ИМПУЛЬСНАЯ МАШИНА ДЛЯ ОБРАБОТКИ ДАВЛЕНИЕМ ЛИСТОВОГО МАТЕИАЛА

Предполагаемая полезная модель относиться к машиностроению, в частности к кузнечно-штамповочному оборудованию, и может быть использована для штамповки деталей из листового материала.
Известны устройства для листовой штамповки, в которых процесс штамповки осуществляется под действием давления жидкости или газа (Степанов В.Г., Шавров И.А. Высокоэнергетические импульсные методы обработки металлов. - Л.: Машиностроение, 1975. - С.61-65). Эти устройства отличаются компактностью и малой металлоемкостью. Они обеспечивают существенное упрощение технологической оснастки, что дает возможность эффективно использовать штамповку в мелкосерийном и опытном производствах.
Заявляемому объекту наиболее близким аналогом является импульсная машина для обработки давлением листового материала, содержащая размешенные в корпусе камеру сгорания с узлами подачи и зажигания топливной смеси, и рабочий цилиндр, в котором расположен поршень, и жесткосоединенный с корпусом шабот, в полости которого установлен шток с узлом крепления инструмента, причем на свободном торце рабочего цилиндра установлена плита, в которой выполнены сквозные отверстия и кольцевая полость, в которой размещен кольцевой поршень, взаимодействующий с обрабатываемым листовым материалом (патент на полезную модель №-114893, МПК B21J 7/24). В этой машине процесс штамповки осуществляется под действием давления газа, образующегося при сгорании топливной смеси в надпоршневой полости рабочего цилиндра. Причем для повышения давления газа топливная смесь в этой полости предварительно сжимается поршнем, перемещающимся под действием давления продуктов сгорания, образующихся при сгорании топливной смеси в камере сгорания.
Известная машина имеет следующие недостатки. Усилие, необходимое для деформирования обрабатываемой листовой заготовки, достигает максимальной величины в конечной стадии процесса штамповки. Поэтому в конце процесса штамповки давление газа на поверхности обрабатываемой заготовки должно быть высоким. Затем этот газ выпускается из полости машины, вследствие чего значительная часть энергии газа оказывается не использованной. Поэтому энергия, затрачиваемая на совершение процесса штамповки, во много раз меньше потенциальной энергии газа, действующего на заготовку. Это существенно снижает коэффициент полезного действия машины, и поэтому экономичность машины невелика.
Кроме того, для обеспечения благоприятных условий для совершения процесса штамповки усилие прижима обрабатываемой заготовки должно изменяться пропорционально усилию штамповки. В данной машине прижим заготовки осуществляется кольцевым поршнем, и усилие прижима не регулируется в процессе штамповки. Это снижает технологические возможности машины.
Технической задачей полезной модели является повышение экономичности машины и обеспечение регулирования усилия прижима заготовки в процессе штамповки.
Технический результат 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 полости которого установлен шток с узлом крепления инструмента, а также установленную на свободном торце рабочего цилиндра плиту, в которой выполнены сквозное отверстие и охватывающая его кольцевая полость, в которой размещен кольцевой поршень, взаимодействующий с обрабатываемым листовым материалом. Кроме того, в плите выполнены каналы, соединяющие кольцевую полость с рабочим цилиндром, а в стенке рабочего цилиндра выполнен канал для подачи жидкости в надпоршневую полость рабочего цилиндра, причем в этом канале установлен обратный клапан.
Предлагаемая импульсная машина представлена на рисунке. Она 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 шток 12 с поршнем 13. К штоку 12 прикреплена матрица 14, служащая в качестве инструмента. Примыкающие к поршню полости 15 и 16, соединены с управляющими золотниками 17 и 18, обеспечивающими подачу в эти полости жидкости и ее слив. Камера сгорание 2 снабжена впускным клапаном 19, выпускным клапаном 20 и свечей зажигания 21. Надпоршневая полость 22 рабочего цилиндра 3 частично заполнена жидкостью. Подача жидкости осуществляется через канал 23, в котором установлен обратный клапан 24. В плите 6 выполнены сквозное отверстие 25 и каналы 26, соединяющие кольцевую полость 7 с надпоршневой полостью 22. Диаметр отверстия 25 в 1.5....2 раза меньше диаметра рабочего цилиндра 3. На торце плиты 6 выполнен ряд пазов 27. Машина устанавливается на амортизаторах 28, а обрабатываемая заготовка 29 - на торце плиты 6. При этом между заготовкой 29 и кольцевым поршнем 8 остается зазор, и полость отверстия 25 через этот зазор и пазы 27 сообщена с окружающей средой.
