Устройство для листовой штамповки с камерой пульсирующего горения

Полезная модель относится к области обработки материалов давлением и предназначена для штамповки деталей из листовой заготовки. Она может быть использована и в энергетике для получения продуктов сгорания высокого давления.
Известны камеры сгорания, использующиеся в устройствах для обработки материалов давлением, в частности для листовой штамповки. В этих устройствах процесс штамповки осуществляется под действием давления газа, образующегося при сгорании топливной смеси в камере сгорания (Степанов В.Г., Шавров И.А. Высокоэнергетические импульсные методы обработки металлов. - Л.: Машиностроение, 1975. - с. 59-69). В этих устройствах давление во всем объеме камеры сгорания одинаковое, и это существенно снижает импульс давления на штампуемую заготовку.
К заявляемому объекту наиболее близким аналогом является камера пульсирующего горения, содержащая корпус, разделенный по длине перегородками на несколько замкнутых полостей, соединенных между собой каналами, в которых установлены обратные клапаны, и средства для подачи и зажигания топливной смеси, установленные в первой полости, выпускной клапан для удаления продуктов горения, соединенный каналом с последней полостью, а также соединенный с корпусом матрицедержатель с матрицей для обработки листового материала (патент на полезную модель №83953, МПК B21D 26/08).
Данные устройства имеет следующий недостаток. При сгорании топливной смеси в последней полости камеры сгорания устройства, то есть полости, примыкающей к штампуемой заготовке, давления в ней многократно увеличивается. Это давление, стремясь оторвать матрицу от корпуса, вызывает растяжение болтов, соединяющих матрицу с корпусом. При определенной величине растяжения болтов образуется зазор между торцом корпуса и обрабатываемой заготовкой, что вызывает утечку продуктов сгорания из этой полости. Это ограничивает величину максимального давления продуктов сгорания, действующего на штампуемую заготовку, что обуславливает ограничение технологических возможностей данного устройства.
Технической задачей полезной модели является расширение технологических возможностей штамповочного устройства путем увеличения давления газа, действующего на поверхность обрабатываемой заготовки.
Технологический результат полезной модели достигается тем, что в устройстве для листовой штамповки с камерой пульсирующего горения, содержащей корпус, разделенный по длине перегородками на несколько замкнутых полостей, соединенных между собой каналами, в которых установлены обратные клапаны, и средства для подачи и зажигания топливной смеси, установленные в первой полости, и выпускной клапан для удаления продуктов горения, соединенный каналом с последней полостью, а также соединенной с корпусом матрицедержатель с матрицей для обработки листового материала, на торце корпуса выполнена кольцевая полость, охватывающая упомянутую последнюю полость, в которой установлен кольцевой поршень, взаимодействующий с обрабатываемой заготовкой, при этом кольцевая полость сообщена каналом с предпоследней полостью камеры сгорания.
Предлагаемое устройство представлено на рисунке. Устройство содержит корпус 1 и матрицедержатель 2, стянутые между собой при помощи фланца 3 и болтов 4 с гайками 5. В корпусе 1 расположена камера сгорания, разделенная по длине перегородками на замкнутые полости 6, 7, 8 и 9, соединенные между собой каналами 10, 11, 12 в которых установлены обратные клапаны 13, 14, 15. Первая полость 6 снабжена впускным клапаном 16 и свечой зажигания 17. Последняя полость 9 соединена с выпускным клапаном 18 каналом 19. В матрицедержателе 2 расположена матрица 20. На торце корпуса 1 выполнена кольцевая полость 21, охватывающая последнюю полость 9, в которой установлен кольцевой поршень 22, снабженный уплотнением 23. Кольцевая полость 21 сообщена каналам 24 с предпоследней полостью 8. Обрабатываемая листовая заготовка 25 располагается между матрицей 20 и кольцевым поршнем 22.
Работа устройства осуществляется следующим образом. В полость 6 через впускной клапан 16 подается топливная смесь. При этом через каналы 10, 11, 12 топливная смесь поступает и в полости 7, 8, 9. Затем топливная смесь в полости 6 с помощью свечи 17 поджигается. В процессе горения смеси давление в полости 6 повышается. Благодаря этому часть топливной смеси из полости 6 перетекает в полость 7, а затем в полости 8 и 9. К моменту достижения фронта пламени канала 10 давление в полостях 7, 8, 9 значительно повышается. При проникновении пламени через канал 10 начинается горение топливной смеси в полости 7. Давление в этой полости повышается. При этом обратный клапан 13 закрывается, предотвращая перетекание продуктов сгорания в полость 6. Часть топливной смеси из полости 7 перетекает в полость 8, затем в полость 9, и давление в этих полостях повышается. При проникновении пламени через канал 11 в полости 8 начинается горение топливной смеси в ней, что вызывает интенсивное повышение давления. При этом давление газа из полости 8 через канал 24 передается и в кольцевую полость 21, что обеспечивает надежное прижатие кольцевого поршня 22 к штампуемой заготовке 25, предотвращая утечку газа из полости 9.
При проникновении пламени из полости 8 через канал 12 в полость 9 происходит интенсивное сгорание топливной смеси в ней, сопровождающееся резким повышением давления, что обеспечивает закрытие обратного клапана 15. Давление в полости 9 многократно увеличивается. Под действием этого давления заготовка 25 деформируется и заполняет полость матрицы 20 - осуществляется процесс штамповки.
В процессе штамповки кольцевой поршень 22 под действием давления газа, находящегося в кольцевой полости 21, осуществляет прижим фланцевой части заготовки 25. Давление в кольцевой полости 21, равное давлению в полости 8, значительно меньше давления в полости 9. Однако площадь поверхности торца кольцевого поршня 22 во много раз больше площади торцевой части кольцевого поршня 22, охватываемой уплотнением 23. Благодаря этому кольцевой поршень 22 обеспечивает надежное прижатие фланцевой части заготовки 25, что предотвращает гофрообразование на заготовке в процессе штамповки, а также утечку газа из полости 9.
После завершения процесса штамповки открывается выпускной клапан 18. При этом продукты сгорания выпускаются из полостей 9, 8, 7, 6. Затем, отвинтив гайки 5, матрицедержатель 2 соединяют от корпуса 1 и из полости матрицы 20 извлекают отштампованную деталь. Затем на матрицу устанавливает новую заготовку, после чего матрицедержатель 2 с матрицей 20 присоединяют к корпусу 1. Далее рабочий цикл устройства повторяется в той же последовательности.
В данном устройстве в отличие от известного устройства растяжение болтов, соединяющих матрицу с корпусом, не может вызвать утечку газа из полости, примыкающей к штампуемой заготовке. Благодаря этому максимальное давление газа, действующее на поверхность заготовки, не ограничено деформацией болтов. Это дает возможность значительно увеличить давление газа на поверхности штампуемой заготовки путем повышения начального давления топливной смеси, что позволяет существенно расширить технологические возможности данного устройства для штамповки, в частности штамповать детали значительно большей толщины.