Устройство для изотермического деформирования
Устройство для изотермического деформирования, в котором поверхность формоизменяющего инструмента нагревается за счет электрического тока в переходном сопротивлении между заготовкой и штампом, относится к области горячей объемной штамповки, конкретно, к изотермической штамповке. Являясь одновременно и формоизменяющей конструкцией, включает в себя опорные, электроизолирующие и токоведущие плиты, штамподержатели, штампы. Токоведущие плиты подключены к понижающему трансформатору, который управляется устройствами автоматики. Устройство позволяет осуществлять поддержание температуры заготовки во всем ее объеме в процессе деформации в пределах заданного температурного интервала штамповки.
Полезная модель относится к обработке металлов давлением, а именно к способам для изотермического деформирования.
Известно устройство для нагрева штампового инструмента для изотермического деформирования с помощью индукторов [Горячая штамповка и прессование титановых сплавов: Л.А.Никольский, С.З.Фиглин, В.В.Бойцов, Ю.Г.Калпин, А.В.Бахарев // М.: Машиностроение, 1975 г. - С.191-194]. Устройство нагревает штамповый инструмент индукционными нагревателями. Недостаток устройства в том, что на предварительный нагрев штампового инструмента и на последующее поддержание высокой температуры в зоне деформации требуется затрачивать значительное количество электроэнергии и устройство имеет большие габаритно-массовые характеристики.
Известно также устройство для изотермического деформирования в соответствии с патентом 
2259901. Устройство содержит штамповый блок, нагревательное устройство и теплоизолирующий блок; Нагревательное устройство представляет собой две секции, расположенные по обе стороны штампового блока и перемычку. Каждая секция содержит верхнюю и нижнюю токоведущие плиты, электрически соединенные между собой пластинами. Недостаток устройства в том, что на предварительный нагрев штампового инструмента и на последующее поддержание высокой температуры в зоне деформации требуется затрачивать значительное количество электроэнергии и устройство имеет большие габаритно-массовые характеристики.
В качестве прототипа выбрано устройство для изотермического деформирования, патент 2254197. Устройство содержит штамповый блок, нагревательное устройство и теплоизолирующий блок. Штамповый блок состоит из верхней и нижней опорных плит со смонтированными на них верхним и нижним штампами. Нагревательное устройство представляет собой секции, образованные токоведущими плитами, которые соединены элементами сопротивления. Теплоизолирующий блок состоит из стационарной и съемной частей. Стационарная часть образована листовыми кожухами, установленными с образованием между ними пространства, заполненного теплоизоляционным материалом.
Недостаток устройства в том, что на предварительный нагрев штампового инструмента и на последующее поддержание высокой температуры в зоне деформации требуется затрачивать значительное количество электроэнергии и устройство имеет большие габаритно-массовые характеристики.
Задачей заявленного устройства является снижение энергозатрат на нагрев штампа в зоне непосредственного контакта заготовки с поверхностью штампа и последующее поддержание необходимой температуры и снижение габаритов и массы устройства, а также повышение надежности его работы.
Для достижения данного технического результата в предлагаемом устройстве, содержащем штамповый блок, состоящий из верхней и нижней опорных плит со смонтированными на них верхним и нижним штамподержателями со штампами, между штамподержателями и опорными плитами расположены медные токоведущие плиты и термостойкие электроизолирующие плиты, при этом штампы изготовлены из твердосплавных материалов. На медные токоведущие плиты от понижающего трансформатора подается электрический ток с частотой 50 Гц. Управление температурой в зоне контакта осуществляется устройствами автоматики.
Между совокупностью существенных признаков заявляемого объекта и достигаемым техническим результатом, то есть снижением затрат электроэнергии и улучшением габаритно-массовых показателей, существует причинно-следственная связь.
В заявляемом устройстве установка между опорными плитами и штамподержателями медных токоведущих и термостойких изолирующих плит позволяет осуществить нагрев штампового инструмента преимущественно в месте непосредственного контакта с заготовкой. Нагрев штампового инструмента осуществляется не за счет нагрева внешними элементами сопротивления, а вследствие нагрева электрическим током, проходящим непосредственно через штамп и заготовку. Выполнение штампов из твердосплавных материалов повышает надежность устройства в целом. Заявленное устройство не содержит элементов теплоизоляции и элементов электрического сопротивления, осуществляющих через излучение нагрев штампового инструмента, что снижает габариты и массу конструкции и повышает надежность устройства. Обеспечивает только местный нагрев в зоне непосредственного контакта заготовки и штампа, не требует предварительного нагрева штампового инструмента до температур деформации, что снижает затраты электрической энергии.
На фигуре 1 представлена схема штампового блока для изотермического деформирования, где 1 - заготовка, 2 - верхний штамп, изготовленный из твердосплавного материала, 3 - нижний штамп, изготовленный из твердосплавного материала, 4 - верхний штамподержатель 5 - нижний штамподержатель, 6 - верхняя медная токоведущая плита, 7 - нижняя медная токоведущая плита, 8 - верхняя термостойкая электроизоляционная плита, 9 - нижняя термостойкая электроизоляционная плита, 10 - верхняя опорная плита, 11 - нижняя опорная плита.
Заявленное устройство осуществляет работу следующим образом. На медные токоведущие пластины 6 и 7 подается с обмоток трансформатора (трансформатор на фигуре не показан) переменное напряжение частотой 50 Гц. Через опорные плиты 10 и 11 ток не проходит, так как они изолированы от медных плит 6 и 7 термостойкими электроизолирующими плитами 8, 9. Полости ручьев штампа 3 смазываются стеклосмазкой. На нижний штамп 3 кладется предварительно нагретая заготовка 1. Верхняя опорная плита 10 начинает двигаться вниз. В момент касания заготовки 1 с поверхностью верхнего штампа 2 начинает протекать ток, обеспечивая нагрев поверхностей верхнего 2 и нижнего 3 штампов. Когда температура поверхности заготовки 1 начнет приближаться к верхней точке заданного температурного интервала горячей штамповки металла заготовки, трансформатор отключается. Когда температура заготовки 1 начинает падать к нижней точке температурного интервала горячей штамповки, трансформатор включается снова. Движение плиты 10 происходит до тех пор, пока не будет осуществлено окончательное формоизменение. После этого верхняя опорная плита 10 начинает двигаться вверх. Заготовка 1 извлекается из полости штампа 3. Перед осуществлением первой операции по деформированию заготовки 1 необходимо предварительно осуществить постепенный нагрев штампов 2 и 3 до температур, обеспечивающих стойкость штампа от растрескивания вследствие его неравномерного нагрева при прохождении электрического тока через заготовку 1.
Таким образом, предложенная конструкция обеспечивает только местный нагрев в зоне непосредственного контакта заготовки и штампа, не требует предварительного нагрева штампового инструмента до температур деформации, что снижает затраты электрической энергии. Устройство не содержит теплоизолирующих устройств, что снижает габариты и массу нагревающей конструкции. Отсутствие элементов сопротивления повышает надежность работы устройства.
Устройство для изотермического деформирования, содержащее штамповый блок, состоящий из верхней и нижней опорных плит со смонтированными на них верхним и нижним штамподержателями со штампами и нагревательное устройство, отличающееся тем, что нагревательное устройство выполнено в виде электроизолирующих плит и токоведущих плит, установленных между опорными плитами и штамподержателями, при этом токоведущие плиты подключены к понижающему трансформатору, а штампы выполнены из твердосплавного материала.
