автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.09, диссертация на тему:Разработка двухкамерной установки для газовой листовой штамповки

На правах рукописи

МУСАЕВ Абубакар Абдрахманович

РАЗРАБОТКА ДВУХКАМЕРНОЙ УСТАНОВКИ ДЛЯ ГАЗОВОЙ ЛИСТОВОЙ ШТАМПОВКИ

Специальность: 05.02.09 — Технологии и машины обработки давлением

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

005058717

16 МАЙ 2013

Воронеж - 2013

005058717

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Северо-Кавказская государственная гуманитарно-технологическая академия»

Боташев Анвар Юсуфович, доктор технических наук, профессор Чечета Иван Алексеевич, доктор технических наук, профессор, Воронежский государственный технический университет, профессор кафедры технологии машиностроения;

Гордон Анатолий Михайлович,

кандидат технических наук, доцент, «Воронежский механический завод» -филиал ФГУП «ГКНПЦ им. М.В. Хруничева», главный специалист отдела технического перевооружения и новой техники

Ведущая организация ФГБОУ ВПО «Московский

государственный машиностроительный университет (МАМИ)»

Научный руководитель Официальные оппоненты:

Защита состоится 29 мая 2013 г. в 16ш часов в конференц-зале на заседании диссертационного совета Д 212.037.04 ФГБОУ ВПО "Воронежский государственный технический университет" по адресу: 394026, г. Воронеж, Московский просп., 14.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет».

Автореферат разослан 17 апреля 2013 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета / Кириллов О.Н.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В машиностроении одной из актуальных проблем является ускорение развития малосерийного производства. Для предприятий характерен определенный тип производства. Для обеспечения эффективности любого производства создают условия конкурентоспособности, этому способствует использование специализированного оборудования, отличающееся невысокой стоимостью и малым энергопотреблением.

В отечественной практике известны устройства для листовой штамповки, использующие энергию горючих газовых смесей. Эти устройства особенно эффективны в малосерийном производстве вследствие их простоты и дешевизны. В качестве энергоносителя в этих устройствах используют горючие газовые смеси (водород, метан, пропан, бутан в смеси с воздухом или кислородом). При сгорании газовоздушной топливной смеси давление в камере увеличивается в 7-8 раз. Штамповка осуществляется под действием давления продуктов сгорания.

Указанные устройства для листовой штамповки имеют существенный недостаток, обусловленный относительно низким уровнем давления, осуществляющего процесс штамповки. Это давление обеспечивает штамповку деталей из листовой заготовки относительно небольшой толщины, в частности из стальной заготовки толщиной до 1,5 мм. Затруднена также штамповка деталей сложной конфигурации с малыми радиусами кривизны. Это в целом снижает технологические возможности данного метода штамповки, что существенно ограничивает сферу его применения.

Содержание диссертации направлено на решение актуальной проблемы по расширению технологических возможностей газовой штамповки путем существенного повышения давления продуктов сгорания, действующих на поверхность штампуемой заготовки. Это достигается путем использования созданного в данной работе нового двухкамерного устройства для газовой листовой штамповки, в первой камере которого происходит предварительное сжатие топливной смеси, а во второй последующее её сгорание.

Работа выполнялась в соответствии с Федеральным Законом №94-ФЗ от 21.07.2005г. «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009-2013 годы».

Целью работы является расширение технологических возможностей газовой листовой штамповки путем создания нового двухкамерного устройства, способного обеспечивать повышение эффективности листовой штамповки.

Для достижения сформулированной цели были поставлены и решены следующие задачи:

• исследование рабочего процесса двухкамерного устройства для газовой листовой штамповки;

• разработка системы топливоподачи и исследование процесса наполнения камер сгорания устройства для газовой листовой штамповки;

• разработка и создание экспериментального устройства для газовой

листовой штамповки;

• экспериментальное исследование процесса штамповки под действием

давления продуктов горения;

• выработка исходных данных для разработки опытно-промышленного образца двухкамерного устройства для газовой листовой штамповки.

Методы исследования. Теоретические исследования выполнены на основе уравнений динамики твердого тела, термодинамики, теории пластичности и теории подобия с применением программы Мар1е 9.5. Экспериментальные исследования проведены на оригинальном оборудовании, специально созданном для осуществления данных исследований.

Научная новизна:

• разработан новый тип устройства для газовой листовой штамповки;

• разработаны математические модели рабочего процесса двухкамерного устройства для газовой листовой штамповки, учитывающие динамику развития деформирующей силы как результата оптимизации технологических режимов и параметров процесса в обеих камерах устройства;

• теоретически определены и экспериментально подтверждены предложенные в работе научно обоснованные конструктивные параметры устройства для газовой листовой штамповки, обеспечивающие возможность повысить давление продуктов сгорания более чем в 3 раза и достигнуть величины деформирующей силы, обеспечивающей получение листовых заготовок повышенной толщины.

Практическая значимость:

• создано и испытано двухкамерное устройство для газовой листовой штамповки, обеспечивающее по сравнению с существующими аналогами повышение в 3-4 раза давления на поверхности штампуемой заготовки, что существенно расширяет технологические возможности газовой штамповки;

• устройство отличается высокой энергоемкостью, компактностью и малой металлоемкостью, что дает возможность для создания на его основе энергоемкого штамповочного оборудования, имеющего сравнительно невысокую стоимость, и отвечающего требованиям современного гибкоструктурного производства с ограниченной потребностью в одноименных заготовках;

• методика проектирования на базе устройства гаммы станков, обеспечивающих штамповку деталей диаметром от 100 до 1000 мм из стали и цветных сплавов толщиной до 2 мм;

• по предложенному патенту разработана перспективная схема импульсной машины для листовой штамповки, которая может быть использована как единичном, так и в серийном производствах.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях: IX региональной научно-практической конференции «Рациональные пути решения социально-экономических и научно-технических проблем региона» (Черкесск, 2009); X Московском международном салоне инноваций и инвестиций. (Москва, 2010,

2

золотая медаль); IV Международной научно-практической конференции «Инновационные направления в пищевых технологиях» (Пятигорск, 2010); Международной молодежной научной конференции «XXXVII Гагаринские чтения» (Москва, 2011); Международной научно-технической конференции «Обработка материалов давлением» (Краматорск, 2011).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 17 научных работ, В том числе 5 - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ и 1 патент на полезную модель.

