RU1792773C - Устройство дл изготовлени полых изделий с внутренним фланцем из трубчатых заготовок - Google Patents

Abstract

Использование: в машино-, приборо- и авиастроении при производстве деталей с внутренним фланцем, преимущественно из трубчатых заготовок с внутренним диаметром больше 100 мм, Сущность изобретени : устройство содержит подвижную 1 и неподвижную 2 плиты, матрицу 3, охватывающий ее нагреватель 4, теплоизол тор 5, закрепленные соосно на соответствующих плитах кольцевые пуансоны 6 и 7, а также смонтированный на базовой вставке 8 и установленный в полости пуансонов концентрично матрице 3 дополнительный нагреватель 9 в

Description

виде индуктора с центральным магнитр- проводом, наружный диаметр которого не превышает диаметра упом нутой полости. Дл  удалени  готового издели  из рабочей зоны в штампе предусмотрен выталкиватель 10, св занный с толкателем пресса 11. Базова  вставка 8 дополнительного нагревател  9 установлена на штоке 12 привода возвратно-поступательного перемещени . На внутренних поверхност х пуансонов б и 7 со стороны их рабочих торцев выполнены равномерно расположенные по окружности радиальные пазы, ширина которых В не превышает глубины проникновени  электромагнитного пол  в материал пуансонов, а глубина плавно измен етс  в осевом направлении до максимального значени  и определ етс  из расчетной зависимости. Пазы размещены с рассчитываемым по формуле угловым шагом и выполнены разновысокими. Высота дополнительного нагревател  9 - Ндн соответствует удвоенной высоте пазов. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относитс  к обработке металлов давлением, в частности к устройствам дл  штамповки деталей из трубчатых заготовок с нагревом очага деформации, и может быть использовано в машино-, при- боро- и авиастроении при производстве деталей с внутренним фланцем, преимущественно из трубчатых заготовок с внутренним диаметром больше 100 мм.

Известно устройство дл  изготовлени  полых изделий с внутренним фланцем из трубчатых заготовок, содержащее- подвижную и неподвижную плиты, матрицу, охватывающий ее нагреватель, теплоизол тор, а также закрепленные соосно на соответствующих плитах два кольцевых пуансона.

Недостатком этого устройства  вл етс  невозможность получени  изделий с тонким широким фланцем из-за интенсивного теплоотвода от поверхности заготовки посредством теплопередачи пуансонам, который ведет к отклонению от оптимального температурного режима деформировани , и, как следствие, к снижению пластичности металла заготовки в очаге деформации, что, в свою очередь  вл етс  причиной невозможности достижени  больших степеней формоизменени  за одну операцию.

Наиболее близким техническим решением к изобретению  вл етс  устройство дл  изготовлени  полых изделий с внутренним фланцем из трубчатых заготовок, содержащее подвижную и неподвижную плиты, матрицу, охватывающий ее нагреватель , теплоизол тор, закрепленные соосно на соответствующих плитах два кольцевых пуансона, а также смонтированный на базовой вставке и установленный в полости пуансонов концёнтрично матрице дополнительный нагреватель, выполненный в виде индуктора с центральным магнитопроводом , наружный диаметр которого не превышает диаметра упом нутой полости (авт.св. № 1632598, кл. В 21J 1/06. 1989). Недостатками этого устройства  вл ютс  повышенный расход электроэнергии, обусловленный интенсивным нагревом пуансонов дополнительным нагревателем в процессе деформировани  заготовки, а также пониженное качество изделий, обусловленное неравномерностью течени  металла заготовки в очаге деформации, вызванной неравномерным в продольном сечении фланца температурным полем, создаваемым торцевыми рабочими поверхност ми

пуансонов. Следует отметить, что интенсивность нагрева рабочих торцевых поверхностей пуансонов снижаетс  в направлении от внутренних поверхностей пуансонов к их наружным поверхност м.

Цель изобретени  - снижение энергозатрат и повышение качества деталей за счет оптимизации процесса нагрева заготовки .

