Импульсная машина для обработки давлением листового материала

Предполагаемая полезная модель относится к области обработки материалов давлением и может быть использована для штамповки деталей из листового материала, преимущественно, в малосерийном и опытном производствах.
Известны устройства для штамповки листового материала, содержащие камеру сгорания, жесткосоединенную с матрицей, в которой осуществляется процесс штамповки (Степанов В.Г., Шавров И.А. Высокоэнергетические импульсные методы обработки металлов. - Л.: Машиностроение, 1975. - С. 59). В этих устройствах процесс штамповки осуществляется под действием давления газа, образующегося при сгорании топливной смеси в камере сгорания. В связи с тем, что давление продуктов сгорания имеет сравнительно невысокое значение, порядка 20…25 МПа, эти устройства используются для штамповки тонкостенных деталей несложной формы.
К заявленному объекту наиболее близким аналогом является импульсная машина для обработки давлением листового материала, содержащая размещенные в корпусе камеру сгорания с узлами подачи и зажигания топливной смеси и рабочий цилиндр, в котором расположен поршень, и жесткосоединенный с корпусом шабот, в полости которого расположен шток с узлом крепления инструмента, причем на свободном торце рабочего цилиндра установлена плита, в которой выполнены сквозное отверстие и охватывающая его кольцевая полость, в которой размещен кольцевой поршень, взаимодействующий с обрабатываемым листовым материалом, при этом в стенке рабочего цилиндра выполнен канал для подачи жидкости в надпоршневую полость рабочего цилиндра, которая соединена каналом с упомянутой кольцевой полостью (патент на полезную модель РФ №134831, МПК B21D 26/08).
Известная машина имеет следующий недостаток. В период разгона поршня воздух из надпоршневой полости рабочего цилиндра вытесняется в окружающую среду через зазор между штампуемой заготовкой и кольцевым поршнем, предназначенным для осуществления прижима фланцевой части заготовки. Поэтому заготовка находится свободном состоянии. Кольцевой поршень производит прижим заготовки, перемещаясь под действием давления жидкости, осуществляющей деформирование заготовки. Таким образом, начало перемещения кольцевого поршня практически совпадает с началом деформирования заготовки. При этом из-за инерционности кольцевого поршня в начальной стадии процесса штамповки не обеспечивается надежной прижим заготовки. Поэтому при штамповке тонкостенных деталей не исключается появление гофров на фланцевой части заготовки, что существенно ухудшает качество штампуемых деталей.
Технической задачей полезной модели является повышение качества штампуемых деталей путем обеспечения надежного прижима обрабатываемой заготовки.
Технический результат полезной модели достигается тем, что импульсная машина для обработки давлением листового материала, содержит размещенные в корпусе камеру сгорания с узлами подачи и зажигания топливной смеси и рабочий цилиндр, в котором расположен поршень, и жесткосоединенный с корпусом шабот, в полости которого установлен шток с узлом крепления инструмента, причем на свободном торце рабочего цилиндра установлена плита, в которой выполнены сквозное отверстие и охватывающая его кольцевая полость, в которой размещен кольцевой поршень, взаимодействующий с обрабатываемым листовым материалом, причем в стенке рабочего цилиндра выполнен канал для подачи жидкости в надпоршневую полость рабочего цилиндра, которая соединена каналом с кольцевой полостью. Кроме того, что в упомянутой плите выполнен канал, сообщающий надпоршневую полость рабочего цилиндра с окружающей средой, на конце которого установлен предельный клапан, а в канале, соединяющем надпоршневую полость с кольцевой полостью, установлен обратный клапан.
