УСТРОЙСТВО ДЛЯ МАГНИТНО-ИМПУЛЬСНОЙ ШТАМПОВКИ
DEVICE FOR MAGNETIC-PULSE PUNCHING

Изобретение относится к обработке металлов давлением цилиндрических оболочек и листовых материалов с помощью импульсного магнитного поля.
Известны устройства (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.), которые позволяют деформировать электромагнитным полем металлы с высокой электропроводностью.
Недостатком известных устройств является возможность их использования только для заготовок из металлов с высокой электропроводностью, кроме того, при магнитно-импульсной штамповке используется незначительная часть электромагнитного поля, например, только снаружи цилиндрического индуктора, или внутри. Поэтому требуется увеличивать запасаемую энергию магнитно-импульсных установок, так и напряжение заряда.
Известно устройство для магнитно-импульсной штамповки листовых материалов (патент РФ №2660505, МПК B21D 26/14, опубл. 26.06.2018, Бюл. №18) содержащее цилиндрический индуктор, метаемый элемент, пуансон и матрицу для вырубки, пробивки и формовки, которое снабжено стойками и установленными на них верхней, нижней и промежуточными плитами, при этом индуктор выполнен с обоймой и кольцевыми подпружиненными сегментами, размещен между опорными пластинами и закреплен на верхней плите, матрица для вырубки, пробивки или формовки выполнена с направляющими планками и съемником и размещена на нижней плите, пуансон выполнен подпружиненным с возможностью осевого перемещения и закреплен в промежуточной плите, размещенной над матрицей, причем пуансон содержит фланец, торцевая поверхность которого выполнена конической, с обеспечением постоянного контакта с торцевыми поверхностями упомянутых кольцевых сегментов узла индуктора. Устройство может быть снабжено эластичным элементом, размещенным в съемнике с возможностью контакта с пуансоном.
Известное устройство, принятое за прототип, позволяет его использовать по схеме «плоская штамповка» для листовых материалов, а также по схемам «обжим» и «раздача» тонкостенных оболочек не зависимо от электропроводности металла при использовании одного цилиндрического индуктора. Недостатком устройства является использование энергии электромагнитного поля, возникающей внутри цилиндрического индуктора, тогда как энергия электромагнитного поля снаружи индуктора не используется в процессе штамповки, что требует увеличения запасаемой энергии магнитно-импульсных установок, так и напряжения заряда.
Задачей предлагаемого изобретения является, расширение технологических возможностей устройства для штамповки листовых материалов и металлических оболочек путем использования энергии электромагнитного поля, возникающего одновременно, как внутри, так и снаружи цилиндрического индуктора, а также повышение производительности.
Для решения поставленной задачи предлагается устройство для магнитно-импульсной штамповки, содержащее верхнюю и нижнюю плиты, стойки, крепежные винты, цилиндрический индуктор, кольцевую обойму, нижнюю и верхнюю опорные плиты, пуансон, промежуточную плиту, матрицу, кольцевой метаемый элемент, в котором нижняя и верхняя опорные плиты скреплены кольцевой обоймой, расположенной между ними, на нижней опорной плите установлен цилиндр, между цилиндром и кольцевой обоймой находится кольцевая, а внутри цилиндра дисковая ползушки, а также подпружиненные толкатели связанные с нижней промежуточной плитой, между верхней опорной плитой и торцом цилиндра расположен цилиндрический индуктор, внутри и снаружи цилиндрического индуктора установлены метаемые элементы, контактирующие с эластичной средой, заполняющей полость внутри и вокруг цилиндрического индуктора, над верхней плитой на стойках установлена промежуточная плита, которая связана с нижней промежуточной плитой тягами, закрепленными на осях.
Устройство (фиг. 1 и фиг. 2) состоит из нижней плиты 1, стоек 2, матриц 3 с направляющими планками 5 и съемником 6, промежуточной плиты 4, пуансонов 7, пуансонодержателя 8, толкателей 9, пружин 10, крепежных винтов 11, нижней опорной плиты 12, осей 13, тяг 14, крепежных винтов 15, цилиндра 16, ползушек 17, обоймы 18, эластичной среды 19, метаемых элементов 20, цилиндрического индуктора 21, верхней плиты 22, верхней опорной плиты 23, фиксирующих винтов 24, верхней промежуточной плиты 25, пуансонодержателя 26, винтов 27, пружин 28.
