RU2660500C2

RU2660500C2 - Method and device for deformation of shell from difficult-to-form material with magnetic pulse stamping

Info

Publication number: RU2660500C2
Application number: RU2016150974A
Authority: RU
Inventors: Виктор Анатольевич Коротков; Алёна Евгеньевна Киреева; Ольга Владимировна Сорвина
Priority date: 2016-12-26
Filing date: 2016-12-26
Publication date: 2018-07-06
Also published as: RU2016150974A3; RU2016150974A

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: invention relates to metals treatment by pressure by pulsed magnetic field of metal shells according to the "crimping" scheme. Device comprises support plates with radial grooves, cylindrical inductor arranged between them, coaxially fixed to inductor bushing of elastic material and placed between them shaft element of cylindrical shape, annular shaping tool mounted in contact with resilient sleeve and on the side facing shell made of composite of individual annular segments spring-loaded to each other in circumferential direction. Device also includes copper ring electrodes, bottom plate made from electrically insulating material. In this case, supporting ring plates are made with embedded rings of heat-resistant material for fixing shell therein, one of the supporting ring plates is fixed in said lower plate, and the other support ring plate is formed with axis of electrical insulating material embedded therein. One electrode is fixed to said lower plate, and second is rotatably mounted on said axis and can move along it.

EFFECT: device technological capabilities are expanded due to the possibility of processing hard-to-deform materials.

1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к обработке металлов давлением импульсным магнитным полем металлических оболочек по схеме «обжим».The invention relates to the processing of metals by pressure by a pulsed magnetic field of metal shells according to the "crimping" scheme.

Технологические возможности магнитно-импульсной обработки металлов (МОИМ) непосредственно воздействием импульсным магнитным полем ограничены электропроводностью материала, его пластическими свойствами и мощностью магнитно-импульсных установок. Обычно МИОМ по схеме «обжим» используют при формоизменении металлических оболочек из алюминиевых сплавов, сплавов на основе меди и малоуглеродистой стали. В настоящее время в отраслях машиностроения нашли широкое применение металлические оболочки из материалов с низкой электропроводностью или малой пластичностью при нормальной температуре, например оболочки из нержавеющих или титановых сплавов.The technological capabilities of magnetic pulse metal processing (MOIM) directly by the action of a pulsed magnetic field are limited by the electrical conductivity of the material, its plastic properties and the power of magnetic pulse installations. Typically, MIOM according to the “crimping” scheme is used in the shaping of metal shells made of aluminum alloys, copper-based alloys, and low-carbon steel. At present, metal shells from materials with low electrical conductivity or low ductility at normal temperature, for example, shells made of stainless or titanium alloys, are widely used in engineering industries.

Для обжима металлических оболочек способом магнитно-импульсной штамповки используются устройства, приведенные в (Ковка и штамповка: Справочник: В 4 т. Т. 4. Листовая штамповка / Под общ. Ред. С.С. Яковлева: ред. совет: Е.И. Семенов (пред.) и др. - 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 2010. 732 с., см. стр. 356, 357, рис. 6 и рис. 8). Устройства имеют токоподводы, межвитковую изоляцию, изолирующую втулку, спираль индуктора, бандаж, крепежные элементы. Недостатком известных устройств является ограниченность их использования только для металлических оболочек из пластичных металлов, имеющих высокую электропроводность.For crimping metal shells by the method of magnetic pulse stamping, the devices are used, which are given in (Forging and stamping: Reference: 4 T. T. 4. Sheet stamping / Under the general editorship of S.S. Yakovlev: ed. Advice: E.I. Semenov (previous) and others - 2nd ed., Revised and additional - Moscow: Mashinostroenie, 2010. 732 p., See pages 356, 357, Fig. 6 and Fig. 8). The devices have current leads, interturn isolation, an insulating sleeve, an inductor spiral, a bandage, fasteners. A disadvantage of the known devices is the limited use thereof only for metal shells of ductile metals having high electrical conductivity.

