Диссертация (Разработка методики проектирования, расчета и изготовления теплообменного аппарата для малоразмерных ГТД с регенерацией тепла), страница 8

Рассмотрим данные способы изготовления теплообменного аппарата.493.2 Штамповка эластичными средамиОдной из целей является отработка технологии, позволяющей изготовитьпластину теплообменника за один технологический переход.Для изготовления пластинчатого теплообменника требуются специальныеметоды и, поскольку штампуется тонколистовой материал толщиной 0,2 мм(фольга). Была рассмотрена технология штамповки с помощью эластичной среды.Одним из преимуществ такой технологии является сниженные затраты наизготовлении оснастки, поскольку требуется только одна формующая часть.Ранее применение этого способа штамповки вызывало затруднения из-запроблем, связанных с изготовлением формующей части. Особую сложность приизготовлении вызывало сопряжение гофра с плоскостью с соблюдениемтребуемых радиусов сопряжения элементов формующей части (не менее 0,1 мм).В настоящее время имеется необходимый набор технологического оборудования,который позволяет изготовить жесткий пуансон, выполнив вточностинеобходимую геометрию.

Другая проблема штамповки пластин заключается впроведении термообработки. Заготовки для пластин получают из ленты, котораяпосле прокатки не проходит отжиг. Для получения требуемой пластичностиникелевого сплава требуется отжиг с выдерживанием температуры с точностью10°С. Имевшееся ранее оборудование не обеспечивало требуемую точностьподдержания температуры при термообработке, что приводило к частому бракупри штамповке.Одним из наиболее распространенных технологических процессов дляизготовления листовых деталей является метод листовой штамповки. Данныетехнологические процессы реализованы за счет инструментальных штампов. Кним относятся операции вырубки-пробивки, вытяжки, гибки и формовки [30,31].По конструктивному признаку инструментальные штампы подразделяютсяна специальные, специализированные и универсальные.

Специальные штампыпредназначены для изготовления конкретной детали; специализированные - длявыполненияоднойоперации,приэтом50деталимогутбытьразными.Универсальные штампы позволяют с помощью сменных рабочих блоковосуществлять различные операции и получать различные детали [19].Рассмотримоднуизтехнологическихсхемпроцессаштамповкиэластичными средами - «штамповку в закрытом объеме» [19]. На рисунке 18представлена одна из технологических схем процесса штамповки эластичнымисредами [31, 60, 69, 72].Рисунок 18 - Схема штамповки с закрытым объемом эластичной среды:1 - верхняя плита; 2 - контейнер; 3 - эластичная среда;4 - заготовка; 5 - инструмент; 6 - подштамповая плита;7 - нижний стол прессаК верхней плите 1 гидравлического пресса крепится контейнер 2 с размещенной внутри него эластичной средой 3 (эластичный блок), например, резиной или полиуретаном.На нижнем столе пресса 7 размещается подштамповая плита 6, на которойрасполагаются соответствующие инструмент 5 и заготовка 4.Для осуществления операции вырубки-пробивки инструментом является«вырезной шаблон», повторяющий контур готовой детали, при гибке, рельефнойформовке - «формблок».

Внутренний диаметр контейнера равен наружномудиаметру подштамповой плиты. При ходе ползуна пресса подштамповая плита 6входит в рабочее пространство контейнера 2. Эластичный блок 3 (подушка)оказывается в замкнутом (закрытом) объеме.51Резина, полиуретан, как и жидкость, практически несжимаемы. Поэтому,оказавшись в замкнутом объеме, эластичная среда передает силовое деформирующее воздействие на заготовку.Вытяжка, пробивка отверстий и обрезкамогут производиться наполиуретановой матрице, высокая прочность которой позволяет вырезать деталитолщиной до 2 мм при давлении до 700 МПа.

Этого давления вполне достаточнодля качественной вырезки тонколистовых деталей и пробивки отверстий.Вырезанныеполиуретаномдеталинеимеютзаусенцевинетребуютпоследующей доработки контура. Полиуретановый блок, заключенный в обойму(контейнер), является универсальной матрицей. Роль пуансона выполняетвырезной шаблон (копир), имеющий форму детали со всеми отверстиями.Давление, необходимое для вырезки детали, зависит от механических свойств итолщины штампуемого металла, а также от толщины вырезного шаблона.Вытяжка осуществляется эластичным пуансоном по жесткой матрице(Рисунок 19, а) или жестким пуансоном по эластичной матрице (Рисунок 19 , б).Вытяжку можно совмещать с операциями вырезки и формовки.Рисунок 19 - Схема штамповки эластичной средойНа рисунке 19: 1 - контейнер; 2 - эластичная подушка; 3 - заготовка; 4 матрица; 5 - донный прижим; 6 - пуансон; 7 – прижим фланца; 8 – толкатель.52При вытяжке жестким пуансоном по эластичной матрице минимальныйрадиус закругления пуансона принимается равным радиусу между дном и стенкойдетали и составляет не менее двух толщин материала.Пуансон, для изготавливаемой пластины теплообменника представлен нарисунке 20.

