Устройство для изготовления полых изделий с внутренним фланцем из трубчатых заготовок

ТЕНИЯ 4 Оавек ГОСТДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Киевский политехнический институт им.50-1 етия Великой Октябрьской социалистической революции(56) Авторское свидетельство СССРМ 1632598, кл. В 21,3 1/06, 1989.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯПОЛ ЫХ ИЗДЕЛИЙ С ВНУТРЕННИМФРАНЦЕМ ИЗ ТРУБЧАТЫХ ЗАГОТОВОК(57) Использование; в машино-, приборо- и авиастроении при производстве деталей с внутренним фланцем, преимущественно из трубчатых заготовок с внутренним диаметром больше 100 мм, Сущность изобретения: устройство содержит подвижную 1 и неподвижную 2 плиты, матрицу 3, охватывающий ее нагреватель 4, теплоизолятор 5, закрепленные соосно на соответствующих плитах кольцевые пуансоны 6 и 7, а также смонтированный на базовой вставке 8 и установленный в полости пуансонов концентрично матрице 3 дополнительный нагреватель 9 в1792773 виде индуктора с центральным магнитопроводом, наружный диаметр которого не и ревы шает диаметра упомя нутой полости. Для удаления готового изделия из рабочей зоны в штампе предусмотрен выталкиватель 10, связанный с толкателем пресса 11. Базовая вставка 8 дополнительного нагревателя 9 установлена на штоке 12 привода возвратно-поступательного перемещения. На внутренних поверхностях пуансонов 6 и 7 со стороны их рабочих торцев выполнены равномерно располоИзобретение относится к обработке металлов давлением; в частности к устройствам для штамповки деталей из трубчатых заготовок с нагревом очага деформации, и может быть использовано в машино-, приборо- и авиастроении при производстве деталей с внутренним.фланцем, преимущественно из трубчатых заготовок с внутренним диаметром больше 100 мм.Известно устройство для изготовления полых иэделий с внутренним фланцем из трубчатых заготовок, содержащее подвижную и неподвижную плиты, матрицу, охватывающий ее нагреватель, теплоизолятор, а также закрепленные соосно на соответствующих плитах два кольцевых пуансона,Недостатком этого устройства является невозможность получения изделий с тонким широким фланцем из-за интенсивного теплоотвода от поверхности заготовки посредством теплопередачи пуансонам, который ведет к отклонению от оптимального температурного режима деформирования, и, как следствие, к снижению пластичности металла заготовки в очаге деформации, что, в свою .очередь является причиной невозможности достижения больших степеней формоизменения эа одну операцию,Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство для изготовления полых изделий с внутренним фланцем из трубчатых заготовок, со, держащее подвижную и неподвижную плиты, матрицу, охватывающий ее нагреватель, теплоизолятор, закрепленные соосно на соответствующих плитах два кольцевых пуансона,.а также смонтированный на базовой вставке и установленный в полости пуансонов концентрично матрице дополнительный нагреватель, .выполненный в виде индуктора с центральным магни 5 10 15 20 25 30 35 40 женные по окружности радиальные пазы, ширина которых В не превышает глубины проникновения электромагнитного поля в материал пуансонов, а глубина плавно изменяется в осевом направлении до максимального значения и. определяется из расчетной зависимости, Пазы размещены с рассчитываемым по формуле угловым шагом и выполнены равновысокими. Высота дополнительного нагревателя 9 - Ндн соответствует удвоенной высоте пазов, 1 з,п. ф-лы, 3 ил. топроводом, наружный диаметр которого не превышает диаметра упомянутой полости (авт,св. М 1632598, кл, В 21 ) 1/06, 1989).