Способ высокоскоростного деформирования материалов
Использование: получение деталей для точного машиностроения и приборостроения. Сущность изобретения: на заготовку воздействуют импульсной нагрузкой, создаваемой носителем кинетической энергии. В качестве носителя может быть использован поршень, разгоняемый в стволе. С помощью датчика давления фиксируют величину давления импульсной нагрузки. При достижении амплитудного значения давления осуществляют увеличение массы носителя. Для этого к носителю присоединяют дополнительную массу или производят его замыкание на корпус оборудования. 4 ил.
Изобретение относится к высокоскоростным технологическим процессам, связанным с импульсным нагружением заготовки, и может быть использовано, например, для высокоскоростной штамповки через эластичную среду (резину, полиуретан, жидкость) в точном машинои приборостроении. Целью изобретения является повышение технологической эффективности способа. На фиг. 1 показано содержание предлагаемого способа; на фиг. 2 пример его реализации; на фиг. 3 и 4 сечения на фиг. 2, поясняющие конструктивное решение. Схема на фиг. 1 построена на примере пневмоударного деформирования и включает в себя: 1 технологический блок [а корпус блока; b матрица; с - эластичная среда (резина или полиуретан); d заготовка] П носитель кинетической энергии импульса (в данном случае метаемая масса или поршень) - НКЭИ; ц. т. центр тяжести НКЭИ П; 
скорость движения НКЭИ П; текстом даны необходимые пояснения; левая часть соответствует исходному состоянию, а правая моменту реализации способа. Выполнение способа включает в себя следующие примеры. В исходном состоянии НКЭИ П поднят и зафиксирован в корпусе вне технологического блока устройства на фиг. 1. В начале рабочего цикла к нему подводят от внешнего устройства избыточное давление воздуха, освобождают от устройства фиксации и задают тем самым движение вниз к технологическому блоку 1. В крайнем нижнем положении воздействуют на заготовку d импульсной нагрузкой, передаваемой НКЭИ П в корпусе блока а через эластичную среду с и обеспечивают деформирование заготовки d по матрице b. При этом управляют длительностью приобретенного импульса давления по следующему алгоритму. Датчик давления фиксирует достижение в эластичной среде с амплитудного значения давления импульсной нагрузки и через внешние устройства коммутации, не показанные на схеме, включает механизмы присоединения дополнительной массы к НКЭИ П или включает механизмы силового замыкания НКЭИ П на корпус оборудования. В указанный момент 
0 и обеспечивается, согласно закону сохранения импульса, увеличение длительности второй половины импульса (или всего импульса) при фиксированной его амплитуде. Закон управления, полученный из 3, приводится к следующей формуле: 
(1) где 
суммарные массы системы: НКЭИ П + дополнительная масса; с жесткость эластичной среды. При силовом замыкании m__
и длительность второй половины импульса может программироваться внешним устройством. После реализации импульса давления требуемой длительности отключают механизмы присоединения дополнительной массы или механизм силового замыкания на корпус и возвращают НКЭИ П в исходное состояние (устройства возврата на фиг. 1 не показаны), разбирают технологический блок 1, заменяют заготовку d, вновь собирают технологический блок 1. Далее цикл повторяют. Пример реализации способа представлен устройством на фиг. 2 с поясняющим сечением на фиг. 3, 4 и включает в себя: 1 рама неподвижная; 2 ствол; 3 - НКЭИ (боек или поршень); 4 корпус; 5 втулка корпусная разрезная; 6 - пружины; 7 корпус обратный; Б полость над корпусом 7; 8 крышка; 9 - клапан; поз. 4, 5, 6, 7, 8, 9 образуют замок цанговый; 10 торец; 11 - патрубок; 12 пневмопривод; 13 шибер; 14 клапан; поз. 12 и 13 образуют клапанный распределитель; 15 ресивер; 16 клапан; 17 стойка направляющая; 18 силовой цилиндр; В полость силового цилиндра; 19 клапан; 20 - инструментальный блок; 21 матрица; 22 заготовка; 23 эластичная среда; Р сила стяжки элементов поз. 21, 22, 23 от специального зажимного механизма, не показанного на схеме; 24 технологические окна (для выхода воздуха); 25 - кольцо; 26 пневмопривод; 27 крышка; 28 корпус; 29 конус обратный; 30 - губки зажимные; 31 кольцо пружинное; 32 пружины; 33 и 35 клапаны; 34 - тарированные грузы. Элементы поз. 