Установка для изготовления деталей, система для изготовления деталей, способ изготовления деталей и деталь, полученная упомянутым способом

Установка для изготовления деталей, система для изготовления деталей, способ изготовления деталей и деталь, полученная упомянутым способом

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники.

Данное изобретение относится к штамповочным системам и процессам, в частности к штамповочным процессам для изготовления деталей с высоким (жестким) допуском, предназначенных для различного применения, например, для соединения оптоволокон.

Уровень техники. Прецизионные элементы востребованы во многих видах деятельности, например, в области связи, основанной на использовании оптоволокна. Каналы волоконно-оптической связи представляют собой системы, которые зачастую выбирают и используют в системах защиты, а также в промышленности и коммерческом обороте вследствие их высокой эффективности и малого размера. Преимущества использования волоконной оптики, в частности, проявляются при ее применении для осуществления связи на большие расстояния, например, при использовании ее в линиях связи между городами и между континентами, вследствие более низкой стоимости компонентов для преобразования электрических сигналов в оптические и обратно в электрические (electrical-to-optical-to-electrical (Е-O-Е)), оптоволоконных репитеров и волоконно-оптических кабелей по сравнению с чисто электрическими системами, в которых используют коаксиальный медный кабель, что не требует применения Е-О-Е преобразований. Такие оптоволоконные системы дальней связи могут содержать сотни километров оптоволокна между терминалами.

Системы, предназначенные для использования на меньших расстояниях, обычно содержат лишь несколько десятков километров оптоволокна между терминалами, а системы, предназначенные для сверхмалых расстояний (very short reach, VSR), содержат всего лишь несколько десятков метров оптоволокна между терминалами. Несмотря на то, что оптоволоконные линии связи для телекоммуникаций и передачи данных в метро, общественных местах и дома являются короткими по сравнению с линиями для дальней связи, их великое множество. Количество компонентов, необходимых для размещения оптоволокна при таком использовании, велико. В таких системах, предназначенных для использования на коротких расстояниях, применение волоконной оптики в значительной степени зависит от стоимости Е-О-Е устройств (терминалов) преобразования и компоновки поддерживающих схем, а также от стоимости любых пассивных и активных оптоэлектронных устройств и оборудования, подключенных между терминалами. Поэтому для увеличения объемов применения активных и пассивных оптоэлектронных систем, подсистем и компонентов для малых и сверхмалых (VSR) расстояний их средние продажные цены должны быть снижены. Снижение средних продажных цен поможет стимулировать использование, что необходимо для обоснования инвестиций в высокоскоростные технологии производства.

Важным элементом, оказывающим влияние на цену как активных, так и пассивных оптоволоконных компонентов и соединенного с ними кабеля, является сам коннектор оптоволокон. Прецизионные манжеты и связанные с ними устройства для их совмещения (например, прецизионные разъемные муфты для соединения одиночных оптоволокон, прецизионные заземленные штифты для соединения множества (пучка) оптоволокон) вносят основной вклад в цену используемых в настоящее время оптоволоконных коннекторов. Выравнивающие (совмещающие) компоненты обычно необходимы для совмещения оптоволокон с активными и пассивными устройствами, а также для совмещения двух оптоволокон с целью создания разъемного соединения. Прецизионное выравнивание двух шлифованных концов оптоволокна необходимо для того, чтобы иметь уверенность в том, что полные оптические потери в месте соединения оптоволокна равны или меньше, чем заданный объем потерь оптического коннектора для системы. Для одномодового телекоммуникационного оптоволокна это обычно соотносится с допусками на совмещение (выравнивание) оптоволоконного коннектора, которые составляют менее 1000 нм. Базовая конструкция используемых в настоящее время коннекторов не менялась в течение более 20 лет, и мнение, что стоимость их слишком велика, а сборка слишком сложна, является общепринятым. Если предполагается использовать оптоволокно для связи на малых и сверхмалых (VSR) расстояниях, стоимость изготовления прецизионных оптоволоконных коннекторов должна быть снижена.

Коннекторы, используемые для соединения как параллельных, так и одиночных оптоволокон, работающие с мультигигабитными скоростями, должны быть соединены с подсистемами (субкомпонентами), изготовленными со субмикронной точностью. Изготовление деталей с такими уровнями точности является достаточно сложным, а для того, чтобы конечный продукт был экономически выгодным, он должен быть изготовлен полностью автоматизированным, очень высокоскоростным способом.