Известно устройство для магнитно-импульсной обработки цилиндрических деталей, принятое за прототип (патент N 21103420), содержащее размещенные между опорными пластинами цилиндрический индуктор, соосно установленную с индуктором втулку из упругого материала и размещенный между ними метаемый элемент цилиндрической формы, в котором с целью повышения точности изготавливаемых деталей оно снабжено кольцевым формообразующим инструментом, установленным в контакте с упругой втулкой со стороны, обращенной к оболочке, и изготовленным составным из отдельных кольцевых сегментов, подпружиненных друг к другу в окружном направлении, а в опорных пластинах выполнены радиальные пазы для установки кольцевых сегментов формообразующего инструмента.A device for magnetic-pulse processing of cylindrical parts, adopted for the prototype (patent N 21103420), containing a cylindrical inductor located between the support plates, a sleeve made of elastic material coaxially mounted with the inductor and a cylindrical-shaped thrown element between them, in order to increase accuracy of manufactured parts, it is equipped with an annular forming tool installed in contact with the elastic sleeve from the side facing the shell, and made of composite individual ring segments, spring-loaded to each other in the circumferential direction, and radial grooves are made in the support plates for mounting the ring segments of the forming tool.

Известное устройство, имея спутник многоразового использования, не позволяет производить формоизменение металлических оболочек из материалов с низкими пластическими свойствами при нормальной температуре, например из титановых сплавов.The known device, having a reusable satellite, does not allow the shaping of metal shells from materials with low plastic properties at normal temperature, for example, from titanium alloys.

Задачей предлагаемого изобретения является расширение технологических возможностей устройства для магнитно-импульсной обработки труднодеформируемых материалов путем обжима оболочек при нормальной и повышенных температурах независимо от их электропроводности.The task of the invention is to expand the technological capabilities of the device for magnetic pulse processing of difficultly deformed materials by crimping the shells at normal and elevated temperatures, regardless of their electrical conductivity.

Для решения поставленной задачи предлагается устройство для формоизменения оболочки из труднодеформируемого материала магнитно-импульсной штамповкой, содержащее опорные пластины с радиальными пазами, установленный между ними цилиндрический индуктор, соосно закрепленную с индуктором втулку из упругого материала и размещенный между ними метаемый элемент цилиндрической формы, кольцевой формообразующий инструмент, установленный в контакте с упругой втулкой и со стороны, обращенной к оболочке, выполненный составным из отдельных кольцевых сегментов, подпружиненных друг к другу в окружном направлении, при этом оно снабжено двумя медными кольцевыми электродами, нижней плитой из электроизоляционного материала, при этом опорные кольцевые пластины выполнены с запрессованными в них кольцами из термостойкого материала для фиксации в них оболочки, одна из опорных кольцевых пластин закреплена в упомянутой нижней плите, а другая опорная кольцевая пластина выполнена с вмонтированной в нее осью из электроизоляционного материала, при этом один электрод закреплен на упомянутой нижней плите, а второй установлен с возможностью вращения на упомянутой оси и перемещения по ней, причем упругая втулка выполнена из термостойкого материала.To solve this problem, a device is proposed for forming the shell of a hard-to-deform material by magnetic pulse stamping, containing support plates with radial grooves, a cylindrical inductor mounted between them, a sleeve made of elastic material coaxially fixed to the inductor, and a cylindrical-shaped thrown element placed between them, an annular forming tool installed in contact with the elastic sleeve and from the side facing the shell, made integral of individual rings segments, spring-loaded to each other in a circumferential direction, while it is equipped with two copper ring electrodes, a bottom plate of insulating material, while the supporting ring plates are made with pressed rings of heat-resistant material to fix the shell in them, one of the supporting ring the plates are fixed in the aforementioned bottom plate, and the other supporting ring plate is made with an axis of electrical insulation material mounted in it, with one electrode mounted on the said the bottom plate, and the second is mounted for rotation on the said axis and move along it, moreover, the elastic sleeve is made of heat-resistant material.

На фиг. 1 показано устройство для осуществления способа магнитно-импульсной штамповки металлической оболочки из труднодеформируемого материала с низкой электропроводностью перед началом формоизменения и после обжима.In FIG. 1 shows a device for implementing the method of magnetic pulse stamping of a metal shell of a hardly deformable material with low electrical conductivity before forming and after crimping.

