Устройство для равноканального углового прессования



Устройство для равноканального углового прессования
Устройство для равноканального углового прессования
Устройство для равноканального углового прессования
Устройство для равноканального углового прессования
Устройство для равноканального углового прессования
Устройство для равноканального углового прессования
Устройство для равноканального углового прессования

 


Владельцы патента RU 2423197:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Белгородский государственный университет" (RU)

Изобретение относится к области обработки металлов давлением с использованием интенсивной пластической деформации и предназначено для получения ультрамелкозернистых и нанокристаллических материалов с высоким уровнем механических свойств. Устройство содержит пуансон, матрицу с подвижной и неподвижной частями, образующими вертикальный и горизонтальный каналы, продольные оси которых расположены под углом друг к другу. Одна стенка вертикального канала выполнена подвижной в виде клина с углом, равным от 5° до 8°, и шириной, определяемой из соотношения: K=B+N/0.2 Нσ0.2, где К - ширина вертикальной подвижной стенки, В - ширина вертикального канала матрицы, N - усилие, создаваемое вертикальной подвижной стенкой на ответные поверхности вертикального канала матрицы, Н - сумма высот вертикального и горизонтального каналов матрицы, σ0.2 - предел текучести материала матрицы и подвижной вертикальной стенки. Устройство содержит приспособление для удаления вертикальной подвижной клиновидной стенки в виде вертикального выталкивателя, а также содержит горизонтальный выталкиватель, выполненный с возможностью осуществления им противодавления в процессе деформирования заготовки, а также удаления последней из устройства. Обеспечивается повышение качества обрабатываемых заготовок и коэффициента использования металла при сокращении технологического времени на изготовление заготовок. 2 з.п. ф-лы, 7 ил.

 

Изобретение относится к области обработки металлов давлением с использованием интенсивной пластической деформации и предназначено для получения ультрамелкозернистых и нанокристаллических материалов с высоким уровнем механических свойств.

Известно устройство для равноканального углового прессования, содержащее матрицу с вертикальным каналом и закрепленную на основании, пуансон, нагревательный элемент, подвижную опору, создающую противодавление с помощью гидроцилиндра. Опора формирует геометрию горизонтального канала (1).

Недостатками устройства является то, что имеются зазоры между матрицей и подвижной опорой, приводящие к снижению качества получаемых заготовок. Кроме того, массивная подвижная опора в процессе прессования выдвигается из зоны термического нагрева, в результате чего происходит ее охлаждение, требующее дополнительное время на последующий ее нагрев.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому является устройство, состоящее из пуансона, матрицы с подвижной и неподвижной частями, образующими первый и второй каналы, продольные оси которых расположены под углом друг к другу, стенка первого канала на участке длиной не менее В, расположенном напротив второго канала, образована неподвижной частью матрицы, где В - максимальный размер второго канала по высоте в сечении, эквидистантном упомянутой стенке, при этом подвижная часть матрицы установлена с возможностью перемещения до и после деформирования, а второй канал имеет переменное по длине поперечное сечение (2).

Недостатками этого устройства являются: неизбежное попадание смазки от заготовки в зазоры между подвижной и неподвижной частями матрицы, а также части материала обрабатываемой заготовки при любой точности подгонки контактирующих частей матрицы. Кроме того, при больших усилиях деформирования заготовок (1500-2000 кГс/см2) за счет упругих деформаций подвижной и неподвижной частей матрицы неизбежно образование зазоров между ними.

Кроме того, при больших размерах деформируемых заготовок (150×150 мм и больше), соответственно, увеличиваются размеры и массы неподвижных и подвижных частей матрицы. В этом случае для извлечения обработанной заготовки необходимо выдвигать из зоны деформирования детали матрицы с увеличенной массой. В случае же обработки в такой установке заготовок в изотермическом режиме (а тем более в режиме сверхпластичности металлов) удаление части матрицы из зоны нагрева влечет за собой падение температуры устройства и, как следствие, увеличение технологического времени и дополнительные затраты энергии на последующий прогрев устройства.

Недостатками всех устройств для равноканального углового прессования (в дальнейшем РКУ), имеющих подвижные части, в том числе подвижные стенки, как у вертикальных, так и горизонтальных каналов, являются образующиеся в процессе деформирования заготовок зазоры между контактирующими поверхностями каналов и подвижных стенок, в которые в процессе деформирования вдавливается часть материала заготовок, образуя заусенцы на последних, затрудняя перемещение подвижных стенок для удаления заготовки. Это происходит по той причине, что не выдержаны соотношения между размерами каналов и ответными размерами подвижных стенок.

