Устройство для получения изделий способом листовой формовки в состоянии сверхпластичности

Предлагаемое устройство в виде полезной модели относится к области обработки металлов давлением и предназначено для использования при получении многокомпонентных изделий способом формовки в состоянии сверхпластичности одной из них. Это основная деталь, получаемая формовкой из листовой заготовки, а остальные детали, присоединяемые к ней с созданием неразъемного соединения - детали-компоненты, могут выполняться из металлов, не обладающих свойствами сверхпластичности и, более того, из неметаллических материалов. Цель полезной модели заключается в расширении технологических возможностей устройства путем обеспечения его переналадки на выпуск изделий различного вида с использованием постоянной матрицы. Дополнительно решаются задачи повышения универсальности устройства при размещении деталей-компонентов заподлицо или в глубине основной формуемой детали, обеспечения качества изделия с выступающими деталями, обеспечения разнообразия декоративных рельефов на изделиях и дальнейшее расширение номенклатуры изделий. Для этого сменный вкладыш матрицы снабжен фиксирующими стержнями, которые установлены в сквозных отверстиях, выполненных в нем в соответствии с требуемым расположением деталей-компонентов в изделии, а сами фиксирующие стержни имеют элементы ориентации этих деталей в требуемом при формовке положении и взаимодействуют с опорной плитой, жестко закрепленной на сменном рельефообразующем вкладыше. Элементы ориентации выполнены в соответствии с разнообразием присоединяемых деталей и представлены в нескольких основных вариантах. На рабочей поверхности вкладыша размещены сменные вставки с заменяемым микрорельефом поверхности, в т.ч. с выступающие зубцами заостренной формы. Торцовые дисковые кулачки установлены на поворотных штоках с вертикальными осями, имеющих в своей верхней части головки «под ключ», а сами кулачки снабжены ограничителями углового поворота, а в крышке вертикально закреплены грузовые винты. После укладки листовой заготовки на сменный вкладыш матрицы, устройство подвергается незначительному обжатию для получения герметизирующих рифтов и запирается посредством прижатия крышки к матрице поворотом торцовых эксцентричных дисковых кулачков вокруг осей вертикальных штоков. Далее устройство в специальной установке проходит последовательно через зоны нагрева, подачи сжатого газа и выдержки под заданным давлением. В процессе СПФ материал основной детали обтекает детали-компоненты, зафиксированные стержнями в нужном положении. В результате образования неразъемных соединений получается сложное многокомпонентное изделие. Процесс производится по беспрессовой схеме. Предлагаемое устройство имеет расширенные технологические возможности, позволяет получать сборные изделия увеличенной номенклатуры.

Предлагаемое устройство относится к области техники, связанной с получением деталей и изделий способом сверхпластической формовки (СПФ) из листовых заготовок, осуществляемым по беспрессовой схеме. Процесс формоизменения листовой заготовки, протекающий в устройстве под воздействием усилия, создаваемого формующей средой в виде сжатого газа, который заменяет собой пуансон, обеспечивает создание неразъемных соединений деталей, образующих готовое изделие. Основная деталь изделия формуется из упомянутой заготовки, все же остальные присоединяемые к ней детали, являются деталями-компонентами изделия.

Процесс СПФ заготовки, протекающий под воздействием усилия, создаваемого формующей средой, в качестве которой может быть использован сжатый газ, имеет ряд достоинств. Среди них - большая деформационная способность материала заготовки; упрощение конструкции и снижение трудоемкости изготовления технологической штамповой оснастки, вследствие исключения пригонки профилей матрицы и пуансона (последний, здесь отсутствует); незначительные потребные усилия деформации, что обеспечивает высокую стойкость штамповой оснастки; возможность получения изделий сложной пространственной конфигурации с одновременным образованием элементов микроформы; создание художественно-декоративных изделий путем нанесение на их поверхность микрорельефа и ряд других преимуществ.

При реализации процесса СПФ по обычной прессовой схеме устройство помещается под пресс достаточно большого развиваемого усилия, которым производится смыкание крышки и матрицы с образованием герметизирующих рифтов на заготовке. Листовая заготовка укладывается между матрицей и крышкой. Далее, после нагрева устройства до требуемой температуры,

необходимой для проявления эффекта сверхпластичности, в герметизированную полость между заготовкой и крышкой под заданным давлением подается газ, который выполняет действие пуансона. Возникающее при этом усилие формовки, которое, в зависимости от габаритов формуемой детали, может достигать значительной величины, в продолжение всего процесса воспринимается удерживающим крышку прессом. Это является недостатком данной схемы.

