УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ ДАВЛЕНИЕМ ЛИСТОВОГО МАТЕРИАЛА

Предлагаемая полезная модель относится к машиностроению, в частности к кузнечно-штамповочному оборудованию, и предназначена для использования преимущественно в мелкосерийном производстве.
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 в стенке рабочего цилиндра размещены дополнительные узлы для подачи топливной смеси в надпоршневую полость рабочего цилиндра и ее зажигания, а на свободном торце рабочего цилиндра установлена плита, в которой выполнена полость, соединенная с надпоршневой полостью рабочего цилиндра каналами, перекрываемыми обратным клапаном (патент на полезную модель РФ №114893, МПК B21J 7/24).
Недостаток известной машины заключается в следующем. В период рабочего хода машины под действием поршня, движущегося под давлением продуктов сгорания, образующихся в камере сгорания, осуществляется сжатие топливной смеси в надпоршневой полости рабочего цилиндра. При сгорании этой смеси на поверхности штампуемой заготовки создается давление, значительно превосходящее давление в камере сгорания.
Однако несмотря на это величина давления продуктов сгорания не достаточна для обеспечения штамповки деталей, имеющих значительную толщину, в частности стальных деталей толщиной более 2-2,5 мм. Это ограничивает технологические возможности данного технологического устройства.
Технической задачей полезной модели является расширение технологических возможностей устройства путем повышения давления на поверхности обрабатываемой заготовки.
Технический результат достигается тем, что устройство для обработки давлением листового материала содержит размещенные в корпусе камеру сгорания и рабочий цилиндр, в котором расположен поршень, и жесткосоединенный с корпусом шабот, на котором закреплен инструмент, причем в стенке рабочего цилиндра размещен узел подачи топливной смеси в надпоршневую полость рабочего цилиндра. Кроме того, устройство содержит дополнительную камеру сгорания, снабженную узлом зажигания топливной смеси и соединенную каналом с камерой сгорания, причем камера сгорания соединена с надпоршневой полостью рабочего цилиндра кольцевым зазором между поршнем и корпусом, а на торце поршня установлен эластичный диск.
Предлагаемое устройство представлено на фиг. 1 и 2: на фиг. 1 показан продольный разрез устройства, а на фиг. 2 - поперечный его разрез. Устройство содержит корпус 1, в котором размещены камера сгорания 2 и рабочий цилиндр 3, в котором расположен поршень 4, и шабот 5, соединенный при помощи болтов 6 и гаек 7 с корпусом 1. В шаботе 5 установлена матрица 8, служащая в качестве инструмента. В стенке рабочего цилиндра 3 размещены впускной клапан 9 и выпускной клапан 10. В камере сгорания 2 установлена гильза 11, на которую опирается поршень 4. В верхней части гильзы 11 выполнены окна 12. Камера сгорания 2 через окна 12 и кольцевой зазор 13 между поршнем 4 и корпусом 1 сообщена с надпоршневой полостью 14 рабочего цилиндра 3. На торце поршня 4 установлен эластичный диск 15, изготовленный, например, из резины. К корпусу 1 присоединена дополнительная камера сгорания 16, снабженная свечей зажигания 17. Дополнительная камера сгорания 16 через расширяющийся канал 18 соединена с камерой сгорания 2. В нижней части корпуса 1 установлен выпускной клапан 19. В верхней части корпуса 1 выполнена кольцевая полость 20, в которой установлен кольцевой поршень 21. Обрабатывающая заготовка 22 расположена между шаботом 5 и кольцевым поршнем 21.
Работа устройства осуществляется следующим образом. Выпускные клапаны 10 и 19 закрываются. В кольцевую полость 20 подается под давлением рабочая жидкость или сжатый воздух. При этом кольцевой поршень 21 осуществляет зажим фланцевой части заготовки 22. Затем через впускной клапан 9 в надпоршневую полость 14 подается горючий газ, например пропан-бутан. Газ из этой полости через кольцевой зазор 13 и окна 12 гильзы 11 поступает в камеру сгорания 2, а из нее через канал 18 поступает в дополнительную камеру сгорания 16. Затем через впускной клапан 9 в надпоршневую полость 14 подается сжатый воздух. При этом сжатый воздух, вытесняя горючий газ из полости 14, через кольцевой зазор 13 и окна 12 поступает в камеру сгорания 2 и далее в дополнительную камеру сгорания 16. В результате этого в камере сгорания 2 и в дополнительной камере сгорания 16 образуется топливная смесь, а надпоршневая полость заполняется сжатым воздухом. При помощи свечи 17 топливная смесь в дополнительной камере сгорания 16 поджигается. Одновременно подается сигнал на открытие выпускного клапана 10. Ввиду малости объема дополнительной камеры сгорания 16 топливная смесь в ней быстро сгорает, и из нее через канал 18 выбрасывается факел пламени в камеру сгорания 2. Это обеспечивает интенсивное сгорание топливной смеси в камере сгорания 2. Общая длительность процесса сгорания топливной смеси в обеих камерах сгорания составляет порядка 0,02…0,03 с. За это время поршень 4 не успевает существенно переместиться. В результате сгорания топливной смеси давление в камере сгорания резко повышается, а давление в надпоршневой полости 14 падает вследствие выпуска воздуха из нее через выпускной клапан 10. Под действием давления продуктов сгорания поршень 4 с диском 15 разгоняется вверх. Эластичный диск 15 при соприкосновении с заготовкой 22 деформирует ее. Процесс штамповки осуществляется благодаря накопленной кинетической энергии поршня 4.
После окончания процесса обработки заготовки 22 открывается выпускной клапан 19, и продукты сгорания выпускаются из камеры сгорания 2 и рабочего цилиндра 3. После этого поршень 4 с диском 15 под действием сил тяжести опускается в исходное положение. Затем, отвинтив гайки 7, шабот 5 отсоединяется от корпуса 1, и из матрицы 8 извлекается полученная деталь. После этого на поверхность кольцевого поршня 21 устанавливается новая заготовка, и шабот 5 присоединяется к корпусу 1. Далее рабочий цикл устройства повторяется в той же последовательности.
В предложенном устройстве давление на поверхности обрабатываемой заготовки, необходимое для ее деформирования, создается за счет кинетической энергии поршня и не ограничено давлением продуктов сгорания. Благодаря этому соответствующим подбором массы поршня, объемов камеры сгорания и рабочего цилиндра, давления топливной смеси можно обеспечить на поверхности заготовки значительно большее давление, чем в известном устройстве. Это дает возможность получать детали из листового материала толщиной до 8…10 мм, что существенно расширяет технологические возможности данного устройства.