Содержание к диссертации
Введение
1. Постановка цели и задачи исследования 9
1.1. Обзор и анализ технологических возможностей методов газовой листовой штамповки 9
1.2. Цель и задачи исследования 23
2. Исследования процесса газовой штамповки с двухсторонним нагревом заготовки 24
2.1. Метод газовой штамповки с двухсторонним нагревом заготовки 24
2.2. Теоретический анализ процесса деформации листовой заготовки под двусторонним воздействием газа 25
3. Экспериментальное исследование газовой штамповки с двухсторонним нагревом заготовки 32
3.1. Экспериментальное оборудование для проведения исследований процесса штамповки 32
3.2. Методика проведения экспериментов и анализ их результатов 34
3.3. Оценка технологических возможностей метода газовой штамповки с двухсторонним нагревом заготовки 43
4. Исследования процесса нагрева листовой заготовки при газовой штамповке с двухсторонним нагревом заготовки 46
4.1. Анализ процесса нагрева листовой заготовки при двустороннем воздействии горячего газа 46
4.1.1. Закон изменения температуры и давления газа в период горения топливной смеси 46
4.1.2. Оценка нагрева заготовки с учетом охлаждения газа 49
4.2. Экспериментальные исследования процесса нагрева заготовки при газовой штамповке с двухсторонним нагревом заготовки 54
4.2.1. Экспериментальное оборудование для исследования процесса нагрева листовой заготовки 54
4.2.2. Методика проведения экспериментов по измерению температуры заготовки и анализ их результатов 57
4.3. Определение расхода топлива 63
5. Разработка, создание и испытание оборудования для листовой штамповки двусторонним воздействием на заготовку горячего газа 67
5.1. Разработка устройств для листовой штамповки двусторонним воздействием на заготовку горячего газа 67
5.2. Расчет на прочность силовых элементов устройства для штамповки 74
5.3. Создание и испытание устройства для штамповки 80
5.4. Разработка системы топливоподачи устройства для листовой штамповки двусторонним воздействием на заготовку горячего газа 88
Общие выводы и рекомендации 101
Перечень условных обозначений 102
Библиографический список 103
- Цель и задачи исследования
- Теоретический анализ процесса деформации листовой заготовки под двусторонним воздействием газа
- Оценка технологических возможностей метода газовой штамповки с двухсторонним нагревом заготовки
- Экспериментальные исследования процесса нагрева заготовки при газовой штамповке с двухсторонним нагревом заготовки
Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время для производства деталей машин и аппаратов, кораблей и аэрокосмической техники широко используется листовая штамповка. Детали, получаемые этим методом, имеют высокую прочность и гладкую поверхность. Кроме того, листовая штамповка, обеспечивая высокий коэффициент использования металла, снижает его расход. Чаще всего листовая штамповка осуществляется в холодном состоянии штампуемой заготовки, т.е. при температуре окружающей среды. При такой температуре пластичность большинства металлов и их сплавов сравнительно невысока, поэтому и коэффициент вытяжки при холодной листовой штамповке невысок. В этой связи за один технологический переход удаётся получить только детали относительно простой формы. Детали сложной конфигурации штампуются за несколько технологических переходов. В некоторых случаях между этими переходами производится промежуточный отжиг. Это существенно повышает себестоимость изготовления деталей.
Повышение температуры заготовки увеличивает её пластичность. В интервале температур теплой и горячей обработки пластичность металлической заготовки существенно увеличивается, а её сопротивляемость пластической деформации резко падает. Однако листовая штамповка в горячем состоянии заготовки производится крайне редко ввиду трудности её осуществления. В этой связи разработка новых методов листовой штамповки, обеспечивающих осуществление процесса штамповки в горячем состоянии заготовки, является актуальной задачей.
Работа выполнена в рамках Федеральной программы «Участник молодежного научно-инновационного конкурса УМНИК» (Государственные контракты №5388р/7806 от 24.09.2007 г., №6636р/9111 от 02.03.2009 г) и по Госзаданию Министерства образования и науки РФ (Регистрационный №7.8418.2013).
Целью работы является расширение технологических возможностей листовой штамповки путем разработки нового метода газовой штамповки, обеспечивающего нагрев заготовки до заданного интервала температур и ее деформирование, а также оборудование для реализации этого метода.