В работах, опубликованных в соавторстве, лично соискателю принадлежат: в [2] разработка и создание двухкамерного устройства; в [11] расчет времени наполнения камеры; в [12] расчет по уравнениям, описывающим изменение параметров газов в камерах, с использованием программы Maple 9.5; в [13] разработка схемы штамповки типовых деталей машин и аппаратов пищевых производств; в [17] разработка особенностей схемы двухкамерного устройства.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, основных выводов, списка литературы из 108 наименований и 4 приложений. Основная часть работы изложена на 158 страницах, содержит 79 рисунков, 3 таблицы.

Автор защищает:

• разработанное двухкамерное устройство для газовой листовой штамповки, являющееся новым типом штамповочного оборудования, защищенного патентом на полезную модель;

• математическую модель рабочего процесса устройства для газовой листовой штамповки, позволяющую определить рабочие параметры устройства в каждой камере и разработать технологию рационального получения мелкосерийных заготовок, востребованных в основном на малосерийных предприятиях.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность темы диссертационной работы и изложены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе проведен обзор и анализ известных методов и устройств газовой штамповки, являющихся разновидностью импульсных методов металлообработки.

Большой вклад в развитие теории и практики импульсных процессов металлообработки внесли научные школы Харькова, Москвы, Тулы, Воронежа, Казани и других городов страны.

Проведенный обзор показал, что импульсные методы металлообработки обеспечивают упрощение конструкции технологической оснастки. Поэтому применение устройств для импульсной штамповки в опытном, индивидуальном и мелкосерийном производствах позволяют в 2-2,5 раза уменьшить себестоимость производимых деталей, а также существенно сократить сроки подготовки производства. Одной из разновидностей импульсной обработки является газовая штамповка. Устройства для газовой штамповки отличаются простотой, компактностью и универсальностью. Однако, несмотря на эти

з

достоинства, они не нашли широкого применения в промышленности. Это связано с тем, что в таких устройствах давление газа на поверхности штампуемой заготовки имеет сравнительно невысокое значение, которое обеспечивает штамповку тонкостенных деталей сравнительно простой формы, что существенно ограничивает сферу применения устройств. Для штамповки деталей сложной конфигурации с малыми радиусами кривизны необходимо увеличить давление газа на поверхности заготовки в 3-4 раза, т.е. обеспечить давление порядка 80... 100 МПа, что невозможно с использованием существующих устройств газовой штамповки.

Это побудило провести поиск технических решений для создания новых конструкций устройств газовой штамповки. Одним из путей существенного повышения давления газа на поверхности штампуемой заготовки является мультипликация давления топливной смеси непосредственно в процессе штамповки. Это может быть реализовано в двухкамерном устройстве для газовой листовой штамповки.

Во второй главе приведена разработанная схема двухкамерного устройства для газовой листовой штамповки и проведено исследование его рабочего процесса. Схема устройства представлена на рис. 1.

7- гайка; 8 - матрица; 9 - кольцевая полость; 10 - кольцевой поршень; 11 -каналы; 12 - полость; 13 -тарельчатый клапан; 14,17 - впускные клапаны; 15,18 выпускные клапаны; 16,19 - свечи зажигания; 20 - канал; 21 - штампуемая

заготовка

Работа устройства осуществляется следующим образом. Камеры сгорания 3 и 4 через впускные клапаны 14 и 17 наполняются топливной смесью. Топливная смесь через каналы 11 поступает также в полость 12. Давление смеси в обеих камерах сгорания одинаковое, поэтому поршень 2 остается неподвижным. Топливная смесь в камере сгорания 3 с помощью свечи 16 поджигается. При сгорании этой смеси давление в камере сгорания 3 увеличивается. Под действием давления продуктов сгорания поршень 2 перемещается вверх, сжимая при этом топливную смесь в камере сгорания 4. При этом топливная смесь из камеры сгорания 4 через отверстия 11 перетекает в полость 12, перемещая клапан 13 вверх. Под действием давления топливной смеси заготовка 21 начинает деформироваться, вследствие чего объем полости 12 увеличивается.

Незадолго до достижения поршнем 2 своего крайне верхнего положения топливная смесь в камере сгорания 4 с помощью свечей 19 поджигается. При сгорании топливной смеси давление в камере сгорания 4 резко повышается, что вызывает интенсивное торможение поршня 2.

В процессе горения топливная смесь продолжает перетекать из камеры сгорания 4 в полость 12, благодаря этому деформация заготовки 21 увеличивается. При достижении фронта горения отверстий 11 пламя через эти отверстия проникает в полость 12. Горение топливной смеси вызывает интенсивное повышение давления в полости 12.

При этом клапан 13 закрывается, предотвращая перетекание продуктов сгорания из полости 12 в камеру сгорания 4.

Под действием давления продуктов сгорания происходит заполнение заготовкой 21 всей полости матрицы 8. Процесс штамповки завершается.

Для рациональных параметров двухкамерного устройства проведено исследование его рабочего процесса.

Рассмотрим вначале горение в нижней камере 3 (рис. 1). Изменение давления в этой камере зависит от изменения доли сгоревшего топлива во времени. Для определения доли сгоревшего топлива применим известное уравнение И. Вибе. Дифференцируя эту зависимость, найдем выражение для определения изменения доли сгоревшей топливной смеси в единицу времени:

где I- время; I. - время полного сгорания топлива; /и- показатель характера сгорания.

Используя это уравнение, можно определить количество тепла, выделяющегося в единицу времени:

¿X 6,908 , О

—— = —-(т + 1] —

■\т -6,908 е

(1)

где <? - количество теплоты; т г - начальная масса газа в камере сгорания; Я „„ - низшая теплота сгорания 1 кг горючего газа.

Используя первый закон термодинамики, уравнение состояния идеального газа и зависимость (2), получим следующее уравнение:

Д», _ к - 1 ( тпгНит <1% к Р,Ах сіхЛ сії 1 + ох I К0 Л к - 1 У о &

(3)

где Л - давление газа в первой камере; О - соотношение начальных объемов

первой и второй камеры; к - показатель адиабаты; У0 - начальный объем

первой камеры; / - площадь поперечного сечения поршня; х - относительный

(безразмерный) ход поршня; й - высота второй камеры.

Поршень перемещается под действием разности давлений в первой и

второй камерах, поэтому уравнение его движения имеет следующий вид:

- = " (4)

Л тп

Введем безразмерные величины:

Л* = Л , Т=Ф,, М'*=А777. <5>

где РІ- безразмерное давление; г - безразмерное время; и>*- безразмерная скорость поршня; Рс- начальное давление топливной смеси.

Из уравнений (3) и (4) получим следующие безразмерные уравнения:

^іі=тінг 4* - - г (6)

ат і + ^Д у0рс ах к-1 ат)'

6,908 (ш +1)ттЄ-6'908 тт+1, (7)

СІХ

ат пт „

(9)

(Ьс

- = XV

¿Т

где Р,' - характеризует степень повышения давления в первой камере; тп- масса поршня.

