ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ШТАМПОВКИ МОЛОТОМ
SWAGING EQUIPMENT

Настоящее изобретение касается штамповки металлических деталей с помощью молота, точнее штамповки кольцевых деталей, и направлено на обеспечение безопасности при операции штамповки.
Ковка штамповкой состоит в формировании посредством пластической деформации деталей заготовок, имеющих начальную соответствующую температуру. Эти детали выполнены из не содержащих железо сплавов, таких как сплавы алюминия, меди, титана, никеля и т.д.
Таким образом, штамповка является операцией ковки, осуществляемой с помощью оборудования, содержащего матрицы: одну верхнюю полуматрицу и одну нижнюю полуматрицу, которые сближают между собой. Матрицы имеют углубление по форме детали.
В области самолетных газотурбинных двигателей с помощью такой штамповочной техники изготавливают, в частности, турбинные диски. Детали имеют кольцевую форму с проходом, то есть с центральным отверстием. Кроме того, они являются относительно легкими, порядка 100 кг один турбинный диск.
Точнее говоря, молот содержит два жестко закрепленных элемента, каждый их которых несет держатель вкладыша и вкладыш, или матрицу. Верхний держатель, направляемый по вертикальным колоннам, опускается со скоростью от 1 до 2 м/сек противоположно нижнему держателю на матрицу, на которой располагают заготовку для ковки. Обе матрицы соответствующим образом отгравированы для придания им надлежащей формы. Когда обе полуматрицы входят в контакт с деталью, вся энергия передается на материал последней. Одна часть затрачивается на пластическую деформацию металла, одна часть преобразуется в теплоту и еще одна часть преобразуется в механическую энергию. Последняя появляется в результате контакта между двумя вкладышами, после несколько ударов, после чего деталь частично деформируется. Из-за упругости металла, образующего вкладыши, эта механическая энергия передается от вкладышей к детали. Когда держатель вкладыша возобновляет свое движение вверх, деталь освобождается и имеет тенденцию подпрыгнуть и упасть назад. В известных матрицах при подпрыгивании деталь может выйти из гравировки, скользить по вкладышу, либо упасть вне матрицы. Деталь может также при подпрыгивании вернуться на место.
В этих двух случаях необходимо присутствие квалифицированного рабочего у машины для установки детали на место.
В качестве решения предлагается матрица с углублением. Это решение является предпочтительным, так как применимо также и к некольцевым деталям, но оборудование является дорогим, главным образом по причине высокой стоимости материала; кроме того, доступ к детали затруднен, так как она расположена на дне углубления. Таким образом, несмотря на преимущества, это решение, в общем, не является удовлетворительным.
Первой целью изобретения является нахождение средства штамповки кольцевой детали, которое при подскакивании детали позволяет последней вернуться на инструмент.
Другой целью изобретения является нахождение средства, которое способно удержать деталь в центре инструмента после подскакивания.
Еще одной целью изобретения является нахождение средства, препятствующего возврату детали.
Вышеупомянутые цели достигаются с помощью оборудования для штамповки молотом кольцевой детали, содержащего нижний держатель вкладыша с нижней матрицей, взаимодействующий с верхним держателем и верхней матрицей, при этом обе матрицы имеют кольцевую полость штамповки. Оборудование характеризуется тем, что оно содержит средство направления детали, ограничивающее ее боковые перемещения, когда она поднимается с нижней матрицы.
Наличие такого направляющего средства в оборудовании обеспечивает удержание на нем детали при ее подбрасывании в воздух. Таким образом обеспечивается защита персонала, находящегося рядом с молотом. Также уменьшается риск порчи деталей при подскоках с неконтролируемой амплитудой. Решение по изобретению позволяет использовать молот повышенной мощности по сравнению с известным уровнем техники, что необходимо для определенных деталей. В известном уровне техники для исключения подскока детали, напротив, ограничивают уровень прикладываемой мощности. Повышение уровня мощности сказывается на качестве детали.
Предпочтительно средство направления содержит колонну, размещенную между двумя матрицами и расположенную внутри кольца, образованного кольцевой полостью. Преимуществом центральной колонны является то, что она возвращает деталь на место в полость штамповки при ее подскоке по колонне и исключает или ограничивает вмешательство квалифицированного рабочего. Это также уменьшает риск, связанный с манипулированием тяжелыми деталями при высокой температуре. В частности, высота колонны, по меньшей мере, равна высоте подскока детали. Центральное расположение, ограничивающее перемещение детали, также мешает ее возврату при подскоке.
Предпочтительно колонна жестко соединена с нижней матрицей. В частности, в нижней матрице выполнена проточка по оси кольца, сформированного полостью штамповки, в которой размещена колонна. Средство заклинивания образовано, например, буртиком аксиального заклинивания, который предусмотрен на колонне, взаимодействующей с посадочным местом, выполненным в нижней матрице.
Для обеспечения оптимального функционирования колонна жестко закреплена, а верхняя матрица содержит расточку для приема верхней части колонны. В частности, отверстие, выполненное в верхней матрице, содержит центрирующий конус.