Увеличение усилия прижима подвижных стенок к ответным поверхностям каналов приводит к ускорению износа поверхностей стенки и матрицы и, как правило, увеличению расхода энергии на эксплуатацию устройства.

Задачей предлагаемого изобретения является создание устройства для РКУ, позволяющего повысить качество обрабатываемых заготовок, а также повысить коэффициент использования металла при сокращении технологического времени на изготовление заготовок.

Поставленная задача решается с помощью устройства для равноканального углового прессования, содержащего пуансон, матрицу с подвижной и неподвижной частями, образующими вертикальный и горизонтальный каналы, продольные оси которых расположены под углом друг к другу, причем вертикальная подвижная стенка вертикального канала выполнена в виде клина с углом, равным от 5° до 8° и ширина которой определяется из соотношения:

K=B+N/0.2 H σ0.2,

где K - ширина вертикальной подвижной стенки;

B - ширина вертикального канала матрицы;

N - усилие, создаваемое вертикальной подвижной стенкой на ответные поверхности вертикального канала матрицы;

H - сумма высот вертикального и горизонтального каналов матрицы;

σ0.2 - предел текучести материала матрицы и подвижной вертикальной стенки.

Устройство содержит приспособление для удаления вертикальной подвижной клиновидной стенки в виде вертикального выталкивателя, а также содержит горизонтальный выталкиватель, выполненный с возможностью осуществления им противодавления в процессе деформирования заготовки, а также удаления последней из устройства.

Совокупность описанных выше признаков предлагаемого устройства для равноканального углового прессования позволяет повысить качество обрабатываемых заготовок, а также повысить коэффициент использования металла при сокращении технологического времени на их изготовление. Это подтверждается тем, что для предотвращения образования зазора между боковыми стенками вертикального канала и боковыми поверхностями вертикальной подвижной стенки, последняя, при ширине "В" вертикального канала на размере "H", выполняется большим размером на величину "2в", чем ширина вертикального канала. В то же время между вертикальной подвижной стенкой и ответными ей поверхностями с размерами "в×H" недостаточно создания обычного беззазорного сопряжения, например, с одной из переходных посадок. Так как при деформировании, например, тех же алюминиевых сплавов при температуре 400°C удельное усилие деформирования заготовок составляет от 1500 до 2000 кГс/см2, что требует сопряжения по этим сопрягаемым поверхностям с натягами, соизмеримыми с горячими прессовыми посадками, что при циклически повторяющихся перемещениях вертикальной подвижной стенки возможно только с малыми углами клина, тангенс которых соизмерим с коэффициентом трения между ответными поверхностями вертикальной подвижной стенки и ответными поверхностями матрицы. В то же время поверхности равные "2в×H" не могут по прочности выдерживать любую нагрузку по причине возможного смятия этих поверхностей.

Согласно (3) σсм=(0.1-0.2) σт,

где σсм - допускаемое напряжение материала на смятие;

σт - предел текучести материала,

для инструментальных закаленных сталей σт0.2,

откуда можно записать, что σсм=N/2в×H,

где N - усилие, создаваемое вертикальной подвижной стенкой на ответные поверхности вертикального канала матрицы.

Преобразуя приведенные выше выражения, получим: 0.2 σ0.2=N/2в×Н или в=N/0.4 σ0.2Н.

Ширина вертикальной подвижной стенки определяется как сумма К=В+2в, откуда можно записать:

K-B+N/0.2Hδ0.2

Работоспособность устройства предлагаемой конструкции возможно обеспечить только при выполнении вышеописанных соотношений перечисленных размеров вертикальной подвижной стенки в виде клина и матрицы, т.е. создания оптимального натяга или по-другому, упругих напряжений между указанными деталями устройства, при условии выполнения угла клина вертикальной подвижной стенки α=5°-8°. При таких углах тангенс этих углов равен от 0.09 до 0.14, что соответствует коэффициентам трения инструментальных закаленных сталей без смазки поверхностей при шероховатости их 3.2-6.3 мкм по шкале Ra. Заготовка после деформирования не имеет заусенцев, а вертикальная подвижная стенка работает без заклиниваний и дополнительных переналадок деталей матрицы. Что в итоге и обеспечивает увеличение качества заготовок и уменьшение технологического времени при эксплуатации установки в серийном производстве.

Подвижная часть матрицы имеет размер намного меньше по сравнению с основной матрицей, что позволяет легче поднимать ее и быстрее удалять заготовку, кроме того подвижная часть матрицы при подъеме не остывает, в результате чего не требуется дополнительное время и электроэнергия на ее прогрев для последующего процесса прессования.

