RU178276U1

RU178276U1 - Sheet Metal Stamping Device

Info

Publication number: RU178276U1
Application number: RU2017112912U
Authority: RU
Inventors: Анвар Юсуфович Боташев; Рашид Альбертович Байрамуков; Назим Урасланович Бисилов; Роман Сергеевич Малсугенов
Original assignee: Анвар Юсуфович Боташев; Рашид Альбертович Байрамуков
Priority date: 2017-04-14
Filing date: 2017-04-14
Publication date: 2018-03-28

Abstract

Данная полезная модель относится к области обработки металлов давлением и может быть использована для штамповки деталей из листового материала, преимущественно в мелкосерийном и опытном производствах.Устройство для листовой газовой штамповки, содержащее соосно установленные матрицу с внутренней полостью и камеру сгорания, снабженные средствами подачи и зажигания газовой смеси и выпуска продуктов сгорания, а также охватывающую внутреннюю полость матрицы кольцевую полость, в которой размещен кольцевой поршень, взаимодействующий со штампуемой заготовкой. Отличительной особенностью данного устройства является то, что оно содержит рабочий цилиндр с поршнем и дополнительную камеру сгорания, снабженную средствами подачи и зажигания газовой смеси и выпуска продуктов сгорания, причем рабочий цилиндр сообщен с камерой сгорания, а дополнительная камера сгорания примыкает к торцу поршня.This utility model relates to the field of metal forming and can be used for stamping parts from sheet material, mainly in small-scale and pilot production. A device for sheet metal stamping, containing a coaxially mounted matrix with an internal cavity and a combustion chamber equipped with gas supply and ignition means mixture and exhaust of combustion products, as well as an annular cavity covering the internal cavity of the matrix, in which an annular piston is placed, interacting with tamped billet. A distinctive feature of this device is that it contains a working cylinder with a piston and an additional combustion chamber equipped with means for supplying and igniting the gas mixture and exhausting the combustion products, the working cylinder being in communication with the combustion chamber, and the additional combustion chamber adjacent to the end face of the piston.

Description

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.The proposed utility model relates to the field of processing materials by pressure and can be used for stamping parts from sheet material, mainly in small-scale and pilot production.

Известны устройства для листовой газовой штамповки, содержащие камеру сгорания и матрицу, между которыми располагается штампуемая заготовка (Степанов В.Г., Шавров И.А. Высокоэнергетические импульсные методы обработки металлов. Л.: Машиностроение, 1975. - С. 63). В этих устройствах процесс штамповки осуществляется под действием давления газа, образующегося при сгорании горючих газовых смесей, например природного газа и кислорода.Known devices for sheet metal stamping containing a combustion chamber and a die, between which a stamped workpiece is located (Stepanov V.G., Shavrov I.A. High-energy pulsed metal processing methods. L .: Mechanical Engineering, 1975. - P. 63). In these devices, the stamping process is carried out under the action of the gas pressure generated by the combustion of combustible gas mixtures, for example natural gas and oxygen.

К заявленному объекту наиболее близким аналогом является устройство для листовой штамповки взрывом газовых смесей, содержащее соосно установленные матрицу с внутренней полостью и камеру сгорания, снабженные средствами для подачи и зажигания газовой смеси и выпуска продуктов сгорания, а также охватывающую внутреннюю полость матрицы кольцевую полость, в которой размещен кольцевой поршень, взаимодействующий со штампуемой заготовкой (патент на полезную модель №98954, МПК В21Д 22/00). В этом устройстве горение газовой смеси осуществляется в камере сгорания и в полости матрицы. Это позволяет нагреть листовую заготовку и осуществить процесс штамповки в горячем состоянии заготовки, что повышает ее пластичность.The closest analogue to the claimed object is a device for sheet stamping by explosion of gas mixtures, containing a coaxially mounted matrix with an internal cavity and a combustion chamber equipped with means for supplying and igniting the gas mixture and exhausting the combustion products, as well as an annular cavity covering the internal cavity of the matrix, in which placed an annular piston interacting with a stamped workpiece (utility model patent No. 98954, IPC V21D 22/00). In this device, the combustion of the gas mixture is carried out in the combustion chamber and in the cavity of the matrix. This allows you to heat the sheet stock and carry out the stamping process in the hot state of the workpiece, which increases its ductility.