На фиг. 2 вид сверху без верхней части устройства.In FIG. 2 top view without the top of the device.

Устройство содержит электрод 2, установленный в нижней плите 3 из электроизоляционного материала, опорные кольцевые пластины 4 и 9 с радиальными пазами, обойму 5, в которой смонтирован индуктор 7, покрытый изоляцией 6, метаемый элемент 8 (многоразовый спутник). Метаемый элемент 8 выполнен контактирующим с упругой втулкой 1 0 из термостойкого материала. Термостойкая втулка 10 контактирует с кольцевым разъемным инструментом в виде кольцевых сегментов 11, между которыми в окружном направлении смонтированы пружины 16. На верхней опорной кольцевой пластине 9 закреплена ось 15 из электроизоляционного материала, на оси установлена пружина 14 и второй электрод 13. На кольцевых опорных пластинах 4 и 9 запрессованы термоизолирующие кольца 12, предохраняющие от нагрева опорные кольцевые пластины 4 и 9.The device comprises an electrode 2 mounted in the bottom plate 3 of insulating material, supporting ring plates 4 and 9 with radial grooves, a holder 5, in which an inductor 7 coated with insulation 6 is mounted, a missile element 8 (reusable satellite). The missile element 8 is made in contact with the elastic sleeve 1 0 of a heat-resistant material. The heat-resistant sleeve 10 is in contact with the annular demountable tool in the form of annular segments 11, between which the springs 16 are mounted in the circumferential direction. An axis 15 made of insulating material is fixed to the upper supporting ring plate 9, a spring 14 and a second electrode 13 are mounted on the axis. On the ring supporting plates 4 and 9, thermally insulating rings 12 are pressed in to protect the supporting ring plates 4 and 9 from heating.

