УСТРОЙСТВА ДЛЯ КРУЧЕНИЯ ПОД ВЫСОКИМ ДАВЛЕНИЕМ И СПОСОБЫ ИЗМЕНЕНИЯ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛА ЗАГОТОВОК С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТАКИХ УСТРОЙСТВ

1. Устройство (100) для кручения под высоким давлением, содержащее
рабочую ось (102);
первую наковальню (110);
вторую наковальню (120), обращенную к первой наковальне (110) и размещенную на расстоянии от первой наковальни (110) вдоль рабочей оси (102), причем
первая наковальня (110) и вторая наковальня (120) выполнены с возможностью перемещения относительно друг друга вдоль рабочей оси (102), и
первая наковальня (110) и вторая наковальня (120) выполнены с возможностью вращения относительно друг друга вокруг рабочей оси (102); и кольцевой корпус (130), содержащий
первый проводящий охладитель (140), который
выполнен с возможностью перемещения между первой наковальней (110) и второй наковальней (120) вдоль рабочей оси (102);
выполнен с возможностью установления теплопроводящей связи с заготовкой (190), которая имеет поверхность (194) и центральную ось (195), коллинеарную с рабочей осью (102); и выполнен с возможностью выборочного охлаждения заготовки (190);
второй проводящий охладитель (150), который
выполнен с возможностью перемещения между первой наковальней (110) и второй наковальней (120) вдоль рабочей оси (102);
выполнен с возможностью установления теплопроводящей связи с заготовкой (190) и
выполнен с возможностью выборочного охлаждения заготовки (190); и
нагреватель (160), который
размещен между первым проводящим охладителем (140) и вторым проводящим охладителем (150) вдоль рабочей оси (102),
выполнен с возможностью перемещения между первой наковальней (110) и второй наковальней (120) вдоль рабочей оси (102) и
выполнен с возможностью выборочного нагрева заготовки (190).
2. Устройство (100) для кручения под высоким давлением по п. 1, в котором нагреватель (160), первый проводящий охладитель (140) и второй проводящий охладитель (150) выполнены с возможностью перемещения в виде единого блока между первой наковальней (110) и второй наковальней (120) вдоль рабочей оси (102).
3. Устройство (100) для кручения под высоким давлением по п. 1 или 2, в котором нагреватель (160) выполнен с возможностью нагрева заготовки (190), когда по меньшей мере один из первого проводящего охладителя (140) или второго проводящего охладителя (150) осуществляет охлаждение заготовки (190).
4. Устройство (100) для кручения под высоким давлением по п. 1 или 2, в котором нагреватель (160) выполнен с возможностью нагрева заготовки (190), когда по меньшей мере один из первого проводящего охладителя (140) или второго проводящего охладителя (150) не осуществляет охлаждения заготовки (190).
5. Устройство (100) для кручения под высоким давлением по п. 1 или 2, также содержащее
первый термоизолирующий барьер (137), обеспечивающий изоляцию нагревателя (160) и первого проводящего охладителя (140) в отношении теплопроводности друг от друга и выполненный с возможностью нахождения в контакте с заготовкой (190); и
второй термоизолирующий барьер (138), обеспечивающий изоляцию нагревателя (160) и второго проводящего охладителя (150) в отношении теплопроводности друг от друга и выполненный с возможностью нахождения в контакте с заготовкой (190).
6. Устройство (100) для кручения под высоким давлением по п. 1 или 2, в котором кольцевой корпус (130) имеет центральное отверстие (147), имеющее размер, обеспечивающий возможность размещения в нем заготовки (190).
7. Устройство (100) для кручения под высоким давлением по п. 6, в котором
первая наковальня (110) содержит основание (117) и выступ (115), проходящий от основания (117) в направлении второй наковальни (120) вдоль рабочей оси (102); и
выступ (115) имеет диаметр, который меньше диаметра основания (117) и диаметра центрального отверстия (147) кольцевого корпуса (130).
8. Устройство (100) для кручения под высоким давлением по п. 7, в котором выступ (115) первой наковальни (110) имеет максимальный размер вдоль рабочей оси (102), который равен такому размеру кольцевого корпуса (130) или больше такого размера кольцевого корпуса (130).
9. Устройство (100) для кручения под высоким давлением по п. 7, в котором выступ (115) первой наковальни (110) имеет максимальный размер вдоль рабочей оси (102), который составляет по меньшей мере половину такого размера кольцевого корпуса (130).