Известно устройство пневмоформовки деталей из листовых заготовок (см., например, авторское свидетельство СССР 1296265 МКИ В21D 26/02), которое содержит основание с закрепленной на ней матрицей, крышку с герметизирующим элементом в виде стакана, выполненного из упругого металла и расположенного на рабочей поверхности крышки. Стакан выполнен с выпуклой конической донной частью и отверстием в донной части, контур которого соответствует рабочему контуру матрицы в плане. На донной части стакана эквидистантно рабочему контуру матрицы выполнены выступы треугольного поперечного сечения. В крышке и матрице установлены электронагреватели, а сама крышка выполнена с каналом для подачи под давлением рабочей среды (газа).

Данное устройство позволяет получить довольно сложную по конфигурации деталь. Однако к недостаткам известного устройства следует отнести отсутствие конструктивных элементов, позволяющих вести процесс формовки вне пресса. В этом случае снижается автономность устройства, требуется применение специального энергоемкого прессового оборудования, зачастую очень большой мощности, которое постоянно загружено в течение всего процесса формовки. Как следствие, для такой схемы процесса СПФ характерна невысокая производительность, что снижает эффективность применения данного устройства в условиях реального производства. Кроме того, при серийном изготовлении продукции к штамповой оснастке предъявляются дополнительные требования в части возможности ее переналадки на выпуск различных типов изделий, что в этом случае также не обеспечивается.

Общим недостатком этого и других известных устройств, которые применяются для СПФ, является получение лишь простых однокомпонентных изделий, состоящих только из одной детали.

Известен способ получения изделий из листовых заготовок в состоянии сверхпластичности (см., например, патент РФ на изобретение 2306996 МКИ В21D 26/02), при реализации которого путем формообразования получают неразъемное соединение основной тонкостенной детали с деталями-компонентами, для чего в штамповой оснастке используют матрицу с гнездами под установку деталей-компонентов, а неразъемное соединение обеспечивают обтеканием указанных деталей материалом заготовки, находящимся в состоянии сверхпластичности, с образованием поднутрений, которые прочно удерживают детали-компоненты в изделии. При этом процесс неразъемного соединения осуществляют (в зависимости от высоты профиля основной детали) в одну стадию с использованием неподвижной матрицы или в две стадии, с использованием матрицы, имеющей возможность перемещения навстречу формуемой заготовке.

Известный способ позволяет осуществлять термически-механическое закрепление в основной формуемой детали других деталей-компонентов изделия, в том числе не обладающих свойствами сверхпластичности. Например, установку крепежных элементов типа винтов, шпилек, гаек, резьбовых втулок, пластин и др., для последующего крепления отформованной детали в более сложных изделиях. Дает возможность получать более сложные многокомпонентные изделия с поверхностным микрорельефом, художественно-декоративные изделия с использованием камня, керамики и т.п. материалов.

К недостаткам штамповой оснастки, применяемой при реализации известного способа можно отнести ее конструктивное исполнение применительно к обычной прессовой схеме. Кроме того, наличие матрицы с гнездами под установку деталей-компонентов обусловливает получение одного конкретного типа изделия и не допускает переналадки штамповой оснастки на выпуск других изделий без замены самой матрицы.

Известно также устройство для листовой формовки в состоянии сверхпластичности (см. например, патент РФ на полезную модель 54541 МКИ В21D 26/02), которое выбрано нами в качестве прототипа, как имеющее наибольшее количество общих признаков с заявляемым устройством.

Известное устройство содержит матрицу с формообразующим профилем, крышку со средством герметизации и с отверстием для подачи сжатого газа в герметизированную полость, образованную крышкой и установленной поверх матрицы листовой заготовкой. Имеется средство прижима крышки к матрице, выполненное в виде дисковых торцовых кулачков, жестко соединенных с приводными рычагами, установленными равномерно по окружности в сквозных пазах матрицы, эксцентрично на вертикальных осях, с возможностью поворота вокруг последних, имеющих рабочий профиль, в вертикальной плоскости скошенный под углом равным или меньшим углу самоторможения, с увеличением толщины кулачка в направлении поворота его при запирании крышки.

Известное устройство при формовке особо крупных изделий дополнительно снабжается подвижными в радиальном направлении запирающими элементами, размещенными в отверстиях матрицы, имеющими клинообразно скошенную под углом самоторможения рабочую часть, с увеличением высоты в направлении к периферии матрицы, причем указанные элементы рабочей частью сопряжены со скошенной под таким же углом опорной поверхностью крышки.

Кроме того, устройство снабжено сменным рельефообразующим вкладышем матрицы, выполненным по заданному профилю изделия и установленным в центральной расточке матрицы, в которой также предусмотрены отверстия для выталкивания указанного вкладыша с изделием по окончании процесса формовки. Устройство снабжено штуцером с обратным клапаном, установленным в отверстии для подачи сжатого газа и расположенным за ним ресивером, выполненным над крышкой в виде полости, имеющей объем больший, чем объем получаемого формовкой изделия, при заданном рабочем

давлении газа, и сообщающейся с формообразующей полостью матрицы через отверстие в крышке.