Система безразмерных уравнений (6) - (9) описывает изменение давления в обеих камерах в период горения топливной смеси в первой камере.

Горение во второй камере устройства для штамповки начинается после подачи искры на свечу зажигания 19 (см. рис. 1).

Проведя выкладки, аналогичные приведенным выше дифференциальным уравнениям, получим следующие уравнения:

«/г и(1-*)Г У0РС с1т ах

(10)

где Уд - объем получаемой при штамповке детали;

** = 6,908(т, + 1Х«(г - ; (1 „

¿т

а + х í

; 02)

Р'2=Р2/РС; а=Т~\а = Ь1/И + хк,

где - время сгорания топливной смеси во второй камере; А- начальная

высота первой камеры; Хк- относительный ход поршня к моменту начала

горения во второй камере.

Система безразмерных уравнений (8), (9), (10) - (12) описывает движение поршня и изменение давления в обеих камерах в период горения топливной смеси во второй камере.

Полученные уравнения решены с использованием программы Марк 9,5. Расчет произведен для случая использования в качестве топлива метано-воздушной смеси.

Ниже приведены графики, полученные в результате расчета. Все параметры в графиках являются безразмерными.

На рис. 2 представлен график изменения во времени давления в первой камере. По оси ординат отложено давление, на графике показано изменение степени повышения давления во времени.

Как видно из графика, в начальный период горения топливной смеси т<0,3 давление в первой камере существенно не меняется. В интервале 0,5<т<0,8 происходит резкое повышение давления, затем интенсивность роста давления снижается. Общее увеличение степени давления достигает 6,5, т.е. в процессе горения давление повышается в 6-6,5 раз.

На рис. 3 показан график изменения во времени скорости поршня в первой камере. По оси ординат отложена скорость. На графике показано

7

изменение увеличения скорости во времени. Как видно из графика, в начальный период т<0,1 увеличение скорости мало. В интервале 0,1<т<0,5 происходит резкое увеличение скорости, а затем снижение.

Рис. 2. Зависимость безразмерного Рис. 3. Зависимость безразмерной давления в первой камере от времени скорости в первой камере от времени

На рис. 4 дан график перемещения поршня в период горения топливной смеси в первой камере. На графике видно, что поршень вначале перемещается

вверх, а затем опускается.

На рис. 5 для наглядности представлены все упомянутые выше графики: изменения во времени давления в первой камере, а также скорости, доли сгоревшей топливной смеси и перемещения поршня в период горения

Рис. 4. График перемещения поршня рИс. 5. Изменение во времени давления в во времени первой камере (1), скорости поршня (2),

доли сгоревшего топлива (3) и перемещения поршня (4)

Таким образом, в период горения топливной смеси в первой камере давление в обеих камерах увеличивается в 6-6,5 раз. Вследствие того, что масса поршня невелика, давление во второй камере существенно не отличается от давления в первой камере.

На рис. 6 представлен график изменения во времени давления во второй камере в период горения топливной смеси во второй камере. По оси ординат отложено давление, на граФике показано изменение степени повышения давления во времени.

Как видно из графика, в начальный период горения топливной смеси т<0,05 давление в камере существенно не меняется. В интервале 0,1<т<0,2 происходит резкое повышение давления, затем интенсивность роста давления снижается. Общее увеличение степени давления достигает 11,5, т.е. в процессе горения давление повышается в 11-11,5 раз.

На рис. 7 дан график изменения во времени скорости поршня во второй камере. По оси ординат отложена скорость, график показывает изменение скорости во времени. Как видно из графика, в начальный период скорости, т.е. при т<0,01, скорость поршня невелика. В интервале 0,01<т<0,02 происходит резкое увеличение скорости, а затем его снижение.

/

о;5

■ о.?5 i

0 05 0.1 0 15 0.2 0.251

Рис. 6. Зависимость безразмерного Рис. 7. Зависимость безразмерной

давления во второй камере скорости во второй камере

от времени от времени

На рис. 8 представлен график изменения во времени безразмерного давления в первой камере в период горения во второй камере.

За период горения топливной смеси безразмерное давление в первой камере за счет перемещения поршня увеличивается с 6,5 до 11,5.

На рис. 9 для сравнения представлены все перечисленные графики изменения во времени давления в обеих камерах, а также скорости и перемещения поршня в период горения во второй камере. Таким образом, в результате горения топливной смеси в обеих камерах давление во второй камере повышается примерно в И раз. Следовательно, во столько же раз повышается давление топливной смеси в полости 12 (рис. 1), примыкающей к

9

штампуемой заготовке. При горении этой смеси давление на поверхности заготовки еще повышается в Я раз.

Рис. 8. График изменения давления Рис. 9. Изменение во времени давления в первой камере в первой и второй камерах (1,2),

скорости (3), перемещения поршня (4) и доли сгоревшего топлива (5)

Тогда общая степень повышения давления на поверхности заготовки равна Р' =PlЛ. В этой зависимости, исходя из графика на рис. 6, Р2* = 11... 11,5. В период горения топливной смеси в полости 12 тарельчатый клапан 13 (рис. 1) закрывается, что предотвращает перетекание продуктов сгорания из полости 12 во вторую камеру. В процессе горения топливной смеси объем полости 12 увеличивается за счет деформации заготовки. Поэтому степень повышения давления Я зависит от формы штампуемой детали и находится в пределах 2...6. Если в процессе штамповки объем заготовки существенно увеличивается, например при вытяжке, то величина Я равна 2...3. Если же ее объем изменяется незначительно, то Я = 6. При Я = 2 безразмерное давление Р составляет 22-23, а при Я = 6 величина Р' составляет порядка 65.

Следовательно, общая степень повышения давления в результате сжатия топливной смеси и ее сгорания может достигать 22-65. Однако эти значения получены без учета теплоотдачи газа в стенки камер сгорания. Потери энергии на теплоотдачу составляют 12-15 %. Поэтому с учетом теплоотдачи общая степень повышения давления составляет 17-55.

Таким образом, в данном устройстве давление газа на поверхности штампуемой заготовки в 17-55 раз выше первоначального давления топливной смеси, которое составляет 1...2 МПа. Следовательно, давление газа на поверхности заготовки может достигать 100 МПа и выше. Это дает возможность штамповать широкую номенклатуру деталей.

10

Для обеспечения процесса штамповки давление газа на поверхности заготовки должно быть равно давлению Рт, определяемому из технологических условий, т.е. из условий нагружения заготовки. Это выражается следующим уравнением:

РсР;*.т] = Рт.