Известное устройство имеет следующий недостаток. При штамповке изделий из листовой заготовки усилие деформирования в процессе штамповки увеличивается. В данном устройстве нагрев и деформирование заготовки осуществляется воздействием газа. Давление газа максимально в начале процесса штамповки. В процессе штамповки за счет расширения и охлаждении газа его давление непрерывно уменьшается, а потребное усилие для деформирования заготовки увеличивается. Поэтому данное устройство обеспечивает штамповку только тонкостенных изделий толщиной до 1…1,5 мм. По этой же причине данное устройство не позволяет штамповать двухслойные (биметаллические) изделия. Это ограничивает его технологические возможности.The known device has the following disadvantage. When stamping products from sheet blanks, the deformation force in the stamping process increases. In this device, heating and deformation of the workpiece is carried out by the action of gas. The gas pressure is maximum at the beginning of the stamping process. In the process of stamping due to expansion and cooling of the gas, its pressure is continuously reduced, and the required force for deformation of the workpiece increases. Therefore, this device provides stamping only thin-walled products with a thickness of 1 ... 1.5 mm. For the same reason, this device does not allow stamping two-layer (bimetallic) products. This limits its technological capabilities.

Технической задачей полезной модели является расширение технологических возможностей устройства для газовой штамповки.The technical task of the utility model is to expand the technological capabilities of the device for gas stamping.

Технический результат полезной модели достигается тем, что устройство для листовой газовой штамповки содержит соосно установленные матрицу с внутренней полостью и камеру сгорания, снабженные средствами подачи и зажигания газовой смеси и выпуска продуктов сгорания, а также охватывающую внутреннюю полость матрицы кольцевую полость, в которой размещен кольцевой поршень, взаимодействующий со штампуемой заготовкой. Кроме того, устройство содержит рабочий цилиндр с поршнем и дополнительную камеру сгорания, снабженную средствами подачи и зажигания газовой смеси и выпуска продуктов сгорания, причем рабочий цилиндр сообщен с камерой сгорания, а дополнительная камера сгорания примыкает к торцу поршня.The technical result of the utility model is achieved by the fact that the device for sheet metal stamping contains a coaxially mounted matrix with an internal cavity and a combustion chamber equipped with means for supplying and igniting the gas mixture and exhausting the combustion products, as well as an annular cavity surrounding the internal cavity of the matrix, in which the annular piston is placed interacting with a stamped workpiece. In addition, the device contains a working cylinder with a piston and an additional combustion chamber equipped with means for supplying and igniting the gas mixture and exhausting the combustion products, the working cylinder being in communication with the combustion chamber, and the additional combustion chamber adjacent to the end face of the piston.

Предлагаемое устройство схематично показано на фиг. 1, 2 и 3, где на фиг. 1 представлено устройство в исходном его положении, а на фиг. 2 и 3 - в процессе штамповки изделия.The proposed device is shown schematically in FIG. 1, 2 and 3, where in FIG. 1 shows the device in its initial position, and in FIG. 2 and 3 - in the process of stamping the product.

Устройство содержит корпус 1 и матрицу 2 с внутренней полостью 3, соединенные между собой при помощи болтов 4 и гаек 5. В корпусе 1 размещены камера сгорания 6 и рабочий цилиндр 7 с поршнем 8, снабженным уплотнением 9. В нижней части корпуса 1 расположена дополнительная камера сгорания 10. Камера сгорания 6 снабжена впускным клапаном 11, свечей зажигания 12, выпускным клапаном 13. Дополнительная камера сгорания 10 также снабжена впускным клапаном 14, свечи зажигания 15 и выпускным клапаном 16. На матрице 2 установлены впускной клапан 17, свеча зажигания 18 и выпускной клапан 19. В матрице 2 выполнена кольцевая полость 20, в которую установлен кольцевой поршень 21. Устройство устанавливается на опоре 22. Устройство может штамповать однослойные и двухслойные изделия. При штамповке двухслойных изделий между корпусом 1 и кольцевым поршнем 21 устанавливаются две листовые заготовки 23, 24 из разнородных материалов, например из стали и алюминия. При штамповке однослойных заготовок между корпусом 1 и кольцевым поршнем 21 устанавливается одна заготовка.The device comprises a housing 1 and a matrix 2 with an internal cavity 3, interconnected by bolts 4 and nuts 5. In the housing 1 there is a combustion chamber 6 and a working cylinder 7 with a piston 8 provided with a seal 9. In the lower part of the housing 1 there is an additional chamber combustion 10. The combustion chamber 6 is equipped with an intake valve 11, spark plugs 12, exhaust valve 13. An additional combustion chamber 10 is also equipped with an intake valve 14, spark plugs 15 and exhaust valve 16. The intake valve 17, the spark plug 18 and exhaust valve 19. An annular cavity 20 is made in the matrix 2, into which an annular piston 21 is installed. The device is mounted on a support 22. The device can stamp single-layer and double-layer products. When stamping two-layer products between the housing 1 and the annular piston 21, two sheet blanks 23, 24 are made of dissimilar materials, for example, steel and aluminum. When stamping single-layer workpieces between the housing 1 and the annular piston 21 is installed one workpiece.