Поставленна  цель достигаетс  тем,

что в устройстве дл  изготовлени  полых изделий с внутренним фланцем из трубчатых заготовок, содержащем подвижную и неподвижную плиты, матрицу, охватывающий ее нагреватель, теплоизол тор, закрепленные соосно на соответствующих плитах два кольцевых пуансона, а также смонтированный на базовой вставке и установленный в полости пуансонов концёнтрично матрице дополнительный нагреватель в виде индуктора с центральным магнитопроводом, наружный диаметр которого не превышает диаметра упом нутой полости, на внутренних поверхност х пуансонов со стороны их рабочих торцев выполнены равномерно расположенные по окружности радиальные пазы, при этом ширина упом нутых пазов не превышает глу- биньА проникновени  электромагнитного пол | в материал пуансонов, их глубина плавко измен етс  в осевом направлении до максимального значени , определ емо- го из| соотношени 

11МЭКС Sn - Кр Д,

где чакс - максимальна  глубина паза. :

:3П-толщина пуансона; А - глубина проникновени  электромагнитного пол  в материал пуансонов;

Кр - коэффициент пропорциональности , определ ющий степень прозрачности nyah сона дл  электромагнитных волн в ра- диа; ьном направлении, величина которого мен.ше 1,0(КР 1,0); а размещены пазы с угловым шагом, определимым из соотношени  .

1- - 2 arcsin В + V Д-у.

,4. . .2 ( Г +(макс )

где fe - ширина паза;

Ъиакс максимальна  глубина паза;

г- радиус внутренних поверхностей пуансонов;

Д - глубина проникновени  электромагнитного пол  в материал пуансонов;

;КТ- коэффициент пропорциональности, определ ющий степень прозрачности пуансон дл  электромагнитных волн в танген- циа льном направлении, величина которого

13 Л

у)ь

мейьше2,0(.0).

ны го

Вместе с тем, радиальные пазы выполне- эавновысокими, а высота дополнительно

нагревател  соответствует удвоенной высоте упом нутых пазов.

На фиг. 1 изображено предлагаемое ус- тро йство, общий вид, разрез; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - сечение Б-Ј на фиг. 2.

Устройство содержит подвижную 1 и не- подвижную 2 плиты, матрицу 3, охватывающий ее нагреватель 4, теллоизол тор 5, закрепленные на соответствующих плитах солено матрице 3 кольцевые пуансоны 6 и 7, а также смонтированный на базовой вставке 8 и установленный в полости пуан- cotjiOB б, 7 концентрично матрице 3 допол- ни{ельный нагреватель 9 в виде индуктора с центральным магнитопроводом, наружный диаметр которого не превышает диаметра упом нутой полости. Дл  удалени  готового издели  из рабочей зоны в штампе предусмотрен выталкиватель 10, св занный с толкателем пресса 11. Базова  вставка 8 дополнительного нагревател  9 установле

на на штоке 12 привода возвратно-поступательного перемещени  (привод не показан). На внутренних поверхност х пуансонов 6,7 со стороны их рабочих горцев выполнены равномерно расположенные по окружности радиальные пазы, ширина которых В не превышает глубины проникновени  электромагнитного пол  в материал пуансонов, а глубина плавно измен етс  в осевом направлении до максимального значени , определ емого из соотношени 

макс Sn Кр Д где макс - максимальна  глубина паза;

Sn - толщина пуансона;

Д- глубина проникновени  электромагнитного пол  в материал пуансонов;

Кр- коэффициент пропорциональности, определ ющий степень прозрачности пуансона дл  электромагнитных волн в радиальном направлении, величина которого меньше 1,0 (Кр 1,0);

при этом пазы размещены с угловым шагом, определ емым из соотношени 

25

, В + Кт Д t 2 arcsin-г-. м--г-.

ч2 ( Г + макс )

0

5

0

5

0

5

где В - ширина паза;

Ыакс - максимальна  глубина паза;

г- радиус внутренних поверхностей пуансонов;

Д-глубина проникновени  электромагнитного пол  в материал пуансонов;

Кт - коэффициент пропорциональности, определ ющий степень прозрачности пуансона дл  электромагнитных волн в тангенциальном направлении, величина которого меньше 2,0 (Кт 2,0).