где 7 - коэффициент, учитывающий потери энергии на теплоотдачу.

Отсюда определяется необходимая величина давления топливной смеси

определить, используя уравнение Лапласа,

Величину Рт можно приведенное в главе 5.

Третья глава посвящена разработке системы топливоподачи и исследованию процесса наполнения камер сгорания устройства для газовой листовой штамповки.

Разработаны две схемы системы топливоподачи: с внешним и внутренним смесеобразованием топливной смеси. Системы топливоподачи укомплектованы из элементов, широко применяемых в промышленности. Система топливоподачи с внешним смесеобразованием предназначена для использования в устройствах для штамповки относительно небольшой мощности, а система с внутренним смесеобразованием - в устройствах большой мощности.

Проведено исследование процесса наполнения камер сгорания устройства для газовой листовой штамповки.

В процессе наполнения камеры компонентами топливной смеси изменение давления описывается следующими уравнениями:

(13)

Е = Р

У+1

2 к ,

ё-

г 1 «-+1 "1

2 к

к-\ р Кг?

(14)

(15)

к +1

(16)

где Гр- температура газа в ресивере; Я- газовая постоянная; /„- плошадь проходного сечения впускного клапана; ц - коэффициент расхода; V, - объем камеры; к- показатель адиабаты; Рр- давление газа в ресивере. Решая эти уравнения (13)-(16), получим график зависимости давления от времени. Используя эту зависимость, определим время наполнения камеры для

11

достижения заданного значения давления. Анализ вышеуказанных уравнении показал что для сокращения длительности процесса наполнения максимальное давление в камере не должно превышать 60-70 % от давления в ресивере, из которого поступает газ.

В четвертой главе разработана схема конструкции экспериментального двухкамерного устройства для газовой листовой штамповки. Разработаны рабочие чертежи, по которым изготовлено и смонтированно экспериментальное двухкамерное устройство для газовой листовой штамповки. Фото устройства представлено на рис. 10.

Проведено испытание устройства. Испытания показали, что система топливоподачи работоспособна и устройство в целом вполне приемлемо для исследования процесса штамповки.

Созданное экспериментальное двухкамерное устройство для газовой листовой штамповки позволяет Рис. 10. Экспери- производить штамповку деталей из листовой заготовки ментальное двух- диаметром д0 30о мм и толщиной до 3 мм. камерное устройство газовой штамповки

11 .а 1 у.:.!

) 1 I _—1 ш

Основные технические характеристики устройства:

Габаритные размеры, мм................................................ 450x450x1070

Максимальный диаметр штампуемых деталей, мм...............................300

П Я 3

Толщина штампуемой детали, мм................................................... —

Установленная электрическая мощность, кВт...................................... 2

Энергоноситель...................................Смесь горючего газа с воздухом

п т л 7

Давление энергоносителя, МПа......................................................... и>—и>'

В пятой главе проведены экспериментальные исследования и выполнена отработка технологии газовой листовой штамповки на экспериментальном устройстве.

В процессе экспериментов использовали цилиндрическую матрицу диаметром 200 мм. На такой матрице могут быть отштампованы три типа деталей, показанные на рис. 11. Первый из них представляет собой сферообразное днище с фланцем, а второй - сферообразное днище с плоским дном. Такие днища широко используют в различных технологических емкостях. Третий тип - деталь цилиндрической формы с фланцем. Такие детали также часто встречаются в конструкциях машин и аппаратов.

а) б) в)

Рис. 11. Типы штампуемых деталей:

а - сферообразиое днище с фланцем; б - сферообразное днище с плоским дном; в - цилиндрической формы с фланцем

В процессе экспериментов штамповке подвергали стальные листовые заготовки СтЗ толщиной 1 мм и диаметром 330 мм. При этом были получены детали типа сферообразного днища и днища с плоским дном.

Глубина днища с плоским дном составляла 50 мм. Установлено, что для обеспечения процесса штамповки давление топливной смеси должно быть порядка 0,6...0,7 МПа. При этом для предотвращения гофрообразования давление воздуха под прижимом должно быть 1,2... 1,4 МПа.

Весь технологический процесс получения штампованных деталей состоит из следующих основных операций: установка заготовки в матрицу; наполнение камер сгорания топливной смесью; сгорание топливной смеси и процесс штамповки; извлечение отштампованной заготовки из матрицы. Хронометраж этих операций показал, что длительность операции установки заготовки составляет 3...5 мин, снятие детали - 3...5 мин, наполнение камер сгорания -5... 10 с, сгорания смеси и штамповки - менее 1с. Таким образом, длительность технологического процесса получения штампованной детали в основном определяется длительностью операций установки заготовки и снятия отштампованной детали. Для опытно-промышленного образца устройства весь процесс штамповки будет составлять 0,5 мин.

Используя результаты экспериментов по штамповке, проведем также оценку достоверности результатов теоретического анализа рабочего процесса устройства для штамповки.

В данном случае деформирующуюся заготовку можно рассматривать как тонкую оболочку, нагруженную внутренним давлением (рис. 12). Тогда напряжения, возникающие в заготовке, можно определить, используя известное уравнение Лапласа. Для пластически деформирующейся сферической оболочки это уравнение имеет следующий вид:

2 <7, = Р Р * '

где - предел текучести заготовки; р - радиус кривизны заготовки;

Р - давление газа; 5 - толщина заготовки.

В конце первой стадии процесса штамповки р ^ Я, где Я - радиус цилиндрической матрицы.

Тогда необходимая величина давления газа равна

Рис. 12. Деформация заготовки

(17)

Р = (18)

К

Для заготовки из стали СтЗ предел текучести ат ** 300 МПа, а предел прочности <тв « 500 МПа.

В данном случае процесс штамповки протекает в течение очень короткого времени, порядка 0,02-0,1 с. Поэтому с учетом скоростного фактора и упрочнения материала заготовки в процессе ее деформирования можно принять <75=450 МПа. Тогда при з=1мм, Д=100 мм из зависимости (18) следует, что Р=9 МПа, т.е. для штамповки сферообразного днища радиусом 100 мм давление газа на поверхности заготовки должно быть порядка 9 МПа. В данном случае объем заготовки в процессе ее деформирования многократно увеличивается, поэтому степень повышения давления может достигать 17-20, что соответствует нижней границе ее значений. Следовательно, для обеспечения давления 9 МПа давление топливной смеси должно быть порядка 0,45-0,53.

При проведении экспериментов по штамповке сферообразных днищ давление топливной смеси составляло 0,55-0,60 МПа.

Следовательно, экспериментальные значения давления удовлетворительно согласуются с расчетными значениями, что свидетельствует о достоверности основных результатов теоретического анализа.