Недостатками этого устройства являются повышенный расход электроэнергии, обусловленный интенсивным нагревом пуансонов дополнительным нагревателем в процессе деформирования заготовки, а также пониженное качество изделий, обусловленное неравномерностью течения металла заготовки в очаге деформации, вызванной неравномерным в продольном сечении фланца температурным полем, создаваемым торцевыми рабочими поверхностями пуансонов. Следует отметить, что интенсивность нагрева рабочих торцевых поверхностей пуансойов снижается в направлении от внутренних поверхностей пуансонов к их наружным поверхностям.Цель изобретения - снижение энергозатрат и повышение качества деталей за счет оптимизации процесса нагрева заготовки.Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для изготовления полых изделий с внутренним фланцем из трубчатых заготовок, содержащем подвижную и неподвижную плиты, матрицу, охватывающий ее нагреватель, теплоизолятор, закрепленные соосно на соответствующих плитах два кольцевых пуансона, а также смонтированный на базовой вставке и установленный в полости пуансонов концентрично матрице дополнительный нагреватель в виде индуктора с центральным магнитопроводом, наружный диаметр которого не превышает диаметра упомянутой полости, на внутренних поверхностях пуансонов со стороны их рабочих торцев выполнены равномерно расположенные по окружности радиальные пазы, при.этом ширина упомянутых пазов не превышает глубинь проникновения электромагнитного поля в материал пуансонов, их глубина плавно изменяется в осевом направлении до максимального значения, определяемого и соотношения 1макс = Бп КрАгде макс - максимальная глубина паза. п - толщина пуансона;Ь - глубина проникновения электромагнитного поля в материал пуансонов;р - коэффициент пропорциональности,определяющий степень прозрачности . пуэ)1 сона для электромагнитных волн в радиальном направлении, величина которого мен ше 1,0(Ка1.0); а размещены пазы с угловым шагом, определ емым из соотношения В +Кт Ь= 2 агса 1 ае 2( Г + (КМаКС где - ширина паза; макс - максимальная глубина паза; г- радиус внутренних поверхностей пуд нс нов;Ь - глубина проникновения электромаг итного поля в материал пуансонов;Кт - коэффициент пропорциональности, определяющий степень прозрачности пуансон для электромагнитных волн в тангенциа)льном направлении, величина которого мааше 2,0 (Кг г 2.0)Вместе с тем, радиальные пазы выполнены авновысокими, а высота дополнительного агревателя соответствует удвоенной вы оте упомянутых пазов.На фиг, 1 изображено предлагаемое устройство, общий вид, разрез; на фиг. 2 - сечение А - А на фиг. 1; нэ фиг. 3 - сечение1 Б- на фиг.2.Устройство содержит подвижную 1 и неподвижную 2 плиты, матрицу 3, охватывающи)а) ее нагреватель 4, теплоизолятор 5, закрепленные на соответствующих плитах сосно матрице 3 кольцевые пуансоны 6 и 7, а также смонтированный на базовой вставке 8 и установленный в полости пуансонов 6, 7 концентрично матрице 3 дополниТельный нагреватель 9 в виде индуктора с центральным магнитопроводом, наружный диаметр которого не превышает диамегра упомянутой полости, Для удаления готового изделияиз рабочей зоны в штампе предусмотрен выталкиватель 10, связанный с толкателем пресса 11, Базовая вставка 8 дополнительного нагревателя 9 установлена на штоке 12 привода возвратно-поступательного перемещения (привод не показан). На внутренних поверхностях пуансонов 6, 7 со стороны их рабочих торцев выполнены 5 равномерно расположенные по окружности радиальные пазы, ширина которых В не превышает глубины проникновения электромагнитного поля в материал пуансонов, а глубина плавно изменяется в осевом на правлении до максимального значения, определяемого из соотношения1 макс = Яп Кр а.