Оборудование для штамповки молотом

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, в частности к оборудованию для штамповки кольцевой детали на молоте. Оборудование содержит нижний держатель вкладыша с нижней матрицей и верхний держатель вкладыша с верхней матрицей. Матрицы образуют кольцевую полость штамповки. Для ограничения боковых перемещений детали при ее подскоке с нижней матрицы предусмотрено направляющее средство. Направляющее средство может быть выполнено в виде колонны, размещенной внутри кольца, образованного кольцевой полостью штамповки. Высота колонны по меньшей мере равна высоте подскока кольцевой детали. В результате обеспечивается защита персонала, уменьшается риск повреждения деталей при их подскоке и появляется возможность использования молота повышенной мощности. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Настоящее изобретение касается штамповки металлических деталей с помощью молота, точнее штамповки кольцевых деталей, и направлено на обеспечение безопасности при операции штамповки.

Ковка штамповкой состоит в формировании посредством пластической деформации деталей заготовок, имеющих начальную соответствующую температуру. Эти детали выполнены из не содержащих железо сплавов, таких как сплавы алюминия, меди, титана, никеля и т.д.

Таким образом, штамповка является операцией ковки, осуществляемой с помощью оборудования, содержащего матрицы: одну верхнюю полуматрицу и одну нижнюю полуматрицу, которые сближают между собой. Матрицы имеют углубление по форме детали.

В области самолетных газотурбинных двигателей с помощью такой штамповочной техники изготавливают, в частности, турбинные диски. Детали имеют кольцевую форму с проходом, то есть с центральным отверстием. Кроме того, они являются относительно легкими, порядка 100 кг один турбинный диск.

Точнее говоря, молот содержит два жестко закрепленных элемента, каждый их которых несет держатель вкладыша и вкладыш, или матрицу. Верхний держатель, направляемый по вертикальным колоннам, опускается со скоростью от 1 до 2 м/сек противоположно нижнему держателю на матрицу, на которой располагают заготовку для ковки. Обе матрицы соответствующим образом отгравированы для придания им надлежащей формы. Когда обе полуматрицы входят в контакт с деталью, вся энергия передается на материал последней. Одна часть затрачивается на пластическую деформацию металла, одна часть преобразуется в теплоту и еще одна часть преобразуется в механическую энергию. Последняя появляется в результате контакта между двумя вкладышами, после несколько ударов, после чего деталь частично деформируется. Из-за упругости металла, образующего вкладыши, эта механическая энергия передается от вкладышей к детали. Когда держатель вкладыша возобновляет свое движение вверх, деталь освобождается и имеет тенденцию подпрыгнуть и упасть назад. В известных матрицах при подпрыгивании деталь может выйти из гравировки, скользить по вкладышу, либо упасть вне матрицы. Деталь может также при подпрыгивании вернуться на место.

В этих двух случаях необходимо присутствие квалифицированного рабочего у машины для установки детали на место.

В качестве решения предлагается матрица с углублением. Это решение является предпочтительным, так как применимо также и к некольцевым деталям, но оборудование является дорогим, главным образом по причине высокой стоимости материала; кроме того, доступ к детали затруднен, так как она расположена на дне углубления. Таким образом, несмотря на преимущества, это решение, в общем, не является удовлетворительным.

Первой целью изобретения является нахождение средства штамповки кольцевой детали, которое при подскакивании детали позволяет последней вернуться на инструмент.

Другой целью изобретения является нахождение средства, которое способно удержать деталь в центре инструмента после подскакивания.

Еще одной целью изобретения является нахождение средства, препятствующего возврату детали.

Вышеупомянутые цели достигаются с помощью оборудования для штамповки молотом кольцевой детали, содержащего нижний держатель вкладыша с нижней матрицей, взаимодействующий с верхним держателем и верхней матрицей, при этом обе матрицы имеют кольцевую полость штамповки. Оборудование характеризуется тем, что оно содержит средство направления детали, ограничивающее ее боковые перемещения, когда она поднимается с нижней матрицы.

