Термический пресс-штамп

Полезная модель относится к кузнечно-прессовому машиностроению, а именно к конструкциям термических прессов, рабочее усилие которых обеспечивается термомеханическим исполнительным устройством преобразования тепловой энергии в механическую.
Из уровня техники известен пресс термический (патент РФ на изобретение №2303252, G01N 3/02, В30В 15/34, опубл. 20.07.2007) в котором предлагается устройство, содержащее основание, колонны, неподвижную и подвижную траверсы, верхнюю плиту, связанную с подвижной траверсой, и неподвижную плиту, нагружающее устройство. Причем нагружающее устройство выполнено в виде двух термоактивных элементов со встроенными нагревательными элементами. Кроме того, термоактивные элементы связаны между собой посредством рычага.
Недостатком известной конструкции является то, что она не позволяет развить существенные усилия и рабочий ход пресса весьма ограничен.
Известен также термический пресс (патент РФ на изобретение №1010778, МПК В30В 15/34, B21J 5/00, опубл. 30.04.1994), содержащий контейнер с формообразующим элементом и размещенное внутри него рабочее тело, выполненное из материала, коэффициент объемного расширения которого превышает коэффициент объемного расширения материала контейнера, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности и расширения номенклатуры изготавливаемых изделий, контейнер выполнен в виде замкнутого сосуда, контактирующего стенкой и дном с рабочим телом.
Основными недостатками устройства также являются отсутствие возможности развить существенные усилия и небольшой рабочий ход.
Наиболее близким аналогом является термический пресс-штамп (авторское свидетельство №1224179, В30В 13/00, В30В 15/34, опубл. 15.04.1986), содержащий закрепленный на станине пресса трубчатый элемент, размещенный в трубчатом элементе с зазором силовой элемент из материала с термомеханической памятью формы на удлинение, одним концом связанный со станиной пресса, а также траверсу, связанную с другим концом силового элемента, отличающийся тем, что с целью повышения рабочего усилия и надежности в эксплуатации, он снабжен установленными равномерно по периметру станины пресса дополнительными трубчатыми элементами с размещенными в них дополнительными силовыми элементами, а каждый трубчатый элемент выполнен из материала с термомеханической памятью формы на осевое сжатие, температура начала обратного мартенситного превращения которого равна температуре конца обратного мартенситного превращения каждого силового элемента.
Основным недостатком конструкции является сложность осуществления надежного технологического процесса в виду применения нескольких взаимодействующих деталей из материала с памятью формы, а также энергоносителя с температурой 120-150°C.
Технической задачей настоящей полезной модели является создание работоспособного термического пресс-штампа с надежным силовым элементом для обеспечения больших нагрузок, применяемого в заготовительно-штамповочном производстве и испытательной технике.
Технический результат, достигаемый при осуществлении настоящей полезной модели, заключается в повышении надежности осуществления технологических операций штамповки.
Технический результат достигается за счет того, что в термическом пресс-штампе, содержащем нижнюю плиту с установленной на ней, по меньшей мере, одной направляющей, состоящей из корпуса с пружиной, втулки, основания и трубчатой колонки, в которой размещен стержень из материала с обратимой термической памятью формы с помощью резьбового соединения верхней части стержня с корпусом и нижней части с основанием, а также верхнюю плиту, прикрепленную к корпусу и установленную с помощью втулки, которая закреплена на оси трубчатой колонки с возможностью движения вдоль этой оси, корпус направляющей содержит отсоединяемую крышку, с которой и соединена верхняя часть стержня, причем на средней части стержня намотан токопроводящий провод, выводы которого расположены в вставке из изоляционного материала, а сам провод изолирован от деталей направляющей, выполненных из металла, по всей длине с помощью двух кожухов из изоляционного материала, при этом в основании, установленном в нижней части колонки, выполнено, по меньшей мере, одно дренажное отверстие, соединенное с компрессорной трубой, установленной в нижней плите.