Это устройство позволяет вести процесс СПФ по беспрессовой схеме, существенно повысить производительность и частично механизировать его.

Однако конструкция известного устройства не обеспечивает получение сборных многокомпонентных изделий широкой номенклатуры. К недостаткам известного устройства следует также отнести ограниченные технологические возможности и малую универсальность в смысле получения изделий с различно расположенными деталями-компонентами, когда последние различаются как размерами, так и формой. Особенно это касается деталей, расположенных по плоскости (заподлицо) или на некоторой глубине в основной детали изделия. Не решается задача смены фрагментов рельефа на поверхности основной детали при условии сохранения самой матрицы. При этом изготовление новой специальной матрицы под каждое изделие достаточно трудоемко. Не создаются условия для автоматизации процесса СПФ многокомпонентных изделий. Отмечается снижение качества уже готовых изделий в процессе извлечения их из устройства (деформация и следы от выталкивателей).

Целью заявляемой полезной модели является устранение указанных недостатков, а именно, расширение технологических возможностей устройства путем получения многокомпонентных сборных изделий, состоящих из основной формуемой детали и соединенных с ней деталей-компонентов путем обеспечения переналадки на выпуск изделий различного вида с использованием постоянной матрицы.

Дополнительно решаются задачи расширения номенклатуры получаемых сборных изделий путем размещении деталей-компонентов заподлицо или в глубине основной формуемой детали, в т.ч. с изменяемым по высоте расположением; обеспечение качества изделия с выступающими деталями путем улучшения условий извлечения его из матрицы; упрощения наладки устройства при обеспечении разнообразия декоративных рельефов на изделиях

и расширение номенклатуры выпускаемых изделий путем получения на них разделительных линий в виде последовательности рисок с утонением листовой заготовки; снижение трудоемкости процесса СПФ и создание условий для механизации.

Указанная цель достигается тем, что сменный вкладыш матрицы снабжен фиксирующими указанные детали стержнями, которые установлены в сквозных отверстиях, выполненных в нем в соответствии с требуемым расположением деталей-компонентов в изделии, а сами фиксирующие стержни имеют элементы ориентации этих деталей в требуемом при формовке положении и взаимодействуют с опорной плитой, жестко закрепленной на сменном рельефообразующем вкладыше.

Дополнительные задачи решаются следующим образом.

Элементы ориентации присоединяемых деталей выполнены выступающими над поверхностью рельефообразующего вкладыша матрицы в виде цилиндрической рабочей части. Элемент ориентации может быть выполнен в фиксирующем стержне в виде сквозного центрального отверстия с диаметром большим диаметра детали-компонента, переходящего в соосное ему отверстие в опорной плите или в виде конического углубления с вершиной на оси фиксирующего стержня, а также в виде плоской торцевой поверхности верхней части стержня, а сам стержень закреплен в профилееобразующем вкладыше посредством резьбы с возможностью его осевого перемещения.

Со стороны рабочей поверхности вкладыша матрицы выполнены несквозные гнезда, в которые помещены сменные вставки с заменяемым микрорельефом поверхности, крепящиеся к фиксирующим стрежням с помощью резьбы. Сменные вставки могут выполняться в виде планок прямоугольного сечения, в плане соответствующих направлению указанных линий, имеющих на верхней поверхности выступающие зубцы заостренной формы.

Особенностью конструкции предлагаемого устройства является также то, что торцовые дисковые кулачки установлены на поворотных штоках с

вертикальными осями, имеющих в своей верхней части головки «под ключ», а сами кулачки снабжены ограничителями углового поворота, в крышке вертикально закреплены грузовые винты, а крышка и матрица дополнительно снабжены наружными ребрами жесткости, проходящими в продольном и поперечном направлениях.

Предлагаемое устройство изображено на иллюстрациях, где на фиг.1 показан его общий вид - осевой разрез в вертикальной плоскости; на фиг.2 дан вид устройства сверху; на фиг.3 представлен увеличенный элемент изображения - местный вид А (вариант 1) на фиг.1; на фиг.4 приведен вид А по варианту 2 конструктивного исполнения устройства с выступающей деталью-компонентом; на фиг.5 представлен вариант 3 исполнения с деталью-компонентом, имеющей отверстие и располагающейся заподлицо с основной деталью изделия; на фиг.6 изображен вариант 4 конструкции для расположения в устройстве выступающих крепежных элементов (например, винтов); на фиг.7 - аналогичный вариант для установки деталей-компонентов в виде сферических тел; на фиг.8 показано крепление в матрице сменной рельефообразующей вставки; на фиг.9 дается вид Д на фиг.8 в качестве упорядоченного рельефа типа «мембрана»; на фиг.10 показан вариант вида Д с рельефом художественно-декоративного назначения; на фиг.11 представлено крепление к матрице планки с выступающими зубцами; на фиг.12 дан вид Е на фиг.11 с планками для получения на изделии разделительных линий; на фиг.13 приведен возможный вариант с перемещаемым по высоте фиксирующим стержнем; на фиг.14 изображен фрагмент конструкции - увеличенный вид Б на фиг.1, а на фиг.15 - также увеличенный вид В на фиг.2.

