Устройство для импульсной штамповки деталей из трубчатых заготовок

Предполагаемая полезная модель относится к области обработки металлов давлением и может быть использована для штамповки полых деталей из трубчатых заготовок.
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 заявленному объекту наиболее близким аналогом является устройство для импульсной штамповки деталей из трубчатых заготовок, содержащая соосно размещенные матрицу и рабочую камеру, сообщенную посредством перепускного клапана с камерой сгорания, снабженной средствами подачи и поджига топлива, причем рабочая камера размещена внутри трубчатой заготовки, а в крышке рабочей камеры со стороны противоположной к камере сгорания выполнен сквозной канал, в котором установлен клапан для выпуска продуктов сгорания (патент РФ на полезную модель №84273 МПК В21Д 26/08). В данном устройстве процесс штамповки осуществляется воздействием на внутреннюю поверхность трубной заготовки горячего газа, поступающего из камеры сгорания. В данном устройстве упомянутая крышка рабочей камеры также служит опорой для матрицы, в которой установлена трубчатая заготовка. Процесс штамповки осуществляется воздействием на внутреннюю поверхность трубчатой заготовки продуктов сгорания, поступающих из камеры сгорания. При этом, благодаря связи крышки рабочей камеры с корпусом камеры сгорания, осевое усилие, возникающее от действия давления продуктов сгорания, замыкается в самой конструкции устройства и не передается на его фундамент.
Недостаток известного устройства заключается в следующем. Процесс штамповки осуществляется под действием давления газа на внутреннюю поверхность трубчатой заготовки. При этом под давлением газа заготовка деформируется в радиальном направлении, то есть происходит раздача трубчатой заготовки, которая сопровождается ее утонением. Таким образом, заполнение полости матрицы происходит в основном за счет утонения трубчатой заготовки, что препятствует значительному увеличению ее диаметра. Это ограничивает технологические возможности данного устройства.
Технической задачей полезной модели является расширение технологических возможностей устройства для штамповки деталей из трубчатых заготовок.
Технический результат полезной модели достигается тем, что устройство для импульсной штамповки деталей из трубчатых заготовок содержит соосно размещенные матрицу и рабочую камеру, сообщенную с камерой сгорания, снабженной средствами подачи и поджига топлива, причем рабочая камера размещена внутри трубчатой заготовки, а матрица установлена на опоре, связанной с корпусом камеры сгорания. Кроме того в опоре матрицы выполнена цилиндрическая полость, в которой размещены эластичный диск и установленные на нем поршень и охватывающая его втулка, взаимодействующая с торцом трубчатой заготовки, причем свободный конец поршня, обращенный в сторону камеры сгорания, расположен внутри трубчатой заготовки и сопряжен с ее внутренней поверхностью.
Предлагаемое устройство, показано на фиг. 1, 2 и 3, где на фиг. 1 представлен продольный разрез устройства перед началом процесса штамповки, на фиг. 2 - поперечный его разрез, а на фиг. 3 устройство показано в период совершения процесса штамповки.
Устройство содержит корпус 1 и основание 2, соединенные между собой при помощи стяжных колонн 3 и гаек 4. В корпусе 1 расположена камера сгорания 5, которая снабжена впускным клапаном 6, свечей зажигания 7 и выпускным клапаном 8. На корпусе 1 соосно камере сгорания 5 закреплен переходник 9 с осевым сквозным отверстием 10. На основании 2 при помощи гайки 11 закреплен соосно камере сгорания 5 винт 12, к которому присоединена круглая гайка 13. Для вращения гайки 13 в нем выполнены отверстия 14. Над гайкой 13 соосно камере сгорания 5 расположена опора 15, причем между ними помещен тонкий диск 16, выполненный из антифрикционного материала. Диск 16 служит в качестве подшипника скольжения. Благодаря его наличию при вращении гайки 13 опора 15 совершает только осевое перемещение. В опоре 15 выполнена цилиндрическая полость 17, на дне которой расположен эластичный диск 18, выполненный, например, из резины. На диске 18 установлены поршень 19 и охватывающая его втулка 20. Между переходником 9 и опорой 15 соосно камере сгорания 5 расположена разъемная матрица 21, состоящая из двух частей, соединенных между собой при помощи бандажей 22. Обе части матрицы 21 при сборе образуют замкнутую полость 23. На переходнике 9 установлены уплотнения 24 и 25. Поршень 19 также снабжен уплотнением 26. Штампуемая трубчатая заготовка 27 располагается внутри матрицы 21, при этом один ее конец сопрягается с цилиндрическим выступом переходника 9, а другой ее конец сопрягается с поршнем 19. Внутренняя полость 28 заготовки 27 используется в качестве рабочей камеры данного устройства. Соединение частей матрицы 21 осуществляется при помощи бандажей 22, болтов 29 и гаек 30 (фиг. 2).
Положение опоры 15 регулируется вращением гайки 13. Матрица 21 с заготовкой 27 устанавливается на опору 15 в крайне нижнем его положении. Затем при вращении гайки 13 опора 15 вместе с матрицей 21 перемещается вверх до соприкосновения торца матрицы 21 с переходником 9. Это положение матрицы 21 показано на фиг. 1.
Работа устройства осуществляется следующим образом. Через впускной клапан 6 в камеру сгорания 5 подается горючий газ. Из камеры сгорания 5 газ через канал 10 поступает и в рабочую камеру 28. Затем через впускной клапан 6 подается сжатый воздух, в результате чего в камере сгорания 5 и рабочей камере 28 образуется топливная смесь. При помощи свечи 7 топливная смесь поджигается. В результате сгорания топливной смеси давление в камере сгорания 5 и рабочей камере 28 многократно увеличивается. Температура продуктов сгорания достигает 2000…2200°С. Под воздействием продуктов сгорания заготовка 27 интенсивно нагревается, что повышает ее пластичность и снижает ее прочность. Под действием давления продуктов сгорания заготовка 27 начинает деформироваться в радиальном направлении. Одновременно под действием давления продуктов сгорания поршень 19 перемещается и сжимает эластичный диск 18. При этом под действием давления периферийной части эластичного диска 18 втулка 20 перемещается в обратном направлении и сжимает заготовку 27 в осевом направлении, что вызывает деформацию заготовки 27 в осевом направлении (фиг. 3). Под действием радиальной и осевой нагрузок заготовка 27 деформируется и заполняет полость 23 матрицы 21 - осуществляется процесс штамповки.
После завершения процесса штамповки открывается выпускной клапан 8 и продукты сгорания из камеры сгорания 5 и рабочей камеры 28 выпускаются. Затем при вращении гайки 13 опора 15 вместе с матрицей 21 под действием сил веса опускается в нижнее положение. После этого матрица 21 снимается с опоры 15 и из нее извлекается отштампованное изделие. Затем на опору 15 устанавливается матрица 21 с новой заготовкой, после чего опора 15 с матрицей перемещается в верхнее положение. Далее рабочий цикл устройства повторяется в той же последовательности.
В предложенном устройстве в отличие от известного устройства под действием давления продуктов сгорания заготовка деформируется не только в радиальном направлении, но и в осевом направлении. Таким образом, в процессе штамповки увеличение диаметра трубчатой заготовки сопровождается уменьшением ее длины. Благодаря этому существенно снижается утонение заготовки, и это дает возможность значительно увеличить степень раздачи заготовки, то есть получать детали значительно большего диаметра.