Изобретение касается также способа штамповки молотом кольцевой детали, включающего в себя размещение кольцевой детали в оборудовании по изобретению в молоте, затем в ковке детали с помощью оборудования.
Заявителю известен документ DЕ 10356269, который касается пресса для тиксотропного формования металла в жидком или пастообразном состоянии. В варианте реализации колонна, размещенная в центре кольцевой формируемой детали, взаимодействует с уплотнительными элементами для удержания металла в процессе деформации. Колонна в этом типе пресса не выполняет ни функции направления, ни удержания детали, так как не происходит никакого подскока, а скорости перемещения являются весьма низкими, меньшими 0,1 м/сек.
В дальнейшем изобретение поясняется нижеследующим описанием, не являющимся ограничительным со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:
фиг.1 схематично изображает молот;
фиг.2 изображает в разрезе оборудование по изобретению с нижней матрицей и верхней матрицей, в которых выполнено центральное отверстие для соответствующего размещения и направления центрирующей колонны;
фиг.3 изображает оборудование по изобретению, установленное на молоте.
Как видно на фиг.1, молот 1 содержит нижний неподвижный корпус 2 и над ним верхний неподвижный корпус 3. На каждом корпусе закреплено оборудование. Нижнее оборудование 20 содержит держатель вкладыша 21 и вкладыш или матрицу 22. Верхнее оборудование 30 содержит держатель вкладыша 31 и вкладыш или матрицу 32. Матрицы съемно закреплены в своих соответствующих держателях вкладышей подвижно либо обоймой, либо клиньями. Обе матрицы 22 и 32 содержат каждая штампующую полость и образуют при их сведении объем получаемой детали. Соответствующий механизм обеспечивает перемещение двух держателей вкладышей, один в направлении к другому. Деталь E куется и принимает форму в полости штамповки. Колонны 34, установленные на верхнем держателе вкладыша, взаимодействуют с проточками 24, выполненными в нижнем держателе вкладыша для обеспечения центрирования обеих матриц относительно друг друга.
Оборудование в соответствии с изобретением изображено на фиг.2. На этом чертеже видны обе матрицы 122, 132, размещенные друг над другом: верхняя матрица 132 размещена над нижней матрицей 122. Обе матрицы выполнены в форме диска и имеют на поверхности углубленную кольцевую полость 122а и 132а соответственно. Обе полости 122а и 132а являются коаксиальными и образуют между собой кольцевую полость с осью Х-Х, перпендикулярной плоскости матричных дисков. Полость 122а-132а соответствует форме детали после того, как она будет выкована между двумя матрицами.
Обе матрицы имеют проточки в центре. Проточка 122b, проходящая через нижнюю матрицу 122, выполнена цилиндрической с радиусом R1 по оси Х-Х с расширением 122с радиусом R2>R1 в нижней части.
Проточка 132b, проходящая через верхнюю матрицу, выполнена цилиндрической с радиусом R', слегка превышающим R1. В нижней части матрицы проточка содержит расширяющуюся часть 132с, образующую центрирующий конус.
На чертеже колонна 140 введена в проточку 122b. Колонна содержит в нижней части буртик 140а, форма которого соответствует расточенной части 122с нижней матрицы. Колонна имеет диаметр 2R1 и ее высота Н определяется ожидаемым подскоком выковываемой детали.
Молот работает следующим образом. На фиг.3 изображена нижняя матрица 122, снабженная колонной 140 и содержащая в держателе вкладыш. Колонна 140 удерживается на месте буртиком, который закреплен неподвижно между вкладышем и дном держателя вкладыша.
Верхняя матрица 132 закреплена в верхнем держателе вкладыша напротив нижней матрицы. В этом положении проточка 132b находится в продолжение колонны 140. Верхний держатель вкладыша снабжен направляющими и центрирующими колоннами 134, которые взаимодействуют с проточками, выполненными в верхнем держателе вкладыша. Эти колонны предназначены для обеспечения точного позиционирования обеих матриц относительно друг друга в момент штамповки детали.
Заготовку Е размещают на нижней матрице в полости 122а и запускают механизм штамповки. Верхняя матрица перемещается относительно нижней матрицы. При перемещении верхней матрицы выступающая часть колонны входит в проточку 132b. Введение колонны 140 в проточку облегчается центрирующим конусом. Кроме того, для исключения нежелательного трения радиус проточки в верхней матрице выполнен большим, чем радиус колонны.
Скорость перемещения верхней матрицы составляет от 1 до 2 м/сек.
В результате прикладываемой энергии деталь принимает форму полостей 122а-132а. При этом же движении матрица поднимается, и деталь подскакивает на определенную высоту, которая зависит от механической энергии, которая была к ней приложена. Кольцевая деталь перемещается вверх и смещается вбок. Такое смещение блокируется выступающей частью колонны. Деталь возвращается в центральную зону нижней матрицы. Если деталь не упала в кольцевую полость 122а, оператор может легко подправить ее, точно поместив на место без всякого риска. Высота колонны достаточна, чтобы деталь не перескочила через нее.