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. Типовая конструкция плоского индуктора приведена на рисунке 10, стр. 357. В плоских индукторах, выполненных в виде спирали Архимеда при разряде генератора импульсных токов, возникают электромагнитные поля, а в листовых материалах из электропроводного металла индуцируются вихревые токи, создающие электромагнитные поля в противоположном направлении. В результате образуются отталкивающие электромеханические силы, воздействующие как на индуктор, так и листовой материал.
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 возникающего вокруг, например, цилиндрического индуктора, внутри или снаружи. 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 за счет использования энергии электромагнитного поля, возникающего одновременно, как внутри, так и снаружи цилиндрического индуктора.
Для решения поставленной задачи предлагается устройство для магнитно-импульсной штамповки, содержащее верхнюю и нижнюю плиты, стойки, гайки, цилиндрический индуктор, кольцевую обойму, опорные плиты, пуансон, промежуточную плиту, матрицу, кольцевой метаемый элемент, при этом опорные плиты закреплены на стойках между нижней и верхней плитой, со стороны внутренней и наружной поверхностей цилиндрического индуктора помещены кольцевые метаемые элементы и контактирующая с ними эластичная среда, на нижней опорной плите закреплен цилиндр, в полость цилиндра и полость между цилиндром и кольцевой обоймой помещены с возможностью осевого перемещения контактирующие с эластичной средой подпружиненные ползушки с толкателями, которые связаны с промежуточной плитой, установленной между нижней опорной плитой и нижней плитой с возможностью перемещения по стойкам, на промежуточной плите закреплен пуансонодержатель с пуансоном, а на нижней плите матрица с направляющими и съемником, кроме того на верхней опорной плите закреплен цилиндр, в полости цилиндра и между цилиндром и кольцевой обоймой помещены контактирующие с эластичной средой подпружиненные ползушки с толкателями, которые связаны с промежуточной плитой, установленной с возможностью перемещения на стойках между верхней опорной плитой и верхней плитой, на промежуточной плите закреплен пуансонодержатель с пуансоном, а на верхней плите установлена матрица.
Предлагаемое устройство показано на фигурах. На фиг. 1 приведено устройство для магнитно-импульсной штамповки листовых материалов жестким инструментом для выполнения операций вырубки или пробивки в листовых материалах перед началом операции. На фиг. 2 устройство при выполнении операции вырубки или пробивки. На фиг. 3 устройство для магнитно-импульсной штамповки листовых материалов для одновременной вырубки или пробивки в двух листовых материалах.
Устройство (фиг. 1 и фиг. 2) состоит из нижней 1 и верхней плит 16, связанных стойками 5 и закрепленных гайками 15. На нижней плите установлена матрица 2 с направляющими планками 3 и съемником 4, предназначенная для выполнения операции вырубки или пробивки в листовом материале. На промежуточной плите 23 закреплен пуансонодержатель 24 с пуансоном 6. На стойках винтами 8 закреплены опорные плиты 7 и 18 между которыми размещена кольцевая обойма 12, в полости которой находится эластичная среда 13 и кольцевой метаемый элемент 14, цилиндрический индуктор 19, внутри которого также помещена эластичная среда 13 и второй кольцевой метаемый элемент 14. На нижней опорной плите 7 винтами 9 закреплен цилиндр 11, в полости цилиндра 11 установлена ползушка 17 с державкой 10 и толкатель 22, ползушки 20 установлены в полости между цилиндром 11 и обоймой 12, на которых державками 10 закреплены толкатели 22. Толкатели 22 подпружинены пружинами 21 и находятся в контакте с промежуточной плитой 23, для повышения жесткости в устройстве между верхеней опорной плитой 18 и верхней плитой 16 установлена подкладная плита 25.
В устройстве (фиг. 3) для штамповки одним разрядом магнитно-импульсной установки двух деталей на верхней опорной плите 18 закреплен другой цилиндр 11, а в имеющихся полостях установлены такие же ползушки 17 с державками 10 и толкателями 22, которые приводят в движение промежуточную плиту 23 с пуансонодержателем 24 и пуансоном 6, а на верхней плите матрица для, например, вырубки или пробивки.
Устройство работает следующим образом. Перед началом операции (фиг. 1) в устройство, закрепленное на столе магнитно-импульсной установки на матрицу 2 устанавливают заготовку из листового материала независимо от его электропроводности. После разряда генератора импульсных токов в цилиндрическом индукторе 19 проходит импульсный ток и вокруг цилиндрического индуктора 19 возникает электромагнитное поле. В кольцевых метаемых элементах 14 наводятся вихревые токи, которые вызывают появление электромагнитных полей противоположного направления. Возникают электромагнитные силы отталкивания, приводящие в движение кольцевые метаемые элементы 14, которые воздействуют на эластичную среду 13 и упруго ее деформируют. В результате упругого деформирования эластичной среды 13 происходит ее течение в полость внутри цилиндра 11, а также между цилиндром 11 и кольцевой обоймой 12. Эластичная среда 13 воздействует на ползушки 17 и 20 и приводят в движение толкатели 22 с державками 10. Толкатели 22, в свою очередь приводят в движение промежуточную плиту 23, на которой установлен пуансонодержатель 24 с пуансоном 6. Осуществляют операцию штамповки.
Затем под действием силы упругости пружин 21 толкатели 22 с ползушками 17 и 20 принимают исходное положение, как и промежуточная плита 23 с закрепленным на ней пуансоном 6, при этом происходит съем полосы или заготовки с пуансона. Далее рабочий процесс повторяют.
Для повышения производительности или выполнения различных операций штамповки за один разряд генератора импульсных токов магнитно-импульсной установки в устройство (фиг. 3) устанавливают на две матрицы 2, расположенные на верхней 16 и нижней 1 плитах две полосы или заготовки и при разряде генератора импульсных токов эластичная среда 13, одновременно заполняя полости внутри цилиндров 11 и вокруг приводит в движение ползушки 17 и 20 как в нижней, так и в верхней части устройства. Толкатели 22 перемещают нижнюю и верхнюю промежуточные плиты 23, вместе с закрепленными на них пуансонами 6. При необходимости одновременно в устройстве имеется возможность выполнять одновременно несколько различных операций, например, в верхней части операции вырубки или пробивки, а в нижней части обжим или раздачу цилиндрической оболочки.
Таким образом за счет более полного использования энергии электромагнитного поля расширяются технологические возможности штамповки высокопрочных материалов, имеется возможность увеличить габаритные размеры штампуемых деталей и повысить производительность штамповки.