Предлагаемое устройство содержит матрицу 1, крышку 2, размещенную поверх матрицы и сопряженную с ней через герметизирующие рифты 3. Последние выполнены снизу крышки в виде выступов треугольного сечения и ответных впадин аналогичного сечения в матрице и расположены на периферии матрицы по замкнутому контуру.

Внутри этого контура в матрице выполнено углубление 4, соответствующего основной детали будущего изделия профиля по глубине и размерам в плане. В углублении матрицы с небольшим зазором, не допускающим затекание в него материала заготовки, расположен сменный вкладыш 5 с нанесенным на его верхнюю рабочую поверхность декоративным микрорельефом. Имеется также опорная плита 6, которая присоединена к вкладышу снизу посредством винтов 7.

В матрице выполнены сквозные горизонтальные пазы 8, в которых размещаются механизмы прижима крышки к матрице, выполненные в виде дисковых торцовых кулачков 9, установленных в упомянутых сквозных пазах матрицы с возможностью поворота вокруг вертикальной оси штоков 10, размещенных в матрице, и эксцентрично по отношению к ним (см. фиг.15). Эксцентриситет «е» образован расстоянием между осью вращения штока и центром диска кулачка, имеющим размер - радиус R.

Кулачки имеют рабочий профиль, скошенный под углом равным или меньшим угла самоторможения, имеющим подъем в направлении поворота при запирании крышки, которым они сопряжены с крышкой в рабочем положении устройства.

Каждый шток в нижней части снабжен проточкой и установленным в ней стопорным кольцом 11, препятствующим его выпадению, а в верхней части штока, выступающей за матрицу, имеется головка 12, спрофилированная «под ключ» винтоверта автоматизированной установки (на чертеже не показана).

В крышке имеется отверстие 13 для подачи в устройство сжатого газа, и установлен штуцер (ниже представлен детально на фиг.14). Крышка снабжена грузовыми винтами 14, имеющими вертикально расположенные оси, предназначенными для механизированного подъема последней при раскрытии устройства по окончании процесса формовки.

В сменном вкладыше матрицы выполнены элементы фиксации 15 для размещения в них выступающих деталей-компонентов 16 многокомпонентного изделия в заданном линейном расположении, положения по углу поворота и по высоте. Указанные элементы фиксации выполняются в виде углублений соответствующего профиля, например, цилиндрического (примеры даны на фиг.3 и 4).

Основной базовой деталью указанного получаемого изделия служит деталь 17, формуемая из плоской листовой заготовки, выполняемой из материала со свойствами сверхпластичности. Она показана в исходном положении слева на фиг.1.

Для фиксации деталей-компонентов, расположенных заподлицо или выше плоскости основной детали, во вкладыше матрицы, в соответствии с характером расположения последних, выполнены сквозные отверстия, в которых установлены фиксирующие стержни 18, с буртиками 19, взаимодействующие с упомянутой опорной плитой. Стержни, в свою очередь, снабжены элементами ориентации указанных присоединяемых деталей различного вида и приведены в виде конструктивных исполнений по вариантам на фиг.3, 4, 5, 6, 7 и 13. Стержень может иметь элемент ориентации детали-компонента, представляющий собой плоский торец, удерживающий деталь на требуемой высоте над рабочей поверхностью 20 сменного вкладыша матрицы (фиг.4).

Кроме того, в стержнях могут выполняться отверстия 21, предназначенные для извлечения готового изделия непосредственно из вкладыша матрицы выталкивателями специального механизма автоматизированной установки. В этом случае усилие выталкивания направлено под наиболее массивную часть изделия - под присоединяемые детали, а не на тонколистовую основную деталь. Этим обеспечивается сохранность самой базовой детали, а также рельефа на ее поверхности. Эти отверстия выполнены с осями, совпадающими с осями аналогичных отверстий в опорной плите и самой матрицы, что обеспечивает доступ выталкивателям извне.