10. Устройство (100) для кручения под высоким давлением по п. 7, в котором
вторая наковальня (120) содержит второе основание (127) и второй выступ (125), проходящий от второго основания (127) в направлении первой наковальни (110) вдоль рабочей оси (102); и
второй выступ (125) второй наковальни (120) имеет диаметр, который меньше диаметра второго основания (127) и диаметра центрального отверстия (147) кольцевого корпуса (130).
11. Устройство (100) для кручения под высоким давлением по п. 10, в котором второй выступ (125) второй наковальни (120) имеет максимальный размер вдоль рабочей оси (102), который равен такому размеру кольцевого корпуса (130).
12. Устройство (100) для кручения под высоким давлением по п. 10, в котором второй выступ (125) второй наковальни (120) имеет максимальный размер вдоль рабочей оси (102), который равен такому размеру кольцевого корпуса (130) или больше половины такого размера кольцевого корпуса (130).
13. Устройство (100) для кручения под высоким давлением по п. 6, в котором
первый проводящий охладитель (140) содержит канал (143), содержащий впускное отверстие (144), выпускное отверстие (145) и промежуточную часть (146), которая сообщается по текучей среде с впускным отверстием (144) и выпускным отверстием (145); и
первый проводящий охладитель (140) также содержит теплопроводящий элемент (148), изолирующий в отношении текучей среды промежуточную часть (146) канала (143) от центрального отверстия (147) кольцевого корпуса (130).
14. Устройство (100) для кручения под высоким давлением по п. 13, в котором промежуточная часть (146) канала (143) имеет замкнутую форму и окружает рабочую ось (102).
15. Устройство (100) для кручения под высоким давлением по п. 13, в котором теплопроводящий элемент (148) первого проводящего охладителя (140) является достаточно гибким в любом направлении, перпендикулярном рабочей оси (102), для обеспечения непосредственного контакта с заготовкой (190), когда в промежуточной части (146) канала (143) создано повышенное давление первой охлаждающей текучей средой (198).
16. Устройство (100) для кручения под высоким давлением по п. 15, в котором первая охлаждающая текучая среда (198) представляет собой жидкость.
17. Устройство (100) для кручения под высоким давлением по п. 16, в котором
второй проводящий охладитель (150) содержит второй канал (153), содержащий второе впускное отверстие (154), второе выпускное отверстие (155) и вторую промежуточную часть (156), которая сообщается по текучей среде со вторым впускным отверстием (154) и вторым выпускным отверстием (155); и
второй проводящий охладитель (150) также содержит второй теплопроводящий элемент (158), изолирующий в отношении текучей среды вторую промежуточную часть (156) второго канала (153) от центрального отверстия (147) кольцевого корпуса (130).
18. Устройство (100) для кручения под высоким давлением по п. 17, в котором вторая промежуточная часть (156) второго канала (153) имеет замкнутую форму и окружает рабочую ось (102).
19. Устройство (100) для кручения под высоким давлением по п. 18, в котором второй теплопроводящий элемент (158) второго проводящего охладителя (150) является достаточно гибким в любом направлении, перпендикулярном рабочей оси (102), для обеспечения непосредственного контакта с заготовкой (190), когда во второй промежуточной части (156) второго канала (153) создано повышенное давление посредством второй охлаждающей текучей среды (199).
20. Устройство (100) для кручения под высоким давлением по п. 19, в котором вторая охлаждающая текучая среда (199) представляет собой жидкость.
21. Устройство (100) для кручения под высоким давлением по п. 1 или 2, также содержащее линейный исполнительный механизм (170), соединенный с кольцевым корпусом (130) и выполненный с возможностью перемещения нагревателя (160), первого проводящего охладителя (140) и второго проводящего охладителя (150) между первой наковальней (110) и второй наковальней (120) вдоль рабочей оси (102).
22. Устройство (100) для кручения под высоким давлением по п. 21, также содержащее контроллер (180), соединенный с возможностью передачи данных с линейным исполнительным механизмом (170) и выполненный с возможностью управления по меньшей мере одним из положения или скорости перемещения кольцевого корпуса (130) вдоль рабочей оси (102).
