RU198162U1

RU198162U1 - DEVICE FOR SHEET GAS STAMPING

Info

Publication number: RU198162U1
Application number: RU2019143543U
Authority: RU
Inventors: Анвар Юсуфович Боташев
Original assignee: Анвар Юсуфович Боташев
Priority date: 2019-12-20
Filing date: 2019-12-20
Publication date: 2020-06-22

Abstract

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 содержит соосно установленные матрицу с внутренней полостью и камеру сгорания, снабженные средствами подачи и зажигания газовой смеси и выпуска продуктов сгорания, и охватывающую внутреннюю полость матрицы кольцевую полость, в которой размещен кольцевой поршень, взаимодействующий со штампуемой заготовкой. Устройство содержит рабочий цилиндр с поршнем, соединенный через обратный клапан с ресивером. Камера сгорания сообщена при помощи перепускного клапана с рабочим цилиндром. Ресивер соединен при помощи управляющих клапанов с камерой сгорания и полостью матрицы. В результате обеспечивается снижение расхода энергии. 1 ил.The 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. The device for sheet gas 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, and an annular cavity enclosing the internal cavity of the matrix, in which an annular piston interacting with the die blank is placed. The device comprises a working cylinder with a piston connected through a check valve to the receiver. The combustion chamber is communicated by a bypass valve with a working cylinder. The receiver is connected via control valves to the combustion chamber and the matrix cavity. The result is a reduction in energy consumption. 1 ill.

Description

Предполагаемая полезная модель относится к области обработки материалов давлением и может быть использована для штамповки деталей из листового материала, преимущественно, в мелкосерийном 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 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 to carry out the stamping process in the hot state of the workpiece, which increases its ductility.

Недостаток известного устройства заключаются в следующем. В процессе деформирования заготовки усилие деформирования, как правило, увеличивается. Поэтому для обеспечения необходимой величины усилия деформирования давление газа в камере сгорания в конце процесса штамповки должно иметь значительную величину. После завершение процесса штамповки этот газ, обладающий высокой температурой и большим давлением, выпускается в окружающую среду. Это существенно снижает экономичность устройства.A disadvantage of the known device are as follows. In the process of deformation of the workpiece, the deformation force, as a rule, increases. Therefore, to ensure the required magnitude of the deformation force, the gas pressure in the combustion chamber at the end of the stamping process should be significant. After completion of the stamping process, this gas, which has a high temperature and high pressure, is discharged into the environment. This significantly reduces the efficiency of the device.

Технической задачей полезной модели является повышение экономичности устройства для листовой штамповки.The technical task of the utility model is to increase the efficiency of the device for sheet stamping.

Технический результат полезной модели достигается тем, устройство для листовой штамповки взрывом газовых смесей 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, соединенный через обратный клапан с ресивером, причем камера сгорания сообщена при помощи перепускного клапана с рабочим цилиндром, а ресивер соединен при помощи управляющих клапанов с камерой сгорания и полостью матрицы.The technical result of the utility model is achieved by the fact that the device for sheet stamping by the explosion of gas mixtures 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 combustion products, as well as an annular cavity surrounding the internal cavity of the matrix, in which an annular cavity is placed the piston interacting with the stamped workpiece. In addition, the device comprises a working cylinder with a piston connected through a check valve to the receiver, the combustion chamber communicating with the bypass valve with the working cylinder, and the receiver is connected via control valves to the combustion chamber and the cavity of the matrix.

