Устройство для изготовления полых изделий с внутренним фланцем из трубчатых заготовок
Использование: в машино-, приборои 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 в
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
ГОСТДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ
ВЕДЬМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР)
О ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
О
° ю
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
1 (21) 4756630/27 (46) 07,02.93. Бюл, N. 5 (71) Киевский политехнический институт им.
50-летия Великой Октябрьской социалистической революции (72):И.H,Ñóøêî, В.M.Ñòåáëþê, P.Н.Сушко и
Н.Р.Фурса (56) Авторское свидетельство СССР
М 1632598, кл. В 21 J 1/06, 1989. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ
flOJlblX ИЗДЕЛИЙ С ВНУТРЕННИМ
ФУ(АНЦЕМ ИЗ ТРУБЧАТЫХ ЗАГОТОВОК
„„ Ы „„1792773 А1
1792773 виде индуктора с центральным магнитопроводом, наружный диаметр которого не превышает диаметра упомянутой 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 магни5 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 J 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 ши1792773 рина упомянутых пазов не превышает глубинь| проникновения электромагнитного 1 поля в материал пуансонов, их глубина плавно изменяется в осевом направлении до максимального значения, определяемого и соотношения I (макс = 6п Kp А ! где макс максимальная глубина паза. п — толщина пуансона; b, — глубина проникновения электромагнитного поля в материал пуансонов; р — коэффициент пропорциональности, определяющий степень прозрачности . пуэ)1сона для электромагнитных волн в радиальном направлении, величина которого мен ше 1,0 (Kp c 1.0); э размещены пазы с угловым шагом, определ емым из соотношения В+К Л 2 arcatn 2 (г+(макс 1 где — ширина паза; макс — максимальная глубина паза; г- радиус внутренних поверхностей пуд нс нов; Л вЂ” глубина проникновения электромаг итного поля в материал пуансонов; Кт — коэффициент пропорциональности, определяющий степень прозрачности пуансон для электромагнитных волн в тангенциальном направлении, величина которого ментеше 2,0 (Kr < 2.0). Вместе с тем, радиальные пазы выполне.ны 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 — сечение Б- на фиг. 2. Устройство содержит подвижную 1 и неподвижную 2 плиты, матрицу 3, охватывающи ее нагреватель 4, теплоизолятор 5, закрепленные на соответствующих плитах со(сно матрице 3 кольцевые пуансоны 6 и 7, а также смонтированный на базовой I 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 изделия из рабочей зоны в штампе предусмотрен выталкиватель 10, связанный с толкателем пресса 11. Базовая вставка 8 дополнительного нагревателя 9 установлеf на 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 на10 правлении до максимального значения, оп- ределяемого из соотношения макс = Яп Kp А где f MaKc — максимальная глубина паза; S() — толщина пуансона; 15 Ь- глубина проникновенйя электромагнитного поля в материал пуансонов; Кр- коэффициент пропорциональности, определяющий степень прозрачности пуансона для электромагнитных волн в рэдиаль20 ном направлении, величина которого меньше 1,0 (Кр < 1,0); при этом пазы размещены с угловым шагом, определяемым из соотношения 25 — 2 1 В+Кт Ь t = 2 arcsir) б, где — ширина паза; акс — максимальная глубина паза; 30 г — радиус внутренних поверхностей пуансонов; Л- глубина проникновения электромагнитного поля в материал пуансонов; К, — коэффициент пропорциональности, определяющий степень прозрачности пуансона для электромагнитных волн в тангенциальном направлении, величина которого меньше 2,0 (Кт < 2,0). Упомянутые радиальные пазы выполнены равновысокими пп = "н. hr) — высота пазов нэ подвижном пуансоне 6; h)1 — высота пазов на неподвижном пу45 ансоне 7. Высота дополнительного нагревателя 9 (Нд ) соответствует удвоенной высоте этих пазов: Нд„= Ьп + h . Устройство работает следующим образом. Трубчатую заготовку 13 устанавливают в нагретую до температуры деформации нагревателем 4 матрицу 3 на выталкиватель 10 и прижимают ее к последнему пуансоном 6 путем перемещения вниз плиты 1. Затем посредством штока 12 привода осевого перемещения устанавливают дополнительный нагреватель 9 в положении, при котором его горизонтальная плоскость 1792773 — 2 arcsln 55 симметрии 14 совпадает с плоскостью симметрии формообразующей полости 15,образованной рабочими торцами пуаксонов 6 и 7, после чего осуществляют нагрев заготовки13дотемпературы деформации с двух сторон; снаружи путем теплопередачи от горячей матрицы 3, и изнутри — индукционными токами высокой частоты (ТВЧ), создаваемыми магнитным полем дополнительного нагревателя 9. По окончании нагрева заготовки, перемещая вниз плиту 1, осуществляют ее деформирование