Процессы штамповки широко внедрены в процессы массового производства дешевых серийных деталей. Однако до сих пор процессы штамповки не были эффективными при изготовлении деталей с допусками, приемлемыми для оптоэлектронных компонентов. В действительности, в настоящее время не существует приемлемого высокоскоростного промышленного процесса, который позволил бы изготавливать оптоэлектронные компоненты с приемлемыми допусками. Патент США №4458985 на имя Balliet и др. посвящен коннектору для оптоволокна. Balliet вкратце указывает, что некоторые компоненты коннектора могут быть изготовлены способом чеканки (ковки) или штамповки (например, колонка 3, строки 20-21, 55-57). Однако Balliet не приводит описания таких способов штамповки, которое позволило бы их осуществить, не говоря уже об описании способа штамповки для изготовления деталей с допуском в пределах 1000 нм.

Поэтому желательно иметь технологию производства, способную работать при очень больших скоростях и дающую возможность изготавливать детали с допусками в пределах 1000 нм, предназначенные для использования в оптоэлектронике и других областях.

Раскрытие изобретения

Данное изобретение относится к штамповочной системе и способу изготовления деталей с допусками менее 1000 нм. Изобретение особенно подходит для изготовления деталей для оптоэлектроники, включая, но не ограничиваясь только ими, компоненты, системы и подсистемы, пассивные и активные компоненты. Система содержит один или последовательность штамповочных блоков для поддержания пуансона и матрицы. Штамповочные блоки имеют новую конструкцию для направления пуансона при существенном выравнивании с матрицей с жесткими допусками. Система содержит пресс для подачи достаточной силы на штамповочные блоки для осуществления конкретной операции штамповки.

С одной стороны, система согласно данному изобретению разработана с целью минимизации количества движущихся компонентов, включенных в опорную конструкцию при направлении пуансона к матрице. В одном из вариантов выполнения данного изобретения штамповочный блок вообще не содержит движущихся компонентов в опорной конструкции при направлении пуансона к матрице. Штамповочный блок содержит стационарное опорное устройство для поддержания пуансона, снабженное стволом, размер и форма которого позволяют вмещать пуансон с жесткими допусками. Движение пуансона к матрице осуществляется посредством скольжения внутри ствола.

Согласно другому аспекту данного изобретения система содержит базовую (монтажную) плиту, имеющую элементы для совмещения, предназначенные для точного (прецизионного) совмещения последовательности штамповочных блоков по отношению друг к другу. Базовая (монтажная) плита и ее элементы для совмещения имеют жесткие допуски и субмикронную гладкость поверхности.

Согласно другому аспекту данного изобретения система содержит систему передачи для подачи силы пресса к пуансону при отсутствии структурной связи пресса с пуансоном. Система передачи также позволяет изолировать каждый штамповочный блок, так что работа на одном блоке не влияет на работу на другом блоке. В одном из вариантов выполнения изобретения система содержит комбинацию шара и гнезда, что позволяет прессу механически подавать силу к пуансону при отсутствии структурной связи пресса с пуансоном. Согласно другому варианту выполнения изобретения система содержит гидравлическую систему передачи. Рабочая жидкость гидравлической системы механически соединяет пресс с пуансоном и подает постоянную силу на пуансон при структурном отделении пресса от пуансона. Согласно еще одному варианту выполнения изобретения система содержит комбинацию шара и гнезда с гидравлическим приводом пуансона. Гидравлический привод позволяет структурно отделить пресс от пуансона, в то время как комбинация шар - гнездо способствует снижению структурной нагрузки на компоненты штамповочного блока. Структурное разъединение пресса и ультрапрецизионной инструментальной оснастки штамповочных блоков и инструментов приводит к тому, что погрешности пресса не влияют на ультрапрецизионную точность штамповочных блоков и инструментов.

Краткое описание чертежей

Для более полного понимания сущности и преимуществ изобретения, а также предпочтительного способа использования далее приведено подробное описание со ссылками на сопроводительные чертежи. На всех приведенных далее чертежах сходными цифрами обозначены одинаковые или аналогичные детали.

Фиг.1 представляет собой схематичное изображение, иллюстрирующее традиционный штамповочный пресс.

Фиг.2 представляет собой схематичное изображение, иллюстрирующее систему для штамповки деталей, имеющих допуск ниже 1000 нм, согласно одному из вариантов выполнения данного изобретения.

Фиг.3а представляет собой общий вид штамповочного блока согласно одному из вариантов выполнения данного изобретения.

Фиг.3b представляет собой изображение разреза штамповочного блока, выполненного по линии 3b-3b, показанной на Фиг.3а.