а, где макс - максимальная глубина паза;Яп - толщина пуансона; 15 Ь- глубина проникновенйя электромагнитного поля в материал пуансонов;Кр- коэффициент пропорциональности, определяющий степень прозрачности пуансона для электромагнитных волн в рэдиаль ном направлении, величина которогоменьше 1,0(Кр1,0): при этом пазы размещены с угловым шагом, определяемым из соотношения 25 В + КтЬ с = 2 агсз 1 пЮ где - ширина паза;акс - максимальная глубина паза; 30 г - радиус внутренних поверхностей пуансонов;Ь- глубина проникновения электромагнитного поля в материал пуансонов;К, - коэффициент пропорциональности, 35 определяющий степень прозрачности пуансона для электромагнитных волн в тангенциальном направлении, величина которого меньше 2,0 (Кт2,0).Упомянутые радиальные пазы выполне ны равновысокимипп= пн,Ьп - высота пазов нэ подвижном пуансоне 6;Ьн - высота пазов на неподвижном пу ансоне 7.Высота дополнительного нагревателя 9 (Ндн) соответствует удвоенной высоте этих пазов: Нд= Ьп+ г)н.Устройство работает следующим обра зом.Трубчатую заготовку 13 устанавливают в нагретую до температуры деформации нагревателем 4 матрицу 3 на выталкиватель 10 и прижимают ее к последнему пуансоном 6 55 путем перемещения вниз плиты 1. Затем посредством штока 12 привода осевого перемещения устанавливают дополнительный нагреватель 9 в положении, при котором его горизонтальная плоскостьсимметрии 14 совпадает с плоскостью симметрии формообразующей полости 15,образованной рабочими торцами пуаксонов 6 и 7, после чего осуществляют нагрев заготовки 13 дотемпературы деформации с двух 5 сторон; снаружи путем теплопередачи от горячей матрицы 3, и изнутри - индукционными токами высокой частоты (ТВЧ), создаваемыми магнитным полем дополнительного нагревателя 9. По окончании 10 нагрева заготовки, перемещая вниз плиту 1, осуществляют ее деформирование путем радиального выдавливания фланца с одновременным подогревом изнутри ТВЧ. При этом, перемещая дополнительный нагрева тель 9 в направлении перемещения плиты 1, производят совмещение горизонтальной плоскости симметрии 14 дополнительногонагревателя 9 с плоскостью симметрии формирующегося фланца. 20Благодаря наличию на внутренних поверхностях пуансонов 6 и 7 радиальных пазов вихревые индукционные токи, создаваемые магнитным полем нагревателя 9, не. заходят в образованные на указанных 25 поверхностях (в результате выполнения пазов) выступы, что обусловливает уменьшение тепла, выделяющегося на внутренних поверхностях пуансонов, и. следовательно, снижение энергозатрат. Благодаря плавно му увеличению глубины упомянутых пазов, в радиальном направлении прилегающих к рабочим торцам пуансонов 6, 7 зон, нэгревэемых нагревателем 9, выравнивается температурное поле. 35В качестве примера конкретного применения может служить устройство для изготовления полых деталей с наружным диаметром 300 мм, толщиной стенки 3 мм, высотой 100 мм, имеющих в средней части 40 фланец шириной 20 мм и толщиной 4 мм, Штамп содержит дополнительный нагреватель в виде трехвиткового цилиндрического индуктора с С-образным магнитопроводом высотой Ндн = 40 мм (ширина паза составля ет 28 мм, а ширина башмака - 6 мм), Частота питающего индуктор тока равна 8 кГц. Следует учесть, что для заготовок с внутренним диаметром больше 100 мм для нагрева изнутри применяют частоты 2,58 кНц, реже 50 10 кГц (при этом глубина проникновения электромагнитного поля Л в сталь составляет 510 мм). Для частоты 8 кГц горячая глубина проникновения Ьв материал пуансонов, выполненных из сплава ЖС 6-К, рав на 6,7 мм. Толщина пуансонов Зп = 22 мм, радиус внутренних поверхностей г = 125 мм. На внутренних поверхностях пуансонов со стороны их рабочих торцев выполнены равномерно расположенные по окружности радиальные пазы, ширина которых В = 3,0 мм, а глубина плавно изменяется в осевом направлении (к недеформирующим торцам пуансонов) до максимального значения макс = =Зп - КрЛ= 22 - 0,75 6,7 = 17 мм. Высоты участков, на которых выполнены пазы, равны:Ип = Ин = Ндн/2 = 40/2 = 20 (мм). Пазы размещены с угловым шагом , равным; с =2 эгсзиВ+Кт Ь = 2 агсз 1 п2 (1,25 + 171,= 5,8,6,4 (град,). Принимаем т= бо. Количество пазов равно 60.