Новости
09.05.2023
с Днём Победы!
07.03.2023
Поздравляем с Международным женским днем!
23.02.2023
Поздравляем с Днем защитника Отечества!
Оплата онлайн
При оплате онлайн будет
удержана комиссия 3,5-5,5%








Способ оплаты:

С банковской карты (3,5%)
Сбербанк онлайн (3,5%)
Со счета в Яндекс.Деньгах (5,5%)
Наличными через терминал (3,5%)

РАЗРАБОТКА, СОЗДАНИЕ И ИСПЫТАНИЕ УСТРОЙСТВА ДЛЯ ГАЗОВОЙ ШТАМПОВКИ С ПРОТИВОДАВЛЕНИЕМ

Авторы:
Город:
Черкесск
ВУЗ:
Дата:
05 марта 2016г.

Штамповку листовых деталей сложной формы и деталей, производимых из труднодеформируемых сплавов, целесообразно осуществлять с предварительным нагревом заготовки. Нагретая листовая заготовка из-за большой площади ее поверхности быстро остывает. Поэтому нагрев листовой заготовки необходимо производить непосредственно в полости матрицы. Нагрев заготовки можно осуществлять при помощи электрического тока [2], однако при этом существенно усложняется штамповая оснастка, что обуславливает повышение себестоимости производимых деталей. Нагрев листовой  заготовки в полости матрицы производят также длительным воздействием потока нагретого инертного газа [3]. Этот способ нагрева также является дорогостоящим, поэтому он применяется в основном при штамповке особо ответственных деталей, в частности деталей аэрокосмической техники. В этой связи разработка новых способов нагрева листовой заготовки и оборудования для их осуществления, обеспечивающих снижение себестоимости штампуемых деталей, является актуальной задачей. Для ее решения нами разработан метод газовой листовой штамповки с противодавлением [1]. Схема устройства для осуществления этого метода представлена на Рисунке 1.

Устройство содержит матрицедержатель 1 и корпус 2 с камерой сгорания 5, стянутые между собой при помощи болтов 3 и гаек 4. Камера сгорания 5 снабжена впускным клапаном 6, свечей зажигания 7 и выпускным клапаном 8. К корпусу 2 при помощи винтов закреплен цилиндр 11 с поршнем 10. Полость 9 цилиндра 11 сообщена с камерой сгорания 5, а полость 12 трубопроводом 13 соединена с полостью 18 матрицы 17. Штампуемая заготовка 16 зажимается между матрицедержателем 1 и корпусом 2. В нижней части матрицедержателя установлены впускной клапан 21 и выпускной клапан 22. В нижней части корпуса 2 выполнена кольцевая полость 14, в которой установлен кольцевой поршень 15, служащий в качестве прижима.


Работа устройства осуществляется следующим образом. В кольцевую полость 14 подается сжатый воздух либо жидкость. При этом кольцевой поршень 15 осуществляет прижим фланцевой части заготовки 16. Затем в полость 18 матрицы 17 через клапан 21 подается сжатый воздух, который через трубопровод 13 поступает и в полость 12 цилиндра 11. Одновременно через клапан 6 в камеру сгорания 5 подаются компоненты топливной смеси: горючий газ и сжатый воздух. Давление топливной смеси в камере сгорания 5 устанавливается равным давлению воздуха в полости 18 матрицы 17. Топливная смесь при помощи свечи 7 поджигается. В процессе горения топливной смеси давление в камере сгорания 5 повышается. Это давление передается и в полость 9 цилиндра 11. При этом под действием давления газа поршень 10 перемещается, вытесняя воздух из полости 12 в полость 18 матрицы 17. Благодаря этому в процессе горения топливной смеси в камере сгорания 5 обеспечивается увеличение давления и в полости 18 матрицы 17, что ограничивает деформацию заготовки 16 и предотвращает контакт её с поверхностью матрицы. После окончания процесса сгорания топливной смеси заготовка 16 еще некоторое время остается под воздействием продуктов сгорания и интенсивно нагревается. При достижении ее температуры заданного интервала температур открывается клапан 22, и воздух из полости 18 матрицы 17 выпускается. Давление в полости 18 матрицы 17 падает. При этом под действием давления продуктов сгорания заготовка 16 деформируется и заполняет полость 18 матрицы 17 – осуществляется процесс штамповки.

В целях обеспечения интенсивного нагрева заготовки необходимо исключить контакт заготовки с поверхностью матрицы. Для этого давление в полости 18 матрицы 17 должно изменяться соответственно изменению давления в камере сгорания, особенно в конечной стадии процесса сгорания топливной смеси. Исследование рабочего процесса устройства для газовой штамповки показало, что при правильном подборе его конструктивных параметров можно обеспечить синхронное изменение давления в камере сгорания и в полостях матрицы [1]. Для этого, в частности, объем цилиндра должен быть в 3…4 раза больше суммарного объема полости 18 матрицы и трубопровода 13. При этом достигается примерное равенство давлений с обеих сторон заготовки, что позволяет минимизировать деформацию заготовки в процессе ее нагрева и обеспечить интенсивный ее нагрев.

Следует также отметить, что при данной схеме максимально возможная температура воздуха в полости матрицы невелика, порядка 200…250° С, поэтому ресурс матрицы не ограничен тепловой нагрузкой на нее.