Для достижения этой цели поставлены и решены следующие основные
задачи:
разработка схемы газовой штамповки с двухсторонним нагревом заготовки;
теоретическое исследование процесса деформации листовой заготовки под двусторонним воздействием высокотемпературного газа;
разработка и создание экспериментального устройства для исследования процесса штамповки с двухсторонним нагревом заготовки;
экспериментальное исследование процесса листовой штамповки с двухсторонним нагревом заготовки;
исследование нагрева листовой заготовки при двустороннем воздействии на нее горячего газа;
разработка конструкции устройства для листовой штамповки
двусторонним воздействием на заготовку горячего газа.
Методы исследования. Теоретические исследования выполнены на основе уравнений теории пластичности, термодинамики, теплопроводности и конвективного теплообмена. Экспериментальные исследования проведены на оригинальном оборудовании, специально созданном для осуществления данных исследований.
Научная новизна:
разработан новый метод газовой листовой штамповки, обеспечивающий эффективный нагрев листовой заготовки до заданного интервала температур и ее деформирование;
теоретически определены и экспериментально подтверждены зависимости для определения оптимальных параметров разработанного метода штамповки.
Практическая значимость:
создан и испытан новый тип устройства для листовой штамповки, осуществляющий эффективный нагрев заготовки до заданного интервала температур и ее деформирование;
устройство благодаря нагреву заготовки осуществляет процесс штамповки при низком давлении энергоносителя порядка 0,4…1,0 МПа, что существенно расширяет сферу применения газовой штамповки;
устройство, обеспечивая упрощение технологической оснастки и уменьшение количества технологических переходов, позволяет существенно снизить себестоимость производства штампованных деталей, особенно в малосерийном и опытном производствах;
способ и устройство для двухстороннего нагрева листовой заготовки перед штамповкой и вытяжкой с сохранением требуемых свойств материала в середине толщины листа внедрен в производство на Воронежском механическом заводе - филиале ФГУП «ГКНПЦ им. М.В. Хруничева»;
устройство для нагрева листовых заготовок до интервала температур теплой и горячей обработки внедрен в производство в ОАО «Научно-исследовательский институт автоматизированных средств производства и контроля»;
благодаря компактности и невысокой стоимости созданное устройство может найти широкое применение в малых предприятиях, производящих штампованные изделия.
Апробация работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях: III, IV, V Международных научно-практических конференциях «Инновационные направления в пищевых технологиях» (Пятигорск, 2009, 2010, 2012); Международной молодежной научной конференции «XXXVII Гагаринские чтения» (Москва, 2011); IV Международной научно-практической конференции «Фундаментальные и прикладные исследования в современном мире» (Санкт-Петербург, 2013); 3-й Международной научно-практической конференции «Современные материалы, техника и технология» (Курск, 2013); «European Innovation Convention», «East
West» Association for Advanced Studiesand Higher Education GmbH (Vienna, 2013); Всероссийской молодежной научно-практической конференции с международным участием «Инженерная мысль машиностроения будущего» (Екатеринбург, 2013); Международной научно-технической конференции «Обработка материалов давлением» (Краматорск, 2011); Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Вузовская наука Северо-Кавказскому федеральному округу» (Пятигорск, 2013); VII Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых (Нальчик, 2013); VI-X региональных научно-практических конференциях «Рациональные пути решения социально-экономических и научно-технических проблем региона» (Черкесск, 2006-2010); X Московском международном салоне инноваций и инвестиций (Москва, 2010, серебренная медаль).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 28 научных работ, в том числе 3 - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, и 2 патента на полезную модель.
В работах, опубликованных в соавторстве и приведенных в конце автореферата, лично соискателю принадлежат: в [1], [2], [3], [6], [13], [14], [15], [17], [26] - расчет основных параметров процесса штамповки; в [7], [16], [18], [19] - разработка и испытание устройства для газовой штамповки; в [12], [20], [24], [27] - разработки методики и проведение экспериментальных исследований процесса газовой штамповки; в [26], [8], [9] - отработка технологических режимов газовой штамповки.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка литературы из 136 наименований и 2 приложений. Основная часть работы изложена на 119 страницах, содержит 59 рисунков, 3 таблицы.