Характер изменения глубины упомянутых пазов описывается степенной функцией вида: в = Сб2 где 1 - коэффициент теплопроводности материала пуансона; а - коэффициент теплоотдачи; Ь - текущая высота пуансона; Сб - значение аргумента функции Бесселя, описывающей распространение электромагнитных волн в цилиндрическихтелах, определяемое из соотношенияТд/Тнп = о(Сб), где Тд - температура рабочего торца пуансона на уровне внутренней поверхности пуансона, равная температуре деформации;Тнп - температура рабочего торца пуансона на уровне наружной поверхности пуансона;1 о - символ бесселевой функции нулевого порядка первого рода,В предположении, что Тд/Тнп = 1,1 = У, значение аргумента функции Бесселя У = =1 о(Х), где Х = Сб, т,е. 1,1 =(Сб), составляет величину, равную Сб = 0,6.С учетом того, что для сплава ЖС 6-К А= =25 Вт/(мК), а а = 100300 Втм К), имеем, 3 = Сб ( - Ь ) = 0,625/(100.30 ф)" Л , 1/гК = (9,5.5,5)ЬПринимаем в = 7 Ь Текущая высота пуансона принимает значения от Ь = йо до Ь = Ьмако, где по - начальная (нулевая) высота пуансона, выбираемая из условия прочности на срез; по = 3".5 мм, принимаем Ьо = 3,5 мм; смаке - высота, соответствующая максимальной глубине паза.10 1792773 чакс = Яп Кр Ь,По сравнению с известным предлагаемое устройство позволяет снизить энергозатраты и повысить качество изготавливаемых иэделий за счет снижеФормула изобретения11. Устройство для изготовления полых из елий с внутренним фланцем из трубчатьх заготовок, сбдержащее подвижную и неподвижную плиты, матрицу, охватывающий ее нагреватель, теплоизолятор, закреп"ленные соосно на соответствующих плитах два кольцевых пуансона, а также смонтировайный на базовой вставке и установленнй в полости пуансонов концентрично матрице дополнительный нагреватель в виде индуктора с центральным магнитопроводдм, наружный диаметр которого не превышает диаметра полости, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью снижения энергозатрат и повышения качества деталей за счет оптимизации процесса нагрева заготовки, на внутренних поверхностях пуансбнов со стороны их рабочих торцов в полнены равномерно расположенные по ок ужности радиальные пазы, при этом ширина упомянутых пазов не превышает глубиныпроникновения электромагнитного поля в материал пуансонов, их глубина плавно изменяется в осевом направлении до максимального значения, определяемогоизсоотношения ния интенсивности нагрева кольцевыхпуансонов и выравнивания температурного поля вдоль рабочих торцев последних; где 3 иакс - максимальная глубина паза;Яп - толщина пуансона;Ь- глубина проникновения электромагнитного поля в материал пуансона;Кр - коэффициент пропорциональности, определяющий степень. прозрачности пуансона в радиальном направлении, величина которого меньше 1,0 (Кр1,0),а размещены-пазы с угловым шагом, определяемым из следующего соотношения:=.2 агсз иВ+Кт Ь где В - ширина паза;акс - максимальная глубина паза;г - радиус внутренних поверхностей пуансонов;Ь- глубина проникновения электромагнитного поля в материал пуансонов;Кт - коэффициент пропорциональности, определяющий степень прозрачности пуансонов для электромагнитных волн в тангенциальном направлении, величина которого меньше 2.0 (Кт2,0),2. Устройство по и. 1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что радиальные пазы выполнены равновысокими, а высота дополнительного нагревателя соответствует удвоенной высоте упомянутых пазов..Гагарина, 1 аказ 472 Тираж ВНИИПИ Государственного комитета по изоб 113035, Москва, Ж, РауПодписноетениям и открытиям при ГКНТ СССкая наб 4/5