При штамповке деталей цилиндрической формы определяющим является радиус скругления дна матрицы, который имеет сравнительно небольшую величину. Поэтому для штамповки таких деталей давление топливной смеси должно быть значительно больше, порядка 1,5 МПа. Штамповку следует производить в четыре перехода, за один раз, не снимая заготовку. На первом переходе давление топливной смеси должно быть равно 0,3 МПа, а давление прижима - 0,6 МПа. На втором переходе давление топливной смеси равно 0,7 МПа, а давление прижима - 1,5 МПа. На третьем переходе давление топливной смеси составляет 1,2 МПа, а давление прижима - 2,5 МПа. На четвертом переходе давление топливной смеси составляет 1,6 МПа, а давление прижима -ЗМПа.

В шестой главе, исходя из результатов испытания экспериментального двухкамерного устройства для газовой листовой штамповки, разработана конструкция устройства для газовой штамповки для использования в опытном, единичном и мелкосерийном производствах. Документация этого устройства принята в ООО «Холодмаш» для внедрения.

Разработана также схема импульсной машины для листовой штамповки, которая запатентована. Эта машина может быть использована как в мелкосерийном, так и в крупносерийном производствах. На основе схемы этой машины выработаны исходные данные для разработки опытно-промышленного образца машины для газовой листовой штамповки. Машина будет иметь следующие технические характеристики:

Максимальный диаметр штампуемых деталей, мм.............................. 400

Толщина штампуемых деталей, мм............................................. 0,5...3

Габаритные размеры устройства, мм................................... 500x500x1600

Диаметр цилиндра, мм................................................................. 270

Энергоноситель.....................................Смесь горючего газа с воздухом

Давление энергоносителя, МПа, не более..............................................2

Установленная электрическая мощность, кВт.........................................2

Управление..................................................................Электрическое

Режим управления.......................................Ручной, полуавтоматический

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Обзор и анализ известных методов и устройств газовой штамповки показал, что в существующих устройствах давление газа на поверхности штампуемой заготовки имеет сравнительно невысокое значение. Это существенно ограничивает сферу применения газовой штамповки.

2. Разработана схема двухкамерного устройства для газовой листовой штамповки, в котором путем предварительного сжатия топливной смеси обеспечивается существенное повышение давления газа на поверхности штампуемой заготовки.

3. Разработана математическая модель рабочего процесса двухкамерного устройства для газовой штамповки. Получены безразмерные уравнения, позволяющие определить изменение параметров рабочего процесса. Анализ этих уравнений показал, что данное устройство характеризуется в основном двумя критериями подобия, составленными из параметров устройства и топливной смеси.

4. Исследование рабочего процесса двухкамерного устройства для газовой штамповки показывает, что в период горения топливной смеси в первой камере давление топливной смеси во второй камере и на поверхности штампуемой заготовки повышается в 6-6,5 раз. В период горения топливной смеси во второй камере происходит дальнейший рост давления топливной смеси на поверхности заготовки. В целом за счет сгорания топливной смеси в обеих камерах давление топливной смеси на поверхности заготовки повышается в 10-11 раз. При сгорании этой смеси давление газа на поверхности заготовки может повышаться еще в 2-6 раз в зависимости от формы штампуемой детали.

5. В целом за счет мультипликации давления топливной смеси и ее сгорания давление на поверхности штампуемой заготовки повышается в 17-55 раз. Благодаря этому при сравнительно низком давлении топливной смеси порядка 1,5...2 МПа давление газа на поверхности заготовки может достигать до 100 МПа, что вполне достаточно для штамповки деталей сложной формы из стали и цветных сплавов.

6. Разработаны системы топливоподачи двухкамерного устройства для газовой листовой штамповки с внешним и внутренним смесеобразованием. Сравнение их между собой показывает, что для использования горючего газа с низким давлением более предпочтительна система с внутренним смесеобразованием. Система топливоподачи составлена из отечественных

комплектующих. Она обеспечит дистанционное управление подачей компонентов топливной смеси в камеры сгорания устройства для штамповки.

7 Проведено исследование процесса наполнения камер сгорания топливнои смесью. Определены зависимости для расчета длительности процесса. Установлено, что для сокращения длительности процесса наполнения максимальное давление в камере не должно превышать 70 % от давления в

ресивере. „ ____

8 Разработано и создано экспериментальное двухкамерное устройство для газовой штамповки, позволяющее штамповать детали диаметром до 300 мм. Испытания устройства подтвердили правильность основных конструктивных решений, принятых при разработке двухкамерного устройства, являющегося новым видом штамповочного оборудования.

9 На созданном экспериментальном устройстве проведена отработка технологии штамповки типовых деталей: сферообразного днища, сферообразного днища с плоским дном и цилиндрической детали с фланцем. При этом установлено, что первый тип детали целесообразно штамповать за два технологических перехода, второй тип - за три перехода, а третии тип - за четыре перехода. Все переходы выполняются в одной и той же матрице последовательно, увеличивая давление топливной смеси. Установлена величина давления топливной смеси в зависимости от формы детали.

10. Положительные результаты испытания экспериментального устройства для штамповки позволяют рекомендовать данный тип устройства для использования в промышленности в условиях опытно и мелкосерийного производствах.

11. Для использования газовой штамповки в крупносерийном производстве разработана схема конструкции машины для газовой листовой штамповки, которая запатентована. На ее базе выработаны исходные данные для разработки опытно-промышленного образца оборудования для газовой листовои штамповки.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ:

1. Мусаев A.A. Испытание и доводка двухкамерного устройства для газовой листовой штамповки / A.A. Мусаев // Изв. вузов. Сер. Машиностроение. 2012. № 1.С. 74-78.

2. Боташев АЛО. Разработка, исследование и создание двухкамерного устройства для газовой листовой штамповки / А.Ю. Боташев, A.A. Мусаев // Заготовительные производства в машиностроении. 2012. № 3. С. 20-23.

3. Мусаев A.A. Выработка исходных данных для разработки опытно-промышленного образца двухкамерного устройства для газовой листовой штамповки / A.A. Мусаев // Изв. вузов. Сер. Машиностроение. 2012. № 3. С. 43-48.

4 Мусаев A.A. Экспериментальные исследования газовой листовои штамповки на двухкамерном устройстве / А.А; Мусаев И Заготовительные производства в машиностроении. 2012. № 4. С. 19-23.

16

5. Мусаев A.A. Моделирование рабочего процесса двухкамерного устройства для газовой листовой штамповки / A.A. Мусаев // Изв. вузов. Сер. Машиностроение. 2012. № 5. С. 51-54.