Предлагаемое устройство схематично показано на рисунке. Устройство содержит соосно установленные камеру сгорания 1 и матрицу 2 с внутренней полостью 3, соединенные между собой при помощи болтов 4 и гаек 5. Камера сгорания 1 снабжена впускным клапаном 6, свечей зажигания 7, выпускным клапаном 8 и перепускным клапаном 9. Матрица 2 также снабжена впускным клапаном 10, свечей зажигания 11 и выпускным клапаном 12. На торце матрицы 2 выполнена кольцевая полость 12, в которой установлен кольцевой поршень 14. Устройство для штамповки содержит также рабочий цилиндр 15 с поршнем 16 и ресивер 17. Рабочий цилиндр 15 разделен поршнем 16 на две полости 18 и 19. Полость 19 сообщена с полостью ресивера 17 каналами 20, перекрываемыми обратным клапаном 21, а полость 19 соединена трубопроводом 22 с перепускным клапаном 9 камеры сгорания 1. Рабочий цилиндр 15 снабжен впускным клапаном 23 и выпускным клапаном 24. Ресивер 17 соединен трубопроводами с впускным клапаном 6 камеры сгорания 1 и впускным клапаном 10 матрицы 2. В этих трубопроводах установлены электропневматические клапаны 25, 26 и обратные клапаны 27, 28. В состав устройства для штамповки входят также воздушный компрессор 29 и баллон с горючим газом, например пропан-бутаном, который на рисунке не показан. Горючий газ от баллона поступает к впускным клапанам 6 и 10 через обратные клапаны 30 и 31. Штампуемая листовая заготовка 32 устанавливается между камерой сгорания 1 и матрицей 2. Прижим фланцевой части заготовки 32 осуществляется кольцевым поршнем 14 под действием давления жидкости или газа, подаваемой в кольцевую полость 13.The proposed device is schematically shown in the figure. The device contains a coaxially mounted combustion chamber 1 and a matrix 2 with an internal cavity 3, interconnected by bolts 4 and nuts 5. The combustion chamber 1 is equipped with an inlet valve 6, spark plugs 7, an exhaust valve 8 and an overflow valve 9. The matrix 2 is also provided an inlet valve 10, spark plugs 11 and an exhaust valve 12. At the end of the matrix 2 there is an annular cavity 12 in which an annular piston 14 is installed. The stamping device also includes a working cylinder 15 with a piston 16 and a receiver 17. The working cylinder 15 is divided by a piston 16 into two cavities 18 and 19. The cavity 19 is in communication with the cavity of the receiver 17 with channels 20 blocked by a check valve 21, and the cavity 19 is connected by a pipe 22 to the bypass valve 9 of the combustion chamber 1. The working cylinder 15 is equipped with an inlet valve 23 and an exhaust valve 24. The receiver 17 is connected pipelines with the intake valve 6 of the combustion chamber 1 and the intake valve 10 of the matrix 2. In these pipelines installed electric non-pneumatic valves 25, 26 and non-return valves 27, 28. The stamping device also includes an air compressor 29 and a cylinder with a combustible gas, such as propane-butane, which is not shown in the figure. Combustible gas from the cylinder enters the inlet valves 6 and 10 through the check valves 30 and 31. A stamped sheet stock 32 is installed between the combustion chamber 1 and the die 2. The flange portion of the blank 32 is clamped by an annular piston 14 under the action of liquid or gas pressure supplied to the annular cavity 13.

В качестве топливной смеси используется смесь горючего газа с воздухом. При использовании природного газа, состоящего преимущественно из метана, соотношение между горючим газом и воздухом составляет примерно 1:10, а при использовании пропан-бутана оно составляет 1:25-1:33 в зависимости от соотношения между пропаном и бутаном. Таким образом, львиную долю топливной смеси составляет воздух. Поэтому для образования топливной смеси требуется только высокое давление воздуха. Компрессор 28 имеет сравнительно небольшую мощность. Он осуществляет сжатие воздуха до 0.7…0.8 МПа и подает его в полость 18 рабочего цилиндра 15. Давление в ресивере 17 значительно больше, порядка 2.5…3.0 МПа.As a fuel mixture, a mixture of combustible gas with air is used. When using natural gas, consisting mainly of methane, the ratio between combustible gas and air is about 1:10, and when using propane-butane, it is 1: 25-1: 33 depending on the ratio between propane and butane. Thus, the lion's share of the fuel mixture is air. Therefore, for the formation of the fuel mixture requires only high air pressure. Compressor 28 has a relatively low power. It compresses the air to 0.7 ... 0.8 MPa and feeds it into the cavity 18 of the working cylinder 15. The pressure in the receiver 17 is much greater, of the order of 2.5 ... 3.0 MPa.

Работа устройства для листовой штамповки осуществляется следующим образом. При закрытом положении выпускных клапанов 8, 12 и перепускного клапана 9 осуществляется наполнение горючем газом камеры сгорания 1 и полости 3 матрицы 2. В камеру сгорания 1 газ подается через обратный клапан 30 и впускной клапан 6, а в полость 3 -через обратный клапан 31 и впускной клапан 10. Затем открываются пневмоэлектрические клапаны 25 и 26. При этом сжатый воздух из ресивера 17 через клапаны 25, 27, 6 подается в камеры сгорания 1, а через клапаны 26, 28, 10 подается в полость 3 матрицы 2. В результате этого в камере сгорания 1 и полости 3 образуются топливные смеси одинакового давления. Затем при помощи свеч 7 и 11 топливные смеси поджигаются. В результате сгорания топливных смесей давление и температура в камере сгорания 1 и в полости 3 увеличиваются в 7…8 раз. Под воздействием продуктов сгорания заготовка 32 интенсивно нагревается. При достижении температуры заготовки 32 заданной величины открывается выпускной клапан 12, и газ выпускается из полости 3. При этом под действием давления газа, находящегося в камере сгорания 1, заготовка 32 деформируется и заполняет полость 3 матрицы 2 - осуществляется процесс штамповки.The operation of the device for sheet stamping is as follows. When the exhaust valves 8, 12 and the bypass valve 9 are closed, the combustion chamber 1 and the cavity 3 of the matrix 2 are filled with combustible gas. The gas is supplied to the combustion chamber 1 through the check valve 30 and the inlet valve 6, and through the cavity 3 through the check valve 31 and inlet valve 10. Then, the pneumatic valves 25 and 26 are opened. At the same time, compressed air from the receiver 17 is supplied through the valves 25, 27, 6 to the combustion chamber 1, and through the valves 26, 28, 10 it is supplied to the cavity 3 of the matrix 2. As a result, in the combustion chamber 1 and cavity 3, fuel mixtures of the same pressure are formed. Then, using candles 7 and 11, the fuel mixtures are ignited. As a result of the combustion of fuel mixtures, the pressure and temperature in the combustion chamber 1 and in the cavity 3 increase by 7 ... 8 times. Under the influence of combustion products, the workpiece 32 is heated intensively. When the temperature of the workpiece 32 reaches a predetermined value, the exhaust valve 12 opens, and the gas is discharged from the cavity 3. In this case, under the pressure of the gas in the combustion chamber 1, the workpiece 32 is deformed and fills the cavity 3 of the matrix 2 - the stamping process is carried out.