Применение токопроводящего провода, намотанного на среднюю часть стержня, позволяет нагревать ее до нужной температуры в первую очередь, что увеличивает точность и скорость срабатывания пресса, повышая, таким образом, надежность его работы.
В нижней плите установлена компрессорная труба, а в колонке основание с дренажными отверстиями, что позволяет своевременно охладить стержень и продолжить эксплуатацию пресса, также повышая его надежность.
Предлагаемая конструкция характеризуется следующими чертежами:
на фиг. 1 изображен вид спереди пресс-штампа;
на фиг. 2 изображен разрез направляющей пресс-штампа.
Устройство содержит нижнюю плиту 1 с компрессорной трубой 2, направляющие 3, верхнюю плиту 4, пуансон 5, матрицу 6, съемник 7, держатель пуансона 8, направляющих 9 и 10 пуансона, подкладной плитки 11 и державки 12. Направляющая 3 состоит из колонки 13, в которой установлено основание 14, а с внешней стороны втулка 15 для установки верхней плиты 4. Также направляющая 3 содержит корпус 16 с крышкой 17, внутри корпуса 16 установлены пружина 18, гайка 19 и упорная шайба 20. К крышке 17 прикреплен с помощью резьбового соединения верхней своей частью стержень 21 из материала с обратимой термической памятью формы, нижней своей частью, также с помощью резьбового соединения, стержень 21 прикреплен к основанию 14. Вокруг средней части стержня намотан токопроводящий провод 22, выводы которого установлены в текстолитовой вставке 24, а сам провод 22 изолирован от металлических поверхностей прокладкой 23 и кожухами 25 и 26. Также в основании 14 установлен винт-заглушка 27 и пробка 28.
Термический пресс-штамп работает следующим образом.
При проведении каких-либо штамповочных работ, в зависимости от необходимого усилия пресса выбирается количество направляющих 4. После установки заготовки на матрице 6 на выводы токопроводящего провода 22 подводят электрический ток. Практически мгновенно происходит нагрев необходимого участка стержня 21 из материала с обратимой термической памятью формы до 100°C, пресс срабатывает, и заготовка подвергается обработке. Затем через компрессорную трубу 2 подается воздух, который, проходя через дренажные отверстия основания 14, охлаждает стержень 21 до 20°C и приводит его в исходное состояние.
В качестве силового элемента используем, например, проволоку из материала ТН-1 с памятью формы. Нагрев осуществляем пропусканием тока через силовой элемент (стержень 21). Производительность устройства определяется скоростями нагрева и охлаждения силового элемента. Скорость структурных мартенситно-аустенитных превращений весьма высока и равна скорости упругих волн в металле, но для совершения всего цикла (от начала и до конца превращения) необходимо время для обеспечения заданного температурного интервала "нагрев - охлаждение". Восстановление размеров силового привода после охлаждения под действием возвратного усилия обеспечивает его многоцикловый режим работы. Возвратное усилие должно составлять 15-20% от развиваемого рабочего усилия, что обеспечит многотысячный ресурс его работы. Развиваемое каждым силовым элементом диаметром 6 мм усилие при нагреве до 100°C составляет 50-60 МПа. После проведения всех настроек установка готова к работе. От сети на силовые элементы 21 подается ток порядка 30 А, в течение 1-3 сек, чего достаточно для нагревания до 100°C. Эта температура необходима для структурного изменения, которое позволяет металлу «вспоминать» созданную в нем ранее форму (размер) и задавать усилие. Соответствующее усилие передается на заготовку. После проведенных манипуляций подача напряжения прекращается и осуществляется охлаждение сжатым воздухом. Время производственного цикла составляет 4-5 сек.
Применение предлагаемой полезной модели позволит создавать надежные термические пресс-штампы со значительными усилиями, также упростить технику подвода и съема тепла (нагрев - охлаждение силопривода), обеспечить равномерность нагрева и охлаждения элемента и сократить производственный цикл работы пресса.