УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЛИСТОВОЙ ШТАМПОВКИ ВЗРЫВОМ ГАЗОВЫХ СМЕСЕЙ

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и предназначено преимущественно для штамповки деталей из листового материала.
Известны устройства для листовой штамповки, содержащие матрицу и камеру сгорания, снабженную средствами подачи и зажигания газовой горючей смеси (Степанов В.Г., Шавров И.А. Высокоэнергетические импульсные методы обработки металлов. - Л.: Машиностроение, 1975. - с.59-69). В этих устройствах процесс штамповки осуществляется под действием давления газа, образующегося при сгорании топливной смеси в камере сгорания.
К заявляемому объекту наиболее близким аналогом является устройство для листовой штамповки взрывом газовых смесей, содержащее жестко соединенные между собой при помощи болтов матрицу и камеру сгорания снабженные средствами подачи и зажигания газовой смеси и выпуска продуктов сгорания (авт. свид. СССР №1292243). Благодаря горению газовой смеси в матрице и в камере сгорания осуществляется двухсторонний нагрев штампуемой заготовки, что обеспечивает благоприятные условия для совершения процесса штамповки.
Недостатком известного устройства является следующее. В процессе горения газовой смеси в полости матрицы и камере сгорания давление продуктов сгорания действует не только на штампуемую заготовку, но и на дно матрицы и камеры сгорания. Под действием этого давления растягиваются болты, стягивающие матрицу и камеру сгорания между собой. При значительном давлении продуктов сгорания растяжение болтов вызывает раскрытие стыков между матрицей, заготовкой и камерой сгорания, и по этим стыкам происходит утечка газа из камеры сгорания и матрицы. Это ограничивает максимально возможное давление продуктов сгорания, которое составляет порядка 20 МПа. Вследствие этого ограничивается толщина штампуемой заготовки и марка материала. В частности, может быть отштампована деталь из стальной заготовки толщиной не более 2,5…3 мм. В целом это ограничивает технологические возможности устройства.
Целью данного изобретения является расширение технологических возможностей устройства.
Указанная цель достигается тем, что устройство содержит охватывающую внутреннюю полость матрицы кольцевую полость, в которой размещен кольцевой поршень, взаимодействующий со штампуемой заготовкой. Кольцевой поршень надежно прижимает заготовку к торцу камеры сгорания и предотвращает утечку газа из камеры сгорания и полости матрицы независимо от растяжения болтов, стягивающих матрицу и камеру сгорания. Предлагаемое устройство для листовой штамповки представлено на рисунке. Устройство содержит матрицу 1 и камеру сгорания 2, соединенные между собой болтами 3. Камера сгорания 2 снабжена впускным клапаном 4, свечой зажигания 5 и выпускным клапаном 6, а матрица - свечой зажигания 7 и выпускным клапаном 8. Полость камеры сгорания 2, через предельный клапан 9, трубопровод 10 и обратный клапан 11, сообщена с внутренней полостью матрицы 1. Предельный клапан 9 настраивается на определенное давление. До достижения в камере сгорания 2 этого давления предельный клапан 9 всегда открыт, а затем он закрывается.
В матрице 1 коаксиально ее внутренней полости выполнена кольцевая полость 12, в которой установлен кольцевой поршень 13. В кольцевую полость 12 через канал 14 подается под давлением жидкость. Обрабатываемая заготовка 15 зажимается между камерой сгорания 2 и кольцевым поршнем 13.
Работа устройства осуществляется следующим образом. В камеру сгорания 2 через выпускной клапан 4 подается газообразная топливная смесь.
Эта смесь из камеры сгорания 2 через предельный клапан 9 и трубопровод 10 поступает также в полость матрицы 1. Затем топливные смеси в камере сгорания 2 и полости матрицы 1 зажигаются при помощи свеч 5 и 7. При этом давление и температура в этих полостях многократно увеличиваются. При этом предельный клапан 9 и обратный клапан 11 закрываются, предотвращая тем самым перетекание продуктов сгорания в трубопровод 10. Под воздействием продуктов сгорания температура, которых достигает 2000…2500°С, заготовка 15 интенсивно нагревается до достижения интервала температур горячей обработки (например, для стальной заготовки до 800…1000°С). Затем отрывается выпускной клапан 8, и продукты сгорания из полости матрицы 1 выпускаются. Давление в полости матрицы 1 падает. При этом под действием давления продуктов сгорания, находящихся в камере сгорания 2, заготовки 15 деформируется в направлении полости матрицы 1, в результате чего осуществляется процесс штамповки детали.
В процессе горения топливной смеси и штамповки под действием давления продуктов сгорания на дно камеры сгорания 2 болты 3 растягиваются. Однако это не приводит к раскрытию стыков между камерой сгорания 2, заготовкой 15 и матрицей 1. Под действием давления жидкости в полости 12 кольцевой поршень 13 обеспечивает надежный прижим заготовки 15, исключающий утечку газа из камеры сгорания 2 и полости матрицы 1. Благодаря этому в данном устройстве давление топливной смеси может достигать 5 МПа, а давление продуктов сгорания - 35…40 МПа, т.е. примерно в 2 раза выше, чем в известном устройстве. Дальнейшее увеличение давления топливной смеси ограничено характеристиками существующих клапанов и трубопроводной арматуры для подачи газа. Увеличения давления продуктов сгорания дает возможность штамповать детали сложной конфигурации и большой толщины. Данное устройство позволяет штамповать детали из стального листа толщиной до 5 мм, а из цветных сплавов - до 10 мм.