Способ и устройство для формоизменения оболочки из труднодеформируемого материала магнитно-импульсной штамповкой
METHOD AND DEVICE FOR DEFORMATION OF SHELL FROM DIFFICULT-TO-FORM MATERIAL WITH MAGNETIC PULSE STAMPING

Изобретение относится к обработке металлов давлением импульсным магнитным полем металлических оболочек по схеме «обжим».
Технологические возможности магнитно-импульсной обработки металлов (МОИМ) непосредственно воздействием импульсным магнитным полем ограничены электропроводностью материала, его пластическими свойствами и мощностью магнитно-импульсных установок. Обычно МИОМ по схеме «обжим» используют при формоизменении металлических оболочек из алюминиевых сплавов, сплавов на основе меди и малоуглеродистой стали. В настоящее время в отраслях машиностроения нашли широкое применение металлические оболочки из материалов с низкой электропроводностью или малой пластичностью при нормальной температуре, например оболочки из нержавеющих или титановых сплавов.
Для обжима металлических оболочек способом магнитно-импульсной штамповки используются устройства, приведенные в (Ковка и штамповка: Справочник: В 4 т. Т. 4. Листовая штамповка / Под общ. Ред. С.С. Яковлева: ред. совет: Е.И. Семенов (пред.) и др. - 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 2010. 732 с., см. стр. 356, 357, рис. 6 и рис. 8). Устройства имеют токоподводы, межвитковую изоляцию, изолирующую втулку, спираль индуктора, бандаж, крепежные элементы. Недостатком известных устройств является ограниченность их использования только для металлических оболочек из пластичных металлов, имеющих высокую электропроводность.
Известно устройство для магнитно-импульсной обработки цилиндрических деталей, принятое за прототип (патент N 21103420), содержащее размещенные между опорными пластинами цилиндрический индуктор, соосно установленную с индуктором втулку из упругого материала и размещенный между ними метаемый элемент цилиндрической формы, в котором с целью повышения точности изготавливаемых деталей оно снабжено кольцевым формообразующим инструментом, установленным в контакте с упругой втулкой со стороны, обращенной к оболочке, и изготовленным составным из отдельных кольцевых сегментов, подпружиненных друг к другу в окружном направлении, а в опорных пластинах выполнены радиальные пазы для установки кольцевых сегментов формообразующего инструмента.
Известное устройство, имея спутник многоразового использования, не позволяет производить формоизменение металлических оболочек из материалов с низкими пластическими свойствами при нормальной температуре, например из титановых сплавов.
Задачей предлагаемого изобретения является расширение технологических возможностей устройства для магнитно-импульсной обработки труднодеформируемых материалов путем обжима оболочек при нормальной и повышенных температурах независимо от их электропроводности.
Для решения поставленной задачи предлагается устройство для формоизменения оболочки из труднодеформируемого материала магнитно-импульсной штамповкой, содержащее опорные пластины с радиальными пазами, установленный между ними цилиндрический индуктор, соосно закрепленную с индуктором втулку из упругого материала и размещенный между ними метаемый элемент цилиндрической формы, кольцевой формообразующий инструмент, установленный в контакте с упругой втулкой и со стороны, обращенной к оболочке, выполненный составным из отдельных кольцевых сегментов, подпружиненных друг к другу в окружном направлении, при этом оно снабжено двумя медными кольцевыми электродами, нижней плитой из электроизоляционного материала, при этом опорные кольцевые пластины выполнены с запрессованными в них кольцами из термостойкого материала для фиксации в них оболочки, одна из опорных кольцевых пластин закреплена в упомянутой нижней плите, а другая опорная кольцевая пластина выполнена с вмонтированной в нее осью из электроизоляционного материала, при этом один электрод закреплен на упомянутой нижней плите, а второй установлен с возможностью вращения на упомянутой оси и перемещения по ней, причем упругая втулка выполнена из термостойкого материала.
На фиг. 1 показано устройство для осуществления способа магнитно-импульсной штамповки металлической оболочки из труднодеформируемого материала с низкой электропроводностью перед началом формоизменения и после обжима.
