Спосіб гідродинамічного штампування та пристрій для його здійснення

1. Спосіб гідродинамічного штампування деталей з листових заготовок, при якому листову заготівку поміщають у матрицю, встановлюють на неї перехідник і заповнюють його рідким передат C2 2 (19) 1 3 витісняється з камери через мультиплікатор швидкості, що заповнює надснарядну порожнину і супроводжує снаряд безвідривно протягом його руху. Крім того, у визначений момент прискореного руху снаряда в рідині, що його розганяє, створюється гідравлічний удар, що забезпечує додатковий імпульс прискорення. Відомий також пристрій для реалізації даного способу, описаний у [О.П. Брагін, С.А. Бичков, В.Є. Зайцев, В.С. Кривцов, С.А. Полтарушников. Патент України № 83807 від 26.08.2008р.] та вибраний як прототип пристрою, що заявляється, в якому енергетичний вузол складається із співвісно з'єднаних камер, газової та рідинної. У газовій камері знаходиться стиснене повітря високого тиску. Рідинна камера відділена від газової проміжним поршнем і має знизу насадку, що звужується. До неї пристиковується ствол зі східчастою проточкою, яка розширяється догори. У проточці розміщений рухливий блок-снаряд, охоплюваний східчастою циліндричною обоймою. Обойма фіксується з певним зусиллям у проточці ствола, а снаряд, відповідно, в обоймі. Енергетичний вузол співвісно закріплений з технологічним вузлом, що містить матрицю з поміщеною в неї заготівкою і рідким передатним середовищем, таким чином, що між торцями ствола і перехідника існує гарантований зазор. Недоліком відомого способу і пристрою є те, що для розгону снаряда не повною мірою реалізується принцип гідравлічного удару через те, що снаряд розташований у верхній частині обойми, що його охоплює, тому неможливе створення прямого гідравлічного удару через малу довжину гідравлічної камери. Крім того, безпосередньо для снаряда після удару обойми об нижню проточку ствола створюється ділянка розгону, тобто снаряд пролітає деяку відстань до удару по поверхні формуючої рідини. У стволі під снарядом знаходиться повітря і при підльоті снаряда до рідини створюється двофазне середовище поблизу поверхні рідини, яке викликає в рідині пульсації тиску і можливість кавітації, що позначається на якості штампування. Крім того, на такій довгій ділянці розгону можливий відрив снаряда від рідини, що його розганяє, що неминуче призводить до погіршення характеристик розгону. Технічна задача способу і пристрою, що заявляється, - реалізувати прямий гідравлічний удар, додавши необхідний імпульс тиску для прискорення снаряда; мінімізувати вплив на поверхню рідкого передатного середовища повітря, що знаходиться між снарядом і передатним середовищем; не допустити відриву снаряда від рідини, що його навантажує, у процесі його розгону. Поставлена технічна задача вирішується тим, що в способі гідродинамічного штампування, при якому листову заготівку поміщають у матрицю, встановлюють на неї перехідник і заповнюють його рідким передатним середовищем, в якому створюють імпульс високого тиску навантаженням твердого тіла - снаряда, що рухається в енергетичному вузлі, який містить фіксовану та рухому частини ствола, відповідно до винаходу, снаряд розміщують унизу рухомої частини ствола для створення 95994 4 стовпа рідини, у якому реалізують прямий гідравлічний удар для розгону снаряда. Поставлена технічна задача вирішується також тим, що в пристрої для гідродинамічного штампування, що складається зі співвісно встановлених енергетичного вузла, що включає в себе фіксовану частину ствола, рухому частину ствола зі снарядом і поршень над рухомою частиною ствола, що розділяє порожнину ствола на газову і гідравлічну камери, та технологічного вузла, що містить матрицю з поміщеною в неї заготівкою та перехідник з рідким передатним середовищем, розташований співвісно над матрицею, відповідно до винаходу, снаряд зафіксований внизу рухомої частини ствола, причому пристрій містить засіб для регулювання зазору між перехідником і рухомою частиною ствола у її крайньому нижньому положенні, який виконаний у вигляді розміщених у суфліруючій порожнині енергетичного вузла шайбрегуляторів. Причинно-наслідковий зв'язок відмітних ознак з поставленою технічною задачею полягає в підвищенні ефективності процесу формозміни заготівки за рахунок реалізації прямого гідравлічного удару для розгону снаряда і мінімізації впливу повітряного прошарку на поверхню рідкого передатного середовища. Між рухомою і фіксованою частиною ствола в суфліруючу камеру вкладають шайби-регулятори, що мають товщину 0   1 . Рухома частина ствола достатньо видовжена, що сприяє здійсненню прямого гідравлічного удару, тобто 2L 0  t  tk  , c0 де t - час зупинки стовпа рідини в гідравлічній камері; tk - час напівперіоду прямого гідроудару; L - висота стовпа рідини в гідравлічній камері; -1 с0 =1425 мс , швидкість поширення звуку у воді. Перелік фігур: Фіг. 1 - принципова схема пристрою для гідродинамічного штампування з розгоном снаряда потоком рідини, що безвідривно супроводжує снаряд, і використанням ефекту гідравлічного удару. Фіг. 2 - І етап розгону снаряда за допомогою ефекту гідравлічного удару. Фіг. 