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 для штамповки, 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. Они предназначены для штамповки тонкостенных деталей в мелкосерийном производстве.
К заявленному объекту наиболее близким аналогом является устройство для импульсной штамповки деталей из трубчатых заготовок, содержащее 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 продуктов сгорания поступающих из камеры сгорания.
Недостаток известного устройства заключается в следующем. Деформирование и формоизменение трубчатой готовки осуществляется после нагрева ее до определенной температуры. Нагрев заготовки производится воздействием продуктов сгорания, поступающих из камеры сгорания. Для достижения необходимой температуры заготовки нагрев ее производится за несколько рабочих циклов устройства. Это снижает производительность устройства. Кроме того, давление продуктов сгорания, действующее на поверхность заготовки, сравнительно невелико. Оно ограничено давлением топливной смеси, которое лимитируется параметрами клапанов, осуществляющих подачу компонентов топливной смеси. Это ограничивает технологические возможности устройства.
Технической задачей полезной модели является повышение производительности и 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 расположенную внутри трубчатой заготовки рабочую камеру, в крышке которой выполнен канал, в котором установлен клапан для выпуска продуктов сгорания, и камеру сгорания, снабженную средствами подачи и поджига топлива. Кроме того, устройство содержит рабочий цилиндр с поршнем, снабженный средством подачи топлива и расположенный между камерой сгорания и рабочей камерой, причем рабочая камера снабжена средством поджига топлива, установленным на ее крышке, а рабочий цилиндр соединен с рабочей камерой каналом, на конце которых установлен обратный клапан.
Предлагаемое устройство представлено на фиг. 1, 2, 3, где на фиг. 1 показан продольный разрез устройства, на фиг. 2 - поперечный его разрез, а на фиг. 3 показано устройство в момент совершения процесса штамповки.
Устройство содержит корпус 1 и плиту 2, соединенных между собой при помощи стяжных колонн 3 и гаек 4 и 5. В корпусе 1 размещены камера сгорания 6 и рабочий цилиндр 7 с поршнем 8, на торце которого установлен эластичный диск 9, выполненный например из резины. Камера сгорания 6 снабжена впускным клапаном 10, выпускным клапаном 11 и свечей зажигания 12, а рабочий цилиндр снабжен впускным клапаном 13. В верхней части корпуса 1 при помощи резьбы закреплен переходник 14, в котором выполнены сквозные каналы 15, перекрываемые шайбой 16, служащей в качестве обратного клапана. Осевое перемещение шайбы 16 ограничено болтом 17, закрепленным на переходнике 14. На плите 2 с возможностью осевого перемещения установлен винт 18, контактирующий с крышкой 19. В крышке 19 выполнены полость 20 и канал 21. На крышке установлены свеча зажигания 22 и выпускной клапан 23. На переходнике 14 и крышке 19 имеются уплотнения 24 и 25. В пространстве между торцом корпус 1 и крышкой 19 располагается разрезная матрица, состоящая из двух полуматриц 26 и 27, стянутых между собой при помощи бандажей 28 (фиг. 2). Внутри матрицы располагается трубчатая заготовка 29, внутренняя полость 30 которой служит рабочей камерой устройства. Рабочий цилиндр 7 сообщается с рабочей полостью 30 через каналы 15.
Работа устройства осуществляется следующим образом. В крайне верхнем положении винта 18 на торец переходника 14 устанавливается матрица в сборе с трубчатой заготовкой 29. Затем на торце заготовки 29 устанавливается крышка 19. Вращая, винт 18 перемещают вниз до соприкосновения с крышкой 19, что обеспечивает прижатие крышки 19 к обрабатываемой заготовке 29. После этого выпускные клапаны 11 и 23 закрываются. Через впускной клапан 13 в рабочий цилиндр 7 подается горючий газ, например пропан-бутан. При этом газ из рабочего цилиндра 7 через каналы 15, перемещая шайбу 16 вверх, поступает в рабочую полость 30. Затем через клапан 13 подается сжатый воздух, в результате чего в рабочем цилиндре 7 и рабочей полости 30 образуется топливная смесь. Одновременно с этим через впускной клапан 10 подается горячий газ и сжатый воздух в камеру сгорания 6, и в ней образуется топливная смесь. В рабочем цилиндре 7 и камере сгорания 6 устанавливается одинаковое давление топливной смеси, благодаря этому поршень 8 остается неподвижным. Затем при помощи свечи 12 топливная смесь в камере сгорания 6 поджигается. При сгорании топливной смеси давление в камере сгорания 6 резко повышается. Под действием давления продуктов сгорания поршень 8 интенсивно перемещается вверх и вытесняет топливную смесь из рабочего цилиндра 7 в рабочую полость 30. В конечной стадии хода поршня 8 эластичный диск 9 обеспечивает безударную остановку поршня 8. Благодаря сжатию давление топливной смеси в рабочей полости 30 увеличивается в 3…5 раз, в зависимости от соотношения объемов рабочего цилиндра 7 и рабочей полости 30. Эта топливная смесь поджигается свечой 22. В результате сгорания топливной смеси давление и температура в рабочей полости 30 многократно увеличивается. При этом шайба 16 перекрывает каналы 15, предотвращая перетекание газа из рабочей полости 30 в рабочий цилиндр 7. Под действием высокого давления продуктов сгорания, температура которых достигает 2200…2500°С заготовка 29 интенсивно нагревается и деформируется - осуществляется процесс штамповки (фиг. 3).
После завершения процесса штамповки открываются выпускные клапаны 11, 23 и продукты сгорания выпускаются из камеры сгорания 6 и рабочей полости 30. Поршень 8 с диском 9 под действием сил тяжести опускается в исходное положение. После этого, вращая, винт 18 перемещают вверх. Крышку 19 и матрицу снимают из рабочего пространства устройства. Затем, разобрав матрицу, извлекают из нее отштампованную деталь. После этого в рабочее пространство устройство устанавливается матрица с новой заготовкой, и рабочий цикл устройства повторяется в той же последовательности.
В данном устройстве в отличие от известного устройства штамповка детали осуществляется за один рабочий цикл, что обеспечивает повышение его производительности. Кроме того, благодаря сжатию топливной смеси давление продуктов сгорания, действующее на поверхность обрабатываемой заготовки, в 3…5 раз выше, чем в известном устройстве. Это существенно расширяет технологические возможности устройства, т.е. дает возможность получать детали большей толщины или из более прочных материалов.