Устройство для гидростатического формообразования изделий

 

Изобретение относится к обработке металлов давлением, а именно, к устройствам для деформирования хрупких материалов в условиях предварительного всестороннего сжатия заготовки пластифицирующей жидкостью высокого давления. Изобретение направлено на улучшение качества полученных деталей и расширение технологических возможностей. Это достигается возможностью раздельного управления давлением находящейся в контейнере с заготовкой пластифицирующей жидкости и усилием перемещения матрицы, деформирующей заготовку. 3 ил.

Изобретение относится к обработке материалов давлением, а именно к конструкциям устройства, предназначенным для классического деформирования хрупких материалов, пластической обработки и формообразования металлов и сплавов в условиях предварительного всестороннего обжатия их пластифицирующей жидкостью высокого давления.

Известно устройство для объемной штамповки изделий из трудно деформируемых материалов, содержащее контейнер с рабочей камерой и размещенным в нем приводным плунжером, снабженным полостью, в которой установлена с возможностью перемещения одна из полуматриц, образующая камеру противодавления. Другая полуматрица аналогичным образом установлена в полости опоры, образуя с ней другую камеру противодавления. В теле полуматриц выполнены каналы, соединяющие камеры противодавления с соответствующими им гравюрами, а также камеры противодавления с рабочей камерой.

Недостатками данного устройства является одновременный рост давления жидкости в рабочей камере и камерах противодавления при перемещении плунжера, что неизбежно приводит к деформации заготовки до момента достижения жидкостью величины давления, потребной для безусловно пластического течения материала заготовки при заполнении гравюр. Такая предварительная дефорация заготовки может исчерпать запас естественной пластичности материала. Что приведет к нарушению его сплошности, в процессе формообразования изделия. Кроме того появляется потребность в преодолении силы, возникающей при воздействии давления пластифицирующей жидкости на плунжер и приводящей к необходимости увеличения рабочего усилия, что также является недостатком указанной конструкции.

Известно устройство для гидростатического формообразования изделий, содержащее установленные на опоре подпружиненный контейнер с рабочей полостью и уплотнением, заходящий в него плунжер и формообразующую полость противодавления, а также узел обеспечения постоянного потребного давления среды, рабочая полость которого соединена каналом с формообразующей камерой противодавления. Опора установлена с возможностью ограниченного возвратно-поступательного перемещения в направлении, перпендикулярном направлению прессования.

Как и в первом описанном устройстве недостатком данного устройства является потребность в создании на плунжере дополнительного усилия, связанного с преодолением сопротивления рабочей жидкости, находящейся под давлением в полости контейнера и полости высокого давления узла обеспечения постоянного потребного давления среды, что приводит к чрезвычайно существенным дополнительным энергозатратам. Большая, а зачастую большая часть энергии, затраченной на перемещение плунжера, поглощается золотниковой системой контура низкого давления узла обеспечения постоянного потребного давления среды.

Кроме того, недостатком известного решения является наличие самого узла обеспечения постоянного потребного давления среды как отдельного конструктивного элемента, что в реальных условиях приводит к весьма значительному усложнению конструкции, ее утяжелению, снижению надежности, затруднениям в обслуживании и прочим, связанным с этим негативным последствиям.

Наиболее близким к предложенному является устройство для гидростатического формообразования изделий, содержащее контейнер с закрепленными на торцах затвором и пробкой, размещенный в рабочей полости контейнера инструмент, установленный в контейнере плунжер для привода инструмента и узел обеспечения постоянного потребного давления среды в рабочей полости контейнера, при этом рабочая полость ограничена затвором и обращенным к затвору торцом плунжера.

Недостатками данного устройства является невозможность раздельного управления давлением рабочей среды в полости контейнера и усилием на формообразующем инструменте, низкое качество обработанных изделий и технологические возможности устройства.

Техническим результатом предложенного изобретения являются гарантированное предохранение обрабатываемого материала от хрупкого разрушения и нарушения сплошности, расширение технологических возможностей устройства.