На фиг. 2 вид сверху без верхней части устройства.
Устройство содержит электрод 2, установленный в нижней плите 3 из электроизоляционного материала, опорные кольцевые пластины 4 и 9 с радиальными пазами, обойму 5, в которой смонтирован индуктор 7, покрытый изоляцией 6, метаемый элемент 8 (многоразовый спутник). Метаемый элемент 8 выполнен контактирующим с упругой втулкой 1 0 из термостойкого материала. Термостойкая втулка 10 контактирует с кольцевым разъемным инструментом в виде кольцевых сегментов 11, между которыми в окружном направлении смонтированы пружины 16. На верхней опорной кольцевой пластине 9 закреплена ось 15 из электроизоляционного материала, на оси установлена пружина 14 и второй электрод 13. На кольцевых опорных пластинах 4 и 9 запрессованы термоизолирующие кольца 12, предохраняющие от нагрева опорные кольцевые пластины 4 и 9.
Устройство работает следующим образом. В исходном положении верхний электрод 13 отведен в сторону. Трубную оболочку 1 устанавливают в устройство и базируют торцом по нижнему электроду 2. Поворотом по оси 15 подводят ко второму торцу трубной оболочки электрод 13 и оба электрода плотно прижимают к торцам оболочки 1 пружиной 14, обеспечивая электрический контакт с оболочкой 1. При установке оболочки 1 в устройстве кольцевой формоизменяющий инструмент под действием пружин 16 находится в виде разъединенных кольцевых сегментов 11, которые своей внешней поверхностью плотно контактируют с термостойкой упругой втулкой 10. Упругая втулка 10 воздействует на метаемый элемент 8, прижимает его к поверхности изоляции 6 индуктора 7. При этом формоизменяющий инструмент 11 может не находиться в непосредственном контакте с поверхностью оболочки 1. После включения установки для электроконтактного нагрева (не показана) и магнитно-импульсной установки (не показана), одновременно осуществляют нагрев оболочки 1 и зарядку батарей конденсаторов магнитно-импульсной установки. При достижении заданной температуры нагрева осуществляется разряд генератора импульсных токов магнитно-импульсной установки и возникает электромагнитное поле вокруг индуктора 7 и наведенное электромагнитное поле на метаемом элементе 8. Взаимодействие электромагнитных полей создает силу отталкивания, и метаемый элемент 8 отталкивается от индуктора 7, упруго деформируется в радиальном направлении к оболочке 1. Упругая деформация в метаемом элементе возникает благодаря тому, что его конструкция представляет втулку, разрезанную по образующей с концами, уложенными внахлест. Эти концы перемещаются по поверхности втулки и обеспечивают замкнутость электрического контура во втулке 8. Метаемый элемент 8 воздействует на термостойкую втулку 10 аналогичной конструкции, которая упруго деформируется и приводит в движение кольцевые сегменты 11, которые перемещаются в радиальном направлении и производят обжим оболочки 1. Размеры обжатого участка оболочки 1 будут определяться размерами кольцевого формообразующего инструмента, соответствующего положению кольцевых сегментов 11 в их сомкнутом состоянии. При этом пружины 16, расположенные между кольцевыми сегментами 11, сжимаются. После окончания электромагнитного воздействия под действием пружин 16 кольцевые сегменты 11 возвращаются вместе с метаемым элементом 8 и термостойкой втулкой 10 в исходное положение, а оболочка 1 удаляется из устройства после отвода электрода 13 в сторону.
Таким образом, предлагаемое устройство расширяет технологические возможности магнитно-импульсной штамповки на деформирование оболочек из пластичных материалов с любой электропроводностью при нормальной температуре, а также малопластичных материалов, пластические свойства которых увеличиваются при нагреве электроконтактным способом. Одновременно на порядок увеличилась производительность штамповки с использованием магнитно-импульсной штамповки по сравнению с изотермической штамповкой на прессовом оборудовании.