Упом нутые радиальные пазы выполнены равновысокими

hn пн,

hn - высота пазов на подвижном пуансоне 6;

hH - высота пазов на неподвижном пуансоне 7.

Высота дополнительного нагревател  9 (Ндн) соответствует удвоенной высоте этих пазов: Ндн пп + Нн.

Устройство работает следующим образом .

Трубчатую заготовку 13 устанавливают в нагретую до температуры деформации нагревателем 4 матрицу 3 на выталкиватель 10 и прижимают ее к последнему пуансоном 6 путем перемещени  вниз плиты 1. Затем посредством штока 12 привода осевого перемещени  устанавливают дополнительный нагреватель 9 в положении, при котором его горизонтальна  плоскость

симметрии 14 совпадает с плоскостью симметрии формообразующей полости образованной-рабочими торцами пуансонов 6 и 7, после чего осуществл ют нагрев заготовки 13дотемпературы деформации с двух сторон: снаружи путем теплопередачи от гор чей матрицы 3, и изнутри - индукционными токами высокой частоты (ТВЧ), создаваемыми магнитным полем дополнительного нагревател  9. По окончании нагрева заготовки, перемеща  вниз плиту 1, осуществл ют ее деформирование путем радиального выдавливани  фланца с одновременным подогревом изнутри ТВЧ. При этом, перемеща  дополнительный нагреватель 9 в направлении перемещени  плиты 1, производ т совмещение горизонтальной плоскости симметрии 14 дополнительного нагревател  9 с плоскостью симметрии формирующегос  фланца.

Благодар  наличию на внутренних поверхност х пуансонов б и 7 радиальных пазов вихревые индукционные токи, создаваемые магнитным полем нагревател  9, не-заход т в образованные на указанных поверхност х (в результате выполнени  пазов ) выступы, что обусловливает уменьшение тепла, выдел ющегос  на внутренних поверхност х пуансонов, и, следовательно, снижение энергозатрат. Благодар  плавному увеличению глубины упом нутых пазов, в радиальном направлении прилегающих к рабочим торцам пуансонов 6, 7 зон, нагреваемых нагревателем 9, выравниваетс  температурное поле.

В качестве примера конкретного применени  может служить устройство дл  изготовлени  полых деталей с наружным диаметром 300 мм, толщиной стенки 3 мм, высотой 100 мм, имеющих в средней части фланец шириной 20 мм и толщиной 4 мм. Штамп содержит дополнительный нагреватель в виде трехвиткового цилиндрического индуктора с С-образным магнитопроводом высотой НдН 40 мм (ширина паза составл ет 28 мм, а ширина башмака - 6 мм). Частота питающего индуктор тока равна 8 кГц. Следует учесть, что дл  заготовок с внутренним диаметром больше 100 мм дл  нагрева изнутри примен ют частоты 2,5...8 кНц, реже 10 кГц (при этом глубина проникновени  электромагнитного пол  Л в сталь составл ет 5... 10 мм). Дл  частоты 8 кГц гор ча  глубина проникновени  Дв материал пуансонов , выполненных из сплава ЖСб-К, равна 6,7 мм. Толщина пуансонов Sn 22 мм, радиус внутренних поверхностей г 125 мм. На внутренних поверхност х пуансонов со стороны их рабочих торцев выполнены равномерно расположенные по окружности радиальные пазы, ширина которых В 3,0 мм, а глубина плавно измен етс  в осевом направлении (к недеформирующим торцам пу- ансонов) до максимального значени  макс 5П - Кр А 22 - 0,,7 17 мм. Высоты участков, на которых выполнены пазы, равны:

hn пн Ндн/2 40/2 20 (мм). Пазы размещены с угловым шагом t, , равным:

„ , В + Кт Д 1« 2аГС5 П 2.(r-fUc)