Цель и задачи исследования
Апробация работы. Основные положения работы доложены и обсуждены на следующих конференциях: III, IV, V Международных научно-практических конференциях «Инновационные направления в пищевых технологиях» (Пятигорск, 2009, 2010, 2012); Международной молодежной научной конференции «XXXVII Гагаринские чтения» (Москва, 2011); 3-й Международной научно-практической конференции «Современные материалы, техника и технология» (Курск, 2013); «European Innovation Convention», «East West» Association for Advanced Studies and Higher Education GmbH (Vienna, 2013); Всероссийской молодежной научно-практической конференции с международным участием «Инженерная мысль машиностроения будущего» (Екатеринбург, 2013); Международной научно-технической конференции «Обработка материалов давлением» (Краматорск, 2011); Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Вузовская наука Северо-Кавказскому федеральному округу» (Пятигорск, 2013); VII Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых (Нальчик, 2013); VI-X региональных научно-практических конференциях «Рациональные пути решения социально-экономических и научно-технических проблем региона» (Черкесск, 2006-2010); X Московском международном салоне инноваций и инвестиций. (Москва, 2010), (Серебряная медаль). Автор защищает: разработанный метод листовой штамповки, осуществляемый двусторонним воздействием на листовую заготовку высокотемпературного газа; разработанное устройство для газовой листовой штамповки, является новым типом штамповочного оборудования; полученные зависимости, позволяющие оптимизировать параметры процесса штамповки.
Публикации. Основное содержание диссертационной работы изложено в 28 опубликованных работах, из них 3 – в изданиях, рекомендованных ВАК РФ и 2 патента на полезную модель. В работах, опубликованных в соавторстве, лично соискателю принадлежат: в [14], [20], [22], [25], [26], [27], [34], [135], [136] расчет основных параметров процесса штамповки; в [7], [12], [13], [32] разработка и испытание устройства для газовой штамповки; в [6], [24], [28], [31] разработки методики и проведение экспериментальных исследований процесса газовой штамповки; в [26], [30], [93] отработка технологических режимов газовой штамповки.
Большой вклад в развитие импульсных методов металлообработки внесли работы Ю.Н. Алексеев, О.Д. Антоненков, К.Н. Богоявленский, В.К. Борисович, А.И. Горохович, А.А. Дерибас, А.И. Зимин, В.Г. Кононенко, Г.П. Кузнецов, В.В. Пихтовников, Е.А. Попов, О.В. Попов, С.М. Поляк, И.А. Чечета [3], [19], [45], [58], [87], [90], [124] и др.
В настоящее время известны следующие методы штамповки с помощью энергии газа: штамповка энергией пороховых газов, штамповка сжиженным газом, штамповка продуктами сгорания газовых смесей, газодетанационная штамповка, газоимпульсная штамповка. Рассмотрим каждый из этих методов в отдельности.
Штамповка пороховыми газами. В качестве энергоносителя используют метательные взрывчатые вещества, именуемые порохами. Энергию пороховых газов, образующихся при сгорании порохов, используют при непосредственном воздействии на заготовку в основном для операций раздачи и калибровки полых деталей из тонколистовых заготовок.
Большее распространение получила штамповка энергией порохов с использованием передающей среды (воды, резины, полиуретана и др.), которая позволяет выровнять поле давления импульсной нагрузки. Конструкция установки закрытого типа показана на рис. 1.1. Она состоит из двух корпусных частей - подвижной верхней 1 и неподвижной нижней 9. В корпусе верхней части установки находится рабочая камера 3, заполненная водой либо эластичной средой, над которой размещен пороховой заряд 2 в патроне. Матрица 8 с прижимным кольцом 6 установлена в матрице-держателе 7 нижней части установки. Между верхней и нижней частями установки находится уплотнительная прокладка 4. Давление газов, образующихся при сгорании пороха, передается через воду (либо эластичную среду) штампуемой заготовке 5. Установки данного типа рассчитаны на использование небольших зарядов ВВ (до 0,01 кг) и поэтому применяются только при штамповке тонколистовых деталей с габаритным размером до 200 мм [102]. Эти установки отличаются компактностью и простотой конструкции. Однако имеют ограниченное применение.