На фиг. 1 показано исходное положение деталей устройства перед началом операции вырубки или пробивки листового материала энергией импульса электромагнитного поля. На нижней плите 1, закреплены стойки 2, матрицы 3, например, для вырубки или пробивки с направляющими планками 5 и съемником 6. На стойки 2 с возможностью перемещения установлена промежуточная плита 4 с пружинами 28, на которой закреплены пуансонодержатель 8 с пуансоном 7. Так же в промежуточной плите 4 закреплены толкатели 9. На стойках 2 крепежными винтами 15 зафиксирована нижняя опорная плита 12 на заданном для осуществления операции штамповки расстоянии относительно нижней плиты 1. На нижней опорной плите 12 закреплен винтами 11 цилиндр 16, обойма 18 с верхней опорной плитой 23. В полостях между цилиндром 16 и обоймой 18, а также во внутренней полости цилиндра 16 установлены ползушки 17 (кольцевая и дисковая), контактирующие с толкателями 9. В полостях также установлены пружины 10. Между верхней опорной плитой 23 и цилиндром 16 расположен цилиндрический индуктор 21, метаемые элементы 20 из электропроводного металла, причем один находится внутри, а другой снаружи цилиндрического индуктора 21. Полость вокруг цилиндрического индуктора заполнена эластичной средой 19. На стойках 2 закреплена винтами 24 верхняя плита 22 и установлены матрица 3 с направляющими планками 5 и съемником 6. Также на стойках 2 установлены пружины 28 и с возможностью перемещения верхняя промежуточная плита 25, на которой винтами 27 закреплен пуансонодержатель 26 с пуансоном 7. Верхняя промежуточная плита 25 и промежуточная плита 4 связаны тягами 14 с помощью осей 13. Тяги 14 выполнены с размерами по длине, обеспечивающие требуемое расстояние между верхней плитой 22 и верхней промежуточной плитой 25 необходимое для проведения операции штамповки. На матрицы 3 (нижнюю и верхнюю) укладывается листовой материал любой электропроводности и производится разряд генератора импульсных токов магнитно-импульсной установки.
Устройство работает следующим образом (фиг. 2). При разряде генератора импульсных токов магнитно-импульсной установки вокруг цилиндрического индуктора 21 возникает импульсное электромагнитное поле, которое наводит вихревые токи в метаемых элементах 20. В результате этого образуется электромагнитное поле противоположной направленности, что приводит к отталкиванию метаемых элементов 20 одновременно от внутренней и наружной поверхностей цилиндрического индуктора 21. При этом метаемые элементы 20 выполнены в виде втулок с концами, соединенными внахлест. Такое соединение обеспечивает замкнутость контура, образование вихревых токов и упругое деформирование метаемых элементов 20. В результате этого обеспечивается многократное использование метаемых элементов 20 без их замены. Метаемые элементы 20 воздействуют на эластичную среду 19 и упруго формоизменяясь эластичная среда 19 приводит в движение ползушки 17 (кольцевую и дисковую) с толкателями 9. Толкатели 9 воздействуют на промежуточную плиту 4, которая вместе с пуансонодержателем 8 и пуансоном 7 перемещается вдоль стоек 2 вниз и осуществляют операции вырубки листового материала. Одновременно тяги 14 перемещают вниз верхнюю промежуточную плиту 25 с пуансонодержателем 26 и пуансоном 7 и происходит операция вырубки листового материала в верхней части устройства. В процессе перемещения ползушек 17 с толкателями 9, а также нижней и верхней промежуточных плит 4 и 25 сжимаются пружины 10 и 28. После завершения операции вырубки под действием силы упругости пружин 10 и 28 происходит съем листового материала с пуансонов 7 и толкатели 9 с промежуточными плитами 4 и 22 занимают исходное положение (фиг. 1).
Таким образом, устройство позволяет использовать энергию электромагнитного поля, возникающего как внутри цилиндрического индуктора, так и снаружи, что расширяет технологические возможности устройства по силовым характеристикам и возможностью штамповки высокопрочных материалов. Также технологические возможности расширяются за счет возможности установки в устройстве различных матриц и пуансонов для выполнения разнообразных операций штамповки листовых материалов и металлических оболочек. Кроме того, увеличивается производительность благодаря одновременной штамповке двух заготовок, полос или лент.