23. Устройство (100) для кручения под высоким давлением по п. 22, также содержащее по меньшей мере одно из следующего: датчик (169) температуры нагревателя, датчик (149) температуры первого охладителя или датчик (159) температуры второго охладителя, соединенные с возможностью передачи данных с контроллером (180), причем
датчик (169) температуры нагревателя выполнен с возможностью измерения температуры части поверхности (194) заготовки (190), имеющей тепловую связь с нагревателем (160),
датчик (149) температуры первого охладителя) выполнен с возможностью измерения температуры части поверхности (194) заготовки (190), имеющей тепловую связь с первым проводящим охладителем (140); а
датчик (159) температуры второго охладителя выполнен с возможностью измерения температуры части поверхности (194) заготовки (190), имеющей тепловую связь со вторым проводящим охладителем (150).
24. Устройство (100) для кручения под высоким давлением по п. 23, в котором контроллер (180) соединен с возможностью передачи данных по меньшей мере с одним из следующего: нагревателем (160), первым проводящим охладителем (140) или вторым проводящим охладителем (150), а также выполнен с возможностью управления работой указанного по меньшей мере одного из следующего: нагревателя (160), первого проводящего охладителя (140) или второго проводящего охладителя (150) на основании входных сигналов, принимаемых от указанного по меньшей мере одного из следующего: датчика (169) температуры нагревателя, датчика (149) температуры первого охладителя или датчика (159) температуры второго охладителя.
25. Устройство (100) для кручения под высоким давлением по п. 24, в котором контроллер (180) также выполнен с возможностью управления по меньшей мере одним из положения или скорости перемещения кольцевого корпуса (130) вдоль рабочей оси (102).
26. Устройство (100) для кручения под высоким давлением по п. 1 или 2, в котором:
первая наковальня (110) содержит отверстие (119) для приема первого конца (191) заготовки (190); причем
отверстие (119) имеет некруглое поперечное сечение в плоскости, перпендикулярной рабочей оси (102).
27. Устройство (100) для кручения под высоким давлением по п. 1 или 2, в котором нагреватель (160) представляет собой одно из резистивного нагревателя или индукционного нагревателя.
28. Способ (800) изменения свойств материала заготовки (190) с использованием устройства (100) для кручения под высоким давлением, содержащего рабочую ось (102), первую наковальню (110), вторую наковальню (120) и кольцевой корпус (130), причем кольцевой корпус (130) содержит первый проводящий охладитель (140), второй проводящий охладитель (150) и нагреватель (160), размещенный между первым проводящим охладителем (140) и вторым проводящим охладителем (150) вдоль рабочей оси (102), а способ (800) включает этапы, согласно которым
сжимают заготовку (190) вдоль центральной оси (195) заготовки (190);
одновременно с выполнением сжатия заготовки (190) вдоль центральной оси (195) крутят заготовку (190) вокруг центральной оси (195);
при выполнении сжатия заготовки (190) вдоль центральной оси (195) и кручения заготовки (190) вокруг центральной оси (195) перемещают кольцевой корпус (130) вдоль рабочей оси (102) устройства (100) для кручения под высоким давлением, коллинеарной с центральной осью (195) заготовки (190), и нагревают заготовку (190) нагревателем (160); и
охлаждают заготовку (190) по меньшей мере одним из первого проводящего охладителя (140) или второго проводящего охладителя (150) одновременно с этапом нагрева заготовки (190) нагревателем (160).
29. Способ (800) по п. 28, согласно которому
этап охлаждения заготовки (190) первым проводящим охладителем (140) включает этапы направления первой охлаждающей текучей среды (198) через первый проводящий охладитель (140) и переноса тепла от заготовки (190) в первую охлаждающую текучую среду (198) через теплопроводящий элемент (148) первого проводящего охладителя (140); а
этап охлаждения заготовки (190) вторым проводящим охладителем (150) включает этапы направления второй охлаждающей текучей среды (199) через второй проводящий охладитель (150) и переноса тепла от заготовки (190) во вторую охлаждающую текучую среду (199) через второй теплопроводящий элемент (158) второго проводящего охладителя (150).
30. Способ (800) по п. 29, согласно которому этап направления первой охлаждающей текучей среды (198) через первый проводящий охладитель (140) и этап направления второй охлаждающей текучей среды (199) через второй проводящий охладитель (150) выполняют с независимым управлением.
31. Способ (800) по п. 29 или 30, согласно которому каждая из первой охлаждающей текучей среды (198) и второй охлаждающей текучей среды (199) представляет собой жидкость.