Теоретический анализ процесса деформации листовой заготовки под двусторонним воздействием газа
Сущность метода газовой штамповки с двухсторонним нагревом заготовки заключается в том, что листовая заготовка с двух сторон подвергается воздействию высокотемпературного газа и интенсивно нагревается. При достижении температуры заготовки заданной величины осуществляется процесс штамповки.
Принципиальная схема устройства для газовой штамповки с двухсторонним нагревом заготовки показана на рис. 2.1. Штампуемая заготовка зажимается между матрицей 1 и корпусом 7 камеры сгорания 6 с помощью болтов 5 и гаек 4. Матрица 1 и корпус 7 снабжены впускными клапанами 12, 10, выпускными клапанами 13, 8 и свечами зажигания 3, 9.
В результате сгорания давление и температура резко повышаются. Под действием продуктов сгорания заготовка 11 интенсивно нагревается. После достижения температуры заготовки заданной величины открывается выпускной клапан 3 и газ из полости матрицы 2 выпускается. При этом под действием давления газа, находящегося в камере сгорания, заготовка деформируется и заполняет полость матрицы. Вследствие жесткого защемления краев заготовки заполнение полости матрицы происходит за счет утонения заготовки.
Исходя из описанного, газовая штамповка с двухсторонним нагревом штампуемой заготовки включает в себя процессы сгорания топливной смеси, нагревания заготовки и ее деформации.
При данном методе штамповки процесс деформирования заготовки начинается после нагрева ее до интервала температур горячей обработки. В частности, стальная заготовка нагревается до 800…1000 0С. Поэтому в процессе деформации материал заготовки практически не упрочняется. Следовательно, материал заготовки можно считать идеально пластичным.
Схема нагружения штампуемой заготовки показана на рис. 2.2. Заготовка с двух сторон подвергается интенсивному воздействию горячих газов, образованных в результате сгорания топливной смеси в камере сгорания и полости матрицы. Температура газа составляет 2000…2200 0С. При этом заготовка интенсивно нагревается. Фланцевая часть заготовки находящаяся под режимом, не успевает существенно нагреться, т.е. находится практически в холодном состоянии. В период нагрева заготовки давления в камере сгорания и полости матрицы одинаковое и заготовка практически не деформируется. При открытии выпускного клапана давление в полости матрицы снижается. Появляется разность давлений между камерой сгорания и полостью матрицы. Под действием этой разности давлений заготовка начинает деформироваться в сторону матрицы. При этом течение металла из фланцевой части заготовки отсутствует, так как эта часть заготовки имеет низкую температуру.
В данном случае давление, которое осуществляет деформирование заготовки, определяется разностью давлений между камерой сгорания и матрицей, т.е. Р = Рк - Рм. Тогда из уравнения (2.2) получим выражение для определения необходимой величины разности давлений
В начальный момент деформации заготовка является плоской, а затем она начинает приобретать форму шарового сегмента. При этом радиус сферы Rc имеет очень большое значение, поэтому согласно зависимости (2.3) перепад давлений, необходимый для деформирования заготовки, имеет небольшую величину. По мере деформирования заготовки радиус Rc шарового сегмента уменьшается, и перепад давлений увеличивается. Это продолжается до конца первого этапа процесса штамповки, т.е. до соприкосновения центральной части заготовки дна матрицы (рис. 2.3, штриховая линия). В этот момент радиус шарового сегмента имеет следующую величину где Rм – радиус матрицы; h – глубина центральной части матрицы. Из зависимостей (2.3) и (2.4) следует, что в конце первого этапа перепад давлений между камерой сгорания и матрицей необходимо определить по следующей зависимости
На втором этапе процесса штамповки происходит заполнение периферийной части матрицы. На рис. 2.4 показан возможные варианты деформации заготовки в зависимости от формы штампуемой детали. Заполнение углов матрицы и зон с минимальными радиусами закруглений происходит в конце второго этапа. В этот период давление в полости матрицы существенно не отличается от давления окружающей среды, поэтому перепад давлений между камерой сгорания и матрицей практически равно давлению в камере сгорания, т.е.
