УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУНЕПРЕРЫВНОГО ГИДРОМЕХАНИЧЕСКОГО ПРЕССОВАНИЯ

Полезная модель относится к обработке металлов давлением, в частности к устройствам для полунепрерывного гидромеханического прессования, и может быть использовано в процессах прессования прутков трудно-деформируемых металлических материалов: малопластичных, налипающих на инструмент, структурно-неоднородных, в том числе композитов волокнистого строения.
Известно устройство для гидростатического прессования, содержащее матричный узел, установленный в держатель матрицы, контейнер, насаженный на матрицу, уплотнения и пресс-штемпель (пуансон), несущий пресс-шайбу. (Колпашников А.И., Вялов В.А. Гидропрессование металлов. М.: Металлургия, 1973. с.58-59, 62).
Общим для известного и заявленного устройств является наличие в них матрицы, контейнера, уплотнения и пресс-штемпеля, несущего пресс-шайбу.
Недостатком известного устройства является сложность и недостаточная надежность оборудования для реализации процесса прессования, обусловленная необходимостью наличия в нем системы создания и поддержания в контейнере высокого (выше 300 МПа) давления жидкости. При гидропрессовании возникают существенные трудности, связанные с подачей и удержанием жидкости в контейнере, а также фиксацией заготовки в начальный момент прессования. Процесс может заканчиваться "выстрелом" из-за упругой объемной сжимаемости жидкости, при этом изделие разгоняется до скорости 500 м/с.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является устройство для гидромеханического прессования, реализующее способ полунепрерывного гидромеханического прессования заготовок (Патент РФ №2440864 МПК B21J 5/04, В21С 23/32. Опубликован 27.01.2012 г.). Известное устройство содержит корпус, контейнер, деформирующую и калибрующую матрицы, кольцевую шайбу с полостью, пуансон, опорную плиту и нагреватель. В корпусе выполнены канал и отверстие для удаления избытка рабочего агента. Пуансон соединен с ползуном вертикального гидравлического пресса. Контейнер, деформирующая и калибрующая матрицы с натягом запрессованы в корпус. В кольцевой шайбе предусмотрены проточки, соединенные с каналом. В отверстии установлен клапан сброса давления рабочего агента. Вблизи деформирующей матрицы - в очаге деформации заготовки размещен нагреватель.
Общим для известного и заявляемого устройств является наличие в них корпуса, контейнера, матрицы и пуансона. Контейнер и деформирующая матрица с натягом запрессованы в корпус.
Известное устройство не обладает достаточной надежностью вследствие возможной утечки рабочего агента в зазоры между контейнером и пуансоном, а также между контейнером и матрицей. Утечка рабочего агента не позволила бы поддерживать устойчивый режим гидромеханического прессования.
Заявленное техническое решение направлено на повышение надежности работы устройства и обеспечение устойчивого режима гидродинамического трения при прессовании.
Технический результат, достигаемый изобретением, состоит в исключении утечки рабочего агента в направлении пуансона, а также между втулкой и матрицей, при этом обеспечивается устойчивый режим гидромеханического прессования и надежность технологического процесса. Режим полунепрерывного гидромеханического прессования позволяет значительно сократить трудовые и материальные потери, в том числе потери, связанные с необходимостью отделения пресс-остатка, потери рабочего агента.
Это достигается тем, что устройство для полунепрерывного гидромеханического прессования, включающее корпус, контейнер, матрицу и пуансон, дополнительно содержит размещенные внутри контейнера втулку со сквозным каналом ступенчатого профиля и уплотнительную прокладку, размещенную между втулкой и матрицей, причем перед конической заходной частью последней расположена заходная цилиндрическая часть, а рабочая поверхность пресс-шайбы выполнена в виде усеченного конуса. Диаметр узкой части сквозного канала втулки, расположенной со стороны матрицы, равен диаметру заходной цилиндрической части матрицы, а ее длина составляет 0,6-1,0 диаметра последней. Диаметр широкой части сквозного канала втулки составляет 1,05-1,1 диаметра его узкой части.. Уплотнительная прокладка выполнена из материала, твердость которого в 2-3 раза ниже твердости втулки.