путем радиального выдавливания фланца с одновременным подогревом изнутри ТВЧ. При этом, перемещая дополнительный нагреватель 9 в направлении перемещения плиты 1, производят совмещение горизонтальной плоскости симметрии 14 дополнительного нагревателя 9 с плоскостью симметрии формирующегося фланца. Благодаря наличию на внутренних поверхностях пуансонов 6 и 7 радиальных пазов вихревые индукционные токи, создаваемые магнитным полем нагревателя 9, не. заходят в образованные на указанных поверхностях (o результате выполнения пазов) выступы, что обусловливает уменьшение тепла, выделяющегося на внутренних поверхностях пуансонов, и. следовательно, снижение энергозатрат. Благодаря плавному увеличению глубины упомянутых пазов, в радиальном направлении прилегающих к рабочим торцам пуансонов 6, 7 зон, нагреваемых нагревателем 9, выравнивается температурное поле. В 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 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 составляет 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 иэнутри применяют частоты 2,5...8 кНц, реже 10 кГц (при этом глубина проникновения электромагнитного поля Л в сталь составляет 5...10 мм). Для частоты 8 кГц горячая глубина проникновения Ьв материал пуансонов, выполненных из сплава ЖС6-К, равна 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 пунсонов) до максимального значения кс = So — Кр Л= 22 — 0,75 6,7 = 17 мм. Высоты частков, на которых выполнены пазы, равы: Ьп = Ьн = Ндн/2 = 40/2 = 20 (мм). азы размещены с угловым шагом t равым: t = 2 arcsin В+Кт h 5 а У н 10 П н 35 т,„= 5,8„,6,4 (град.). Принимаем т = 6 . Количество пазов равно 60 . Характер изменения глубины упомянутых пазов описывается степенной функцией вида: . А. (=Ct; (— Ь ), Q 1 где 1 — коэффициент теплопроводности материала пуансона; a — коэффициент теплоотдачи; hi — текущая высота пуансона; Сб — значение аргумента функции Бесселя, описывающей распространение электромагнитных волн в цилиндрическихтелах, определяемое из соотношения Тд!Тнп = lo(C6), где Тд — температура рабочего торца пуансона на уровне внутренней поверхности пуансона, равная температуре деформации; Тнп — температура рабочего торца пуансона на уровне наружной поверхности пуансона; 1Π— символ бесселевой функции нулевого порядка первого рода. В предположении, что Тд/Тнп = 1.1 = Y, значение аргумента функции Бесселя Y = =!о(Х), где Х = Сь, т.е. 1,1 = 1 (Сь). составляет величину, равную Св = 0,6. С учетом того, что для сплава ЖС6-К il-=25 Вт/(мК), а а = 100...300 Вт м К), имеем, в = C6 (- Ь! ) = 0,6((25/(100...30ф;)", Л 1/г 3 = (9,5...5,5)Ь! . Принимаем f = 7 h, Текущая высота пуансона принимает значения от hi = ho до hi = смаке, где ho — начальная (нулевая) высота пуансона, выбираемая из условия прочности на срез: ho = 3...5 мм, принимаем ho = 3,5 мм; смаке — высота, соответствующая максимальной глубине паза. 1792773 чакс = Sn Kp Ь, По сравнению с известным предлагаемое устройство позволяет снизить энергозатраты и повысить качество изготавливаемых иэделий за счет снижеФормула изобретения I ! 1. Устройство для изготовления полых из елий с внутренним фланцем из трубчатьх заготовок, сбдержащее подвижную и неподвижную плиты, матрицу, охватывающий ее нагреватель, теплоизолятор, закреп1"ленные соосно на соответствующих плитах два кольцевых пуансона, а также смонтироI вайный на базовой вставке и установленн и в полости пуансонов концентрично матрице дополнительный нагреватель в виде индуктора с центральным магнитопроводс м, 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 загоI товки. 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 глубины проникновения электромагнитного поля в материал пуансонов, их глубина плавно изменяется в осевом направлении до максимального значения, определяемого I из соотношения ния интенсивности нагрева кольцевых пуансонов и- выравнивания температурного поля вдоль рабочих торцев последних; где иакс — максимальная глубина паза; Яп — толщина пуансона; Л- глубина проникновения электромагнитного поля в материал пуансона; Кр — коэффициент пропорциональности, определяющий степень. прозрачности пуансона в радиальном направлении, величина которого меньше 1,0 (Кр < 1,0), а размещены-пазы с угловым шагом, определяемым из следующего соотношения: =.2 arcs ln В +Кт Ь d, где  — ширина паза; 4axc — максимальная глубина паза; r — радиус внутренних поверхностей пуансонов; b,— 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 (Kr < 2,0), 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. 1792773 Elf. 8 г.3. И Составитель И. Сушко Техред M. Моргентал Корректор П. Гереши Редактор Л. Волкова Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 Заказ 472 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5