Оценка технологических возможностей метода газовой штамповки с двухсторонним нагревом заготовки
Таким образом, время нагрева стальной заготовки толщиной 3 мм до 900С составляет порядка 0,36 с. Если толщина заготовки меньше 3 мм, то соответственно уменьшится и время ее нагрева. Однако его уменьшение не будет пропорционально уменьшению толщины заготовки. Это связано с тем, что заготовка меньшей толщины будет штамповаться при меньшем давлении, а при этом уменьшится и коэффициент теплоотдачи а. В качестве примера рассмотрим нагрев стальной заготовки толщиной 1мм до 900С. По сравнению с рассмотренным случаем в данном случае потребное давление для штамповки уменьшится примерно в 3 раза (оно будет составлять около 8… 10 МПа), при этом коэффициент теплоотдачи а согласно зависимости (4.16) уменьшится примерно в 2,4 раза. Тогда, используя выше приведенные данные, по зависимости (4.13) получим
Экспериментальная установка должна обеспечить проведение исследований процесса штамповки и измерение температуры штампуемой заготовки. В данном случае, так как штампуемая заготовка с обеих сторон окружена горячим газом, то нельзя установить на ее поверхности датчики для замера температуры. Невозможно также применить бесконтактные методы измерения температуры, основанные на измерении энергии, излучаемой поверхностью заготовки.
Анализ известных средств измерения температуры с учетом условий газовой штамповки показал, что в данном случае измерение температуры штампуемой заготовки может быть осуществлено использованием в качестве датчиков температуры термопар. При этом датчики температуры должны быть установлены между двумя штампуемыми заготовками (штампуется одновременно две заготовки). Для определения поля температур этих заготовок датчиков должно быть не менее 4-5 штук.
Для проведения экспериментальных исследований была разработана экспериментальная установка, схема которой представлена на рис. 4.3. Экспериментальная установка включает в себя устройство для газовой штамповки, систему топливоподачи и выпуска продуктов горения и систему зажигания. Устройство для штамповки содержит матрицадержатель 1 и камеру сгорания 2, стянутые между собой при помощи прижимных плит 4, 5, четырех болтов 6 и гаек 7. Между камерой сгорания 2 и матрицадержателем 1 зажимаются листовые заготовки 8, 9, между которыми установлены термопары 10 с выводным проводом к компенсационному проводу 11. Зажим заготовки осуществляется за счет затяжки гаек 7. Герметизация стыков между камерой сгорания 3, заготовками 8, 9 и матрицадержателем 1 обеспечивается резиновыми уплотнительными кольцами 14.
В процессе горения топливной смеси в камере сгорания и полости матрицы заготовки 8 и 9 нагреваются. Изменение температуры заготовок фиксируется при помощи датчика 10 на осциллографе 16. Измерение температуры производится при двух режимах работы установки: без деформирования заготовки и при осуществлении штамповки. На первом режиме работы после осуществления зажигания топливной смеси через 0,3…1,0 с продукты сгорания одновременно выпускаются из камеры сгорания и полости матрицы. На втором режиме работы продукты сгорания вначале выпускаются из полости матрицы, а затем через 0,5…1,0 с выпускаются из камеры сгорания.
Однако произвести измерение температуры заготовки по схеме, представленной на рис. 4.3, не удалось. Это было обусловлено тем, что электрические провода, соединяющие датчики с измерительной аппаратурой, существенно затрудняли уплотнения стыков между фланцем заготовки и камерой сгорания, а также аналогичного стыка со стороны матрицы. При горении топливной смеси через эти стыки происходила утечка продуктов сгорания, и давление в камере сгорания и полости матрицы быстро падало. В связи с этим применили другой способ оценки температурного поля штампуемой заготовки. Для определения температуры заготовки использовали термоиндикаторные карандаши, которые плавятся при определенной температуре. Для предотвращения воздействия горячего газа на метки термоиндикаторных карандашей штамповке подвергали две заготовки, уложенные друг на друга. Метки наносили на внутреннюю поверхность заготовки 3 (рис. 4.4, поз. 4).
Эксперименты проводили следующим образом. На листовую заготовку толщиной 0,5 мм из стали 08 наносили термоиндикаторными карандашами параллельные линии на расстоянии 10 мм друг от друга (рис. 4.5). При этом метки наносили таким образом, чтобы чувствительность на температуру нанесенных линий отличалась на 50С. Таким образом, эти линии представляли собой шкалу температур с ценой деления 50С. Затем на заготовку с линиями устанавливали другую заготовку, после чего обе заготовки в сборе помещали в устройство для штамповки.