Для деталей-компонентов, имеющих центральное отверстие (фиг.5) и располагающихся в изделии заподлицо с поверхностью основной базовой детали (втулок, гаек, шайб, упрочняющих колец и т.п.), элементы ориентации представляют собой цилиндрический выступ 22, входящий с гарантированным зазором в указанное отверстие. Требуемая неподвижная фиксация углового положения в готовом изделии некоторых деталей-компонентов, например, гаек, осуществляется за счет их же профиля в поперечном сечении. Этим исключается возможность проворота гайки после обтекания ее металлом заготовки. Этой же цели могут служить накатки в виде рисок, специально наносимые на присоединяемую деталь в местах соединения.

В случае большой длины деталей типа винтов, значительно выступающих за основную базовую деталь изделия, элемент ориентации выполняется в виде центрального отверстия 23, в фиксирующем стержне, имеющего диаметр больший, чем взаимодействующий с ним диаметр присоединяемой детали (фиг.6). Указанное отверстие также соосно отверстиям для доступа выталкивателя. Этим облегчается процесс извлечения готового изделия. Фиксация винта в угловом положении в готовом изделии достигается с помощью шлица на его головке.

Для деталей простой геометрической формы, например, сферической (или близкой к ней) элемент ориентации представляет собой коническое углубление 24, выполненное на верхнем торце фиксирующего стержня, с вершиной расположенной на его оси, как это показано на фиг.7.

Как уже отмечалось, в отверстии крышки устройства установлен штуцер (см. фиг.14). Он состоит из конического наконечника 25, внутри которого расположен обратный клапан в виде шарика 26, подпружиненного кверху пружиной 27. Наконечник навернут на резьбовую втулку 28, беззазорно ввернутую непосредственно в крышку устройства. Форма и размеры конической части наконечника соответствует профилю сопла, обеспечивающего подачу

сжатого газа в устройство (имеется в составе автоматизированной установки).

В торцовых дисковых кулачках предусмотрены стопорные винты 29, входящие в дугообразные пазы 30, изготовленные в матрице и являющиеся ограничителями углового перемещения кулачков. Пазы выполнены на угле 90 градусов, что соответствует углу поворота кулачков при запирании крышки устройства (фиг.15).

В целях изменения местного рельефа при переходе к выпуску изделий другого вида, в сменном рельефообразующем вкладыше дополнительно размещены сменные вставки 31, несущие на рабочей поверхности фрагменты художественно-декоративного микрорельефа 32, который отличается от рельефа основной детали изделия, варьируя и дополняя его, т.е. являются средством расширения типажа (номенклатуры) выпускаемых изделий. Вставки удерживается резьбовой частью 33 фиксирующего стержня, снабженного в его нижней части шлицем под отвертку (см. фиг.8).

На практике часто возникает задача расширения номенклатуры изделий и увеличения количества одновременно получаемых изделий путем получения на них разделительных линий в виде последовательности рисок с утонением листовой заготовки, с последующим разделением изделия на части (отдельные детали) по этим линиям, как это показано на фиг.12.

Второй проблемой, решаемой аналогичным образом, является получение изделий в виде общей детали, состоящей из множества секций без их последующего разделения. Благодаря наличию элементов в виде рисок, позволяющих целенаправленно понижать жесткость такой детали, появляется возможность закреплять изделие на сложнопрофильной криволинейной поверхности, например, декоративную стеновую панель помещать на цилиндрическую либо сферическую основу.

В этом случае сменные вставки выполняются в виде планок 34 прямоугольного сечения, имеющих на верхней рабочей поверхности выступающие

зубцы 35 заостренной формы, обеспечивающие при формовке утонение металла заготовки в этом месте. Планки устанавливаются в пазах вкладыша в виде набора требуемой конфигурации, и закрепляются аналогично резьбовой частью фиксирующих стержней (фиг.11 и 12).

В устройстве на матрице и крышке устройства выполнены ребра жесткости 36, проходящие в продольном и поперечном направлениях. Это необходимо при получении изделий больших габаритов в плане. Для доступа комплекта выталкивателей к сменному вкладышу матрицы при разборке устройства, в матрице предусмотрены отверстия 37.

Работа устройства осуществляется в следующей последовательности.

В фиксирующие элементы 15 рельефообразующего вкладыша 5, расположенного в углублении 4 матрицы 1 вручную или с помощью промышленного робота в первой позиции автоматизированной установки размещаются детали-компоненты 16 будущего многокопмпонентного изделия. Они могут входить в элементы фиксации 15, выполняемые во вкладыше 5 или целиком фиксироваться с помощью стержней 18 (см. фиг.5, 6 и 7).

Листовая заготовка основной базовой детали 17 будущего изделия укладывается поверх матрицы 1. В следующей позиции установки крышка 2 опускается на листовую заготовку 17, удерживаемая с помощью грузовых винтов 14 и спрессовывается прессом с небольшим усилием, достаточным для получения герметизирующих рифтов 3. С их помощью герметизируется полость между крышкой устройства и самой заготовкой, что необходимо для создания на следующем этапе процесса необходимого усилия формовки.