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33 образуют механизм присоединения дополнительной массы или силового замыкания на корпус. С - полость над корпусом, обратным 29. Все элементы устройства, в которые поступает сжатый воздух, имеют уплотнения и устройства коммутации, условно не показанные на схеме. Датчик давления в эластичной среде 23 условно показан в виде функционального элемента I и II, соответственно исходное и конечное положения НКЭИ 3 в рабочем цикле. Рама неподвижная 1 объединяет в себе все основные элементы устройства. В раме размещен ствол 2 с НКЭИ 3 в виде бойка или поршня. Верхняя часть ствола 2 соединена с цанговым замком, состоящим из корпуса 4, втулки корпусной разрезной 5, пружин 6 конуса обратного 7, являющегося поршнем, воспринимающим давление в полости Б, задаваемое клапаном 9, а также крышки 8. В исходное состояние I НКЭИ 3 зажат разрезной конусной втулкой 5 (фиг. 2, 3) и уперт в торец 10 патрубка 11, в свою очередь патрубок 11 в раме 1 сочленен с клапанным распределителем, выполненным в виде пневмопривода 12 и шибера 13, под которым расположен клапан 14 для стравливания воздуха. Клапанный распределитель обеспечивает сообщение ресивера 15 с полостью патрубка 11. Для подачи давления в ресивер служит клапан 16. Снизу к раме 1 крепится направляющая стойка 17, связанная с силовым цилиндром 18, имеющая клапан 19 для задания давления в полости В. Силовой цилиндр 18 и ствол 2 соединены инструментальным блоком 20 и представляют собой единую жесткую конструкцию, которая имеет возможность вертикальных перемещений относительно направляющей стойки 17 за счет давления в полости В. В инструментальном блоке 20 расположены матрица 21, заготовка 22 и эластичная среда 23, стянутые силой Р от специального зажимного механизма, не показанного на схеме. Эластичная среда 23 связана с датчиком давления, управляющим механизмом присоединения дополнительной массы или силового замыкания (поз.27 34). В стволе на необходимой высоте выполнены отверстия: технологические окна 24 для выхода воздуха из полости под НКЭИ 3 и отверстия для размещения губок зажимных 30 механизма присоединения дополнительной массы или силового замыкания на корпус (в данном случае на ствол 2 и раму 1). Отмеченный механизм, кроме губок зажимных 30, включает в себя крышку 27, корпус 28, конус обратный 29, кольцо пружинное 31, пружины 32 и клапан 33. При этом конструкция во многом повторяет конструкцию замка цангового. Отличием является замена разрезной конусной втулки 5 на губки зажимные 30 с сохранением упругой подвижной за счет введения кольца пружинного 31 (фиг. 4). Щель в кольце пружинном 31 обеспечивает при сборке последовательное присоединение отдельных губок зажимных 30 по мере их установки в ответные отверстия в стволе 2. В режиме присоединения дополнительной массы на крышке 27 размещены тарированные грузы 34. Клапан 35 служит для подъема НКЭИ 3 из конечного П в исходное состояние I, при этом технологические окна 24 закрываются кольцом 25 с помощью пневмопривода 26. Устройство работает следующим образом. В исходном состоянии I открыты клапаны 16 и 19, подано необходимое давление в полость В и ресивер 15. Одновременно через клапан 9 подано давление в полость Б замка цангового, обратный конус 7 опущен, пружины 6 сжаты, сдвинута разрезная конусная втулка 5 и зажат тем самым НКЭИ 3, упирающийся при этом в торец 10 патрубка 11. Силы трения на поверхности контакта НКЭИ 3 и разрезной конусной втулки 5 удерживают в равновесии систему тел как под действием собственного веса, так и при подаче рабочих давлений в полость Б и ресивер 15. Кольцо 25 своим пневмоприводом 26 поднято и технологические окна 24 открыты. Перед рабочим ходом при закрытом клапане 14 открывается шибер 13 пневмоприводом 12. Давление в ресивере 15 и полости патрубка 11 выравнивается. Заготовка 22 укладывается на матрице 21 и прижимается силой 
