СПОСОБ ОБРАБОТКИ ЗАГОТОВОК ДАВЛЕНИЕМ И УДАРНОЕ УСТРОЙСТВО С ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМ ПРИВОДОМ ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК B25D13/00 B21D26/14 B21J7/30 

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и могут быть использованы в машиностроении при изготовлении деталей из металлических заготовок.

Известен способ обработки заготовок давлением, включающий воздействие на заготовку рабочим инструментом, перемещаемым в пространстве с возрастающей скоростью от импульсного источника энергии [1]
Известно ударное устройство с электромагнитным приводом для обработки заготовок давлением, содержащее электромагнитный двигатель в виде тяговой катушки с магнитопроводом и якорем, рабочий инструмент и механизм возврата и демпфирования излишков кинетической энергии в виде пружин и связанных с ними направляющих штырей [1]
Описанные выше способ и устройство для его осуществления имеют ряд существенных недостатков, снижающих эффект быстродействия, т.е. сдвигающих характеристику взаимодействия рабочего инструмента с деталью от чисто динамического воздействия к ударно-нажимному. Происходит это в силу потери части кинетической энергии бойка и скорости его перемещения при ударе его о рабочий инструмент, вследствие чего взаимодействие рабочего инструмента с заготовкой происходит с незначительной скоростью, которая при дальнейшем перемещении бойка еще несколько возрастает, затем резко снижается сопротивлением материала, т.е. теми усилиями деформации, которые возникает в теле заготовки.

Кроме того, скорость бойка в определенной мере гасится усилиями сопротивления возвратных пружин, что увеличивает энергоемкость устройства.

К недостаткам известной конструкции относится отсутствие возможности регулировать величины кинематической энергии рабочего инструмента, изменять его скорость перемещения и скорость, с которой первоначально происходит взаимодействие рабочего инструмента с обрабатываемой деталью.

Технической задачей, на решение которой направлены заявленные изобретения, является создание способа, позволяющего при низкой энергоемкости использовать вырабатываемую энергию без потерь для широкого диапазона технологических операций, таких как пробивка отверстий, штамповка, вырубка, дробление и др. а также создание простой по конструкции высокопроизводительной установки, которую можно использовать в автоматической линии и индивидуально, т.е. в условиях ремонтной мастерской с небольшим парком оборудования.

Поставленная задача решается тем, что в известном способе обработки заготовок давлением, включающем воздействие на заготовку рабочим инструментом, перемещаемым в пространстве с возрастающей скоростью от импульсного источника энергии, предварительно регулируют величину рабочего хода инструмента путем сжатия взаимодействующих с ним упругих элементов с обеспечением скорости инструмента в момент его сопротивления с заготовкой, в 1,5-2 раза превышающей скорость деформации материала заготовки.

Кроме того, известное ударное устройство с электромагнитным приводом для обработки заготовок давлением, содержащее электромагнитный двигатель в виде тяговой катушки с магнитопроводом и якорем, рабочий инструмент и механизм возврата и демпфирования излишков кинематической энергии в виде пружин и связанных с ними направляющих штырей, снабжено регулятором величины рабочего хода инструмента, жестко соединенного с якорем, последний выполнен с гнездами, а пружины и направляющие штыри выполнены, соответственно, различной жесткости и длины и расположены в упомянутых гнездах, причем пружина меньшей жесткости связана с направляющим штырем, длина которого соответствует максимальному рабочему ходу инструмента, пружина большей жесткости, величина которой определена из условий обеспечения извлечения инструмента из заготовки и демпфирования излишков кинетической энергии, связана со штырем, длина которого соответствует максимальной толщине обрабатываемой заготовки, а регулятор величины рабочего хода расположен в контакте с упомянутыми пружинами и с возможностью регулировочного перемещения и фиксации в рабочем положении.

Регулятор величины рабочего хода инструмента может быть выполнен в виде винтов.

Изобретения поясняются графическими материалами, где на фиг.1 изображено ударное устройство с электромагнитным приводом, общий вид; на фиг.2 то же, узел якоря с рабочим инструментом.

Ударное устройство с электромагнитным приводом для обработки заготовок давлением содержит станину 1, на которой жестко закреплен кронштейн 2 с установленным на нем электромагнитным двигателем 3, включающим тяговую катушку 4 с магнитопроводом 5 и якорем 6. Якорь 6 жестко связан с рабочим инструментом 7, имеющим сменную насадку 8. Механизм возврата инструмента и демпфирования излишков кинетической энергии представляет собой пружины 9 и 10, которые установлены в гнездах 11 и 12 и, соответственно, связаны с направляющими штырями 13 и 14. Кроме того, в резьбовой части гнезд 11 и 12 установлены винты 15 и 16, которые выполняют функции регулятора величины хода рабочего инструмента 7. На станине 1 закреплена матрица 17, на которую устанавливается обрабатываемая заготовка 18. Электромагнитный двигатель 3 и кронштейн 2 заключены в один общий корпус 19, имеющий крышку 20, установленную на болтах 21.