Для практической апробации метода штамповки с противодавлением и проверки работоспособности данной конструктивной схемы было разработано, изготовлено и смонтировано экспериментальное устройство для газовой штамповки с противодавлением. Фотография экспериментального устройства представлена на Рисунок 2. Устройство состоит из трех основных узлов: камеры сгорания с крышкой, матрицедержателя с матрицей и цилиндра. Камера сгорания снабжена устройствами для подачи и зажигания топливной смеси, и выпуска продуктов сгорания. Матрицедержатель снабжен впускным и выпускным клапанами для подачи сжатого воздуха в полость матрицы и его выпуска. Соединение камеры сгорания с матрицедержателем осуществляется при помощи четырех стяжных болтов и гаек. Цилиндр, обеспечивающий создание противодавления в полости матрицы, расположен горизонтально и жестко соединен с камерой сгорания. Внутренняя полость цилиндра разделена поршнем на две полости, одна из которых сообщена с полостью камеры сгорания каналом диаметром 25 мм. Другая полость цилиндра при помощи резинового шланга высокого давления диаметром 20 мм соединена с полостью матрицы. При определении размеров цилиндра были учтены результаты исследований, проведенных в работе [1]. В частности внутренний диаметр цилиндра составляет 160 мм, а ее длина - 550 мм, длина поршня – 100 мм.

После осуществления сборки и монтажа экспериментального устройства было проведено испытание его на герметичность. Для этого вместо впускных клапанов 6 и 21 (Рисунок 1) были установлены штуцеры, а на места остальных клапанов камеры сгорания и матрицедержателя были установлены заглушки. В кольцевую полость 14 подавали жидкость под давлением 5 МПа, что обеспечивало надежный зажим заготовки 16. После этого в камеру сгорания 5 подавали сжатый воздух давлением 0,8 МПа и проверяли отсутствие утечки воздуха из камеры сгорания 5 и цилиндра 11. Затем сжатый воздух из камеры сгорания выпускали и подавали в полость 20 матрицедержателя 1 сжатый воздух давлением 0,8 МПа. При этом проверяли отсутствие утечки воздуха из полости матрицедержателя и цилиндра 11. Проверка в целом показала надежную герметичность камеры сгорания, матрицедержателя и цилиндра.

Затем была проведена проверка плавности перемещения поршня 10 в цилиндре 11. Для этого гибкий трубопровод отсоединяли от цилиндра и в камеру сгорания подавали сжатый воздух давлением 0,025 МПа. При этом поршень перемещался в крайне правое положение. Затем сжатый воздух выпускали из камеры сгорания. После этого гибкий трубопровод вновь присоединяли к цилиндру 11 и в полость матрицедержателя 1 подавали сжатый воздух давлением 0,025 МПа. При этом поршень 10 возвращался в крайне левое положение. Устойчивое перемещение поршня в прямом и обратном направлениях под действием сравнительно небольшого давления (в 10 раз меньшего минимального значения рабочего давления) свидетельствовало о плавном перемещении поршня.

После этого была проведена проверка работы системы топливоподачи устройства для штамповки. Для этого сначала в ручном режиме поочередно производили наполнение камеры сгорания и полости матрицы сжатым воздухом давлением 0,5 МПа. После этого производили проверку работы системы в полуавтоматическом режиме, подавая последовательно сжатый воздух сначала из одного баллона, а затем из другого баллона, что имитировало последовательную подачу горючего газа и сжатого воздуха.

Проведенные испытания в целом подтвердили работоспособность и безопасность устройства для газовой штамповки. Это позволило использовать его для проведения экспериментальных исследований газовой штамповки с противодавлением. В процессе экспериментальных исследований устройство работало безотказно, что подтверждает его надежность. При этом были получены детали хорошего качества. Фотография одной из отштампованных деталей показана на Рисунок 3.


Положительные результаты эксплуатации экспериментального устройства для газовой штамповки и хорошее качество полученных при этом деталей свидетельствуют о возможности использования данного типа устройств в промышленном производстве для штамповки и формовки тонкостенных деталей сложной конфигурации, особенно в условиях мелкосерийного и опытного производств.

Основные технические характеристики устройства

Максимальный диаметр обрабатываемой заготовки, мм……………………450 Максимальная толщина заготовки из стали, мм.……………………...……..…1 из цветных сплавов, мм…………………………………...………….…………..3 Максимальное давление топливной смеси, МПа……………………………..0,7 Габаритные размеры устройства, мм……………………………..950х500х1500 Установленная электрическая мощность, кВт………………………………….2

 

Список литературы

1.     Боташев А.Ю. Разработка и исследование устройства для газовой штамповки с односторонним нагревом заготовки [Текст] / А.Ю. Боташев, Н.У. Бисилов, Р.С. Малсугенов // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. – 2014. – № 7. – С. 28 - 34.

2.     Зубцов М.Е. Листовая Штамповка / М.Е. Зубцов. – Л.: Машиностроение. Ленингр. Отд., 1980. – 432с., ил.

3.     Ковалевич М.В. Расчет режимов пневмотермической формовки деталей коробчатой формы в режиме сверхпластичности / М.В. Ковалевич // Кузнечно-штамповочное производство. – 2006. – №9. – С. 35-39.