Далее производится механизированное (посредством винтоверта) запирание крышки 2 кулачками 9 путем поворота штоков 10 вокруг их осей с помощью головок 12 на угол 90 градусов. При этом кулачки, благодаря эксцентричному их закреплению на штоках, выходят из сквозных горизонтальных пазов 8 матрицы и взаимодействуют с крышкой устройства по поверхности,

скошенной под углом самоторможения. Этим предотвращается самопроизвольное раскрытие механизмов запирания в дальнейшем.

Усилие опрессовки с крышки 2 снимается, после чего устройство подается в зону нагрева установки. После нагрева до требуемой температуры процесса СПФ осуществляется подача сжатого газа (например, углекислого) из обычного баллона в полость между крышкой 2 и листовой заготовкой 17 через отверстие 13. Сжатый газ подается через сопло узла подачи, контактирующее со штуцером по центрирующей поверхности конического наконечника 25, затем через обратный клапан, содержащий шарик 26 и пружину 27 в резьбовую втулку 28, ввернутую в крышку 2.

Давление газа определяется с запасом на увеличение объема основной формуемой детали. Величина давления корректируется с учетом увеличения объема полости над заготовкой при ее постепенном течении в матрицу. Для изделий с плоской основной деталью небольшой высоты это изменение незначительно. После этого сопло отводится, шарик обратного клапана под действием пружины и имеющегося давления газа запирает входное отверстие штуцера, чем предотвращается самопроизвольный выход газа из-под крышки устройства. Устройство подвергается дальнейшей выдержке, находясь в зоне нагрева, в соответствии с заданными режимами процесса.

В процессе формовки материал заготовки 17, под действием сжатого газа, находясь в состоянии сверхпластичности, выпучивается в сторону рельефообразующего вкладыша 5, матрицы 1 и постепенно обтекает выступающую за поверхность вкладыша часть детали-компонента 16 (см. фиг.3 и 4). Для этого последние должны иметь радиуса скругления. Металл заполняет поднутрения, имеющиеся снизу выступающих частей, а также элементы профиля, служащие для предотвращения проворота их в готовом изделии.

Таким образом создается неразъемное соединение двух и более деталей будущего многокомпонентного изделия. Прочность соединения обеспечивается механическими свойствами материала заготовки основной детали в

обычном ее состоянии и формой указанной части, содержащей элементы поднутрения.

Стержни 18 служат для фиксации деталей-компонентов до начала процесса формовки и непосредственно в продолжение всего этого процесса. Проворот детали-компонента в изделии исключается благодаря таким элементам конструкции как шлиц, граненая поверхность (гайки) в поперечном сечении и т.п. Усилие, возникающее при СПФ и действующее на стержни 18, воспринимается опорной плитой 6, жестко закрепленной снизу матрицы 1 посредством винтов 7.

Учитывая наличие в изделии тонкостенной основной детали, его выталкивание целесообразно производить специальными выталкивателями автоматизированной установки, воздействующими на извлекаемое изделие под наиболее прочную его часть. В данном случае это деталь-компонент 16. Для этого в стержнях 18 выполняются осевые отверстия, совмещенные с аналогичными отверстиями 21 в опорной плите 6 и матрице 1.

Если деталь-компонент 16 изделия располагается в нем заподлицо с поверхностью основной детали, то она устанавливается на цилиндрическом выступе 22 стержня 18 (см. фиг.5). Как вариант такая деталь размещается в отверстии 23 самого стержня 18 (см. фиг.6). Оно также обеспечивает доступ выталкивателей через отверстие 21.

При формовании изделий со сменяемым художественно-декоративным рельефом 32 на поверхности основной детали, что диктуют особенности серийного выпуска продукции, в рельефообразующем вкладыше 5 устанавливается необходимое количество сменных вставок 31, имеющих на своей рабочей торцевой поверхности варьируемый фрагмент общего микрорельефа 32 изделия. Эти вставки при подготовке к работе устройства закрепляются резьбовой частью 33 фиксирующего стержня 18 (см. фиг.8). В зависимости от конкретных производственных задач, такой рельеф может представлять собой простой геометрический профиль или быть объектом разработки

художника-дизайнера. Наибольшая глубина получаемого профиля зависит от исходной толщины листовой заготовки, ее материала и режимов самого процесса СПФ.

Особой технологической задачей, решаемой заявляемым устройством, является получение изделий с разделительными линиями в виде более тонких участков в сечении формуемой детали. Такая задача возникает в случае необходимости последующего разделения по указанным линиям основной детали и получения тем самым множества деталей за одну операцию (съем). Эти детали могут быть как одинаковыми, так и отличаться друг от друга профилем и размерами. В этом случае существенно повышается производительность процесса. Вторым направлением использования деталей с разделительными линиями является нанесение тонколистовых деталей (например, декоративных стеновых панелей) на цилиндрические, сферические и др. виды поверхностей.