Предлагаемая машина схематично показана на фиг. 1 и 2, где на фиг. 1 она представлена в исходном положении, а на фиг. 2 в процессе штамповки. Машина содержит корпус 1, в котором размещены камера сгорания 2 и рабочий цилиндр 3, сообщающиеся между собой при помощи перепускного клапана 4. В рабочем цилиндре 3 установлен поршень 5. На торце корпуса 1 установлена плита 6, содержащая кольцевую полость 7, в которой установлен кольцевой поршень 8. К корпусу 1 при помощи колонн 9 и гаек 10 присоединен шабот 11, в котором установлен шток 12 с поршнем 13. На конце штока 12 закреплена матрица 14. Штоковая полость 15 и поршневая полость 16 при помощи золотников 17 и 18 присоединены к гидравлической системе машины. Камера сгорания 2 снабжена впускным клапаном 19, выпускным клапаном 20 и свечой зажигания 21. В надпоршневой полости 22 рабочего цилиндра 3 содержится слой жидкости, которая подается через канал 23, перекрываемый обратным клапаном 24. В плите 6 выполнен канал 25 для подачи жидкости в кольцевую полость 7, а также канал 26, сообщающий надпоршневую полость 22 с кольцевой полностью 7. На входе в канал 26 установлен обратный клапан 27. В центральной части плиты 6 выполнено сквозное отверстие 28, сообщенное каналом 29 с окружающей средой. На конце канала 29 установлен предельный клапан 30, закрывающийся при достижении давления в канале 29 определенной величины. Машина установлена на пневмоамортизаторах 31. Штампуемая листовая заготовка 32 располагается между кольцевым поршнем 8 и матрицей 14.
Работа машины осуществляется следующим образом. Золотник 17 сообщает штоковую полость 15 на слив, а в надпоршневую полость 16 через золотник 18 подается давление. При этом под действием давления жидкости на поршень 13 матрица 14 прижимается к плите 6. Через канал 25 в кольцевую полость 7 подается жидкость сравнительно небольшого давления, которая, перемещая кольцевой поршень 8, обеспечивает начальный прижим фланцевой части штампуемой заготовки 32. При этом обратный клапан 27 предотвращает поступление жидкости в надпоршневую полость 22. Одновременно с этим через впускной клапан 19 в камеру сгорания 2 подается горючий газ и сжатый воздух. Образовавшаяся топливная смесь при помощи свечи 21 поджигается. При сгорании топливной смеси давление в камере сгорания 2 интенсивно повышается. В конечной стадии процесса сгорания под действием давления газа перепускной клапан 4 автоматически открывается. При этом продукты сгорания из камеры сгорания 2 поступают в рабочий цилиндр 3. Под действием давления продуктов сгорания поршень 5 интенсивно перемещается, толкая слой жидкости перед собой. При этом воздух из надпоршневой полости 22 через отверстие 28 и канал 29 поступает в окружающую среду, поэтому давление в этой полости существенно не увеличивается. Благодаря этому поршень 5 интенсивно разгоняется и приобретает значительную кинетическую энергию. При достижении жидкости поверхности штампуемой заготовки 32 давление жидкости резко повышается. Под действием давления предельный клапан 30 закрывается, предотвращая утечку жидкости через канал 29 (фиг. 2). Давление жидкости через канал 26 передается также кольцевому поршню 8, что обеспечивает повышение усилия прижима заготовки 32. Под действием давления жидкости заготовка 32 деформируется и заполняет полость матрицы 14. Давление жидкости обеспечивается за счет кинетической энергии поршня 5. Так как деформирование заготовки 32 и прижим ее фланцевой части осуществляется давлением жидкости, то в процессе штамповки усилие прижима заготовки изменяется синхронно с изменением усилия ее деформирования. Это обеспечивает хорошее качество отштампованной детали.
После окончания процесса штамповки открывается выпускной клапан 20, и газ выпускается из камеры сгорания 2 и рабочего цилиндра 3. Давление жидкости в полости 22 падает. При этом предельный клапан 30 открывается, поршень 5 под действием собственного веса опускается в исходное положение, жидкость также стекает вниз и скапливается на поверхности поршня 5. Кольцевая полость 7 через канал 25 сообщается на слив, что освобождает зажим отштампованной детали. Золотник 18 сообщает полость 16 на слив, а в штоковую полость 15 через золотник 17 подается под давлением жидкость. При этом поршень 13 вместе со штоком 12 и матрицей 14 перемещается вверх, после чего из полости матрицы 14 извлекается отштампованная деталь. Затем на поверхность кольцевого поршня 8 устанавливается новая заготовка. Полость 15 соединяется на слив, а в полость 16 подается под давлением жидкость. При этом поршень 13 перемещается вниз до соприкосновения матрицы 14 с плитой 6. Далее рабочий цикл машины повторяется в той же последовательности.
В предложенной машине в отличие от известной машины в течение всего процесса штамповки обеспечивается надежный прижим фланцевой части штампуемой заготовки. Причем, усилие прижима изменяется пропорционально усилию деформирования заготовки. Это в целом обеспечивает хорошее качество штампуемых деталей.