УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИМПУЛЬСНОЙ ШТАМПОВКИ ДЕТАЛЕЙ ИЗ ТРУБЧАТЫХ ЗАГОТОВОК

Предполагаемая полезная модель относится к области обработки металлов давлением и может быть использована для штамповки полных деталей из трубчатых заготовок, например, сильфонов. Известны устройства, основанные на использовании давления газа, образующегося при сгорании горючих газовых смесей, в частности устройство для штамповки деталей из трубчатой заготовки, содержащее матрицу и камеру сгорания: (Степанов В.Г., Шавров И.А. «Высокоэнергетические импульсные методы обработки металлов» - Л.: Машиностроение, 1975. - с.63). Эти устройства отличаются простотой и компактностью, но имеют существенный недостаток, заключающийся в том, что очень трудно обеспечить надежное уплотнение между камерой сгорания и матрицей по стыку заготовки для предотвращения утечки топливной смеси, особенно при большом давлении топливной смеси.
К заявляемому объекту наиболее близким аналогом является устройство для импульсной штамповки, содержащее соосно размещенные матрицу и соприкасающуюся со штампуемой заготовкой рабочую камеру, сообщенную посредством перепускного клапана с камерой сгорания, снабженной средствами подачи и поджига топлива, а также клапаном для выпуска продуктов горения (авт. свид. СССР №1218548, М Кл. В21Д 26/08). В этом устройстве благодаря тому, что камера сгорания изолирована от штампуемой заготовки (при помощи перепускного канала), предотвращена утечка топливной смеси по стыку между заготовкой и матрицей.
Недостаток известного устройства для штамповки заключается в том, что оно малоэффективно для штамповки деталей из трубчатых заготовок.
При открытии перепускного клапана газ из камеры сгорания поступает в рабочую камеру и, воздействуя на заготовку, осуществляет процесс штамповки. При этом из-за быстротечности процесса штамповки заготовка в ходе штамповки существенно не нагревается, хотя на нее воздействует горячий газ температурой порядка 2000°С. Для деформирования трубчатой заготовки, имеющей невысокую температуру, требуется высокое давление. При этом значительная часть тепловой энергии газа, находящегося в камере сгорания практически не используется для нагрева штампуемой заготовки. Это снижает эффективность и ограничивает технологические возможности данного устройства для штамповки, а также снижает его экономичность.
Целью изобретения является повышение эффективности устройства для осуществления штамповки деталей из трубчатых заготовок.
Указанная цель достигается тем, что рабочая камера размещена внутри штампуемой трубчатой заготовки, а в крышке рабочей камеры выполнен сквозной канал, в котором установлен клапан для выпуска продуктов горения. Кроме того, рабочая камера образована в виде кольцевой полости, заключенной между внутренней поверхностью штампуемой заготовки и центральным телом, размещенным внутри этой заготовки.
Сущность предлагаемого технического решения поясняется чертежами. На фиг.1 представлен продольный разрез устройства, а на фиг.2 - поперечный разрез матрицы со штампуемой трубчатой заготовкой. Устройство содержит корпус 1 и основание 2, соединенные между собой стяжными колонками 3 и гайками 4. В корпусе 1 размещена камера сгорания 5 с перепускным клапаном 6, а также установлены впускной клапан 7 и свеча зажигания 8. Соосно перепускному клапану 6 установлен переходник 9, сопрягаемый с разъемной матрицей 10, состоящей из двух частей, стянутых между собой с помощью бандажей 11 и болтов 12 (см. фиг.2). Матрица 10 размещена между переходником 9 и крышкой 13, установленной на диске 14, опирающейся на гайку 15. Диск 14 выполнен из антифрикционного материала и служит в качестве подшипника. Гайка 15 сопряжена с винтом 16, который закреплен на основании 2 с помощью гайки 17. В крышке 13 выполнен сквозной канал 18, на конце которого установлен выпускной клапан 19. Переходник 9 и крышка 13 снабжены уплотнениями 20, 21. Штампуемая трубчатая заготовка 22 размещается в полости матрицы 10. Внутри трубчатой заготовки 22 установлено центральное тело 23. Кольцевая полость 24, расположенная между заготовкой 22 и центральным телом 23, является рабочей камерой данного устройства. В нижней части центрального тела 23 выполнен паз 25, соединяющий рабочую камеру с каналом 18. В зависимости от длины изготавливаемой детали расстояние между переходником 9 и крышкой 14 регулируется гайкой 15.
Работа устройства осуществляется следующим образом. Камера сгорания 5 через впускной клапан 7 наполняется топливной смесью, например, смесью природного газа и сжатого воздуха. Затем эта смесь с помощью свечи 8 поджигается. В результате сгорания топливной смеси давление и температура в камере сгорания резко повышаются. При открытии перепускного клапана 6 продукты сгорания, температура которых достигает порядка 2000…2500°С, из камеры сгорания 5 поступают в рабочую камеру 24 и, воздействуя на заготовку 23, деформируют ее. При этом заготовка не заполняет всю полость матрицы 10. Через небольшой промежуток времени, порядка 0,5…1 с, открывается выпускной клапан 19. При этом вся масса продуктов сгорания, находящаяся в камере сгорания 5, вначале перетекает в рабочую камеру 24, а затем через паз 25 и канал 18 вытекает в окружающую среду. Благодаря этому штампуемая заготовка 22 подвергается воздействию всей массы продуктов горения и интенсивно нагревается. При этом вследствие малости ширины рабочей камеры 24, т.е. из-за малости зазора между заготовкой 22 и центральным телом 23, газовый поток имеет высокую скорость, что существенно интенсифицирует теплоотдачу от газового потока к заготовке. Температура заготовки интенсивно повышается, что облегчает ее деформирование и заполнение полости матрицы 10. После окончания выпуска продуктов сгорания перепускной клапан 6 и выпускной клапан 19 закрываются. Затем камера сгорания 5 через впускной клапан 7 вновь наполняется топливной смесью. Далее вышеописанный рабочий цикл повторяется. Так производится несколько рабочих циклов, пока заготовка 22 не нагреется до необходимой температуры и не заполнит всей полости матрицы. Процесс штамповки детали завершается на последнем рабочем цикле.
После осуществления процесса штамповки вращением гайки 15 матрицу 10 опускают вниз. Затем матрицу 10 разбирают и извлекают из нее изготовленную деталь. После этого матрицу 10 вновь собирают, в нее устанавливают новую заготовку и центральное тело. Затем матрицу с заготовкой и центральным телом устанавливают на крышке 13 и вращением гайки 15 прижимают ее к переходнику 9. Далее, аналогично описанному, производится изготовление следующей детали.
В предложенном устройстве благодаря последовательному нагреву заготовки в течение нескольких рабочих циклов процесс штамповки осуществляется в горячем состоянии заготовки. При этом пластичность заготовки многократно повышается, а ее предел текучести снижается примерно в 10 раз. Это существенно расширяет технологические возможности устройства: можно штамповать детали сложной формы, а также детали из труднодеформируемых материалов, либо из заготовок, имеющих большую толщину. Кроме того, для нагрева заготовки используется тепловая энергия всей массы продуктов горения, что повышает экономичность устройства.