Наличие такого направляющего средства в оборудовании обеспечивает удержание на нем детали при ее подбрасывании в воздух. Таким образом обеспечивается защита персонала, находящегося рядом с молотом. Также уменьшается риск порчи деталей при подскоках с неконтролируемой амплитудой. Решение по изобретению позволяет использовать молот повышенной мощности по сравнению с известным уровнем техники, что необходимо для определенных деталей. В известном уровне техники для исключения подскока детали, напротив, ограничивают уровень прикладываемой мощности. Повышение уровня мощности сказывается на качестве детали.

Предпочтительно средство направления содержит колонну, размещенную между двумя матрицами и расположенную внутри кольца, образованного кольцевой полостью. Преимуществом центральной колонны является то, что она возвращает деталь на место в полость штамповки при ее подскоке по колонне и исключает или ограничивает вмешательство квалифицированного рабочего. Это также уменьшает риск, связанный с манипулированием тяжелыми деталями при высокой температуре. В частности, высота колонны, по меньшей мере, равна высоте подскока детали. Центральное расположение, ограничивающее перемещение детали, также мешает ее возврату при подскоке.

Предпочтительно колонна жестко соединена с нижней матрицей. В частности, в нижней матрице выполнена проточка по оси кольца, сформированного полостью штамповки, в которой размещена колонна. Средство заклинивания образовано, например, буртиком аксиального заклинивания, который предусмотрен на колонне, взаимодействующей с посадочным местом, выполненным в нижней матрице.

Для обеспечения оптимального функционирования колонна жестко закреплена, а верхняя матрица содержит расточку для приема верхней части колонны. В частности, отверстие, выполненное в верхней матрице, содержит центрирующий конус.

Изобретение касается также способа штамповки молотом кольцевой детали, включающего в себя размещение кольцевой детали в оборудовании по изобретению в молоте, затем в ковке детали с помощью оборудования.

Заявителю известен документ DЕ 10356269, который касается пресса для тиксотропного формования металла в жидком или пастообразном состоянии. В варианте реализации колонна, размещенная в центре кольцевой формируемой детали, взаимодействует с уплотнительными элементами для удержания металла в процессе деформации. Колонна в этом типе пресса не выполняет ни функции направления, ни удержания детали, так как не происходит никакого подскока, а скорости перемещения являются весьма низкими, меньшими 0,1 м/сек.

В дальнейшем изобретение поясняется нижеследующим описанием, не являющимся ограничительным со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:

фиг.1 схематично изображает молот;

фиг.2 изображает в разрезе оборудование по изобретению с нижней матрицей и верхней матрицей, в которых выполнено центральное отверстие для соответствующего размещения и направления центрирующей колонны;

фиг.3 изображает оборудование по изобретению, установленное на молоте.

Как видно на фиг.1, молот 1 содержит нижний неподвижный корпус 2 и над ним верхний неподвижный корпус 3. На каждом корпусе закреплено оборудование. Нижнее оборудование 20 содержит держатель вкладыша 21 и вкладыш или матрицу 22. Верхнее оборудование 30 содержит держатель вкладыша 31 и вкладыш или матрицу 32. Матрицы съемно закреплены в своих соответствующих держателях вкладышей подвижно либо обоймой, либо клиньями. Обе матрицы 22 и 32 содержат каждая штампующую полость и образуют при их сведении объем получаемой детали. Соответствующий механизм обеспечивает перемещение двух держателей вкладышей, один в направлении к другому. Деталь E куется и принимает форму в полости штамповки. Колонны 34, установленные на верхнем держателе вкладыша, взаимодействуют с проточками 24, выполненными в нижнем держателе вкладыша для обеспечения центрирования обеих матриц относительно друг друга.

Оборудование в соответствии с изобретением изображено на фиг.2. На этом чертеже видны обе матрицы 122, 132, размещенные друг над другом: верхняя матрица 132 размещена над нижней матрицей 122. Обе матрицы выполнены в форме диска и имеют на поверхности углубленную кольцевую полость 122а и 132а соответственно. Обе полости 122а и 132а являются коаксиальными и образуют между собой кольцевую полость с осью Х-Х, перпендикулярной плоскости матричных дисков. Полость 122а-132а соответствует форме детали после того, как она будет выкована между двумя матрицами.