Патенты

6. Патент 114893 РФ, МПК B21J 7/24. Импульсная машина для обработки давлением листового материала / Боташев А.Ю., Мусаев A.A. Заявка №2011117747/02(026306) от 03.05. 2011г. Опубликовано 20.04.2012 Бюл. №11.

Статьи и материалы конференций:

7. Мусаев A.A. Исследование и разработка высокоэффективного устройства для газовой листовой штамповки / A.A. Мусаев // Рациональные пути решения социально-экономических и научно-технических проблем региона: материалы IX регион, науч.-практ. конф. - Черкесск, 2009. - С. 173 - 176.

8. Мусаев A.A. Разработка схемы системы топливоподачи двухкамерного устройства для газовой листовой штамповки / A.A. Мусаев // Современные технологии в машиностроении: сб. статей XIV Междунар. науч.-практ. конф. -Пенза, 2010.-С. 62 - 66.

9. Мусаев A.A. Исследование процесса горения газообразной топливной смеси во второй камере двухкамерного устройства для газовой листовой штамповки / A.A. Мусаев // Современные технологии в машиностроении: сб. статей XIV Междунар. науч.-практ. конф. - Пенза, 2010. - С. 67 - 70.

10. Мусаев A.A. Импульсные методы штамповки листового металла /A.A. Мусаев // Прогрессивные технологии в современном машиностроении: материалы VI междунар. науч.-техн. конф. Пенза, 2010. -С. 101-102.

11. Боташев А.Ю. Исследование процесса наполнения камер сгорания двухкамерного устройства для газовой листовой штамповки / А.Ю. Боташев, A.A. Мусаев // Прогрессивные технологии в современном машиностроении: материалы VI междунар. науч.-техн. конф. Пенза, 2010. - С. 103-108.

12. Боташев А.Ю. Исследование процесса горения в камере устройства для газовой листовой штамповки / А.Ю. Боташев, A.A. Мусаев // Прогрессивные технологии в современном машиностроении: материалы VI междунар. науч-техн. конф. Пенза, 2010. - С. 109-114.

13. Боташев АЛО. Применение двухкамерного устройства газовой штамповки для производства коробчатых и цилиндрических деталей машин и аппаратов пищевых производств / А.Ю. Боташев, A.A. Мусаев // Инновационные направления в пищевых технологиях: материалы IV междунар. науч.-практ. конф.

Пятигорск, 2010 г. - С. 310-312.

14. Мусаев A.A. Разработка математической модели рабочего процесса двухкамерного устройства для газовой листовой штамповки / A.A. Мусаев // Технические науки: проблемы и перспективы: материалы междунар. заоч. науч. конф. / Под общ. ред. Г. Д. Ахметовой. — СПб.:2011. - С. 114-117.

15 Мусаев А А. Разработка и создание экспериментального устройства для газовой листовой штамповки / A.A. Мусаев // Наука и образование в Чеченской Республике: состояние и перспективы развития: материалы Всерос. науч.-практ.

17

конф., посвященной 10-летию со дня основания КНИИ РАН. - Грозный, 2011. -С. 196-197.

16 Мусаев A.A. Разработка устройства для штамповки деталей летательных аппаратов / A.A. Мусаев // XXXVI1 Гагаринские чтения. Междунар. молодежная науч. конф.: тезисы докладов. Том 8. - М., 2011.-С. 101-103.

17 Боташев А Ю. Исследование и разработка двухкамерного устройства для газовой листовой штамповки / А.Ю. Боташев, A.A. Мусаев // Обработка материалов давлением: сб. науч. тр. - Краматорск: ДГМА, 2011. - № 1 (26). С. 221-

Подписано в печать 15.04.2013. Формат 60x84/16 Бумага для множительных аппаратов. Усл. печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Зак. №

ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет» 394026, г. Воронеж, Московский просп., 14.

Федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение Высшего профессионального образования Северо-Кавказская государственная гуманитарно-технологическая

Мусаев Абубакар Абдрахманович

РАЗРАБОТКА ДВУХКАМЕРНОЙ УСТАНОВКИ ДЛЯ ГАЗОВОЙ

ЛИСТОВОЙ ШТАМПОВКИ

05.02.09 - Технологии и машины обработки давлением Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

академия

На правах рукописи

04201357858

Научный руководитель: д.т.н., профессор, Боташев А. Ю.

Черкесск - 2013

СОДЕРЖАНИЕ

Стр.

ВВЕДЕНИЕ .....4

1. ПОСТАНОВКА ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ ....9

1.1. Обзор и анализ существующих методов листовой штамповки .. .9

1.2. Обзор и анализ известных устройств для газовой листовой штамповки ...22

1.3. Цель и задачи исследования ....33

2. ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА ДВУХКАМЕРНОГО УСТРОЙСТВА ДЛЯ ГАЗОВОЙ ЛИСТОВОЙ ШТАМПОВКИ ...34

2.1. Разработка схемы двухкамерного устройства для газовой листовой штамповки ... 34

2.2. Исследование процесса горения газообразной топливной смеси в первой камере двухкамерного устройства для газовой листовой штамповки ... 3 7

2.3. Исследование процесса горения газообразной топливной смеси во второй камере двухкамерного устройства для газовой листовой штамповки ... 5О

3. РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ ТОПЛИВОПОДАЧИ И ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА НАПОЛНЕНИЯ КАМЕР СГОРАНИЯ УСТРОЙСТВА ДЛЯ ГАЗОВОЙ ЛИСТОВОЙ ШТАМПОВКИ ...73

3.1. Разработка схемы системы топливоподачи устройства для газовой листовой штамповки ... 73

3.2. Исследование процесса наполнения камер сгорания устройства

для газовой листовой штамповки ... 78

4. РАЗРАБОТКА И СОЗДАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО УСТРОЙСТВА ДЛЯ ГАЗОВОЙ ЛИСТОВОЙ ШТАМПОВКИ ... 86

4.1. Разработка схемы конструкции экспериментального

Стр.

устройства для газовой листовой штамповки ... 86 4.2. Создание, испытание и доводка экспериментального

двухкамерного устройства для газовой листовой штамповки .. .90 5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ШТАМПОВКИ ПОД ДЕЙСТВИЕМ ДАВЛЕНИЯ

ПРОДУКТОВ ГОРЕНИЯ ..100

5.1 Экспериментальные исследования газовой листовой штамповки на двухкамерном устройстве ..100

5.2 Отработка технологии газовой штамповки типовых деталей ..106 6 РАЗРАБОТКА ДВУХКАМЕРНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ

ГАЗОВОЙ ЛИСТОВОЙ ШТАМПОВКИ ..112

ОБЩИЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ..122

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ..125

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 ..136

ПРИЛОЖЕНИЕ 2 ..138

ПРИЛОЖЕНИЕ 3 ..142

ПРИЛОЖЕНИЕ 4 ..144

Введение

Актуальность работы. В машиностроении одной из актуальных проблем является ускорение развития малосерийного производства. Для предприятий характерен определенный тип производства. Для обеспечения эффективности любого производства, создают условия конкурентоспособности, этому способствует использование специализированного оборудования, отличающееся невысокой стоимостью и малым энергопотреблением.