Для решения двух указанных задач в рельефообразующем вкладыше 5 по направлению разделительных линий размещаются планки 34 с выступающими зубцами 35. В процессе формовки против этих зубцов образуются утонения материала заготовки 17. Таким методом реализуется возможность переналадки конструкции предлагаемого устройства.

При больших габаритах получаемых деталей значительно возрастает общее усилие формовки, действующее на детали устройства. В этом случае необходимая жесткость конструкции устройства обеспечивается ребрами 36, которыми снабжены матрица 1 и крышка 2, чем исключается возможность деформации последних.

После необходимой технологической выдержки под заданным давлением и температуре, соответствующими процессу СПФ, устройство удаляется из зоны нагрева и поступает вновь в позицию разборки и извлечения готового изделия. Эксцентрично установленные на штоках 10 плоские торцовые кулачки 9 поворачиваются в обратном направлении, крышка 2 освобождается

от усилия закрепления и, с помощью грузовых винтов 14, отводится вверх от матрицы 1.

Изделие извлекается из устройства выталкивателями, которые воздействуют на детали-компоненты 16 через отверстия 21. Съем готового изделия также может производиться выталкивателями посредством извлечения всего вкладыша 5 вместе с опорной плитой 6 через отверстия 37, что создает наиболее благоприятные условия сохранности тонкостенного изделия.

После указанных действий рабочий цикл процесса получения изделия повторяется.

В качестве примера реализации процесса СПФ с использованием предлагаемого устройства можно привести следующие данные по режимам.

Изделие изготавливается из латуни марки Л63, модифицированной Si в количестве 0,13%, толщиной 0,6 мм, либо из ее заменителя - латуни ЛЖМц 59-1-1. Оно может иметь четыре вида декоративно-защитных покрытий: лакирование после химического травления «под золото»; «патину» - темно-коричневое покрытие, имитирующее старую бронзу; хромирование белое матовое; никелирование блестящее. Используемые режимы формовки: температура (Т=650°С); давление газа (Р=1,2 МПа); время выдержки (=10 мин.).

При анализе микрошлифов полученных опытных образцов была установлена закономерность распределения толщин листа основной детали по сечению изделия в местах обтекания деталей-компонентов. Минимальные значения толщины листа отмечены над присоединяемой деталью, где она составила около 20% от исходного значения.

Преимущества заявляемого устройства следующие.

Устройство позволяет получать многокомпонентные изделия на базе основной детали, получаемой методом СПФ из листовой заготовки. Указанная деталь прочно соединяется с деталями-компонентами изделия, устанавливаемыми в устройство на специальные фиксирующие стержни до начала процесса формовки. Такими компонентами могут быть различные

крепежные детали (винты, гайки, шпильки и т.п.), которые обеспечат закрепление полученного изделия в требуемом положении. Следует особо отметить, что эти детали могут быть изготовлены из металлов, не обладающих свойствами сверхпластичности. Более того, они могут изготавливаться из неметаллических материалов (керамика, стекло, минералы и т.д.), при условии, что они отвечают условиям процесса СПФ по температуре и давлению. Появляется возможность получать художественно-декоративные изделия широкой гаммы форм, поверхностного микрорельефа, с комбинацией присоединяемых элементов.

Становится возможным получение множества небольших по размерам деталей за один съем с последующим разделением их за счет получаемых линий утонения материала заготовки. Это также способствует повышению производительности процесса СПФ. Получаемые детали могут быть одинаковыми или различаться формой и рельефом поверхности. Они сами целиком могут наноситься на сложнопрофильные поверхности, требующие декорирования (например, при отделке стен помещений и зданий).

Выполнение устройства для листовой формовки по предложенной конструктивной схеме позволяет значительно увеличить его автономность при достаточной простоте конструкции, расширить его технологические возможности, а также создать предпосылки для автоматизации процесса и повышения его производительности. При этом не потребуется применять мощные прессы. Назначение предлагаемого устройства - обеспечение процесса формовки вне пресса, развивающего большое усилие.

Имеется возможность, учитывая значительное время формообразования деталей при СПФ и достаточную автономность технологической оснастки (предлагаемого устройства), разнести по времени такие переходы операции формовки как:

- размещение деталей-компонентов на фиксирующих стержнях;

- закладка листовой заготовки основной детали в матрицу;

- смыкание матрицы и крышки, сопровождаемое опрессовкой и получением герметизирующих рифтов и запирание устройства посредством специальных замковых механизмов с эксцентриками;

- разогрев устройства до требуемой температуры;

- подача сжатого газа для формообразования через предусмотренный в конструкции штуцер;

- выдержка под давлением в течение заданного времени;

- размыкание формы после срабатывание замков на разжим и снятие крышки с помощью грузовых винтов;

- извлечение готового изделия выталкивателями, усилие которых направлено, в зависимости от свойств изделия, либо под присоединенные детали, либо непосредственно под рельефообразующий вкладыш матрицы.

