УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕССОВАНИЯ ПОЛЫХ ДЕТАЛЕЙ

Полезная модель относится к обработке металлов давлением, а именно к конструкциям штампов, используемых для холодной штамповки обратным выдавливанием деталей, имеющих глухую, внутреннюю полость, и может быть использована для прессования полых изделий из металлов и порошкового материала.
Известно устройство для обратного выдавливания деталей типа стакана, содержащее связанные между собой верхнюю плиту, в которой закреплен рабочий пуансон, имеющий калибрующий поясок, и корпус, в котором соосно рабочему пуансону установлены бандаж с матрицей, имеющей внутреннюю фасонную полость, прокладка, в которой расположен упорный ступенчатый пуансон и вкладыш с выталкивателем (Фаворский В.Е. «Холодная штамповка выдавливанием», М. - Л., «Машиностроение», 1966 г., с. 38, рис. 27).
Недостатком данного устройства является отсутствие возможности ориентации заготовки, имеющей цилиндрическую форму, по оси рабочего пуансона, когда матрица имеет фасонную (некруглую) форму внутренней полости, что приводит к нарушению процесса выдавливания и не обеспечивается требуемая точность и качество получаемых деталей. Недостатком также является то, что детали, имеющие фасонную (некруглую) наружную поверхность, получаются разновысотными по своему периметру, так как зазор между внутренней полостью матрицы и калибрующим пояском рабочего пуансона имеет разную ширину в различных радиальных сечениях, поэтому сопротивление течению металла в процессе выдавливания разная по окружности калибрующего пояска рабочего пуансона, что приводит к получению разновысотных деталей. В результате требуется последующая обработка стенок детали для получения одинаковой высоты, что снижает производительность и коэффициент использования металла и ограничивает технологические возможности устройства.
Известен штамп для обратного выдавливания деталей, содержащий связанные между собой верхнюю плиту, в которой закреплен рабочий пуансон, имеющий калибрующий поясок, и корпус, в котором соосно рабочему пуансону установлены бандаж с матрицей, имеющей внутреннюю полость, в которой расположен упорный ступенчатый пуансон и вкладыш с выталкивателем, при этом на верхней полости корпуса закреплена промежуточная плита с полостью, сосной рабочему пуансону, содержащая подпружиненные губки, установленные перпендикулярно оси ее полости, а внутренняя полость матрицы выполнена из верхней и нижней цилиндрических частей, где диаметр нижней цилиндрической части равен минимальному размеру ее верхней части и соответствующему диаметру упорного ступенчатого пуансона, установленного с возможностью взаимодействия с подпружиненным фиксатором, расположенным в прокладке и в корпусе перпендикулярно общей оси пуансонов, в то же время, высота калибрующего пояска рабочего пуансона выполнена пропорциональной радиальному зазору между его поверхностью верхней части и внутренней поверхностью полости матрицы в соответствующем радиальном сечении (Патент №25288, МПК B21D 22/06, дата выдача патента 2002.01.08, опуб. 27.09.2002. Заявка на полезную модель №2002100414/20, 08.01.2002).
Недостатком данного штампа является реализуемая конструкцией штампа схема прессования, заключающаяся в раздаче заготовки в сторону стенки матрицы при продавливании центральной части заготовки в условии двусторонней осадки. Данная схема не позволяет получать детали типа тонкостенного стакана с высотой стенки больше, чем исходная высота заготовки, что сужает технологические возможности штампа.
Технический результат полезной модели заключается в расширении технологических возможностей штампа при получении высоких тонкостенных оболочек (стаканов) за счет создания условия перемещения матрицы в направлении истечения металла, что позволяет снизить силу, действующую на верхний пуансон, на величину до 10% по сравнению с обратным выдавливанием без перемещения матрицы, а силу, действующую на нижний пуансон, приблизительно на 30%. Активные силы трения действуют не на всей поверхности контакта выдавленной стенки заготовки с матрицей, а только по высоте очага деформации.
Указанный технический результат достигается тем, что устройство для прессования полых деталей включает контейнер, матрицу и бандаж с верхним и нижним пуансонами, выталкивателем, новым является то, что верхний пунсон снабжен прижимной планкой, имеющей возможность вертикального перемещения вдоль его оси, фиксируемой упругим элементом, заключенным в короб, а нижний пуансон установлен на поршне, имеющем возможность упругого вертикального перемещения за счет регулятора давления, связанного каналами с выталкивателями - штоками, закрепленными с контейнером, удерживающим составную, из нескольких лепестков матрицу, при этом контейнер и составная матрица находятся в клиновом соединении, удерживающем матрицу при перемещении контейнера снизу вверх.