В отечественной практике известны устройства для листовой штамповки, использующие энергию горючих газовых смесей [75]. Эти устройства особенно эффективны в мелкосерийном производстве вследствие их простоты и дешевизны. В качестве энергоносителя в этих устройствах используют горючие газовые смеси (водород, метан, пропан, бутан в смеси с воздухом или кислородом). При сгорании газовоздушной топливной смеси давление в камере увеличивается в 7 - 8 раз. Штамповка осуществляется под действием давления продуктов сгорания.

Известны также устройства для листовой штамповки, использующие энергию детонационного горения газовых смесей [32]. В этих устройствах горение газовой топливной смеси происходит в режиме детонации. Штамповка производится под действием давления детонационной волны на поверхность листовой заготовки.

Указанные устройства для листовой штамповки имеют существенный недостаток, обусловленный относительно низким уровнем давления, осуществляющего процесс штамповки. Давление топливной смеси достигает 2...2,5 МПа. При большем его значении существенно повышается вероятность утечки топливной смеси через стык между камерой сгорания и штампуемой заготовкой. При таком давлении топливной смеси давление продуктов сгорания составляет 15... 18 МПа, а давление детонационной волны 30...35 МПа. Это давление обеспечивает штамповку деталей из листовой заготовки относительно небольшой толщины, в частности из

стальной заготовки толщиной до 1,5 мм. Затруднена также штамповка деталей сложной конфигурации с малыми радиусами кривизны. Это в целом снижает технологические возможности данного метода штамповки, что существенно ограничивает сферу его применения.

Предлагаемое двухкамерное устройство для газовой листовой штамповки при правильной разработке рациональных технологических процессов, сжатия топливной смеси, стехиометрического соотношения компонентов топливной смеси, расчета давления и расчета времени подачи искры способствует решению задач по расширению технологических возможностей устройства для штамповки. Это в свою очередь позволит штамповать изделия толщиной до Змм, а также детали сложной конфигурации с малыми радиусами кривизны, что и является актуальной задачей создания двухкамерного устройства для газовой листовой штамповки. Так же актуальность данной работы заключается в универсальности и в транспортабельности предлагаемого устройства, которое позволяет использовать его в передвижных мастерских для быстрого изготовления и замены наиболее часто ломающихся деталей сельскохозяйственных и других машин.

Однако малогабаритных установок с применением двухкамерного привода с обратным клапаном и свечей зажигания в обеих камерах позволяющие получать детали с меньшими затратами материала, с малыми затратами времени и с низкой себестоимостью получаемых деталей - не известны в отечественной и в зарубежной практике.

Содержание диссертации направлено на решение актуальной проблемы по расширению технологических возможностей газовой штамповки путем существенного повышения давления продуктов сгорания, действующих на поверхность штампуемой заготовки. Это достигается путем использования, созданного в данной работе нового двухкамерного устройства для газовой листовой штамповки, в первой камере которого происходит предварительное сжатие топливной смеси, а во второй последующее её сгорание.

Работа выполнялась в соответствии с Федеральным Законом №94-ФЗ от 21.07.2005г. «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009-2013 годы»

Цель работы. Целью диссертационной работы является расширение технологических возможностей газовой листовой штамповки, путем существенного повышения давления продуктов сгорания, действующих на поверхность штампуемой заготовки, обеспечивающей применение его в мелкосерийном производстве. Поставленная цель достигается разработкой и созданием нового двухкамерного устройства для газовой листовой штамповки. Для этого необходимо выполнить следующие задачи:

• исследование рабочего процесса двухкамерного устройства для газовой листовой штамповки;

• разработка системы топливоподачи и исследование процесса наполнения камер сгорания устройства для газовой листовой штамповки;

• разработка и создание экспериментального устройства для газовой листовой штамповки;

• экспериментальное исследование процесса штамповки под действием давления продуктов горения;

• выработка исходных данных для разработки опытно-промышленного образца двухкамерного устройства для газовой листовой штамповки.

Достоверность полученных результатов подтверждается созданием экспериментального двухкамерного устройства для газовой листовой штамповки и экспериментальными исследованиями.

Методы исследований. Теоретические исследования выполнены на основе уравнений динамики твердого тела, термодинамики, теории пластичности и теории подобия с применением программы Maple 9.5. Экспериментальные исследования проведены на оригинальном оборудовании, специально созданном для осуществления данных исследований.

Научная новизна:

• разработан новый тип устройства для газовой листовой штамповки;

• разработана математическая модель рабочего процесса двухкамерного устройства для газовой листовой штамповки, учитывающая динамику развития деформирующей силы, как результата оптимизации технологических режимов и параметров процесса в обеих камерах устройства;

• теоретически определены и экспериментально подтверждены предложенные в работе научно обоснованные конструктивные параметры устройства для газовой листовой штамповки, обеспечивающие возможность повысить давление продуктов сгорания более чем в 3 раза и достигнуть величины деформирующей силы, обеспечивающей получение листовых заготовок повышенной толщины.

Практическая значимость:

• создано и испытано двухкамерное устройство для газовой листовой штамповки, обеспечивающее по сравнению с существующими аналогами повышение в 3-4 раза давления на поверхности штампуемой заготовки, что существенно расширяет технологические возможности газовой штамповки;

• устройство, отличается высокой энергоемкостью, компактностью и малой металлоемкостью, что дает возможность для создания на его основе энергоемкого штамповочного оборудования имеющего сравнительно невысокую стоимость;

• На базе данного устройства может быть создана гамма штамповочных устройств, обеспечивающих штамповку деталей диаметром от 100 до 1000 мм из стали и цветных сплавов толщиной до 2 мм;

• По предложенному патенту разработана перспективная схема импульсной машины для листовой штамповки, которая может быть использована как малосерийном, так и в крупносерийном производствах.

Апробация работы. Основные положения работы доложены и обсуждены на следующих семинарах:

• IX региональной научно-практической конференции «Рациональные пути решения социально-экономических и научно-технических проблем региона». Черкесск: КЧГТА, 2009 г.

