УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЛИСТОВОЙ ШТАМПОВКИ ВЗРЫВОМ ГАЗОВЫХ СМЕСЕЙ

Предполагаемая полезная модель относится к области обработки материалов давлением и может быть использована для штамповки деталей из листового материала, преимущественно, в малосерийном и опытном производствах.
Известны устройства для листовой 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 штамповки взрывом газовых смесей, содержащее соосно установленные матрицу с внутренней полостью и камеру сгорания, снабженные средствами для подачи и зажигания газовой смеси и выпуска продуктов сгорания, а также охватывающую внутреннюю полость матрицы кольцевую полость, в которой размещен кольцевой поршень, взаимодействующий со штампуемой заготовкой (патент на полезную модель №98954, МПК В21Д 22/00). В этом устройстве горение газовой смеси осуществляется в камере сгорания, и в полости матрицы. Это позволяет нагреть листовую заготовку и осуществить процесс штамповки в горячем состоянии заготовки, что повышает ее пластичность.
Известное устройство имеет следующий недостаток. При штамповке деталей, имеющих неглубокие полости, и плоских деталей полость матрицы имеет небольшую высоту. При горении топливной смеси в такой узкой полости фронт пламени перемещается вдоль поверхности штампуемой заготовки из одной ее зоны в другую. Это вызывает неравномерный нагрев матрицы и штампуемой заготовки, что приводит к изменению линейных и угловых размеров отдельных зон матрицы, а также обуславливает неравномерность деформации заготовки. Это снижает качество штампуемых деталей, особенно плоских деталей сложной формы.
Целью полезной модели является повышение качества штампуемых деталей.
Технический результат полезной модели достигается тем, что устройство для штамповки содержит соосно установленные матрицу с внутренней полостью, снабженную средствами подачи и выпуска газа, и камеру сгорания, снабженную средствами подачи и зажигания газовой смеси, и выпуска продуктов сгорания, причем устройство снабжено цилиндром, внутренняя полость которого поршнем разделена на две части, одна из которых сообщена с камерой сгорания, а вторая соединена с внутренней полостью матрицы.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется рисунками: на фиг. 1 представлено предлагаемое устройство для штамповки, а на фиг. 2 показаны графики изменения параметров его рабочего процесса. Устройство содержит матрицу 1 и корпус 2 с камерой сгорания 3, соединенные между собой при помощи болтов 4 и гаек 5. Камера сгорания 3 снабжена впускным клапаном 6, свечей зажигания 7 и выпускным клапаном 8. Матрица 1 также снабжена впускным клапаном 9 и выпускным клапаном 10. В матрице 1 выполнена охватывающая ее внутреннюю полость 11 кольцевая полость 12, в которой установлен кольцевой поршень 13. Для подачи в кольцевую полость 12 рабочей среды имеется канал 14. К корпусу 1 при помощи винтов 15 присоединен цилиндр 16 с поршнем 17. Полость 18 цилиндра 16 через канал 19 сообщена с камерой сгорания 3, а его полость 20 трубопроводом 21 соединена с полостью 11 матрицы 1. Штампуемая заготовка 22 зажимается между корпусом 2 и кольцевым поршнем 13.
к
м
Работа устройства осуществляется следующим образом. Через канал 14 в кольцевую полость 12 подается жидкость или сжатый воздух. При этом кольцевым поршнем 13 производится зажим заготовки 22. В полость 11 матрицы 1 через клапан 9 подается сжатый воздух, который через трубопровод 21 поступает и в полость 20 цилиндра 16. Одновременно через клапан 6 в камеру сгорания 3 подаются компоненты топливной смеси: горючий газ и сжатый воздух. Давление топливной смеси в камере сгорания 3 устанавливается равным давлению воздуха в полости 11 матрицы 1. Топливная смесь при помощи свечи 7 поджигается. В процессе горения топливной смеси давление в камере сгорания 3 повышается. Это давление через канал 19 передается и в полость 18 цилиндра 16. При этом под действием давления газа поршень 17 перемещается, вытесняя воздух из полости 20 через трубопровод 21 в полость 11 матрицы 1. Благодаря этому в процессе горения топливной смеси в камере сгорания 3 обеспечивается увеличение давления и в полости 11 матрицы 1. На фиг. 2 показаны графики изменения давления в камере сгорания P (кривая 1) и в полости 11 матрицы P (кривая 2). Давление в камере сгорания 3 повышается интенсивнее, чем в полости 11 матрицы 1, но к концу процесса за счет накопленной кинетической энергии поршня 17 давление в матрице 1 увеличивается более интенсивнее, чем в камере сгорания 3. При соответствующем подборе диаметра и длины цилиндра 16 давление в полости 11 матрицы 1 к концу процесса горения топливной смеси становится выше давления в камере сгорания 3. Благодаря этому предотвращается контакт штампуемой заготовки 21 с поверхностью матрицы 1, что обеспечивает интенсивный нагрев заготовки под воздействием продуктов сгорания. После окончания процесса сгорания топливной смеси заготовка 22 еще некоторое время (порядка 0,3…0,6 с) остается под воздействием продуктов сгорания и интенсивно нагревается. При достижении ее температуры заданного интервала температур открывается клапан 10, и воздух из полости 11 матрицы 1 выпускается. Давление в полости 11 матрицы 1 падает. При этом под действием давления продуктов сгорания, находящихся в камере сгорания, заготовка 22 деформируется и заполняет полость И матрицы 1. Процесс штамповки завершается. После этого открывается клапан 8 и продукты сгорания из полости камеры сгорания 3 выпускаются. Давление из кольцевой полости 12 стравливается. Затем отвинтив гайки 5, корпус 2 камеры сгорания 3 отсоединяется от матрицы 1, и из нее извлекается отштампованная деталь. После этого на матрицу 1 устанавливается новая заготовка. Затем матрица 1 присоединяется к корпусу 2 камеры сгорания 3. Далее цикл работы устройства повторяется в той же последовательности.
В предложенном устройстве в полости матрицы не совершается процесс горения, поэтому матрица существенно не нагревается и ее размеры остаются неизменными. Наряду с этим обеспечивается равномерный нагрев заготовки до заданного интервала температуры, что существенно повышает ее пластичность. Это в целом повышает качество штампуемых изделий.