Фиг.4 представляет собой общий вид штамповочного блока согласно другому варианту выполнения данного изобретения.

Фиг.5 представляет собой вид с пространственным разделением деталей (схему сборки) штамповочного блока, показанного на Фиг.4.

Фиг.6а представляет собой изображение разреза штамповочного блока, показанного на Фиг.4, выполненного по линии 6а-6а.

Фиг.6b представляет собой изображение разреза штамповочного блока, выполненного по линии 6b-6b, показанной на Фиг.4.

Фиг.7а представляет собой упрощенное изображение системы передачи, включенной в штамповочную систему по данному изобретению.

Фиг.7b представляет собой изображение разреза, иллюстрирующее зацепление шара и гнезда в системе передачи.

Фиг.8а представляет собой схематичное изображение штамповочного блока, содержащего гидравлическую систему передачи в соответствии с другим вариантом выполнения данного изобретения.

Фиг.8b представляет собой схематичное изображение штамповочного блока, содержащего гидравлическую систему передачи, включающую в себя комбинацию шар-гнездо, в соответствии с другим вариантом выполнения данного изобретения.

Фиг.9а представляет собой общий вид пуансона и матрицы, показанных на Фиг.4 и 5.

Фиг.9b представляет собой изображение с пространственным разделением деталей пуансона и матрицы, показанных на Фиг.9а.

Фиг.9с представляет собой разрез матрицы, выполненный по линии 9с-9с, показанной на Фиг.9а.

Фиг.10а представляет собой вид сзади конструкции для оптоэлектроники, изготовленной с помощью штамповочной системы по данному изобретению.

Фиг.10b представляет собой общий вид половины манжеты, изготовленной штамповкой с использованием пуансона и матрицы, показанных на Фиг.9а.

Фиг.10с представляет собой вид сзади половины манжеты, показанной на Фиг.10b.

Фиг.11а иллюстрирует конструкцию «полосковой геометрии» для изготовления штампованной и сваренной манжеты в «двойной конфигурации».

Фиг.11b представляет собой общий вид манжеты, полученной в конечном итоге с помощью конструкции «полосковой геометрии», приведенной на Фиг.11а.

Фиг.12а иллюстрирует конструкцию «полосковой геометрии» для изготовления манжеты звездообразной формы, прихваченной сваркой, расположенной в штампованной разъемной муфте.

Фиг.12b представляет собой общий вид конструкции, содержащей звездообразную манжету.

Фиг.12с представляет собой разрез конструкции, выполненный по линии 12с-12с, показанной на Фиг.12b.

Фиг.13 представляет собой поперечное сечение торца половины манжеты, изготовленной с помощью штамповки и формовки.

Фиг.14 представляет собой поперечное сечение пуансона для изготовления многожильной манжеты, использованного для штамповки половины многожильной манжеты.

Фиг.15 представляет собой общий вид многожильной муфты, содержащей многожильную манжету.

Фиг.16 представляет собой вид сверху базовой (монтажной) плиты.

Фиг.17 представляет собой график, показывающий измеренные профильные характеристики 12-волоконного пуансона, наложенные на данные, полученные для образца штампованной детали.

Фиг.18 представляет собой схематичное изображение, показывающее заполнение заготовки 304 в конфигурации открытой матрицы, спрогнозированное с помощью конечно-элементного анализа (Finite Element Analysis, FEA).

Фиг.19 представляет собой фотографию, показывающую три желоба для оптоволокон штампованного образца 12-жильной манжеты.

Фиг.20 представляет собой график, иллюстрирующий измеренные профильные данные того же желоба для оптоволокна для трех образцов нержавеющей стали 304 и измеренные профильные данные этой части пуансона.

Фиг.21 представляет собой график, иллюстрирующий максимальный разброс положения желоба относительно среднего положения для трех различных образцов штампованных деталей.

Подробное описание предпочтительных вариантов выполнения изобретения

Ниже изобретение раскрыто на примерах различных вариантов его выполнения со ссылками на чертежи. Несмотря на то, что изобретение раскрыто на примерах тех вариантов его выполнения, которые являются лучшими для достижения целей изобретения, специалисты должны принимать во внимание, что, не выходя за рамки духа и сущности изобретения, в него могут быть внесены различные изменения.