Затем, применив комплект из нескольких таких устройств, можно организовать процесс формовки по параллельной схеме на специально спроектированной автоматизированной установке, что значительно повысит производительность и эффективность процесса.

Таким образом, появляется возможность многономенклатурного выпуска изделий разнообразных форм и размеров небольшими сериями. Высвобождается дорогостоящее прессовое оборудование, снижаются энергозатраты, связанные с его работой. Сокращаются занимаемые таким оборудованием производственные площади.

Штамповая оснастка становится переналаживаемой. Создаются предпосылки автоматизации процесса СПФ на базе специальной автоматизированной установки. Такая установка разработана в эскизном варианте.

1. Устройство для получения изделий способом листовой формовки в состоянии сверхпластичности, содержащее матрицу с формообразующим профилем готовой детали, крышку со средством герметизации внутренней полости и отверстием для подачи сжатого газа, в котором установлен штуцер с обратным клапаном, механизмы прижима крышки к матрице, выполненные в виде дисковых торцевых кулачков, установленных в сквозных пазах матрицы эксцентрично, с возможностью поворота вокруг вертикальной оси, имеющих рабочий профиль, выполненный под углом, равным или меньшим угла самоторможения, которым они сопряжены с крышкой, а также сменный рельефообразующий вкладыш, размещенный в матрице под формуемой заготовкой, отличающееся тем, что, с целью расширения его технологических возможностей путем получения многокомпонентных сборных изделий, состоящих из основной формуемой детали и соединенных с ней деталей-компонентов путем обеспечения переналадки на выпуск изделий различного вида с использованием постоянной матрицы, сменный вкладыш матрицы снабжен фиксирующими указанные детали стержнями, которые установлены в сквозных отверстиях, выполненных в нем в соответствии с требуемым расположением деталей-компонентов в изделии, а сами фиксирующие стержни имеют элементы ориентации этих деталей в требуемом при формовке положении и взаимодействуют с опорной плитой, жестко закрепленной на сменном рельефообразующем вкладыше.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что, с целью расширения номенклатуры получаемых сборных изделий путем размещения деталей-компонентов заподлицо или в глубине основной формуемой детали, элементы ориентации присоединяемых деталей выполнены выступающими над поверхностью рельефообразующего вкладыша матрицы в виде цилиндрической рабочей части.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что, с целью обеспечения качества изделия с выступающими деталями путем улучшения условий извлечения из матрицы, элемент ориентации выполнен в фиксирующем стержне в виде сквозного центрального отверстия с диаметром, большим диаметра детали-компонента, переходящего в соосное ему отверстие в опорной плите.

4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что, с целью размещения на вкладыше деталей правильной сферической формы или близкой к ней, элемент ориентации выполнен в виде конического углубления с вершиной на оси фиксирующего стержня.

5. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что, с целью размещения деталей-компонентов по изменяемой высоте, элемент ориентации выполнен в виде плоской торцевой поверхности верхней части стержня, а сам стержень закреплен в профилеобразующем вкладыше посредством резьбы с возможностью его осевого перемещения.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что, с целью упрощения наладки при обеспечении разнообразия декоративных рельефов на изделиях, со стороны рабочей поверхности вкладыша матрицы выполнены несквозные гнезда, в которые помещены сменные вставки с заменяемым микрорельефом поверхности, крепящиеся к фиксирующим стрежням с помощью резьбы.

7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что, с целью дальнейшего расширения номенклатуры изделий путем получения на них разделительных линий в виде последовательности рисок с утонением листовой заготовки, вставки выполнены в виде планок прямоугольного сечения, в плане соответствующих направлению указанных линий, имеющих на верхней поверхности выступающие зубцы заостренной формы.

8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что, с целью снижения трудоемкости процесса СПФ и перехода к механизированному закреплению крышки, торцевые дисковые кулачки установлены на поворотных штоках с вертикальными осями, имеющих в своей верхней части головки «под ключ», а сами кулачки снабжены ограничителями углового поворота.

9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что, с целью механизации разборки устройства, в крышке вертикально закреплены грузовые винты.

10. Устройство по п.1, отличающееся тем, что, с целью снижения металлоемкости при сохранении требуемой прочности конструкции в процессе формовки изделий больших габаритов, крышка и матрица дополнительно снабжены наружными ребрами жесткости, проходящими в продольном и поперечном направлениях.