Заявляемое изобретение поясняется чертежами, где изображено устройство для РКУ прессования заготовок с вертикальной подвижной стенкой вертикального канала матрицы в положениях:

- перед деформированием заготовки;

- в процессе деформирования;

- в момент удаления заготовки из горизонтального канала матрицы и содержит пуансон 1, верхнюю подвижную плиту 2, матрицу 3, вертикальный канал 4, горизонтальный канал 5, заготовку 6, горизонтальный выталкиватель 7, вертикальную подвижную стенку 8 в виде клина, вертикальный выталкиватель 9.

На фигуре 1 изображено устройство для РКУ прессования перед началом деформирования заготовки, состоящее из пуансона 1, закрепленного на верхней подвижной плите 2. А также матрицы 3 с вертикальным каналом 4 и горизонтальным каналом 5.

В вертикальном канале 4 установлена заготовка 6. В горизонтальном канале 5 размещен горизонтальный выталкиватель 7. Одна из вертикальных стенок вертикального канала 4 выполнена подвижной в виде клина с углом α, причем угол α имеет размеры от 5° до 8°. Под вертикальной подвижной стенкой 8 в виде клина расположен вертикальный выталкиватель 9.

Размер Н состоит из суммы размеров высот вертикального и горизонтального каналов.

На фиг.2 изображена матрица 3 в сечении А-А (см. фиг.1) с заготовкой 6, горизонтальным выталкивателем 7 и вертикальной подвижной стенкой 8, где указаны размеры:

В - ширина вертикального канала;

в - расстояние между боковой стенкой вертикального канала и боковой стенкой вертикальной подвижной стенки;

К - ширина вертикальной подвижной стенки.

На фиг.3 изображено устройство для РКУ-прессования в процессе деформирования заготовки. Пуансон 1, проталкивая заготовку 6 из вертикального канала в горизонтальный канал 5, затягивает за счет сил трения вертикальную подвижную стенку 8 в виде клина в ответную полость матрицы 3, обеспечивая более плотную беззазорную посадку в этой полости по месту контакта поверхности вертикальной подвижной стенки с ответными стенками "в" вертикального канала. Одновременно заготовка 6, перемещаясь по горизонтальному каналу 5, выталкивает из последнего горизонтальный выталкиватель 7. Направление перемещения пуансона 1 и горизонтального выталкивателя 7 показано стрелками.

На фиг.4 изображено устройство для РКУ-прессования в момент окончания деформирования пуансоном 1 заготовки 6.

На фиг.5 изображено устройство для РКУ-прессования после удаления пуансона 1 из вертикального канала 4 матрицы 3.

На фиг.6 изображено устройство для РКУ-прессования в момент выталкивания вертикальной подвижной стенки 8 в виде клина вертикальным выталкивателем 9 из полости матрицы 3.

На фиг.7 изображено устройство для РКУ-прессования в момент удаления заготовки 6 горизонтальным выталкивателем 7 после возврата вертикального выталкивателя 9 в исходное положение. Стрелками показано направление движения вышеупомянутых объектов устройства.

Устройство работает следующим образом.

Вертикальная подвижная стенка 8 в виде клина устанавливается в ответную полость матрицы 3, после чего в вертикальном канале 4 размещают заготовку 6 и с помощью плиты 2 и пуансона 1 деформируют заготовку в вертикальном канале 4 и горизонтальном канале 5, с перемещением заготовки в горизонтальном канале 5 с противодавлением. Противодавление на заготовку в горизонтальном канале 5 осуществляют путем воздействия на нее в противоположном перемещению заготовки направлении посредством горизонтального выталкивателя 7. Затем пуансон 1 поднимают в исходное положение, а выталкивателем 9 приподнимают вертикальную подвижную стенку 8 в виде клина из полости матрицы 3, освобождая выход заготовки 6 в горизонтальном канале 5. Вертикальный выталкиватель 9 возвращают в исходное положение и горизонтальным выталкивателем 7 заготовку 6 удаляют из горизонтального канала 5.

После чего возможно повторение цикла деформирования следующей заготовки.

Используя зависимости, приведенные в описании изобретения, можно провести расчет, например, вертикальной подвижной стенки и ответных размеров матрицы:

за исходные данные принимают размеры заготовки 150×150×40 мм, откуда, согласно размеров заготовки имеем:

ширину вертикального канала - 150 мм

размер Н=150+40=190 мм,

где 40 мм одновременно и высота горизонтального канала.