Сущность заявленной полезной модели иллюстрируется графическими материалами:
фиг. 1 - схема устройства, слева - исходное положение, расположение заготовки (этап №1), справа - момент завершения прессования цилиндрической оболочки (этап №2);
фиг. 2 - схема устройства, слева - момент извлечения верхнего пуансона, (этап №3), справа - момент отвода верхней плиты в крайне верхнее положение для освобождения доступа к матричной полости (этап №4);
фиг. 3 - схема устройства, слева - перемещение матрицы в крайне нижнее положение, раскрытие составной матрицы (этап №5), справа - извлечение отформованной детали из составной матрицы (этап №6);
фиг. 4 - внешний вид отформованных деталей.
Устройство для прессования полых деталей содержит нижнюю плиту 1, в которой расположено устройство регулирования давления - дроссель 2, среднюю плиту 3 с вертикальной цилиндрической полостью 4, вмещающей контейнер 5, имеющий внутреннюю коническую полость, в которой установлена трехлепестковая составная матрица 6.
Клиновой зажим контейнер 5 удерживает составную матрицу 6 от самопроизвольного смещения вниз относительно контейнера 5, который под действием штоков 7 имеет возможность перемещаться в вертикальном направлении.
Дроссель 2, регулятор давления, расположен в геометрическом центре нижней плиты 1 и предназначен для изменения направления течения материала заготовки 11 в сторону течения деформирования и фиксирует положение плунжера 8, размещенного в канале 9 средней плиты 3.
На верхнем торце плунжера 8 установлен нижний пуансон 10, который имеет возможность перемещаться внутри составной матрицы 6. На верхний торец нижнего пуансона 10 размещают заготовку 11, на котором после ее деформирования формируется нижняя поверхность детали 12.
Средняя плита 3 через направляющую колонку 13 и контактирующую с ней направляющую втулку 14 связана с верхней плитой 15, которая удерживает пуансон 16, формирующий внутреннюю полость детали 12.
Пуансон 16 крепится к верхней плите прижимной планкой 17. На стержне пуансона 16 установлен упругий элемент 18 (например, в виде пружины), фиксирующийся стаканом 19, на конце которого расположена прижимная планка 20.
Прижимная планка 20 вместе с упругим элементом 18 в начальный момент формообразования детали 12 фиксирует верхнюю плоскость заготовки 11 и обеспечивает съем с верхнего пуансона 16 отформованной детали 12.
В нижней плите 1 выполнены вертикальные 21 и радиальные 22 каналы, заполненные рабочей жидкостью 23.
В средней плите 3 выполнены вертикальные каналы 24, которые как и канал 9 средней плиты 3, заполняются рабочей жидкостью до манжет 25.
Вертикальные каналы 21 и 24 нижней 1 и средней 3 плит состыкованы и имеют общую ось, при этом в средней плите расположена манжета для недопущения прохождения рабочей жидкости в канал 9 средней плиты 3.
В нижней 1 и средней 3 плитах установлены регуляторы давлений 27, 28, соединенные трубопроводом с гидростанцией (поз. не обозначена).
В каналах 24 располагаются поршни 26, которые при подаче рабочей жидкости 23 со стороны дросселя 2 поднимают контейнер 5, который, в свою очередь, поднимает составную матрицу 6, а при подаче жидкости 23 со стороны средней плиты 3 опускает контейнер 5.
Устройство работает следующим образом.
Этап №1. Устройство устанавливают на гидравлический пресс усилием 4000 кН. Верхнюю плиту 15 закрепляют на ползуне пресса, нижнюю плиту 1 - на столе пресса. Среднюю 3 и нижнюю 1 плиты устройства через регуляторы давления 28, 27 подключают к гидростанции.
Во внутренние каналы 9, 21, 22, 24 заливают рабочую жидкость 23 и настраивают регуляторы давления 2, 27 и 28.
Контейнер 5 находится в крайнем верхнем положении, на плунжер 8 устанавливают нижний пуансон 10, на который укладывают заготовку 11 - литую металлическую или спеченный порошковый брикет (фиг. 1, этап №1).
Этап №2. Ползуном пресса опускают верхнюю плиту 15, и верхний пуансон 16 входит в составную матрицу 6 и вдавливается в заготовку 11, деформируя ее, при этом прижимная планка 20 перекрывает кольцевую полость составной матрицы 6, а плунжер 8 сжимает рабочую жидкость 23 и создает противодавление в канале 9.
Величина хода прижимной планки 20  равная величине хода верхней плиты 15  обеспечивает сжатие упругого элемента 18 на заданный уровень, способствующий съему отформованной детали 12 с рабочей части верхнего пуансона 16. Составная матрица 6 поднимается на величину  а плунжер 8 опускается на .