Указанный результат достигается тем, что контейнер снабжен закрепленной в его полости перегородкой, плунжер выполнен имеющим на обращенном к пробке торце глухую цилиндрическую полость, а на его поверхности имеющим два расположенных по краям поршневых участка и центральный штоковый участок, при этом плунжер размещен в контейнере с образованием перепускной полости, ограниченной пробкой и обращенным к пробке торцом плунжера, и силовой полости, ограниченной перегородкой контейнера и поверхностью перехода штокового участка поверхности плунжера в обращенную к инструменту поршневую поверхность; устройство снабжено приводом, включающим в себя соосные контейнеру обечайку силового цилиндра, присоединенную к контейнеру со стороны пробки, крышку обечайки, неподвижно закрепленную в обечайке диафрагму, телескопический шток в виде центральной иглы и гильзы, два поршня, подвижно расположенные внутри обечайки по разные стороны от диафрагмы, которые связаны с образованием единого целого соответственно с иглой и гильзой, и жестко закрепленный на конце иглы дополнительный поршень, расположенный с возможностью перемещения в глухой полости плунжера, при этом торцы плунжера выполнены равными по площади поперечного сечения, внутренний диаметр гильзы равен диаметру иглы, наружный диаметр гильзы равен диаметру дополнительного поршня, а обращенные друг к другу торец гильзы и торец дополнительного поршня образуют полость, связанную с полостью перепуска, причем посредством выполненных в теле плунжера каналов глухая полость соединена с силовой полостью, рабочая полость соединена с полостью перепуска, а инструмент выполнен в виде закрепленной на затворе передвижной полуматрицы и подвижной полуматрицы, установленной в рабочей полости с возможностью контактирования с плунжером и перемещения с ним.

На фиг.1 показано устройство в исходном положении; на фиг.2 слева после сжатия пластифицирующей жидкости, справа в конце рабочего хода; на фиг.3 сечение А-А на фиг.1.

Устройство содержит бандажированный контейнер 1, разделенный на рабочую 2, силовую 3 и перепускную 4 полости затвором 5, плунжером 6, пробкой 7 и жестко закрепленной на внутренней поверхности контейнера 1 перегородкой 8. Плунжер 6 выполнен таким образом, что площади его торцев, образующие полости 3 и 4, равны. В рабочей полости 2 между затвором 5 и плунжером 6 установлены две полуматрицы 9 и 10, между которыми в свою очередь помещается заготовка. В теле плунжера 6 имеются глухая полость 11, а также каналы 12 и 13, соединяющие между собой полости 2-4 и 3-11, соответственно.

Контейнер 1 посредством пробки 7 соосно скреплен с обечайкой 14 силового цилиндра, шток которого выполнен телескопическим, состоящим из иглы 15 и гильзы 16.

В глухой полости 11, имеющей цилиндрическую форму, расположен с возможностью перемещения дополнительный поршень 17, жестко соединенный с иглой 15, причем диаметр глухой полости 11 и дополнительного поршня 17 больше диаметра иглы 15 и совпадает с наружным диаметром гильзы 16, внутренний диаметр которой равен диаметру иглы 15. Таким образом, пространство, ограниченное торцами дополнительного поршня 17 и гильзы 16, образует полость 18, соединенную с полостью перепуска 4. На обечайке 14 силового цилиндра закреплена, составляя единое целое с обечайкой, диафрагма 19, образующая совместно с крышкой 20 и с поршнями 21 и 22, жестко соединенными с иглой 15 и гильзой 16 соответственно, три полости 23, 24 и 25. На фиг.1 позицией 26 обозначена заготовка.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии плунжер 6, поршни 17, 21, 22 вместе с иглой 15 и гильзой 16 находятся в крайнем нижнем положении, между полуматрицами 9 и 10 установлена заготовка 26, затвор 5 закрыт, а полости контейнера 2, 3, 4, 11, 18, каналы 12 и 13, полости 23, 24, 25 силового цилиндра заполнены жидкостью. Полость 24 отсоединена от гидравлической системы питания и жидкость в ней заперта.