Данное изобретение относится к системе штамповки и способу изготовления деталей с допусками менее 1000 нанометров (нм). Система и способ по данному изобретению особенно подходят для изготовления деталей для оптоэлектроники, включая, но не ограничиваясь только ими, оптоэлектронные компоненты, системы и подсистемы, а также активные и пассивные компоненты. Для иллюстрации принципов данного изобретения, но не с целью его ограничения, изобретение описано на примерах вариантов выполнения, относящихся к процессам штамповки для изготовления оптоэлектронных компонентов, в частности, коннекторов для оптоволокон, таких, как манжеты и разъемные муфты.

Традиционный способ штамповки

Для получения целостной картины следует начать с краткого описания традиционного способа штамповки. Штамповка представляет собой производственный процесс, при котором заготовку, такую, как металлическая полоса, сдавливают между комплектом штампа (матрицей и пуансоном), в результате чего получают изделие заданной формы или обладающее заданным рельефом поверхности. Инструментами, используемыми в процессе штамповки, являются штамповочные прессы и штампы. На Фиг.1 приведено схематичное изображение, иллюстрирующее традиционный штамповочный пресс 10. Штамповочный пресс 10 содержит бабу 20 пресса и станину 30 пресса. Баба 20 пресса подает необходимую силу для штамповки заготовки посредством перемещения компонентов штампа относительно друг друга. Стрелкой показано действие удара бабы 20 пресса, движущейся вверх и вниз относительно станины 30 пресса. Однако баба пресса может иметь другие направления удара (не показаны). Компоненты 40 штампа, расположенные между бабой 20 пресса и станиной 30 пресса, являются инструментом, используемым для изготовления штампованных деталей. Компоненты 40 штампа содержат пуансон 50, структурно связанный с бабой 20 пресса, и комплементарную матрицу 60, присоединенную к станине 30 пресса, или компоненты могут быть присоединены наоборот. Штамповочный пресс 10 может содержать накладной лист 65, прикрепленный к верхней части станины 30 пресса для присоединения матрицы 60 к станине 30. Пуансон 50 и матрица 60 выровнены относительно друг друга (соосны), так что при движении бабы 20 пресса в сторону станины 30 пресса пуансон 50 и матрица 60 действуют комплементарно для осуществления требуемой операции с заготовкой.

При осуществлении операции штамповки заготовку 70 располагают между пуансоном 50 и матрицей 60. Когда пресс 10 приводят в действие, баба 20 пресса перемещает пуансон 50 по направлению к матрице 60. Перемещение пуансона направляют в сторону матрицы с помощью направляющих и втулок (не показаны) и бабы 20 пресса. Когда пуансон 50 и матрица 60 сходятся друг с другом, заготовка 70, расположенная между пуансоном 50 и матрицей 60, подвергается штамповке. С помощью конструкции штампа можно осуществлять различные операции с заготовкой, такие как резка и придание формы, например, перфорирование, вытягивание, сгибание, загибание кромки и окантовка.

Несколько потенциально возможных факторов могут приводить к неточному совмещению пуансона 50 и матрицы 60. Регулировка (соосность) пресса может быть нарушена. Вследствие того, что пуансон 50 структурно связан с бабой 20 пресса, отклонение оси бабы 20 пресса также влияет на выравнивание (соосность) пуансона 50 и матрицы 60. Кроме того, со временем втулки могут подвергнуться износу, и зазор между втулками и направляющими увеличится, что приведет к неточному совмещению пуансона и матрицы.

В патенте США №6311597 В1 описана конструкция комплексной штамповочной системы, в которой использован стриппер в качестве направляющей и гнездо матрицы в качестве направляющей втулки. Втулка штампа косвенно направляет пуансон к матрице посредством прямого направления системы, поддерживающей пуансон. Узел пуансона включает в себя пуансон, закрепленный в держателе штампа, и стриппер- направляющую с сепаратором шарикоподшипника, установленный на держателе пуансона. Гнездо матрицы направляет стриппер-направляющую, за счет чего опосредованно направляет пуансон.

Такая сложная конструкция имеет предрасположенность к нарушению соосности пуансона и матрицы. Дня того, чтобы пуансон был выровнен (совмещен) с матрицей, критичным является крепление пуансона соосно с держателем пуансона, а также крепление стриппера соосно с держателем пуансона. Любое нарушение соосности при сборке (монтаже) этих компонентов приведет к нарушению соосности пуансона и матрицы. В такой конструкции при направлении пуансона к матрице также используют, по крайней мере, один движущийся компонент, что может увеличить вероятность нарушения соосности. Узел пуансона движется внутри гнезда матрицы для направления пуансона к матрице. Любое незначительное внеосевое движение узла пуансона внутри гнезда матрицы приведет к нарушению соосности пуансона и матрицы. Использование в конструкции сепаратора шарикоподшипника приводит к еще большему увеличению вероятности нарушение соосности. Шарикоподшипники, просто в силу своей конструкции, создают возможность внеосевого движения стриппера внутри гнезда матрицы, что приводит к потенциальной возможности нарушения соосности пуансона и матрицы.