При заданном давлении регулятор давления - дроссель 2 открывает заслонку, и рабочая жидкость 23 поступает в нижние части каналов 21 и, через соединяющий их канал 22, воздействует на поршни 26 штоков 7, поднимая вверх контейнер 5, обеспечивая выдавливание материала заготовки 11 через кольцевой зазор, образованный рабочей головкой верхнего пуансона 16 и внутренней стенкой составной матрицы 6.
Регуляторы давлений 27, 28 нивелируют перепад давления в каналах 21, 22, 24 и 9 при срыве пропускной способности регулятора - дросселя 2, обеспечивающего снижение удельной силы выдавливания стенки детали путем исключения силы реактивного трения на поверхности контакта пластически деформируемой стенки заготовки 7.
В момент окончания прессования давление соответствует уровню, установленному на регуляторе - дросселе 2 (фиг. 1, этап №2).
Этап №3. Ползун пресса поднимают, и верхняя плита 15 извлекает верхний пуансон 16 из отформованной детали 12, зажатой усилием последействия в составной матрице 6, при этом прижимная планка 20, при помощи упругого элемента 18 удерживает отформованную деталь 12 в составной матрице 6, (фиг. 2, этап №3).
Этап №4. Ползун пресса поднимают до момента, когда высота между нижней 1 и верхней 15 плитами увеличивается на величину  и верхняя плита 15 занимает крайнее верхнее положение (открытая высота пресса) (фиг. 2, этап №4).
Этап №5. С гидростанции во внутренние каналы 24 через регулятор давления 28 подается жидкость 23, что приводит к повышению давления жидкости над поршнями 26, которые начинают перемещать штоки 7, а вместе с ними и контейнер 5 вниз
При перемещении штоками 7 контейнера 5 вниз составная матрица 6, какое-то время, вследствие наличия сил трения в контактной поверхности клинового зажима, перемещается вместе с контейнером 5. (фиг. 3, этап №5).
Этап №6. При дальнейшем перемещении контейнера 5 вниз наступает момент, когда силы трения, расположенные на наружной боковой цилиндрической поверхности детали 12, обусловленные упругим последействием деформирования, не будут превосходить силы трения в контактной поверхности клинового зажима. В этот момент трехсекционная составная матрица 6 раскрывается, между стенкой детали 12 и стенкой матрицы 6 образуется зазор А, а деталь 12 остается свободно лежать на нижнем пуансоне 10 (фиг. 3, этап №6).
После отключения электропитания пресса из раскрытой полости составной матрицы 6 пинцетом извлекают отформованную деталь 12. На фиг. 4 представлена деталь 12, полученная в представленном устройстве.
Пример. Изготовление корпуса форкамеры импульсной горелки (оболочки) габаритом. ∅60×4,5×70 мм. Исходное сырье с соотношением компонентов % мае: титан марки ПТМ - 25%, технический углерод 7,5%, остальное порошок жаропрочной стали Х37Ю7 дисперсностью менее 45 мкм.
Спрессованную в брикет (11) порошковую смесь, плотностью 75% теоретической, диаметром 60 мм и высотой 65 мм укладывают в матрицу (6) на нижней пуансон (10).
Опускают верхний пуансон (16) до контакта с брикетом - заготовкой (11) и после предварительного сжатия брикета (11), без снятия давления верхнего пуансона (16) на брикет (12), инициируют реакцию термосинтеза брикета (11) методом теплового взрыва. После прохождения синтеза горючих реагентов (Ti+С) на первой стадии деформирования (осадка синтетического продукта в процессе термосинтеза) производят компактирование синтетического СВС-продукта со скоростью 0,1-10 м/с, при давлении 0,01-0,1 МПа. На второй стадии деформирования (выдавливание стенки детали) давление на дроссель (2) составляло 50-500 МПа при скорости выдавливания стенки 0,001-0,01 м/с.
Относительная деформация продукта синтеза составляет 0,5-0,7. Основные свойства материала детали (12) превосходят твердый сплав ТН-40: прочность на изгиб 1500 МПа, твердость 87-91 HRA. Полученную деталь - корпус форкамеры импульсной горелки подвергают термообработке в вакуумной камере. Горелка предназначена для работы в условии окислительной среды с циклическим нагревом при температуре порядка 1200…1350°С. Структура и химический состав форкамеры позволяют импульсной горелке не испытывать во время нагрева горелки растягивающих напряжений, что обеспечивает стабильную работу жаростойкого стабилизатора подачи газа.
Устройство позволяет извлекать детали из матрицы без выпрессовки, что обеспечивает высокую стойкость прессового инструмента (пуансона, матрицы), а уменьшение времени нахождения готовой детали в устройстве влияет на повышение качества детали.