Способ осуществляют следующим образом.

На электромагнитный двигатель 3 подают электрические импульсы тока, вызывающие импульсный магнитный поток. Магнитная энергия преобразуется в кинетическую энергию якоря 6, который перемещается с возрастающей скоростью одновременно с рабочим инструментом 7 с последующим преобразованием кинетической энергии рабочего инструмента 7 в механическую работу, которую он совершает при контакте с заготовкой 18. При этом может осуществляться штамповка, вырубка отверстий, дробление, клепка, и т.д. После этого в момент, когда магнитное поле исчезает, рабочий инструмент 7 под действием энергии сжатых пружин 9 и 10 возвращается в исходное положение. Сначала срабатывает пружина 10, имеющая большую степень сжатия и связанная с направляющим штырем 14, длина которого соответствует максимальной толщине заготовки 18. Затем срабатывает пружина 9, имеющая меньшую степень сжатия и которая связана с направляющим штырем 13, длина которого соответствует максимальной величине рабочего хода инструмента, и возвращает рабочий инструмент 7 в исходное положение. Усилия сжатия пружины 10 достаточно, чтобы извлечь рабочий инструмент 7 из тела детали 18, преодолеть сопротивление трения их взаимодействующих поверхностей. В данном случае якорь 6 вместе с рабочим инструментом 7 перемещается с возрастающей скоростью, причем за счет рассчитанной мощности электромагнитного двигателя 3 и величины рабочего хода, скорость рабочего инструмента 7 в момент соприкосновения его с заготовкой 18 имеет величину, превышающую скорость деформации заготовки из данного конкретного материала. По характеру срабатывания, т.е. длительности контакта с момента начала силового воздействия данный способ носит чисто динамический, ударный характер, или, как чаще называют в литературе импульсный характер, который в большей мере определяет характер процессов, протекающих внутри детали в результате этого взаимодействия. Величина рабочего импульса по данной схеме равна 10 миллисекундам. До настоящего времени строгая математическая зависимость между скоростью деформации детали и скоростью деформирования, а также влияние скорости деформации на пластичность и напряжение текучести не установлены, однако, в первом приближении теория утверждает, что при увеличении скорости деформации напряжение текучести возрастает, а пластичность падает. С увеличением скорости деформации резко падает пластичность некоторых магниевых сплавов, высоколегированной стали и медных сплавов некоторых марок. Значительно менее чувствительны к скорости деформации большинство алюминиевых сплавов, низколегированная и углеродистая конструкционная сталь. Опытным путем установлено, что углеродистые и легированные конструкционные стали, а также пластичные сплавы цветных металлов при высоких скоростях деформирования допускают неограниченную степень деформации. У сплавов же с низкой пластичностью значительного повышения пластичности не наблюдается. С другой стороны известно, что некоторые сплавы, труднодеформируемые в обычных условиях, успешно обрабатываются импульсными способами. Последнее обстоятельство подчеркивает тот факт, что в результате серии опытов на различных материалах выявлено, что при скорости деформирования (скорости движения деформирующего инструмента), превышающей скорость деформации примерно в 1,5-2 раза, где скорость деформации это изменение степени деформации в единицу времени или относительное смещение объема в единицу времени, процесс для весьма широкого спектра материалов происходит в очень благоприятной характеристике. Заготовки из самых разнообразных материалов (фольга, металлический лист, из легированной стали, текстолит, резина, бумага и др.) обрабатываются с получением высокого качества изделий. При установлении зависимости скорости деформирования или скорости, с которой происходит начало контакта рабочего инструмента 7 с деталью 18, учитывались известные данные об изменении свойств материалов при статическом и динамическом нагружении, что позволило установить низкий предел скорости V 12 м/сек и верхний V 24 м/сек, за пределами которых эффект импульсной обработки резко снижается, т.к. при скорости, меньшей 12 м/сек, при вырубке отверстий наблюдаются заусенцы и утяжки, нарушение перемычки между отверстиями. Увеличение скорости выше 24 м/сек для многих материалов является критическим пределом, за которым они теряют пластичность и становятся хрупкими и требуют значительных затрат энергии.