Заданный допуск

Как уже было указано выше, штамповочная система и способ по данному изобретению позволяют изготавливать детали с «шесть сигма» («six sigma») геометрическим полем допуска 1000 нм. Статистически это означает, что максимум 3.4 детали на миллион не будут соответствовать требованиям соблюдения размеров, заданным 1000 нм полем допуска. В случае нормального распределения, для того чтобы удовлетворять условиям «шесть сигма» процесса, стандартное отклонение полного цикла должно быть меньше или равно 83 нм [(1000 нм/2)/6=83 нм], при условии, что в среднем процесс остается постоянным. На практике следует сделать допуск на отклонение процесса. В том случае, когда принимают, что отклонение процесса в среднем составляет ±1.5· sigma, максимальное стандартное отклонение будет уменьшено до 67 нм [(1000 нм/2)/7.5=67 нм]. В рамках нормальной статистики, для достижения этого в многостадийном процессе с n прецизионными стадиями каждая из n стадий должна удовлетворять условию sigma/n^0,5. Таким образом, если в этом примере n равно 4, то сигма (на каждой стадии) должна быть меньше или равна 33 нм.

ОБЩИЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О ШТАМПОВОЧНОЙ СИСТЕМЕ

Фиг.2 представляет собой схематичное изображение, иллюстрирующее систему 100 согласно одному из вариантов выполнения данного изобретения для штамповки компонентов для оптоэлектроники (штамповочную систему), имеющих допуски менее 1000 нм. Штамповочная система 100 содержит приспособления 150 для обработки в пределах одной линии (поточной обработки) заготовок (исходного материала), штамповочный пресс 200, один или последовательность штамповочных блоков 250, и базовую (монтажную) плиту 300 для штамповочного блока.

Поточная механическая обработка заготовок

Штамповочная система 100 может содержать приспособления (устройства) 150 для поточной обработки материала 110 в заготовки, имеющие заранее заданные размеры и качество поверхности. Например, Moore Nanotechnology Systems (Системы Нанотехнологий Мура) разработали механические станки, в которых используют масляные гидростатические подшипники с жидкостным охлаждением, обладающие запрограммированным разрешением 10 нм, точностью движения 50 нм и разрешением обратной связи 8.6 нм. Такие механические станки могут быть адаптированы для поточной обработки исходного материала 110 по мере того, как его подают из разматывателя, и до того, как он поступает в штамповочные блоки 250. Такая обработка дает гарантию, что, когда исходный материал или заготовка попадает в штамповочные блоки 250, он будет зафиксирован в каждом штамповочном блоке с субмикронной прецизионной точностью, необходимой для изготовления компонентов для оптоэлектроники, имеющих допуск менее 1000 нм.

Штамповочный пресс

Штамповочная система 100 содержит штамповочный пресс или специально приспособленный быстродействующий источник силы 200 для приведения в действие штамповочных блоков 250. Штамповочный пресс 200 может представлять собой любой традиционный штамповочный пресс, известный из уровня техники (например, гидравлический, электромеханический и пр.), который способен поддерживать и подавать на штамповочные блоки 250 необходимую силу для осуществления конкретной операции штамповки. Штамповочный пресс 200 содержит бабу 210 пресса и станину 220 пресса. Как будет более подробно показано ниже, штамповочные блоки 250 расположены между бабой 210 пресса и станиной 220 пресса. Станина 220 пресса поддерживает штамповочные блоки 250, а баба 210 пресса подает на них необходимую силу для осуществления операций штамповки. Хорошо известно, что штамповочные прессы могут осуществлять ударное воздействие со скоростью более 1000 ударов в минуту. Кроме того, штамповочная система может содержать более одного штамповочного пресса для подачи силы на штамповочные блоки.