32. Способ (800) по п. 31, согласно которому
кольцевой корпус (130) содержит центральное отверстие (147), по меньшей мере частично образованное теплопроводящий элементом (148) первого проводящего охладителя (140) и вторым теплопроводящим элементом (158) второго проводящего охладителя (150);
этап переноса тепла от заготовки (190) в первую охлаждающую текучую среду (198) через теплопроводящий элемент (148) первого проводящего охладителя (140) включает ввод заготовки (190), проходящей через центральное отверстие (147), в контакт с теплопроводящим элементом (148) первого проводящего охладителя (140); а
этап переноса тепла от заготовки (190) во вторую охлаждающую текучую среду (199) через второй теплопроводящий элемент (158) второго проводящего охладителя (150) включает ввод заготовки (190), проходящей через центральное отверстие (147), в контакт со вторым теплопроводящим элементом (158) второго проводящего охладителя (150).
33. Способ (800) по п. 32, согласно которому
первый проводящий охладитель (140) содержит канал (143), содержащий впускное отверстие (144), выпускное отверстие (145) и промежуточную часть (146), которая сообщается по текучей среде с впускным отверстием (144) и выпускным отверстием (145);
этап переноса тепла от заготовки (190) в первую охлаждающую текучую среду (198) через теплопроводящий элемент (148) первого проводящего охладителя (140) включает прохождение первой охлаждающей текучей среды (198) из впускного отверстия (144) канала (143), через промежуточную часть (146) канала (143) и в выпускное отверстие (145) канала (143); и
теплопроводящий элемент (148) изолирует в отношении текучей среды промежуточную часть (146) канала (143) от центрального отверстия (147) кольцевого корпуса (130).
34. Способ (800) по п. 32, согласно которому
второй проводящий охладитель (150) содержит второй канал (153), содержащий второе впускное отверстие (154), второе выпускное отверстие (155) и вторую промежуточную часть (156), которая сообщается по текучей среде со вторым впускным отверстием (154) и вторым выпускным отверстием (155);
этап переноса тепла от заготовки (190) во вторую охлаждающую текучую среду (199) через второй теплопроводящий элемент (158) второго проводящего охладителя (150) включает прохождение второй охлаждающей текучей среды (199) из второго впускного отверстия (154) второго канала (153), через вторую промежуточную часть (156) второго канала (153) и во второе выпускное отверстие (155) второго канала (153); а
второй теплопроводящий элемент (158) второго проводящего охладителя (150) изолирует в отношении текучей среды вторую промежуточную часть (156) второго канала (153) от центрального отверстия (147) кольцевого корпуса (130).
35. Способ (800) по п. 34, согласно которому вторая промежуточная часть (156) второго канала (153) имеет замкнутую форму и окружает рабочую ось (102).
36. Способ (800) по п. 29 или 30, согласно которому
этап переноса тепла от заготовки (190) в первую охлаждающую текучую среду (198) через теплопроводящий элемент (148) первого проводящего охладителя (140) включает этап изгибания теплопроводящего элемента (148) в направлении рабочей оси (102) и ввод заготовки (190) в непосредственный контакт с теплопроводящим элементом (148); а
этап переноса тепла от заготовки (190) во вторую охлаждающую текучую среду (199) через второй теплопроводящий элемент (158) второго проводящего охладителя (150) включает этап изгибания второго теплопроводящего элемента (158) в направлении рабочей оси (102) и ввод заготовки (190) в непосредственный контакт со вторым теплопроводящим элементом (158).
37. Способ (800) по п. 36, согласно которому
этап изгибания теплопроводящего элемента (148) в направлении рабочей оси (102) включает направление первой охлаждающей текучей среды (198) через первый проводящий охладитель (140); а
этап изгибания второго теплопроводящего элемента (158) в направлении рабочей оси (102) включает направление второй охлаждающей текучей среды (199) через второй проводящий охладитель (150).
38. Способ (800) по любому из пп. 28-30, согласно которому этап нагрева заготовки (190) нагревателем (160) независим от этапа охлаждения заготовки (190) по меньшей мере одним из первого проводящего охладителя (140) или второго проводящего охладителя (150).
39. Способ (800) по п. 38, согласно которому этап нагрева заготовки (190) нагревателем (160) осуществляют без охлаждения заготовки (190) по меньшей мере одним из первого проводящего охладителя (140) или второго проводящего охладителя (150).
40. Способ (800) по любому из пп. 28-30, также включающий изоляцию нагревателя (160) от первого проводящего охладителя (140) в отношении теплопроводности друг от друга с использованием первого термоизолирующего барьера (137), и при этом этап нагрева заготовки (190) нагревателем (160) осуществляют одновременно с этапом охлаждения заготовки (190) первым проводящим охладителем (140).
