Устройство для листовой штамповки взрывом газовых смесей

Предполагаемая полезная модель относится к области обработки материалов давлением и может быть использована для штамповки деталей из листового материала, преимущественно, в малосерийном и опытном производствах.
Известны устройства для листовой штамповки, содержащие камеру сгорания и матрицу, между которыми располагается штампуемая заготовка (Степанов В.Г., Шавров И.А. Высокоэнергетические импульсные методы обработки металлов. Л.: Машиностроение, 1975. - С. 63). В этих устройствах процесс штамповки осуществляется под действием давления газа, образующегося при сгорании горючих газовых смесей, например природного газа и кислорода.
К заявленному объекту наиболее близким аналогом является устройство для листовой штамповки взрывом газовых смесей, содержащее соосно установленные матрицу с внутренней полостью и камеру сгорания, снабженные средствами для подачи и зажигания газовой смеси и выпуска продуктов сгорания, а также охватывающую внутреннюю полость матрицы кольцевую полость, в которой размещен кольцевой поршень, взаимодействующий со штампуемой заготовкой (патент на полезную модель №98954, МПК В21Д 22/00). В этом устройстве горение газовой смеси осуществляется в камере сгорания и в полости матрицы. Это позволяет нагреть листовую заготовку и осуществить процесс штамповки в горячем состоянии заготовки, что повышает ее пластичность.
Недостаток известного устройства заключается в следующем. Давление горючей газовой смеси в камере сгорания и в полости матрицы не превышает 2 МПа. При большем значении давления существенно затрудняется герметизация камеры сгорания и полости матрицы в период наполнения их компонентами горючей смеси. При сгорании этой смеси давление повышается в 7…8 раз. Таким образом, максимальное давление продуктов сгорания, осуществляющих процесс штамповки, составляет 14…16 МПа, а температура - 2000…2200°С. Это давление обеспечивает штамповку деталей сравнительно небольшой толщины, в частности стальных деталей толщиной до 1,5…2,0 мм. Это ограничивает технологические возможности устройства.
Целью полезной модели является расширение технологических возможностей устройства.
Технический результат полезной модели заключается в том, что устройство для штамповки взрывом газовых смесей содержит соосно установленные матрицу с внутренней полостью и камеру сгорания, снабженные средствами подачи и зажигания газовой смеси и выпуска продуктов сгорания, причем камера сгорания выполнена виде двухступенчатого цилиндра, первая ступень которого расположена со стороны средства зажигания, а вторая ступень с большим диаметром обращена в сторону матрицы и в ней перпендикулярно оси камеры сгорания установлен диск, закрепленный на торце подвижного штока, противоположный торец которого расположен вне камеры сгорания, при этом диаметр диска превышает диаметр первой ступени камеры сгорания.
Предложенное устройство схематично представлено на фиг. 1 и 2: на фиг. 1 в исходном положении, а на фиг.2 в момент окончания процесса сгорания в камере сгорания. Устройство содержит матрицу 1 с внутренней полостью 2 и корпус 3, соединенные между собой болтами 4 и гайками 5. В корпусе 3 соосно матрице 1 размещена двухступенчатая камера сгорания, первая ступень 6 которой имеет меньший диаметр, а вторая ступень 7 имеет больший диаметр. В корпусе 3 со стороны первой ступени 6 камеры сгорания установлены впускной 8, выпускной клапан 9 и свечи зажигания 10. Матрица 1 снабжена впускным клапаном 11, выпускным клапаном 12 и свечей зажигания 13. Во второй ступени камеры сгорания, т.е. в полости 7, установлен диск 14, закрепленный на торце подвижного штока 15. Противоположный торец штока расположен вне камеры сгорания. Диаметр диска 14 превышает диаметр первой ступени камеры сгорания, т.е. диаметр полости 6. В диске 14 и штоке 15 имеется сквозной канал 16, на конце которого установлен выпускной клапан 17. В матрице 1 выполнена кольцевая полость 18, в которой установлен кольцевой поршень 19. Для подвода в полость 18 рабочей жидкости имеется канал 20. Штампуемая заготовка 21 располагается между кольцевым поршнем 19 и корпусом 3.
Работа устройства осуществляется следующим образом. Через канал 20 в кольцевую полость 18 подается под давлением жидкость. При этом кольцевой поршень 19 производит зажим фланцевой части заготовки 21, что обеспечивает герметичность полости 2 матрицы 1 и полостей 6 и 7 камеры сгорания. После этого через впускные клапаны 8 и 11 в полости 6 и 7 камеры сгорания и полость 2 матрицы 1 подается горючий газ, например природный газ, а затем подается сжатый воздух. В результате этого в полостях матрицы и камеры сгорания образуются топливные смеси. Затем при помощи свечи 10 и 13 топливные смеси поджигаются. При сгорании топливной смеси в полости 2 матрицы 1 давление увеличивается в 7…8 раз. Одновременно с этим горение происходит и в полости 6 камеры сгорания. При этом по мере перемещения фронта пламени в направлении диска 14, часть топливной смеси вытесняется из полости 6 в полость 7. В результате этого к моменту достижения фронта пламени полости 7 давление топливной смеси в ней увеличивается в 2,5…3 раза. При сгорании этой смеси происходит резкое увеличение давления в полости 7, и под действием этого давления диск 14 со штоком 15 перемещается вверх и перекрывает полость 6, предотвращая утечку газа из полости 7 в полость 6. В результате сгорания топливной смеси давление в полости 7 увеличивается в 6…7 раз. Таким образом, благодаря предварительному сжатию топливной смеси и ее сгоранию давление в полости 7 увеличивается в 15…20 раз. Поэтому давление в полости 7 становится в 2…3 раза выше давления продуктов сгорания в полости 2 матрица 1. Под действием разности давлений заготовка 21 деформируется в направлении матрицы 1 (фиг. 2). При этом давление в полости 7 снижается, а в полости 2 повышается. Вследствие этого деформация заготовки 21 прекращается. Одновременно с этим происходит интенсивный нагрев заготовки 21 под воздействием продуктов сгорания, находящихся в полостях 2 и 7. При достижении температуры заготовки 21 заданной величины открывается выпускной клапан 12, и продукты сгорания выпускаются из полости 2 матрицы 1. При этом под действием давления продуктов сгорания, находящихся в полости 7, заготовка 21 деформируется и заполняет полость 2 матрицы 1, т.е. осуществляется процесс штамповки. Затем открываются выпускные клапаны 9 и 17, и продукты сгорания выпускаются из полостей 6 и 7 камеры сгорания. После этого диск 14 со штоком 15 под действием сил тяжести опускается в исходное положение. Затем, отвинтив гайки 5, корпус 3 отсоединяется от матрицы 1, и отштампованная деталь извлекается из полости матрицы 1. После этого на поверхность кольцевого поршней 19 устанавливается новая заготовка, и корпус 3 присоединяется к матрице 1. Далее рабочий цикл устройства повторяется в той же последовательности.
По сравнению с известным устройством в данном устройстве, благодаря предварительному сжатию топливной смеси, давление на поверхности штампуемой заготовки в 2…3 раза выше. Это дает возможность штамповать детали значительно большей толщины, а также детали сложной формы, что существенно расширяет технологические возможности устройства.