После завершения процесса штамповки открывается перепускной клапан 9. При этом газ из камеры сгорания 1 через трубопровод 22 поступает в полость 19 рабочего цилиндра 15. Под действием давления газа поршень 16, перемещается и сжимает воздух, находящийся в полости 18. При достижении давлении в полости 18 давления в ресивере 17 поршень 16 вытесняет сжатый воздух через каналы 20 в ресивер 17. Затем открываются выпускные клапаны 8 и 24, и газ выпускается из камеры сгорания 1 и полости 19. При этом сжатый воздух от компрессора 29 через впускной клапан 23 поступает в полость 18, и поршень 16 возвращается в исходное положение. После этого из кольцевой полости 13 давление стравливается, и кольцевой поршень 14 освобождает зажим заготовки 32. Затем, отвинтив гайки 5, матрица 2 отсоединяется от камеры сгорания 1, и из нее извлекается отштампованное изделие. На торец камеры сгорания 1 устанавливается новая заготовка, после чего матрица 2 присоединяется к камере сгорания 1. Далее рабочий цикл устройства повторяется.After the stamping process is completed, the bypass valve 9 is opened. At the same time, gas from the combustion chamber 1 through the pipe 22 enters the cavity 19 of the working cylinder 15. Under the action of gas pressure, the piston 16 moves and compresses the air in the cavity 18. When the pressure in the cavity 18 is reached the pressure in the receiver 17, the piston 16 displaces the compressed air through the channels 20 into the receiver 17. Then the exhaust valves 8 and 24 are opened, and the gas is discharged from the combustion chamber 1 and the cavity 19. In this case, the compressed air from the compressor 29 through the inlet valve 23 enters the cavity 18 , and the piston 16 returns to its original position. After that, the pressure is released from the annular cavity 13, and the annular piston 14 releases the clamp of the workpiece 32. Then, unscrewing the nuts 5, the matrix 2 is disconnected from the combustion chamber 1, and the stamped product is removed from it. At the end of the combustion chamber 1, a new blank is installed, after which the matrix 2 is attached to the combustion chamber 1. Next, the working cycle of the device is repeated.

В предложенном устройстве потенциальная энергия продуктов сгорания используется значительно эффективнее, чем в известном устройстве. Давление сжатого воздуха, создаваемое компрессором, значительно меньше давления топливной смеси, образующегося в камере сгорания. Это существенно снижает расход энергии для обеспечения функционирования устройства. Расчет на основе известных уравнений термодинамики показывает, что, если объем полости 18 рабочего цилиндра в 3…3.5 раза превышает объем камеры сгорания, то давление продуктов сгорания после завершения процесса штамповки вполне достаточно для сжатия воздуха в полости 18 до 2.5…3.0 МПа и вытеснения его в ресивер. При таком давлении в ресивере давление топливной смеси в камере сгорания может достигать 2…2.4 МПа, что примерно в три раза превышает давление создаваемое компрессором. Благодаря этому расход энергии для осуществления процесса штамповки уменьшается примерно в 3 раза.In the proposed device, the potential energy of the combustion products is used much more efficiently than in the known device. The compressed air pressure generated by the compressor is much less than the pressure of the fuel mixture generated in the combustion chamber. This significantly reduces energy consumption to ensure the functioning of the device. A calculation based on the known equations of thermodynamics shows that if the volume of the cavity 18 of the working cylinder is 3 ... 3.5 times greater than the volume of the combustion chamber, then the pressure of the combustion products after completion of the stamping process is quite enough to compress the air in the cavity 18 to 2.5 ... 3.0 MPa and displace it into the receiver. At this pressure in the receiver, the pressure of the fuel mixture in the combustion chamber can reach 2 ... 2.4 MPa, which is about three times higher than the pressure created by the compressor. Due to this, the energy consumption for the stamping process is reduced by about 3 times.

Claims

A device for sheet metal stamping, comprising 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 which interacts with the stamped blank, characterized in that it contains a receiver and a working cylinder with a piston connected through a non-return valve to the receiver, the combustion chamber being communicated by means of a bypass valve to the working cylinder, and the receiver is connected by means of control valves to the combustion chamber and the matrix cavity.