• X Московский международный салон инноваций и инвестиций. Москва, ВК «Гостиный Двор» 2010 г. (Золотая медаль).

• IV Международной научно-практической конференции «Инновационные направления в пищевых технологиях» Пятигорск: ПГТУ, 2010 г.

• Международной молодежной научной конференции «XXXVII Гагаринские чтения». Москва: МАТИ им. Циолковского, 2011г.

• Международной научно-технической конференции «Обработка материалов давлением». Краматорск: ДГМА, 2011г.

Автор защищает:

• разработанное двухкамерное устройство для газовой листовой штамповки, являющееся новым типом штамповочного оборудования, защищенного патентом на полезную модель;

• математическую модель рабочего процесса устройства для газовой листовой штамповки, позволяющая определить рабочие параметры устройства в каждой камере и разработать технологию рационального получения мелкосерийных заготовок, востребованных, в основном, на малосерийных предприятиях.

Публикации. Основное содержание диссертационной работы изложено в 17 опубликованных работах, из них 5 из перечня, рекомендованного ВАК и 1 патент на полезную модель.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, основных выводов, списка литературы и 4 приложений. Текст диссертации содержит 158 машинописных страниц, включая 3 таблицы и 79 рисунков. Библиографический список включает 108 источников, в том числе на иностранных языках.

1. Постановка цели и задачи исследования

1.1. Обзор и анализ существующих методов листовой штамповки

Листовая штамповка является широко распространенной и весьма прогрессивной разновидностью технологии обработки металла давлением [79]. Она находит применение во всех отраслях производства, связанных с изготовлением металлических деталей [101, 104-108]. Особенно широко используется листовая штамповка в машиностроении, самолетостроении и в оборонной промышленности.

Совершенствование технологии штамповки, конструкций штампов и используемого оборудования привело к тому, что листовая штамповка применяется для изготовления деталей самых разнообразных размеров (от долей миллиметра до нескольких метров) и конфигураций (от простых плоских деталей до сложных пространственных типа облицовочных деталей автомобиля, самолета или деталей приборов). Тем не менее, процесс развития листовой штамповки далеко не завершен; в настоящее время наблюдается тенденция все более интенсивного совершенствования способов штамповки, оснастки и оборудования, применяемых для штамповки. Разрабатываются машины и устройства, открывающие новые технологические возможности.

Проведем обзор и анализ существующих методов и устройств листовой штамповки.

Существующие методы штамповки условно можно разделить на две группы: традиционные и импульсные методы.

Традиционная листовая штамповка. Традиционная листовая штамповка осуществляется в штампах, состоящих, как правило, из неподвижной и подвижной половин, несущих рабочие части (матрицу и пуансон), при сближении которых помещенная между ними заготовка деформируется. Пуансоном называется инструмент, охватываемый заготовкой в процессе деформирования, а матрицей — инструмент,

охватывающий заготовку в процессе ее деформирования. Половины штампов закреплены в прессе: неподвижная половина - на столе, подвижная - в ползуне (исполнительном механизме).

Все операции листовой штамповки можно объединить в две группы: разделительные и формоизменяющие [87, 82]. При выполнении разделительных операций деформирование заготовки происходит вплоть до разрушения. При выполнении формоизменяющих операций не должно происходить разрушения заготовки.

Главными разделительными операциями являются вырубка, пробивка, обрезка, чистовая вырубка, зачистка [84].

Вырубка - отделение части заготовки по замкнутому контуру в штампе, причем отделенная, смещенная в матрицу часть заготовки является деталью или полуфабрикатом для последующей штамповки, механической или иной обработки (рис. 1.1 а).

Чистовая вырубка - вырубка в условиях всестороннего неравномерного сжатия в зоне разделения материала (рис. 1.1 б).

Главные формоизменяющие операции - гибка, вытяжка, формовка, рихтовка, чеканка (выдавливание мелкого рельефа), высадка и др.

Вытяжка - образование полой заготовки или изделия из плоской или полой исходной заготовки. Вытяжка может быть с утонением и без утонения (рис. 1.1 в).

Формовка - образование местных выпуклостей за счет уменьшения толщины заготовки при неизменных ее наружных размерах (рис. 1.1 г).

Рихтовка - операция придания детали плоскостности, которая заключается в обжатии детали между двумя параллельными плоскостями (рис. 1.1 д).

Чеканка - образование на поверхности заготовки рельефных изображений за счет перераспределения металла (рис.1.1е).

Высадка - уменьшение длины части заготовки с получением местного увеличения поперечных размеров (рис. 1.1 ж).

На рис. 1.2 представлена установка для вытяжки и формовки (взрывом под водой) крупных чашеобразных деталей из листового металла [32, 90]. Штампуемую заготовку 5 укладывают на матрицу 7 и прижимают к ней фланец заготовки с помощью прижимного кольца 6. На определенном расстоянии над заготовкой помещают заряд взрывчатых Рис. 1.2. Схема установки веществ (ВВ), состоящий из детонатора 1, для вытяжки и формовки усилителя детонатора 2 и взрывного вещества листовой детали взрывом под 3. Матрицу с заготовкой и установленным водой

над ней зарядом опускают в резервуар 9, наполненный водой 4. Часть энергии, высвобождаемой при взрыве заряда, передается через воду заготовке, которая под действием высокого давления деформируется, принимая форму матрицы. Для того чтобы воздух, находящийся между матрицей и заготовкой, не препятствовал ее перемещению, происходящему с большой скоростью, в нижней части матрицы делают вакуумный канал 8 для отвода воздуха.

Устройство для взрывной штамповки в закрытой камере с воздушной полостью описано в работе [31]. Проведены исследования горячей взрывной штамповки [30]. Установлено, что при штамповке в таком устройстве обеспечиваются безопасность и высокий КПД.

Штамповка с нагревом. С помощью гидровзрывной штамповки можно осуществлять формообразование нагретого металла. Схема одной из установок, предназначенных для этой цели, показана на рис.1.3. Матрица, состоящая из двух половин 1, размещена в корпусе 2. Заготовку 3 прижимают к матрице с помощью кольца 4 и клинового устройства 10. Воду 7 наливают в резиновый мешок 8, между стенками которого и пиротехническим составом 11 укладывают асбест 9. Заряд 6, смонтированный из листового и шнурового ВВ, повторяет форму заготовки.

Шнур 5 используют для воспламенения пиротехнического состава, с помощью которого нагревают заготовку.

£ 6 /и 7 8 9 ,10

Рис. 1.3. Схема установки для гидровзрывной штамповки с нагревом

По этой схеме штампуют детали из молибденового сплава [53]. Штамповка предварительн