Работа машины осуществляется в следующей последовательности. В исходном ее положении запирающий клапан 4 закрыт, и камера сгорания 2 герметична. Золотник 18 находится в нейтральном положении, что обеспечивает герметичность полости 16. Камера сгорания 2 через впускной клапан 19 наполняется топливной смесью, например смесью горючего газа со сжатым воздухом. Топливная смесь при помощи свечи 21 поджигается. В результате сгорания топливной смеси давление в камере сгорания 2 резко повышается. При этом под действием давления продуктов сгорания запирающий клапан 4 открывается. Продукты сгорания из камеры сгорания 2 поступают в рабочий цилиндр 3. Под действием давления продуктов сгорания поршень 5 разгоняется вверх, а корпус 1 совместно с шаботом 11 перемешается вниз. Так как масса корпуса 1 и шабота 11 во много раз больше массы поршня 5, то скорость перемещения корпуса 1 с шаботом 11 невелика. Работа, совершаемая газом в рабочем цилиндре 3, затрагивается в основном на разгон поршня 5 и жидкости, находящейся над ним. В процессе движения поршня 5 воздух из надпоршневой полости 22 вытесняется наружу через отверстие 25 и зазор между кольцевым поршнем 8 и заготовкой 29. При достижении жидкости, находящейся над поршнем 5 плиты 6 возникает перепад давлений между полостью 22 и полостью отверстия 25. Величина этого перепада давлений определяется следующей зависимостью:
,
ж
ж
п
ц
о
где ρ - плотность жидкости; V - скорость жидкости в полости отверстия 25; V - скорость поршня; d - диаметр рабочего цилиндра; d - диаметр отверстия 25.
п
ц
о
3
Принимая V=10 м/с, d/d=1,5, ρ=1000 кг/м, получим ΔP=0,25 МПа, т.е. перепад давлений имеет значительную величину. Давления жидкости из полости 22 через каналы 26 передается в кольцевую полость 7. Под действием этого давления кольцевой поршень 8 перемешается вверх и прижимается к заготовке 29, предотвращая тем самым утечку жидкости из полости 25. При соударении жидкости с заготовкой 29 происходит ее деформирование в полости матрицы 14. Благодаря накопленной кинетической энергии поршня 6 осуществляется процесс штамповки.
В период штамповки давление в полостях 22 и 26 определяется скоростью поршня 5 и сопротивляемостью заготовки 29. В начальный период штамповки сопротивляемость заготовки не высокая, поэтому и давление умеренное. По мере увеличения деформации заготовки 29 ее сопротивляемость повышается, при этом увеличивается и давление в этих полостях. Это давление передается через каналы 26 и на кольцевой поршень 8. Поэтому усилие прижима фланцевой части заготовки изменяется пропорционально усилию штамповки, что, создавая благоприятные условия для протекания процесса штамповки, обеспечивает хорошее качество штампуемых деталей.
После завершения операции штамповки открывается выпускной клапан 20, и отработавший газ выпускается из камеры сгорания 2 и рабочего цилиндра 3. Поршень 5 под действием собственного веса опускается в исходное положение. Под действием усилия амортизаторов 28 корпус 1 совместно с шаботом 11 также возвращается в исходное положение. Золотник 18 соединяет полость 16 на слив, а в полость 15 через золотник 17 подается жидкость. При этом под действием давление жидкости поршень 12 совместно со штоком 13 и матрицей 14 перемещается вверх. Затем отштампованная деталь извлекается из полости матрицы 14 и на торец плиты 6 устанавливается новая заготовка. После этого золотник 17 соединяет полость 15 на слив, а в полость 16 через золотник 18 подается жидкость. При этом поршень 12 перемещается вниз до соприкосновения матрицы 14 с заготовкой, установленной на торце плиты 6. Далее рабочий цикл машины повторяется в той же последовательности.
В предложенной машине также как в известной машине разгон поршня производится за счет расширения продуктов сгорания в рабочем цилиндре. Однако в данном случае вся накопленная кинетическая энергия поршня затрачивается на совершение процесса штамповки, а в известной машине она используется для увеличения потенциальной энергии топливной смеси, находящейся в надпоршневой полости рабочего цилиндра. Поэтому экономичность предлагаемой машины значительно выше экономичности известной машины.
Кроме того, в процессе штамповки усилие прижима заготовки изменяется пропорционально усилию ее деформирования. Это обеспечивает благоприятные условия для осуществления процесса штамповки, что повышает технологические возможности машины.