Начинают подачу жидкости от насоса в полость 23. Поршень 22 перемещается вверх, увлекая за собой гильзу 16 и сжимая пластифицирующую жидкость в полостях 18 и 4, а значит и в полости 2, поскольку полости 2 и 4 соединены каналами 12. Учитывая обратно пропорциональную зависимость между рабочими площадями поршней и давлениями, действующими на них, площадь поперечного сечения гильзы 16 выбирают таким образом, что давление жидкости в полости 23 обеспечивает создание потребного давления пластифицирующей жидкости в рабочей полости 2 и перепускных плоскостях 2 и 18. Величина хода поршня 22 и гильзы 16 зависит от суммарного объема жидкости, находящейся в полостях 2, 4 и 18, а также от ее сжимаемости. Повышение давления жидкости в полости 18 не приводит к перемещению поршня 17, а значит и плунжера 6 и его воздействию на заготовку 26, поскольку этому препятствует пропорциональный рост давления жидкости, запертой в полости 24 и воздействующей на поршень 21, жестко соединенный через иглу 15 с поршнем 17.

Затем полость 24 соединяют со сливом, а полость 25 с насосной станцией. Кроме того, продолжают нагнетание жидкости в полость 23, не снижая ее давления, причем, управляя сливом жидкости из полости 24, следят за тем, чтобы объем жидкости, поступающий в полость 23, был заведомо большим объема жидкости, слитой из полости 24. Это гарантирует перемещение поршня 22 и гильзы 16 совместно с поршнем 21 и иглой 15, что дает возможность сохранять давление в полостях 18, 4 и 2 неизменным. Падение давления жидкости в полости 24 и рост его в полости 25 приводит к перемещению поршня 21, иглы 15 и поршня 17 и росту давления в полости 11, а значит и в силовой полости 3, связанной каналами 13 с полостью 11. Рост давления жидкости в указанных полостях приводит к перемещению плунжера 6 и связанной с ним полуматрицы 10, воздействующей на заготовку 26, т.е. началу процесса деформирования заготовки. В процессе формообразования изделия рост давления пластифицирующей жидкости в полостях 2 и 4 не происходит ввиду ее перетекания из рабочей полости 2 в перепускную полость 4 через каналы 12 при равенстве рабочих площадей 2 и полости 4. Таким образом, процесс формообразования изделия протекает при постоянном давлении пластифицирующей жидкости и перепуске ее в подплунжерное пространство (полость 4) со значительным снижением затрат энергии.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГИДРОСТАТИЧЕСКОГО ФОРМООБРАЗОВАНИЯ ИЗДЕЛИЙ, содержащее контейнер с закрепленным на торцах затвором и пробкой, размещенный в рабочей полости контейнера инструмент, установленный в контейнере плунжер для привода инструмента и узел обеспечения постоянного потребного давления среды в рабочей полости контейнера, при этом рабочая полость ограничена затвором и обращенным к затвору торцом плунжера, отличающееся тем, что контейнер снабжен закрепленной в его полости перегородкой, плунжер имеет на обращенном к пробке торце глухую цилиндрическую полость, а на его поверхности два расположенных по краям поршневых участка и центральный штоковый участок, при этом плунжер размещен в контейнере с образованием перепускной полости, ограниченной пробкой и обращенным к пробке торцом плунжера, и силовой полости, ограниченной перегородкой контейнера и поверхностью перехода штокового участка поверхности плунжера в обращенную к инструменту поршневую поверхность, устройство снабжено приводом, включающим в себя соосные с контейнером обечайку силового цилиндра, присоединенную к контейнеру со стороны пробки, крышку обечайки, неподвижно закрепленную в обечайке диафрагму, телескопический шток в виде центральной иглы и гильзы, два поршня, подвижно расположенных внутри обечайки по разные стороны от диафрагмы, которые связаны с образованием единого целого соответственно с иглой и гильзой, и жестко закрепленный на конце иглы дополнительный поршень, расположенный с возможностью перемещения в глухой полости плунжера, при этом торцы плунжера выполнены равными по площади поперечного сечения, внутренний диаметр гильзы равен диаметру иглы, наружный диаметр гильзы равен диаметру дополнительного поршня, а обращенные друг к другу торец гильзы и торец дополнительного поршня образуют полость, связанную с полостью перепуска, причем посредством выполненных в теле плунжера каналов глухая полость соединена с силовой полостью, рабочая полость с полостью перепуска, а инструмент выполнен в виде закрепленной на затворе неподвижной полуматрицы и подвижной полуматрицы, установленной в рабочей полости с возможностью контактирования с плунжером и перемещения с ним.