к эластичной среде 23. Датчик давления, связанный с эластичной средой 23, настраивается на расчетное амплитудное значение импульса давления. Для работы механизма присоединения дополнительной массы или силового замыкания на корпус соответственно в первом и втором режимах соответствующие отверстия в стволе 2 с деталями поз. 30 должны образовывать по высоте посадки с различными зазорами. В режиме присоединения дополнительной массы этой массой является суммарная масса механизма (поз. 24 33) и тарированных грузов 34, которые совместно с массой НКЭИ 3 согласно формуле (1) определяют длительность импульса давления. При этом зазор задается равным величине упругой деформации эластичной среды 23 после завершения действия импульса давления, при разгрузке. В режиме силового замыкания на корпусе величина зазора минимально необходимая для возвратно-поступательного движения губок зажимных 30, а длительность второй половины импульса давления равна времени силовой связи этих губок 30 со стволом 2 посредством сопряжения через вышеназванные окна. Рабочие движения начинаются синхронно и осуществляются следующим образом. Снимается через клапан 9 давление с полости Б цангового замка, в котором пружины 6 разжимаются, поднимают обратный конус 7 и освобождают втулку разрезную 5. Срабатывает система синхронизации рабочих движений, заложенная в конструкцию устройства: НКЭИ 3 под действием давления начинает движение вниз, а система тел, связанная со стволом 2 вверх, происходит удар НКЭИ 3 по эластичной среде 23, ее сжатие и формообразование заготовки 22 по матрице 21 при встречных рабочих движениях. Достигается конечное состояние П. При этом датчиком давления фиксируется амплитудное значение импульса давления в эластичной среде 23, включаются клапаны 33 и внешнее программное устройство (не показанное на схеме) времени его выключения. Работа механизма присоединения дополнительной массы или силового замыкания на корпус одинакова в обоих режимах: подается давление в полость С, опускается конус обратный 29, сжимаются в вертикальном направлении пружины 32, сдвигаются губки зажимные 30, связанные с кольцом пружинным 31, и зажимают НКЭИ 3. После реализации длительность второй половины импульса давления в эластичной среде 23 в соответствии с нужным режимом работы внешнее программное устройство отключает клапан 33, сбрасывая давление с полости С. Пружины 32 поднимают конус обратный 29, губки зажимные освобождаются и сдвигаются в исходное состояние пружинным кольцом 31, при этом освобождаются и НКЭИ 3. Рабочий цикл закончен. Осуществляется возврат в исходное состояние устройства. Включается пневмопривод 26, который опускает кольцо 25, закрывающее технологические окна 24. Открываются клапаны 14, 16, 19 и 35. Система тел (поз. 2, 18, 20) и связанных с ними элементов под собственным весом опускается до упора снизу на раму 1. Подача давления через клапан 35 и наличие фаски на НКЭИ 3 обеспечивает его поднятие до упора в торец 10. Срабатывает клапан 9, обеспечивается зажим НКЭИ 3 последовательностью действий с элементами поз.5, 6, 7, описанной в начале абзаца. Далее закрываются клапаны 14, 35, подается давление на пневмопривод 12 и закрывается шибер 13, открываются клапаны 16, 19 и подается давление в ресивер 15, а также полость В. Включается на реверс пневмопривод 26, поднимается кольцо 25 и открываются технологические окна 24. Снимается сила 
, удаляется заготовка 22 с матрицей 21. Далее все повторяется. Предлагаемое изобретение наиболее эффективно в точном машино- и приборостроении, может обеспечивать повышение технологической эффективности способа, а именно повышение точности формы и размеров заготовки.
Формула изобретения
Способ высокоскоростного деформирования материалов, заключающийся в воздействии на заготовку импульсной нагрузкой, создаваемой носителем кинематической энергии, и управлении длительностью импульса давления, отличающийся тем, что, с целью повышения технологической эффективности, упраление длительностью импульса давления осуществляют в процессе деформирования заготовки путем фиксации момента достижения амплитудного значения давления импульсной нагрузки и увеличения в этот момент массы носителя кинематической энергии присоединения к нему дополнительной массы или силовым замыканием на корпус оборудования.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Номер и год публикации бюллетеня: 10-2002
Извещение опубликовано: 10.04.2002