На рисунке 21 показан разрез плиты матрицы.Рисунок 20 - Жесткий пуансонРисунок 21 - Плита матрицыНа рисунке 21: 1- втулка ,2- плита верхняя,3- контейнер, 4 –полиуретановая матрица, 5 - штифт, 6- винт, 7- шайба.53Смазка оказывает значительное влияние на силовой режим при вытяжке,так как значительная доля усилия расходуется на преодоление сопротивлениятрения,возникающеговпроцесседеформирования.Передштамповкойсмазывается только поверхность заготовки, обращенная в сторону металлическойрабочей части. Поверхность заготовки, обращенная в сторону эластичнойподушки должна оставаться чистой и сухой.Экономическая эффективность внедрения в производство процессов резкиэластичными средами по сравнению с инструментальными штампами достигаетсяв первую очередь за счет значительного удешевления оснастки и снижения [19]:- затрат на проектирование вырезного шаблона в 10-20 раз;- его металлоемкости в сотни раз (вес инструментального штампакилограммы, вырубного шаблона - граммы);- трудоемкости изготовления в 20-30 раз.Все это обеспечивает значительное сокращение сроков подготовки производства.

Если на проектирование и изготовление штампа требуется нескольконедель, а то и месяцев, то вырезной шаблон рассчитывается и изготавливается занесколько часов [19].Пластины,полученныеметодомштамповкиэластичнымисредами,представлены на рисунках 22, 23. Основной задачей было получение пластины свысотой профиля гофра 1,6 мм.Рисунок 22 - Вариант пластины, полученные штамповкой эластичной средой54Рисунок 23 - Вариант пластины, полученные штамповкой эластичной средойИз рисунка 22 видно, что краях пластины материал от штамповался плохо,что было связано с не достаточным давлением при штамповке.

На рисунке 23представлена пластина, где данный недостаток устранен. Однако, не смотря наэто, повышение давления при штамповке позволило получить пластину с высотойпрофиля гофра всего лишь 1,4 мм, что не соответствует поставленной задаче.Для получения необходимой высоты профиля гофра был рассмотрен другойвид штамповки, а именно штамповка на инструментальных штампах.553.3. Холодная штамповка инструментальными штампамиВ качестве заготовки при холодной штамповке используют прокаткой лист,полосуилиленту.Листовойштамповкойвозможноизготовитьсамыеразнообразные плоские и пространственные детали массой от долей грамма иразмерами, исчисляемыми долями миллиметра и детали массой в десяткикилограммов и размерами, составляющими несколько метров [86].Детали, полученные холодной листовой штамповкой, имеют незначительноотличающуюся толщину их стенок готовой детали от толщины исходнойзаготовки. При изготовлении листовой штамповкой пространственных деталейзаготовка обычно испытывает значительные пластические деформации, чтовынуждает предъявлять к материалу заготовки достаточно высокие требованияпо пластичности [86].При листовой штамповке чаще всего используют низкоуглеродистую сталь,пластичные легированные стали, медь,латунь,содержащуюболее60 % Cu, алюминий и его сплавы, магниевые сплавы, титан и др.Основнымитребованиями кизготовлению штампов дляхолоднойштамповки являются:- высокая точность изготовления деталей и сборки;- высокое качество обработки сопрягаемых и формующих поверхностейдеталей.Данные требования находятся в зависимости друг от друга.

Например,высокое качество обработки поверхностей пуансонов и матриц штампаобеспечивает необходимую стойкость, а точная взаимная подгонка пуансона иматрицы – получение высококачественных деталей и высокую стойкость штампав работе [30].В процессе эксплуатации оснастка находится под действием значительныхнагрузок. Данные нагрузки различны по направлению и по величине, и зависят отхарактера работ, для которых предназначен штамп. Выдержать эти нагрузкисможет штамп с правильно подобранным материалом. Помимо силовых нагрузокна штамповую оснастку влияют и другие условия, такие как загрязнение56материала, подвергающегося штамповке. Попадание земли или песка являетсяпричиной истирания рабочей кромки пуансонов и матриц в вырубных штампахили приводит к задирам на рабочих поверхностях вытяжных и гибочных штампов[30,37,71].Стойкость штампов зависит от:- точности сопряжения;-термическойобработкидеталейштампа,участвующихвформообразовании изделий;- качества отделки рабочих поверхностей пуансонов и матриц.Показатель стойкости имеет наибольшее значение для матриц и пуансоноввытяжных штампов, а также штампов для ударного выдавливания.

В следствиемеханическойобработки(воздействиярежущегоинструментаилишлифовального круга), на поверхностях деталей штампа могут оставаться следы ввиде гребешков и впадин, которые отрицательно влияют на работу формующих исопрягаемых деталей. Направление штриха от полировочного материала нарабочих поверхностях деталей штампов должно быть параллельно течению илидвижению материала штампуемой детали. Иначе поперечные риски на матрице ипуансоне будут задерживать течение металла, и соответственно увеличиватьтрение. В результате появится необходимость в приложении дополнительногоусилия для преодоления трения.