В процессе экспериментов варьировали давление топливной смеси от 0,3 МПа до 0,7 МПа и время нагрева заготовки от 0,2 с до 0,7 с. При этом время нагрева заготовки определялось промежутками времени между подачей искры свечей зажигания и открытием выпускного клапана. Вначале провели серию экспериментов при давлении топливной смеси 0,3 МПа, устанавливая время нагрева заготовки равным 0,2 с; 0,4 с; 0,6 с; 0,7 с. Каждый эксперимент повторяли 3 раза. При этом было установлено, что по мере увеличении времени нагрева заготовки от 0,2 с до 0,6 с ее температура повышается до 400С. Однако при увеличении длительности нагрева от 0,6 с до 0,7 с температура заготовки существенно не изменилась. По-видимому, при длительности нагрева 0,6 с практически наступало тепловое равновесие между газом и заготовкой. Для проверки этого предположения был рассмотрен тепловой баланс процесса нагрева заготовки. Площадь тепловоспринимающих поверхностей камеры сгорания и матрицы примерно в 3 раза превышает площадь поверхности заготовки. Поэтому на нагрев заготовки используется примерно 1/3 тепла, отводимого от газа. Исходя из этого, уравнение теплового баланса в данном случае имеет следующий вид: где m3 - масса заготовки;тг - масса газа; с3 - удельная теплоемкость заготовки; Д3- приращение температуры заготовки; t0r tr - начальная и конечная температура газа; cv0f cv - удельные теплоемкости газа при t0 и г.
Начальная температура заготовки составляла около 10 С, поэтому ею можно пренебречь. Тогда Д3 = 3, где 3 - температура заготовки. При тепловом равновесии между заготовкой и газом можно считать, что г = 3. Решение уравнения теплового баланса при этих допущениях показало, что при давлении топливной смеси 0,3 МПа максимальная температура заготовки составляет 420 С. Следовательно при длительности нагрева, равной 0,6 с, температура заготовки становится близкой к температуре газа и между ними практически наступает состояние теплового равновесия. В этой связи увеличение времени нагрева заготовки выше 0,6 с нецелесообразно. Поэтому серии экспериментов при давлении топливной смеси 0,5 МПа и 0,7 МПа время нагрева заготовки изменяли от 0,2 с до 0,6 с.
Результаты экспериментов представлены на рис. 4.6. Измеренные значения температуры отмечены точками. В трех экспериментах значения температуры либо совпадали, либо отличались на 50С. Так при Рс = 0,5 МПа и =0,4 с в двух экспериментах температура заготовки составляла 550С, а в одном эксперименте - 500С, поэтому значения температуры отмечены двумя точками. При Рс = 0,5 МПа и =0,6 с во всех трех экспериментах температура составила 550С. Значения температуры заготовки, относящиеся к каждой серии экспериментов, объединены соответствующими графиками. Так как температура оценивалось с точностью 50С, то можно считать, что доверительный интервал этих графиков составляет порядка 25С.
Экспериментальные исследования процесса нагрева заготовки при газовой штамповке с двухсторонним нагревом заготовки
Рассмотренные схемы применимы в единичном, опытном и мелкосерийном производствах. Они неэффективны для использования в крупносерийном производстве. Однако, если обеспечить установку заготовки на матрицу и съем детали из нее без разборки устройства, то данный метод штамповки может быть использован и в крупносерийном производстве.
На рис. 5.16 представлена схема устройства для штамповки, которое может быть использовано и в крупносерийном производстве. Устройство содержит станину 1, в верхней части которой выполнена камера сгорания 8. В станине 1 концентрично камере сгорания 8 выполнена кольцевая полость 7, в которой размещен кольцевой поршень 6. В нижней части станины 1 выполнен сквозной проем 2, в котором размещена матрица 4 с установленной на ней заготовкой 5. Матрица 4 имеет возможность перемещается перпендикулярно плоскости чертежа по направляющим 13. Перемещение матрицы производится при помощи пневмоцилиндра 18. В исходном положении устройства матрица 3 располагается вне рабочей зоны устройства. После установки штампуемой заготовки матрица перемещается в рабочую зону устройства. После этого подается жидкость и кольцевой поршень 6 опускается и зажимается фланец заготовки 5. При этом достигается герметизация камеры сгорания 6 и полости 4 матрицы. Затем производится наполнение топливной смесью камеры сгорания и полости 4 матрицы, а также зажигание топливной смеси. Под действием продуктов сгорания осуществляется процесс штамповки. Затем кольцевая полость 7 соединяется со сливом. В полость 4 подается сжатый воздух и кольцевой поршень перемещается вверх. После этого матрица 3 выдвигается из рабочей зоны устройства и из нее извлекается отштампованная деталь. Цикличность работы данного устройства сопоставима с цикличностью пресса.