Обе матрицы имеют проточки в центре. Проточка 122b, проходящая через нижнюю матрицу 122, выполнена цилиндрической с радиусом R1 по оси Х-Х с расширением 122с радиусом R2>R1 в нижней части.

Проточка 132b, проходящая через верхнюю матрицу, выполнена цилиндрической с радиусом R', слегка превышающим R1. В нижней части матрицы проточка содержит расширяющуюся часть 132с, образующую центрирующий конус.

На чертеже колонна 140 введена в проточку 122b. Колонна содержит в нижней части буртик 140а, форма которого соответствует расточенной части 122с нижней матрицы. Колонна имеет диаметр 2R1 и ее высота Н определяется ожидаемым подскоком выковываемой детали.

Молот работает следующим образом. На фиг.3 изображена нижняя матрица 122, снабженная колонной 140 и содержащая в держателе вкладыш. Колонна 140 удерживается на месте буртиком, который закреплен неподвижно между вкладышем и дном держателя вкладыша.

Верхняя матрица 132 закреплена в верхнем держателе вкладыша напротив нижней матрицы. В этом положении проточка 132b находится в продолжение колонны 140. Верхний держатель вкладыша снабжен направляющими и центрирующими колоннами 134, которые взаимодействуют с проточками, выполненными в верхнем держателе вкладыша. Эти колонны предназначены для обеспечения точного позиционирования обеих матриц относительно друг друга в момент штамповки детали.

Заготовку Е размещают на нижней матрице в полости 122а и запускают механизм штамповки. Верхняя матрица перемещается относительно нижней матрицы. При перемещении верхней матрицы выступающая часть колонны входит в проточку 132b. Введение колонны 140 в проточку облегчается центрирующим конусом. Кроме того, для исключения нежелательного трения радиус проточки в верхней матрице выполнен большим, чем радиус колонны.

Скорость перемещения верхней матрицы составляет от 1 до 2 м/сек.

В результате прикладываемой энергии деталь принимает форму полостей 122а-132а. При этом же движении матрица поднимается, и деталь подскакивает на определенную высоту, которая зависит от механической энергии, которая была к ней приложена. Кольцевая деталь перемещается вверх и смещается вбок. Такое смещение блокируется выступающей частью колонны. Деталь возвращается в центральную зону нижней матрицы. Если деталь не упала в кольцевую полость 122а, оператор может легко подправить ее, точно поместив на место без всякого риска. Высота колонны достаточна, чтобы деталь не перескочила через нее.

1. Оборудование для штамповки молотом кольцевой детали, содержащее нижний держатель вкладыша с нижней матрицей (122), взаимодействующий с верхним держателем вкладыша и верхней матрицей (132), при этом обе матрицы образуют кольцевую полость штамповки (122а, 132а), отличающееся тем, что оно содержит направляющее средство кольцевой детали, ограничивающее ее боковые перемещения при подскоке с нижней матрицы.

2. Оборудование по п.1, в котором направляющее средство содержит колонну (140), размещенную между двумя матрицами (122, 132) внутри кольца, образованного кольцевой полостью штамповки (122а, 132а).

3. Оборудование по п.2, в котором колонна (140) жестко соединена с нижней матрицей (122).

4. Оборудование по п.3, в котором нижняя матрица (122) содержит проточку (122b), выполненную по оси (XX) кольца, образованного кольцевой полостью штамповки (122а, 132а), в которой размещена колонна (140).

5. Оборудование по п.4, в котором колонна содержит буртик (140а) для аксиального крепления, взаимодействующий с посадочным местом, выполненным в нижней матрице.

6. Оборудование по любому из пп.2-5, в котором высота колонны (140) по меньшей мере равна высоте подскока кольцевой детали.

7. Оборудование по п.3, в котором верхняя матрица (122) содержит проточку (132b) для приема выступающей части колонны (140).

8. Оборудование по п.7, в котором проточка, выполненная в верхней матрице, содержит центрирующий конус.

9. Оборудование по п.1, которое содержит направляющие колонны между нижним держателем вкладыша и верхним держателем вкладыша.

10. Способ штамповки молотом кольцевой детали, включающий размещение оборудования по п.1 в молоте и затем штамповку кольцевой детали с помощью этого оборудования.