41. Способ (800) по п. 40, согласно которому первый термоизолирующий барьер (137) контактирует с заготовкой (190).
42. Способ (800) по любому из пп. 28-30, также включающий изоляцию нагревателя (160) от второго проводящего охладителя (150) в отношении теплопроводности друг от друга с использованием второго термоизолирующего барьера (138), и при этом этап нагрева заготовки (190) нагревателем (160) осуществляют одновременно с этапом охлаждения заготовки (190) вторым проводящим охладителем (150).
43. Способ (800) по п. 42, согласно которому второй термоизолирующий барьер (138) контактирует с заготовкой (190).
44. Способ (800) по любому из пп. 28-30, также включающий
прием в контроллере (180) устройства (100) для кручения под высоким давлением входных сигналов от датчика (169) температуры нагревателя, датчика (149) температуры первого охладителя и датчика (159) температуры второго охладителя, причем: каждый из датчика (169) температуры нагревателя, датчика (149) температуры первого охладителя и датчика (159) температуры второго охладителя соединен с возможностью передачи данных с контроллером (180); и
управление с использованием контроллера (180) рабочими операциями по меньшей мере одного из следующего: нагревателя (160), первого проводящего охладителя (140) или второго проводящего охладителя (150) на основании указанных входных сигналов от датчика (169) температуры нагревателя, датчика (149) температуры первого охладителя и датчика (159) температуры второго охладителя, причем: каждый из нагревателя (160), первого проводящего охладителя (140) и второго проводящего охладителя (150) соединен с возможностью передачи данных с контроллером (180) и управляется им.
45. Способ (800) по п. 44, согласно которому этап перемещения кольцевого корпуса (130) вдоль рабочей оси (102) устройства (100) для кручения под высоким давлением осуществляют с использованием линейного исполнительного механизма (170), соединенного с возможностью передачи данных с контроллером (180) и управляемого им.
46. Способ (800) по любому из пп. 28-30, также включающий
ввод первого конца (191) заготовки (190) во взаимодействие с первой наковальней (110) устройства (100) для кручения под высоким давлением; и
ввод второго конца (192) заготовки (190) во взаимодействие со второй наковальней (120) устройства (100) для кручения под высоким давлением;
причем этапы сжатия заготовки (190) вдоль центральной оси (195) заготовки (190) и кручения заготовки (190) вокруг центральной оси (195) осуществляют с использованием первой наковальни (110) и второй наковальни (120).
47. Способ (800) по п. 46, согласно которому
первая наковальня (110) содержит основание (117) и выступ (115), проходящий от основания (117) в направлении второй наковальни (120) вдоль рабочей оси (102);
кольцевой корпус (130) содержит центральное отверстие (147); и
этап перемещения кольцевого корпуса (130) вдоль рабочей оси (102) устройства (100) для кручения под высоким давлением включает продвижение выступа (115) первой наковальни (110) в центральное отверстие (147) кольцевого корпуса (130).
48. Способ (800) по п. 47, согласно которому этап охлаждения заготовки (190) первым проводящим охладителем (140) прерывают при продвижении выступа (115) первой наковальни (110) в центральное отверстие (147) первого проводящего охладителя (140).
49. Способ (800) по п. 46, согласно которому
вторая наковальня (120) содержит второе основание (127) и второй выступ (125), проходящий от второго основания (127) в направлении первой наковальни (110) вдоль рабочей оси (102);
кольцевой корпус (130) содержит центральное отверстие (147); и
этап перемещения кольцевого корпуса (130) вдоль рабочей оси (102) устройства (100) для кручения под высоким давлением включает продвижение второго выступа (125) второй наковальни (120) в центральное отверстие (147) кольцевого корпуса (130).
50. Способ (800) по п. 49, согласно которому этап охлаждения заготовки (190) вторым проводящим охладителем (150) прерывают при продвижении второго выступа (125) второй наковальни (120) в центральное отверстие (147) второго проводящего охладителя (150).
51. Способ (800) по п. 46, согласно которому
первая наковальня (110) содержит отверстие (119), вводимое во взаимодействие с первым концом (191) заготовки (190); причем
отверстие (119) имеет некруглое поперечное сечение в плоскости, перпендикулярной рабочей оси (102).
52. Способ (800) по п. 46, согласно которому
вторая наковальня (120) содержит второе отверстие (129), вводимое во взаимодействие со вторым концом (192) заготовки (190); причем
второе отверстие (129) имеет некруглое поперечное сечение в плоскости, перпендикулярной рабочей оси (102).