Устройство работает следующим образом. В исходном положении верхний электрод 13 отведен в сторону. Трубную оболочку 1 устанавливают в устройство и базируют торцом по нижнему электроду 2. Поворотом по оси 15 подводят ко второму торцу трубной оболочки электрод 13 и оба электрода плотно прижимают к торцам оболочки 1 пружиной 14, обеспечивая электрический контакт с оболочкой 1. При установке оболочки 1 в устройстве кольцевой формоизменяющий инструмент под действием пружин 16 находится в виде разъединенных кольцевых сегментов 11, которые своей внешней поверхностью плотно контактируют с термостойкой упругой втулкой 10. Упругая втулка 10 воздействует на метаемый элемент 8, прижимает его к поверхности изоляции 6 индуктора 7. При этом формоизменяющий инструмент 11 может не находиться в непосредственном контакте с поверхностью оболочки 1. После включения установки для электроконтактного нагрева (не показана) и магнитно-импульсной установки (не показана), одновременно осуществляют нагрев оболочки 1 и зарядку батарей конденсаторов магнитно-импульсной установки. При достижении заданной температуры нагрева осуществляется разряд генератора импульсных токов магнитно-импульсной установки и возникает электромагнитное поле вокруг индуктора 7 и наведенное электромагнитное поле на метаемом элементе 8. Взаимодействие электромагнитных полей создает силу отталкивания, и метаемый элемент 8 отталкивается от индуктора 7, упруго деформируется в радиальном направлении к оболочке 1. Упругая деформация в метаемом элементе возникает благодаря тому, что его конструкция представляет втулку, разрезанную по образующей с концами, уложенными внахлест. Эти концы перемещаются по поверхности втулки и обеспечивают замкнутость электрического контура во втулке 8. Метаемый элемент 8 воздействует на термостойкую втулку 10 аналогичной конструкции, которая упруго деформируется и приводит в движение кольцевые сегменты 11, которые перемещаются в радиальном направлении и производят обжим оболочки 1. Размеры обжатого участка оболочки 1 будут определяться размерами кольцевого формообразующего инструмента, соответствующего положению кольцевых сегментов 11 в их сомкнутом состоянии. При этом пружины 16, расположенные между кольцевыми сегментами 11, сжимаются. После окончания электромагнитного воздействия под действием пружин 16 кольцевые сегменты 11 возвращаются вместе с метаемым элементом 8 и термостойкой втулкой 10 в исходное положение, а оболочка 1 удаляется из устройства после отвода электрода 13 в сторону.The device operates as follows. In the initial position, the upper electrode 13 is set aside. The tube sheath 1 is installed in the device and is based on the bottom electrode 2. By turning on the axis 15, an electrode 13 is brought to the second end of the tube sheath and both electrodes are pressed tightly against the ends of the sheath 1 by the spring 14, providing electrical contact with the sheath 1. When the sheath 1 is installed in The device annular forming tool under the action of the springs 16 is in the form of disconnected annular segments 11, which their outer surface is in close contact with the heat-resistant elastic sleeve 10. The elastic sleeve 10 it is pushed onto the throwing element 8, presses it against the insulation surface 6 of the inductor 7. In this case, the forming tool 11 may not be in direct contact with the surface of the shell 1. After turning on the installation for electrical contact heating (not shown) and magnetic pulse installation (not shown) , simultaneously carry out the heating of the shell 1 and the charging of the batteries of the capacitors of the magnetic pulse installation. When the desired heating temperature is reached, the pulse generator of the magnetic pulse installation is discharged and an electromagnetic field arises around the inductor 7 and the induced electromagnetic field on the missile element 8. The interaction of electromagnetic fields creates a repulsive force, and the missile element 8 repels from the inductor 7, is elastically deformed in the radial towards the shell 1. Elastic deformation in the missile element occurs due to the fact that its design is a sleeve cut into an image lapping ends. These ends move along the surface of the sleeve and provide a closed electrical circuit in the sleeve 8. Thrown element 8 acts on the heat-resistant sleeve 10 of a similar design, which is elastically deformed and sets in motion the ring segments 11, which move in the radial direction and produce crimping of the shell 1. Dimensions crimped section of the shell 1 will be determined by the size of the annular forming tool corresponding to the position of the annular segments 11 in their closed state. In this case, the springs 16 located between the annular segments 11 are compressed. After the end of the electromagnetic action under the action of the springs 16, the annular segments 11 are returned together with the missile element 8 and the heat-resistant sleeve 10 to their original position, and the shell 1 is removed from the device after the electrode 13 is removed to the side.

Таким образом, предлагаемое устройство расширяет технологические возможности магнитно-импульсной штамповки на деформирование оболочек из пластичных материалов с любой электропроводностью при нормальной температуре, а также малопластичных материалов, пластические свойства которых увеличиваются при нагреве электроконтактным способом. Одновременно на порядок увеличилась производительность штамповки с использованием магнитно-импульсной штамповки по сравнению с изотермической штамповкой на прессовом оборудовании.Thus, the proposed device extends the technological capabilities of magnetic pulse stamping to deform shells of plastic materials with any electrical conductivity at normal temperature, as well as low-plastic materials, the plastic properties of which increase when heated by an electric contact method. At the same time, the productivity of stamping using magnetic pulse stamping increased by an order of magnitude compared to isothermal stamping on press equipment.

Claims

A device for forming a shell of a hard-to-deformable material by magnetic pulse stamping, containing support plates with radial grooves, a cylindrical inductor mounted between them, a sleeve of elastic material coaxially fixed to the inductor and a cylindrical-shaped thrown element placed between them, an annular forming tool installed in contact with elastic sleeve and from the side facing the shell, made integral from separate annular segments, spring-loaded to each other in the circular direction, characterized in that it is equipped with two copper ring electrodes, a bottom plate of electrical insulation material, while the supporting ring plates are made with pressed rings of heat-resistant material to fix the shell in them, one of the supporting ring plates is fixed in the said lower plate and the other supporting ring plate is made with an axis mounted in it from an insulating material, while one electrode is mounted on said lower plate, and the second installation rotatably on said axle and move along it, wherein the elastic sleeve is made of heat-resistant material.