Обобщая изложенное, можно заключить следующее. Устройство для штамповки, предназначенное для использования в мелкосерийном производстве целесообразно выполнить по схемам, представленным на рис. 5.3 и 5.11. При этом для уменьшения утонения заготовки можно использовать решение, показанное на рис. 5.12. Устройство, предназначенное для крупносерийного производства, целесообразно выполнить по схеме, показанной на рис. 5.16.
Система топливоподачи устройства для газовой штамповки может быть разработана по двум принципиально разным схемам: с внутренним и внешним смесеобразованием. В данном случае предпочтение было отдано схеме с внутренним смесеобразованием, так как она обеспечивает большую безопасность работы устройства для штамповки.
Система топливоподачи и выпуска отработавших газов устройства (рис. 5.17) включает в себя: баллоны со сжатым воздухом 13 и горючим газом 14, регуляторы давления 15, 16, обратные клапаны 17, 18, 19, 20, манометры 21, 22, 23, 24, впускные клапана 25, 26, Предохранительные клапаны с камеры 27, 28, декомпрессионные клапана 29, 30, электропневматические клапана 31, 32, 33, 34, 35, 36, пневмораспределители 37, 38, пневмоклапана пяти ходовые 39, 40, 41, 42 и свеч зажигания 43, 44.
Для управления процессами топливоподачи, и выпуска продуктов горения в систему введены электропневматические клапана. Кроме того, для надежного обеспечения необходимого соотношения между компонентами топливной смеси (горючим газом и сжатым воздухом) установлены также электроконтактные манометры для газа 21, 23 и для сжатого воздуха 22, 24. Работа системы осуществляется следующим образом. При работе входные вентили 10, 11 баллонов с газом 14 и сжатым воздухом 13, снабженные регуляторами давления 15 и 16, остаются открытыми. Подача топливной смеси в полость камеры сгорания 3 и в полость матрицадержателя 1 осуществляется следующим образом. Сжатый воздух из баллона 13 подается на пневмоэлектрические пятиходовые клапана 41 и 42 и пневмо-электрические клапана 32 и 35. При этом воздух из клапанов 41 и 42 поступают в управляющие полости декомпрессионных клапанов 29 и 30 и приводит их закрытие, герметизируя тем самым камеру сгорания 3 и полость матрицадержателя 1. Затем осуществляется подача газа из баллона 14 через открытый вентиль 11, регулятора давления 16 и пневмоэлектрических клапанов 31 и 34, которые открываются автоматически при запуске системы
При достижении заданного давления топливной смеси срабатывают электроконтактные манометры 22 и 24. Клапана 32 и 35 закрываются, и подача воздуха прекращается. Затем подается сигнал на трансформатор розжига для подачи искры на свечи зажигания 43 и 44. Сигнал также поступает на реле времени для задержки выпуска продуктов сгорания из камеры сгорания и полости матрицадержателя. Затем срабатывает пневмоэлектрический клапан 42. При этом сжатый воздух стравливается с управляющей полости декомпрессионного клапана 30, в результате чего происходит выпуск продуктов сгорания из полости матрицадержателя. При этом под действием давления газа в камере сгорания на заготовку осуществляется процесс штамповки. После завершения процесса штамповки открываются электропневматический клапан 41, который осуществляет открытие декомпрессионного клапана 29. При этом продукты сгорания выпускаются из камеры сгорания.
Система позволяет обеспечить последовательную подачу компонентов топливной смеси, что существенно повышает качество топливной смеси. Она обеспечивает также дистанционное управление рабочим процесса устройства для штамповки, что повышает безопасность его эксплуатации.