Ограничения на диаметр широкой части сквозного канала втулки продиктованы оптимальной толщиной слоя рабочего агента при прессовании, поскольку при меньших значениях диаметра не может быть реализован гидродинамический режим прессования, а при больших значениях снижается качество поверхности прессованных прутков. Минимальная длина заходной цилиндрической части деформирующей матрицы определяется условием, при котором деформируемый металл не затекает в стык рабочей втулки и матрицы. Если длина заходной цилиндрической части больше диаметра узкой части сквозного канала втулки и диаметра заходной цилиндрической части матрицы, то увеличивается объем прессостатка, что уменьшает производительность процесса. Узкая часть сквозного отверстия рабочей втулки, расположенная со стороны матрицы с заявленным диаметром, обеспечивает ламинарное течение рабочего агента при прессовании. Исполнение уплотнительной прокладки из материала, твердость которого в 2-3 раза ниже твердости втулки, позволяет заполнить впадины шероховатости стыкуемых поверхностей материалом уплотнения.
На Фиг.1 представлено заявленное устройство для полунепрерывного гидромеханического прессования, его общий вид; Фиг.2, иллюстрирующей заявленное устройство в работе.
Устройство содержит корпус 1 (фиг.1), в который с натягом запрессованы контейнер 2 и матрица 3, с цилиндрической заходной частью 4, переходящей в заходную коническую часть 5, и пуансон 6, несущий пресс-шайбу 7. Внутри контейнера 2, перед матрицей 3, установлена рабочая втулка 8 со сквозным каналом 9, имеющим ступенчатый профиль. Между втулкой 8 и матрицей 3 расположена уплотнительная прокладка 10. Рабочая поверхность пресс-шайбы 7 выполнена в форме усеченного конуса. Диаметр узкой части сквозного канала втулки, расположенной со стороны матрицы, равен диаметру заходной цилиндрической части матрицы, имеющей длину, равную 0,6-1,0 заходной цилиндрической части матрицы, а диаметр широкой части сквозного отверстия втулки равен 1.05-1.1 диаметра его узкой части. Уплотнительная прокладка 10 выполнена из материала, твердость которого в 2-3 раза ниже твердости втулки. Для пояснения работы устройства на Фиг.2 дополнительно приведены следующие позиции: заготовка 11, рабочий агент 12, задний конец 13 заготовки 11, выдавленная заготовка 14 и пресс-остаток 15.
Устройство для полунепрерывного гидромеханического прессования работает следующим образом. От корпуса 1 (фиг.1) с запрессованным в нем контейнером 2 отводят пуансон 6. В узкую часть сквозного канала 9 втулки 8 и в матрицу 3 помещают пресс-остаток 15 (фиг.2) с выдавленной частью заготовки 14. В канал 9 между внутренней стенкой втулки 8 и заготовкой 11 вдавливают рабочий агент 12 в качестве которого берут, например, пластопарафин или другой материал, обладающий свойствами бингамовского пластика. Ходом пуансона 6 перемещают пресс-шайбу 7. Конической поверхностью пресс-шайбы 7 распрессовывают задний конец 13 очередной заготовки (на чертеже не показана). После этого утечка рабочего агента 12 в направлении пуансона 6 становится невозможной. Рабочим ходом пуансона 6 сначала осаживают заготовку 11, за счет чего гидростатическое давление рабочего агента 12 повышается до величины, необходимой для обеспечения режима гидродинамического трения при прессовании. Из расширенной части полости рабочей втулки 8 выдавливают очередную заготовку. При этом обеспечивается опережающее течение слоя рабочего агента 12 в тонкой части канала втулки 8. Уплотнительная прокладка 10, сжатая силой прессования между рабочей втулкой 8 и матрицей 3 с цилиндрической заходной частью 4, переходящей в коническую рабочую часть 5, исключает утечку рабочего агента 12 между втулкой и матрицей. Узкая часть сквозного ступенчатого канала 9 рабочей втулки 8, расположенная со стороны матрицы, имеет диаметр, равный диаметру цилиндрической заходной части 4 матрицы 3, что обеспечивает ламинарное течение рабочего агента при прессовании. Движение пуансона 6 прекращается, когда очередная заготовка займет положение выдавленной заготовки 14. После этого устанавливается очередная заготовка и цикл прессования повторяется. Совокупность заявленных признаков предложенного устройства обеспечивает устойчивый режим полунепрерывного гидромеханического прессования.
Применение заявленного устройства обеспечивает исключение утечки рабочего агента в направлении пуансона, а также между втулкой и матрицей, при этом обеспечивается устойчивый режим гидромеханического прессования и надежность технологического процесса. Режим полунепрерывного гидромеханического прессования позволяет существенно сократить трудовые и материальные потери, в том числе потери, связанные с необходимостью отделения пресс-остатка, и потери рабочего агента.