Работу устройства рассмотрим для случая штамповки двухслойных (биметаллических) изделий из двух листовых заготовок. Работа устройства осуществляется в следующей последовательности. В кольцевую полость 20 подается под давлением жидкость или сжатый воздух. При этом кольцевой поршень 21 осуществляет прижим фланцевой части заготовок 23 и 24. Одновременно производится закрытие выпускных клапанов 13, 16, 19. Затем через впускные клапаны 11, 14, 17 производится подача горючего газа и сжатого воздуха в полость 3 матрицы 2, камера сгорания 6 и дополнительную камеру сгорания 10. При этом в полости 3, камерах сгорания 6, 10 и рабочем цилиндре 7 образуются топливные смеси. В камерах сгорания 6, 10 и рабочем цилиндре 8 устанавливается одинаковое давление топливной смеси, в полости 3 ее давление устанавливается в 2…3 раза ниже. Затем при помощи свеч 12 и 18 осуществляется зажигание топливных смесей в полости 3 и камере сгорания 6. В результате сгорания топливных смесей давление в полости 3, камере сгорания 6 и рабочем цилиндре 7 многократно повышается. При этом давление в камере сгорания 6 в 2…3 раза превышает давление в полости 3. Под действием разности давлений заготовки 23 и 24 совместно деформируются, то есть осуществляется вытяжка их в полость 3 матрицы 2. При этом происходит интенсивное пластическое течение металла с фланцевой части заготовок.We consider the operation of the device for the case of stamping two-layer (bimetallic) products from two sheet blanks. The operation of the device is carried out in the following sequence. Liquid or compressed air is supplied into the annular cavity 20 under pressure. In this case, the annular piston 21 presses the flange part of the workpieces 23 and 24. At the same time, the exhaust valves 13, 16, 19 are closed. Then, the inlet valves 11, 14, 17 supply combustible gas and compressed air to the cavity 3 of the matrix 2, the combustion chamber 6 and an additional combustion chamber 10. In this case, fuel mixtures are formed in the cavity 3, combustion chambers 6, 10 and the working cylinder 7. In the combustion chambers 6, 10 and the working cylinder 8 the same pressure of the fuel mixture is set, in the cavity 3 its pressure is set 2 ... 3 times lower. Then, with the help of candles 12 and 18, the fuel mixtures are ignited in the cavity 3 and the combustion chamber 6. As a result of the combustion of the fuel mixtures, the pressure in the cavity 3, the combustion chamber 6 and the working cylinder 7 increases many times. The pressure in the combustion chamber 6 is 2 ... 3 times higher than the pressure in the cavity 3. Under the action of the pressure difference, the workpieces 23 and 24 are jointly deformed, that is, they are drawn into the cavity 3 of the matrix 2. In this case, an intense plastic flow of metal from the flange part occurs blanks.

В процессе вытяжки заготовок 23 и 24 усилие деформирования увеличивается, повышается также давление газа в полости 3 матрицы 2 вследствие его сжатия. Поэтому на определенной глубине матрицы 2 вытяжка заготовок прекращается (фиг. 2). В этом положении заготовки 23, 24 находятся в течение 0,5…1 с, при этом под действием продуктов сгорания заготовки интенсивно нагреваются. В процессе их нагрева температура продуктов сгорания снижается, соответственно уменьшается и давление в полости 3 и в камере сгорания 6. Затем при помощи свечи 15 осуществляется зажигание топливной смеси в дополнительной камере сгорания 10. В результате сгорания топливной смеси давление в этой камере многократно повышается. Под действием давления продуктов сгорания поршень 8 перемещается, вытесняя газ из рабочего цилиндра 7 в камеру сгорания 6. При этом происходит интенсивный рост давления и температуры газа в камере сгорания 6. Это обеспечивает дальнейшую деформацию заготовок 23, 24 (фиг. 3), а также увеличение их температуры до достижения интервала температур горячей обработки.In the process of drawing the blanks 23 and 24, the deformation force increases, and the gas pressure in the cavity 3 of the matrix 2 also increases due to its compression. Therefore, at a certain depth of the matrix 2, the extraction of the blanks stops (Fig. 2). In this position, the workpieces 23, 24 are within 0.5 ... 1 s, while under the action of the combustion products, the workpieces intensively heat up. During their heating, the temperature of the combustion products decreases, and accordingly the pressure in the cavity 3 and in the combustion chamber 6 also decreases. Then, with the help of a candle 15, the fuel mixture is ignited in the additional combustion chamber 10. As a result of the combustion of the fuel mixture, the pressure in this chamber increases many times. Under the action of the pressure of the combustion products, the piston 8 moves, displacing the gas from the working cylinder 7 into the combustion chamber 6. In this case, an intense increase in pressure and temperature of the gas in the combustion chamber 6. This ensures further deformation of the workpieces 23, 24 (Fig. 3), as well as an increase in their temperature until the hot working temperature range is reached.