Штамповочный блок - первый вариант выполнения

Фиг.3а представляет собой общий вид штамповочного блока 400 согласно одному из вариантов выполнения данного изобретения. Фиг.3b представляет собой изображение разреза штамповочного блока, выполненного по линии 3b-3b, показанной на Фиг.3а. Штамповочный блок 400 содержит устройство для поддержания комплекта штампа (пуансона и матрицы) и для непосредственного направления пуансона к матрице. Штамповочный блок 400 содержит стационарную плиту 410, поддерживающую пуансон, служащую опорой пуансону 420, а также плиту 440, поддерживающую матрицу, которая служит опорой для матрицы 450. Плита 410, поддерживающая пуансон, служит для выравнивания и для непосредственного направления пуансона 420 к матрице 450. Плита 410, поддерживающая пуансон, снабжена стволом 430, размер и форма которого позволяют вмещать с возможностью скольжения и направлять пуансон 420 к матрице 450. Ствол 430 позволяет пуансону 420 поступательно перемещаться и проходить сквозь плиту 410, поддерживающую пуансон, находясь в скользящем контакте со стволом 430. Ствол 430 выравнивает пуансон 420 по отношению к матрице 450, направляя пуансон 420 к заготовке 455 и матрице 450. Плита 440, поддерживающая матрицу, также способствует выравниванию матрицы 450 по отношению к пуансону 420. Матрица 450 прочно зафиксирована (выровнена) на плите 440, поддерживающей матрицу, таким образом, что, когда пуансон 420 проходит по стволу 430 по направлению к плите 440, поддерживающей матрицу, пуансон 420 комплементарно сближается с матрицей 450 для осуществления операции с заготовкой 455.

Рабочая зона 460 между плитами 410 и 440, поддерживающими соответственно пуансон и матрицу, задана посредством введения ограничителей (разделителей) 470 между плитами 410 и 440. Рабочая зона 460 представляет собой то пространство, где осуществляются операции штамповки. Заготовку 455 помещают в рабочую зону 460, где ее штампуют для осуществления с ней нужной операции, например, для получения нужной формы детали. Рабочая зона 460 имеет достаточную площадь, чтобы вместить пуансон 420 и матрицу 450, заготовку и конечную штампованную деталь. Специалистам понятно, что размеры ограничителей (разделителей) 470 могут быть различными. В частности, толщина ограничителей 470 может меняться таким образом, чтобы обеспечить требуемые размеры рабочей зоны 460.

Штамповочный блок 400 содержит ограничитель хода 480 для обеспечения безопасной остановки бабы 210 пресса (показано на Фиг.2). Ограничитель хода 480 расположен между бабой 210 и верхней поверхностью плиты 410, поддерживающей пуансон. Когда бабу 210 приводят в движение относительно блока 400, ограничитель хода 480 входит в контакт с бабой 210 для предотвращения дальнейшего прохождения пуансона 420 в штамповочном блоке 400. Ограничитель хода 480 контролирует глубину прохождения пуансона 420 в штамповочном блоке 400. Глубину прохождения можно контролировать, изменяя толщину ограничителя хода 480. Для специалистов понятно, что ограничитель хода 480 может быть выполнен из любого материала, имеющего достаточную прочность, чтобы противостоять повторяющемуся ударному воздействию бабы 210. Более того, ограничитель хода 480 может иметь любую конфигурацию, которая позволяет контролировать глубину прохождения пуансона 420.

Пуансон 420 может быть соединен с пружинами 490 или другими возвратными устройствами для возвращения пуансона 420 в исходное (открытое) положение. Когда пуансон 420 совершает движение по направлению к матрице 450, пружины 490 изгибаются. Когда сила, прикладываемая бабой 210, исчезает, пружины 490 перемещают пуансон 420 в направлении от матрицы 450.

При сборке (монтаже) штамповочного блока 400 плиту 410, поддерживающую пуансон, монтируют на плите 440, поддерживающей матрицу, с ограничителями (разделителями) 470, расположенными между плитами 410 и 440. Затем на верхнюю поверхность плиты 410, поддерживающей пуансон, устанавливают ограничитель хода 480. Для соединения компонентов штамповочного блока 400 могут быть использованы крепежные элементы, известные из уровня техники. Например, для скрепления друг с другом компонентов штамповочного блока 400 могут быть выполнены отверстия 485 для размещения в них болтов (не показаны). Будучи соединенными вместе, компоненты штамповочного блока 400 создают единую конструкцию.