Для деформирования заготовки при температуре 400°C принимают материал матрицы и вертикальной подвижной стенки сталь 4Х5МФС, имеющей согласно (4) при заданной температуре эксплуатации σ0.2=1270 МПа (127 кГс/см2). Для расчетов принимают вертикальную нагрузку для осадки вертикальной подвижной стенки и создания усилия прижима Р=6000 кГс. Угол клина вертикальной подвижной стенки α=6°, откуда без учета сил трения получается, что:

N=Р/tg6°=6000/0.105=57142.8 кГс,

по полученным данным определяем ширину - "К" вертикальной подвижной стенки:

K=B+N/0.2H σ0.2=150+57142,8/0.2×190×127=162 мм.

Таким образом, предложенное изобретение за счет конструктивного исполнения матрицы позволяет повысить качество обрабатываемых заготовок, а также повысить коэффициент использования металла при сокращении технологического времени на изготовление заготовок.

Литература

1. Патент SU №6723187, публ. 04.20.2004 г.

2. Патент RU 2146571, публ. 20.03.2000 г.

3. "Справочник конструктора-машиностроителя", том 2, под ред. В.И.Анурьева, стр.554. - М.: Машиностроение, 1982 г.

4. "Марочник сталей и сплавов", В.Г.Сорокин, А.В.Волосникова, С.А.Вяткин., стр.406. - М.: Машиностроение, 1988 г.

1. Устройство для равноканального углового прессования, содержащее пуансон, матрицу с подвижной и неподвижной частями, образующими вертикальный и горизонтальный каналы, продольные оси которых расположены под углом друг к другу, отличающееся тем, что одна стенка вертикального канала выполнена подвижной в виде клина с углом, равным от 5 до 8°, и шириной, определяемой из соотношения:
K=B+N/0,2 Нσ0,2,
где К - ширина вертикальной подвижной стенки;
В - ширина вертикального канала матрицы;
N - усилие, создаваемое вертикальной подвижной стенкой на ответные поверхности вертикального канала матрицы;
Н - сумма высот вертикального и горизонтального каналов матрицы;
σ0,2 - предел текучести материала матрицы и подвижной вертикальной стенки.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно содержит приспособление для удаления вертикальной подвижной стенки в виде вертикального выталкивателя.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно содержит горизонтальный выталкиватель, выполненный с возможностью осуществления им противодавления в процессе деформирования заготовки, а также удаления последней из устройства.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к обработке материалов давлением, а именно к устройствам упрочнения металлов в процессе обработки. .
Изобретение относится к области обработки материалов давлением и может быть использовано при производстве профилей, преимущественно прутков, методом горячего прессования из труднодеформируемых сплавов.

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано для получения прутковых заготовок с ультрамелкозернистой структурой из различных металлов и сплавов.

Изобретение относится к обработке металлов давлением, а точнее к прессованию труб с наружными утолщениями. .

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано в кузнечных цехах металлургических и машиностроительных заводов при изготовлении полуфабрикатов изделий типа стакана.

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при получении крупногабаритных полуфабрикатов из алюминиевых или магниевых сплавов, применяемых, например, в авиакосмической, кораблестроительной промышленности.

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано для штамповки выдавливанием полых изделий сложной конфигурации преимущественно на трубопрофильных прессах.

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к инструментальной оснастке для прессования изделий и их правки. .

Изобретение относится к обработке металлов давлением. .

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано для упрочнения металла в процессе обработки. .

Изобретение относится к области создания устройств, предназначенных для интенсивной пластической деформации материалов методом равноканального углового прессования

Изобретение относится к обработке материалов давлением, а именно к устройствам для упрочнения материала в процессе обработки

Изобретение относится к устройству для обработки металлов посредством непрерывной экструзии, в котором исходное сырье подается в окружную канавку вращающегося колеса и проходит в канал между канавкой и дугообразной оснасткой, заходящей в канавку

Изобретение относится к области производства полуфабрикатов методом многоканального прессования

Изобретение относится к обработке металлов давлением

Изобретение относится к обработке давлением и может быть использовано для деформирования заготовок с обеспечением комбинированной интенсивной пластической деформации, позволяющей повысить механические характеристики материала заготовок

Изобретение относится к обработке давлением и может быть использовано для упрочнения материала кольцевых заготовок методом канального углового прессования

Изобретение относится к обработке давлением и может быть использовано при упрочнении металлов деформированием с обеспечением комбинированной интенсивной пластической деформации

Изобретение относится к обработке материалов давлением, а именно к устройствам для упрочнения материала в процессе обработки
Наверх