Совместное воздействие в течение 2..3 с высокого давления и высокой температуры создает условия для диффузионной сварки между собой заготовок 23 и 24, то есть происходит сварка по поверхности их контакта. Затем открывается выпускной клапан 19, и газ и из полости 3 матрицы 2 выпускается. Давление в полости матрицы 2 падает. При этом под действием давления газа, находящегося в камере сгорания 6, заготовки 23 и 24 совместно деформируются и заполняют всю полость матрицы 2. В этом положении заготовки остаются под давлением газа в течение 2..4 с для завершения процесса сварки и получения двухслойного изделия.Joint action for 2..3 s of high pressure and high temperature creates the conditions for diffusion welding between each other of workpieces 23 and 24, that is, welding occurs along the surface of their contact. Then, the exhaust valve 19 is opened, and gas is also discharged from the cavity 3 of the matrix 2. The pressure in the cavity of the matrix 2 drops. In this case, under the action of the pressure of the gas located in the combustion chamber 6, the workpieces 23 and 24 jointly deform and fill the entire cavity of the matrix 2. In this position, the workpieces remain under gas pressure for 2..4 s to complete the welding process and obtain a two-layer product.

После осуществления процесса штамповки открываются выпускные клапаны 13, 16, 19 и продукты сгорания выпускаются из камеры сгорания 6, рабочего цилиндра 7 и дополнительной камеры сгорания 10. При этом поршень 8 под давлением собственного веса опускается в исходное положение. Кольцевая полость 20 соединяется на слив. После этого, отвинтив гайки 5, матрица 2 отсоединяется от корпуса 1, и из нее извлекается отштампованное двухслойное изделие. Затем на корпусе 1 устанавливаются новые заготовки, и матрица 2 присоединяется к корпусу 1. Далее рабочий цикл устройства повторяется в той же последовательности.After the stamping process, the exhaust valves 13, 16, 19 are opened and the combustion products are discharged from the combustion chamber 6, the working cylinder 7 and the additional combustion chamber 10. In this case, the piston 8 is lowered under its own weight to its original position. The annular cavity 20 is connected to the drain. After that, unscrewing the nuts 5, the matrix 2 is disconnected from the housing 1, and a stamped two-layer product is removed from it. Then, new blanks are installed on the casing 1, and the matrix 2 is attached to the casing 1. Next, the working cycle of the device is repeated in the same sequence.

При штамповке однослойного изделия используется одна листовая заготовка. При этом работа устройства осуществляется аналогично вышеописанному.When stamping a single-layer product, one sheet blank is used. In this case, the operation of the device is carried out similarly to the above.

В предложенном устройстве благодаря наличию рабочего цилиндра с поршнем и дополнительной камеры сгорания обеспечивается на поверхности обрабатываемой заготовки высокое давление и высокая температура газа в течение достаточно длительного времени. Причем, максимальное давление газа достигается в конечной стадии процесса штамповки, то есть когда усилие деформации достигает максимальной величины. Благодаря этому данное устройство по сравнению с известными устройствами обеспечивает штамповку деталей значительно большей толщины, а также получение двухслойных (биметаллических) изделий из двух листовых заготовок, что существенно расширяет его технологические возможности.In the proposed device, due to the presence of a working cylinder with a piston and an additional combustion chamber, high pressure and high gas temperature are provided on the surface of the workpiece for a sufficiently long time. Moreover, the maximum gas pressure is achieved in the final stage of the stamping process, that is, when the deformation force reaches a maximum value. Due to this, this device, compared with known devices, provides stamping of parts of much greater thickness, as well as the production of two-layer (bimetallic) products from two sheet blanks, which significantly expands its technological capabilities.

Claims

A device for sheet metal stamping, containing a coaxially mounted matrix with an internal cavity and a combustion chamber equipped with means for supplying and igniting the gas mixture and exhausting combustion products, and an annular cavity enclosing the internal cavity of the matrix, in which an annular piston is arranged, interacting with the stamped blank, characterized in that it contains a working cylinder with a piston and an additional combustion chamber equipped with means for supplying and igniting the gas mixture and exhausting the combustion products, the working cylinder communicates with the combustion chamber, and an additional combustion chamber adjacent to the end face of the piston.