Штамповочный блок - второй вариант выполнения

Фиг.4 представляет собой общий вид штамповочного блока 500 согласно другому варианту выполнения данного изобретения. На Фиг.5 показан штамповочный блок 500, приведенный на Фиг.4, с пространственным разделением деталей. Фиг.6а и 6b представляют собой вид в разрезе штамповочного блока 500, показанного на Фиг.4, выполненном соответственно по линиям 6а-6а и 6b-6b. Штамповочный блок 500 содержит стационарную монолитную конструкцию держателя 510 комплекта штампа, поддерживающую комплект штампа (пуансон и матрицу). Держатель 510 комплекта штампа содержит секцию 520 поддержки пуансона, предназначенную для поддержания и направления пуансона 530. Секция 520 поддержки пуансона снабжена стволом 540, размер и форма которого позволяют вмещать с возможностью скольжения и поддерживать пуансон 530. Ствол 540 показан на Фиг.6. Ствол 540 позволяет пуансону 530 поступательно перемещаться и проходить через держатель 510 комплекта штампа. Пуансон 530 скользит внутри ствола 540 в контакте с ним. Ствол 540 способствует выравниванию пуансона 530 относительно матрицы, направляя пуансон 530 к заготовке 595 (показана на Фиг.5) и матрице. Держатель 510 комплекта штампа также содержит секцию 550 поддержки матрицы для поддержания матрицы 560. Матрица 560 содержит вставки 562, 563 и 564 матрицы. Вставки 563 и 564 матрицы входят соответственно в гнезда 565 и 566. Секция 550 поддержки матрицы содержит гнездо 570 (показано на Фиг.6а и 6b) для размещения в нем матрицы 560. Гнездо 570 имеет такой размер и форму, чтобы в него прецизионно поместилась и плотно вошла матрица 560. Опорная плита 580 предназначена для закрепления матрицы 560 в гнезде 570. Когда матрица 560 входит в гнездо 570, опорную плиту 580 прикрепляют к нижней части держателя 510 комплекта штампа для закрепления матрицы 560 в гнезде 570. Матрица 560 жестко закреплена (выровнена) в секции 550 поддержки матрицы таким образом, что, когда пуансон 530 проходит через ствол 540 по направлению к матрице 560, он (пуансон) приближается к матрице 560 комплементарным образом для осуществления операции с заготовкой 595. Рабочая зона 590 задана между секциями 520 и 550 поддержки пуансона и матрицы. Рабочая зона 590 представляет собой пространство, в котором осуществляются операции штамповки. Заготовку 595 помещают в рабочую зону 590, где ее штампуют для осуществления с ней желаемой операции. Рабочая зона 590 обладает достаточной площадью, чтобы вместить пуансон 530 и матрицу 560, заготовку 595 и конечную штампованную деталь (не показана).

Штамповочный блок 500 содержит ограничитель хода 600 для обеспечения безопасной остановки бабы 210 (показана на Фиг.2). Ограничитель хода 600 расположен между бабой 210 пресса и верхней поверхностью держателя 510 комплекта штампа. Ограничитель хода 600 контролирует глубину прохождения пуансона 530 в штамповочном блоке 500. Пуансон 530 может быть соединен с пружинами 610 или другими возвратными устройствами для возврата пуансона 530 в исходное (открытое) положение. Когда пуансон 530 совершает движение по направлению к матрице 560, пружины 610 изгибаются. Когда сила, прикладываемая бабой 210 пресса, исчезает, пружины 610 перемещают пуансон 530 в направлении от матрицы 560.

Штамповочный блок 500 также содержит выталкиватель 612 для выталкивания штампованной детали 595 из матрицы 560 после осуществления операции штамповки. Выталкиватель 612 содержит подъемный механизм 614 и пружину 616 или другие возвратные устройства. Как будет более подробно показано ниже, выталкиватель 612 расположен внутри полой части вставки 562 матрицы, так что подъемный механизм 614 способен входить в контакт со штампованной деталью 595 через полую часть вставки 562 матрицы.

В варианте выполнения штамповочного блока 400, показанном на Фиг.3, плиты 410 и 440, поддерживающие пуансон и матрицу, монтируют вместе для создания единой структуры для поддержания пуансона 420 и матрицы 450. В варианте выполнения штамповочного блока 500, показанном на Фиг.4, структуры для поддержания пуансона 530 и матрицы 560 выполнены монолитными. Держатель 510 комплекта штампа становится более жесткой и стабильной конструкцией, что позволяет ему более точно направлять пуансон 530 к матрице 560.