Весьма существенным в данном способе является то, что регулирование скорости контакта, величины рабочего хода, а, следовательно, и величины кинетической энергии достигается на регулированием мощностной характеристики электродвигателя 1, а регулированием хода рабочего инструмента 7 с помощью регулировочных винтов 15 и 16, которыми изменяют предварительное поджатие пружин 9 и 10. Для изменения предварительного поджатия пружин 9 и 10 винты 15 и 16 вворачивают или выворачивают из резьбовой части гнезд 11 и 12. При таких условиях работы реализуется возможность при меньших энергетических затратах выполнять равную работу.

Описанное выше ударное устройство с электромагнитным приводом хорошо работает при вырубке деталей из стального листа толщиной 0,25 мм, а максимальная толщина листа может быть 3 мм. Ударное устройство может работать от обычной электросети с напряжением 220 в с частотой 50 герц и время импульса составляет 10 миллисекунд. Описанная конструкция предназначена прежде всего для высокоскоростной штамповки, вырубки деталей из металлических и неметаллических материалов, устройство может быть установлено в автоматизированной штамповочной линии или самостоятельно. Конструкция проста в эксплуатации и обслуживании. В случае необходимого ремонта или замены узлов нужно вывернуть винты из корпуса 19, снять крышку 20, что обеспечивает доступ ко всем узлам.

Конструкция ударного устройства позволяет значительно снизить нагрузку на детали крепления инструмента и на опоры, на несущие узлы конструкции, т. к. усилие к ним прилагается только в момент разгона якоря, а необходимая работа с большой нагрузкой выполняется за счет кинетической энергии якоря 6 и жестко связанного с ним рабочего инструмента 7. Этот факт позволяет значительно снизить металлоемкость устройства с упрощением конструкции и повышением качества получаемых деталей.

Использование: в области обработки металлов давлением при осуществлении формоизменяющих и разделительных операций штамповки, клепке, дроблении и т. д. Сущность изобретений: на заготовку воздействуют рабочим инструментом, перемещаемым в пространстве с возрастающей скоростью от импульсного источника энергии. Предварительно регулируют величину рабочего хода инструмента для обеспечения его скорости в момент соприкосновения с заготовкой, в 1,5-2 раза превышающей скорость деформации материала последней. Ударное устройство, реализующее способ, содержит электромагнитный двигатель в виде тяговой катушки с магнитопроводом и якорем, рабочий инструмент, механизм его возврата и демпфирования излишков кинетической энергии и регулятор величины рабочего хода инструмента. Инструмент жестко соединен с якорем. Механизм возврата и демпфирования выполнен в виде пружин и связанных с ними штырей, расположенных в гнездах якоря. Пружины имеют разную жесткость, а штыри - разную длину. Пружина меньшей жесткости связана с направляющим штырем, длина которого соответствует максимальному рабочему ходу инструмента. Пружина меньшей жесткости связана со штырем, длина которого соответствует максимальной толщине заготовки. Регулятор величины рабочего хода, который может быть выполнен в виде винтов, контактирует с пружинами. 2 с. и 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Способ обработки заготовок давлением, включающий воздействие на заготовку рабочим инструментом, перемещаемым в пространстве с возрастающей скоростью от импульсного источника энергии, отличающийся тем, что предварительно регулируют величину рабочего хода инструмента путем сжатия взаимодействующих с ним упругих элементов с обеспечением скорости инструмента в момент его соприкосновения с заготовкой, в 1,5 2 раза превышающей скорость деформации материала заготовки. 2. Ударное устройство с электромагнитным приводом для обработки заготовок давлением, содержащее электромагнитный двигатель в виде тяговой катушки с магнитопроводом и якорем, рабочий инструмент и механизм возврата инструмента и демпфирования излишков кинетической энергии в виде пружин и связанных с ними направляющих штырей, отличающееся тем, что оно снабжено регулятором величины рабочего хода инструмента, жестко соединенного с якорем, последний выполнен c гнездами, а пружины и направляющие штыри выполнены соответственно различной жесткости и длины и расположены в упомянутых гнездах, причем пружина меньшей жесткости связана с направляющим штырем, длина которого соответствует максимальному рабочему ходу инструмента, пружина большей жесткости, величина которой определена из условий обеспечения извлечения инструмента из заготовки и демпфирования излишков кинетической энергии, связана со штырем, длина которого соответствует максимальной толщине обрабатываемой заготовки, а регулятор величины рабочего хода расположен в контакте с упомянутыми пружинами и с возможностью регулировочного перемещения и фиксации в рабочем положении. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что регулятор величины рабочего хода инструмента выполнен в виде винтов.