3 - II етап розгону снаряда за допомогою ефекту гідравлічного удару і здійснення процесу штампування. Фіг. 4 - повернення рухомої частини ствола і поршня у вихідне положення. Пристрій складається з енергетичного і технологічного вузла. В енергетичний вузол входить фіксована частина ствола 1 із співвісно розташованою в ній рухомою частиною ствола, що складається з верхнього 2 і нижнього 3 елементів, унизу якої встановлений снаряд 4 із зазором  2 між його нижнім торцем і нижнім торцем рухомої частини ствола на фіксаторі визначення вихідного положення снаряда f3 (зазор  2 може мати величину позитивну чи негативну; нижній торець сна 5 ряда може мати плоску чи сферичну форму). У фіксованій частині ствола 1 над рухомою частиною знаходиться поршень 5, що розділяє порожнину ствола на газову «І» і гідравлічну «II» камери. Газова камера «І» зверху закривається кришкою енергоблока 6, що містить клапани Кл1 та Кл2, відповідно для подачі стиснутого повітря робочого тиску Р і тиску форвакууму Рфв для повернення поршня 5 у вихідне положення. Між нижнім елементом рухомої частини ствола 3 і фіксованою частиною ствола 1 знаходиться суфліруюча порожнина «III», яка заповнюється рідиною для постановки рухомої частини ствола на фіксатор визначення її вихідного положення f2 і створення тиску суфлірування Рс на первісному етапі розгону снаряду. Знизу суфліруюча порожнина «III» закривається нижньою кришкою енергоблока 7, в якій є клапан Кл3 для подачі рідини в суфліруючу порожнину «III». Фіксована частина ствола 1 має клапан Кл4 для подачі атмосферного тиску Ра в гідравлічну камеру «II» для повернення поршня 5 у вихідне положення після здійснення процесу штампування, а також клапан Кл5 для подачі води в гідравлічну камеру «II» через канал у поршні 5 після установки поршня на фіксатор визначення його вихідного положення f1. У суфліруючій порожнині установлена шайба-регулятор 8 товщиною 1 (причому 1  0 ), для регулювання зазору  3 між нижнім торцем рухомої частини ствола (у її крайньому нижньому положенні) і перехідником 9. Якщо цей зазор 3  0 , то енергетичні втрати можуть бути мінімізовані. Однак це означає, що рухома частина ствола буде працювати і на стійкість. Теоретично вирішити цю задачу з достатньою точністю для прийняття відповідального рішення не можна з тієї причини, що в області взаємодії снаряда з рідиною, а практично у двофазному середовищі, що утворилося в цій області, довірчий інтервал при побудові математичної моделі неймовірно широкий, що знижує практичну цінність даної роботи. Сумарну дію трьох регуляторів 1 ,  2 ,  3 можна оцінити по результатам натурних експериментів. Технологічний вузол складається з матриці 10 із заготівкою 11, що поміщається в неї, з якої формується деталь 12, і перехідника 9, який розміще 95994 6 ний над матрицею 10. Порожнина перехідника 9 заповнюється формуючою рідиною (рідким передатним середовищем). Спосіб реалізується таким чином (фіг. 1÷4). Перед початком роботи в матрицю 10 укладають заготівку 11, встановлюють перехідник 9 і заповнюють порожнину перехідника 9 формуючою рідиною. У нижньому елементі рухомої частини ствола 3 встановлюють снаряд 4 і фіксують зв'язком f3. Рухома частина ствола встановлюється на фіксатор подачею в суфліруючу порожнину «III» тиску Рс через клапан Кл3. Поршень 5 встановлюється у вихідному положенні на фіксатор f1 за рахунок різниці тисків форвакууму Рфв, що подається через клапан Кл2, і атмосферного тиску Pa, який подається через клапан Кл4. Потім через клапан Кл5 і канал у поршні 5 подається рідина в гідравлічну камеру «II». Далі через клапан Кл1 у кришці енергоблока 6 (при закритому клапані Кл2) у газову камеру «І» подається стиснене повітря високого тиску Р. Поршень 5 навантажується тиском стиснутого повітря Р в газовій камері «І» і передає його рідині в гідравлічній камері «II», яка, в свою чергу, навантажує рухому частину ствола і снаряд 4. Уся масова система поршень 5 - рідина в камері «II» рухома частина ствола - снаряд 4 утримується в рівновазі завдяки тиску рідини Рс у суфліруючій порожнині «III» і фіксатору снаряда f3. Коли тиск стиснутого повітря Р в камері «І» досягне потрібної величини, відкривається клапан Кл3 для скидання тиску Рс у камері «III», і система поршень 5 - рідина «II» - рухома частина ствола - снаряд 4 починає прискорений рух відносно фіксованої частини ствола 1. У момент, коли рухома частина ствола вдаряється об нижню кришку енергоблока 7 (якщо 1 = 0) або об шайбу-регулятор 8, у рідині «II» відбувається гідравлічний удар. Снаряд 4 відіграє роль заслінки, а рухома частина ствола - стінок трубопроводу. Внаслідок різкого підвищення тиску рідини «II» на верхній торець снаряда 4, останній зривається з фіксуючого його зв'язку f3 одержавши додаткове прискорення, ударяє по поверхні формуючої рідини в перехіднику 9. При цьому рідина «II» і поршень 5 продовжують рух разом зі снарядом 4 і силою своєї інерції на верхній торець снаряда 4 сприяють усуненню пульсацій тиску у формуючій рідині, що поліпшує якість штампування. 7 95994 8 9 Комп’ютерна верстка А. Крулевський 95994 Підписне 10 Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601