-2nrr ln С 3 +( 1.7 ...1,95V 6.7) 2 аГСЗ|П 2-0.25 + 17)

t 5,8...6,4 (град.). Принимаем t 6°. Количество пазов равно 60°. Характер изменени  глубины упом нутых пазов описываетс  степенной функцией вида:

. Сб.(|-Ь,)1/2,

где А- коэффициент теплопроводности материала пуансона;

а-коэффициент теплоотдачи; hi - текуща  высота пуансона; Сб. значение аргумента функции Бессел , описывающей распространение электромагнитных волн в цилиндрическихтелах, определ емое из соотношени 

Тд/Тнп 1о(Сб),

где Тд - температура рабочего торца пуан- сона на уровне внутренней поверхности пуансона , равна  температуре деформации;

Тип - температура рабочего торца пуансона на уровне наружной поверхности пуан- сона;

0 - символ бесселевой функции нулевого пор дка первого рода.

В предположении, что Тд/Тнп 1.1 Y, значение аргумента функции Бессел  Y 10(Х), где X Сб, т.е. 1,1 (Сб). составл ет величину, равную Сб 0,6.

. С учетом того, что дл  сплава ЖС6-К А 25 Вт/(м-К), а а 100...300 ВтДм2К), имеем.

50

8 Сб ( hi )1/2 0,6S25/(100...300)hi)1/2, fi (9,5...5.5)hi1/2.

Принимаем fi 7 hi1 2,

Текуща  высота пуансона принимает значени  от hi h0 до hi гимакс, где п0 - начальна  (нулева ) высота пуансона, выбираема  из услови  прочности на срез; h0 3...5 мм, принимаем h0 3,5 мм; Ьмакс высота, соответствующа  максимальной глубине паза.

По сравнению с известным предла- rajewoe устройство позвол ет снизить энергозатраты и повысить качество изготавливаемых изделий за счет снижеФормула изобретени 

Claims (2)

1. Устройство дл  изготовлени  полых изЬелий с внутренним фланцем из трубчатых заготовок, содержащее подвижную и неподвижную плиты, матрицу, охватывающий ее нагреватель, теплоизол тор, закреп- лленные соосно на соответствующих плитах дв|а кольцевых пуансона, а также смонтированный на базовой вставке и установленный в полости пуансонов концентрично матрице дополнительный нагреватель в виде индуктора с центральным магнитопрово- дс(м, наружный диаметр которого не превышает диаметра полости, 6 т л и ч а ю- щ le e с   тем, что. с целью снижени  энер- го }атрат и повышени  качества деталей за счэт оптимизации процесса нагрева заго- тозки. на внутренних поверхност х пуан- coJHOB со стороны их рабочих торцов выполнены равномерно расположенные по окружности радиальные пазы, при этом ширина упом нутых пазов не превышает глу- проникновени  электромагнитного по л  в материал пуансонов, их глубина плавно измен етс  в осевом направлении до максимального значени , определ емого из соотношени 

(макс Sn Кр А,

ни  интенсивности нагрева кольцевых пуансонов и выравнивани  температурного пол  вдоль рабочих торцев последних .

где ыакс - максимальна  глубина паза;

Sn - толщина пуансона;

А- глубина проникновени  электромагнитного пол  в материал пуансона;

Кр - коэффициент пропорциональности, определ ющий степень.прозрачности пуансона в радиальном направлении, величина которого меньше 1.0 (Кр 1,0). а размещены пазы с угловым шагом, определ емым из следующего соотношени :

t, .2 arcsln

Оч

В + Кт А

2 ( Г + макс )

где В - ширина паза;

макс - максимальна  глубина паза;

г - радиус внутренних поверхностей пуансонов;

А- глубина проникновени  электромагнитного пол  в материал пуансонов;

Кт - коэффициент пропорциональности, определ ющий степень прозрачности пуансонов дл  электромагнитных волн в тангенциальном направлении, величина которого меньше2.0(.0).

2. Устройство по п. 1. о т л и ч г ю щ е е- с   тем, что радиальные пазы выполнены равновысокими, а высота дополнительного нагревател  соответствует удвоенной высоте упом нутых пазов.

1792773

JbA,