Штамповочный блок - третий вариант выполнения

Фиг.8а представляет собой схематичное изображение штамповочного блока 800 согласно другому варианту выполнения данного изобретения. Штамповочный блок 800 содержит плиту 850, поддерживающую матрицу, для поддержания матрицы 840 и ствол 810 для поддержания и направления пуансона 860 к матрице 840. Ствол 810 имеет размер и форму, позволяющие вмещать с возможностью скольжения и поддерживать пуансон 860, который поступательно перемещается по стволу 810 по направлению к матрице 840 и от нее. Ствол 810 способствует выравниванию пуансона 860 по отношению к матрице 840, направляя пуансон 860 к матрице 840. Регулируемые механические стопорные механизмы 880 расположены на пути приложения ударного воздействия пуансона 860 для ограничения поступательного движения пуансона 860 по направлению к матрице 840. Пуансон 860 снабжен фиксатором (приспособлением для поддерживания) 830, который может входить в контакт со стопорными механизмами 880 для ограничения дальнейшего поступательного движения пуансона 860 по направлению к матрице 840. Для регулировки положения механических стопорных механизмов 880 относительно фиксатора 830 предусмотрен ограничитель 895. Ограничитель 895 может представлять собой угловой клин и может завинчиваться для микрометрической регулировки.

Система передачи

Штамповочная система 100 содержит систему передачи 700, которая механически передает силу от пресса 200 на штамповочный блок 250 (схематично показано на Фиг.2), но структурно разделяет пресс 200 и штамповочный блок 250. Фиг.7а представляет собой упрощенное изображение системы передачи 700, входящей в штамповочную систему 100 по данному изобретению. Как уже было сказано выше, штамповочный пресс 200 способен подавать необходимую силу на штамповочный блок 250 для осуществления операций штамповки. Силу подают на штамповочный блок 250 через систему передачи 700. В одном варианте выполнения изобретения система передачи 700 представляет собой комбинацию шара и гнезда. Пуансон 710 снабжен шаром 720, а баба 210 снабжена гнездом 730 для шара. В альтернативном варианте крепежная плита (не показана), присоединяемая к бабе 210, может быть снабжена гнездом для шара. Когда баба 210 входит в контакт с пуансоном 710, шар 720 входит в контакт с гнездом 730 для шара. На Фиг.7b показан шар 720, находящийся в контакте с гнездом 730. Система передачи 700 способствует передаче силы от штамповочного пресса 200 к штамповочному блоку 250. Система передачи 700 также позволяет структурно разъединить штамповочный блок 250 и штамповочный пресс 200. Ни один из компонентов штамповочного блока 250 не присоединен напрямую или скреплен болтами с бабой 210. В результате, неточности пресса 200 не влияют на работу штамповочного блока. Традиционные штамповочные прессы в принципе не изготавливают с жесткими допусками. Более того, высокоскоростные процессы, осуществляемые с прикладыванием больших сил, имеют тенденцию приводить к возникновению вибраций и изменению размеров. При структурном разделении пресса 200 и штамповочных блоков 250, изменение размеров в прессе 200 не оказывает влияние на ультра прецизионные штамповочные блоки 250 и вставки комплекта штампа. Пресс 200 может быть просто высокоскоростным периодическим источником силы, сконструированным с относительно большими допусками и подающим силу на ультра прецизионные инструменты и матрицы штамповочных блоков 250. Специалистам в данной области техники должно быть известно, что комбинация шара и гнезда может быть скомпонована в обратном порядке, так, чтобы пуансон был снабжен гнездом, а баба пресса была снабжена шаровым шарнирным соединением.

Согласно Фиг.8а, на которой показан альтернативный вариант выполнения изобретения, система 100 может содержать гидравлическую систему передачи для передачи силы пресса на штамповочный блок 800. Система передачи содержит силовую плиту 820, расположенную внутри ствола 810 в его конце между бабой пресса и плитой, поддерживающей пуансон. Силовая плита 820 также способна совершать поступательное перемещение внутри ствола. Ствол 810 снабжен клапаном 870, расположенным между силовой плитой 820 и плитой 830, поддерживающей пуансон, для подачи в ствол 810 рабочей жидкости под низким давлением.

В рабочем режиме через клапан 870 в ствол 810 подают рабочую жидкость под низким давлением. Баба 210 пресса оказывает давление на силовую плиту 820 через ствол 810 до тех пор, пока силовая плита 820 не закроет клапан 870. Как только клапан 870 закрывается, давление жидкости в стволе 810 увеличивается, что приводит к возникновению силы, действующей на плиту 830, поддерживающую пуансон, так что плита 830, поддерживающая пуансон, и пуансон 860 приходят в движение. Сила, действующая на плиту 830, поддерживающую пуансон, является в основном постоянной.

Вектор силы является однонаправленным и ортогональным по отношению к верхней поверхности плиты, поддерживающей пуансон.

Гидравли