за того, что давление в камере сгорания 7 во много раз превышает давление в полости 4 происходит интенсивная вытяжка заготовки 28 в полость 4, сопровождающаяся также ее нагревом под двусторонним воздействием горячего газа. Через 0.3…0.8 с. после зажигания топливной смеси свечей 23 открывается выпускной клапан 24 и продукты сгорания выпускаются из полости 4. Давление в полости 4 резко падает. При этом под давлением продуктов сгорания, находящихся в камере сгорания 7, происходит заполнения заготовкой 28 всей полости матрицы 3 - завершается процесс штамповки.
После осуществления процессов штамповки открываются выпускные клапаны 16 и 13, в результате чего продукты сгорания выпускаются из камеры сгорания 7, рабочего цилиндра 8 и дополнительной камеры сгорания 10. После этого поршень 9 под действием собственного веса опускается в исходное положение. Кольцевая полость 25 соединяется на слив. Затем, отвинтив гайки 6, матрица 3 отсоединяется от корпуса, и из нее извлекается отштампованное изделие. После этого на корпус устанавливается новая заготовка, и матрица 3 присоединяется к корпусу. Далее рабочий цикл устройства повторяется в той же последовательности.
В предложенном устройстве благодаря наличию между камерой сгорания и рабочим цилиндром перегородки с каналами и обратным клапаном обеспечивается предварительное сжатие топливной смеси в камере сгорания и ее сгорание в замкнутом объеме. При этом в процессе горения топливной смеси и до конца процесса штамповки поршень находится в крайне верхнем положении. Это обеспечивает максимальное повышение давления, действующего на штампуемую заготовку. Благодаря этому в данном устройстве давление газа на поверхности заготовки в 4…5 раз выше, чем в известном устройстве. Это дает возможность штамповать детали значительно большей толщины, а также детали из высокопрочных сплавов, что существенно расширяет технические возможности данного устройства.