МАТРИЦА ДЛЯ ПРЕССОВАНИЯ ИЗДЕЛИЙ

Полезная модель относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано для прессования изделий преимущественно из алюминиевых сплавов.
Известна матрица для прессования изделий, включающая форкамеру и пресс-матрицу (Заявка 61-209718 Японии, В21С 35/02).
Данная матрица обеспечивает перераспределение потоков деформируемого металла в очаге деформации, существенно снижая неравномерность деформации при изготовлении профилей с длинными консольными элементами, при этом значительно повышается точность геометрии пресс-изделий и стойкость прессового инструмента (Довженко, Н.Н. Система автоматизированного проектирования технологии прессования металлов: научно-методическое обеспечение / Н.Н.Довженко, С.Б.Сидельников, Г.И.Васина. - ГАЦМиЗ, Красноярск, 2000. - 196 с.).
Однако при прессовании изделий через данную матрицу не обеспечивается регламентируемый отвод избыточного деформационного тепла, что не позволяет достичь максимальной производительности процесса изготовления профилей, стабилизировать температурные условия во время проведения процесса и повысить качество профилей. Стабилизация температурных условий особенно важна при изготовлении длинномерных пресс-изделий, так как температурный перепад по длине профилей приводит к разбросу механических свойств и искажению геометрии по длине и поперечному сечению пресс-изделий, что снижает качество продукции. При увеличении скорости прессования возрастает интенсивность тепловыделения в очаге деформации, и при достижении «критической» температуры на выходе из рабочего канала матрицы, вполне определенной для каждого сплава, происходит разрушение пресс-изделия.
Одним из эффективных способов решения данной проблемы является принудительное охлаждение матрицы (Довженко, Н.Н. Прессование алюминиевых сплавов: моделирование и управление тепловыми условиями: монография / Н.Н.Довженко, С.В.Беляев, С.Б.Сидельников и др. - Красноярск: ИПК СФУ, 2009. - 256 с.).
Наиболее близким по совокупности существенных признаков, технической сущности и достигаемому результату является матрица для прессования изделий, включающая форкамеру и пресс-матрицу, при этом форкамера выполнена составной, состоящей из внутренней и наружной втулок, между которыми расположены охлаждающие каналы (патент на полезную модель №68936 Российская Федерация, МПК В21С 29/04, В21С 35/02. Матрица для прессования изделий / С.В.Беляев, С.Б.Сидельников, Н.Н.Довженко и др. (РФ) - №2007128440/22; заявл. 23.07.07; опубл. 10.12.2007, Бюл. №34).
Однако во время прессования через данную матрицу не обеспечивается равномерное охлаждение отдельных элементов поперечного сечения профиля, т.к. охлаждающие каналы расположены на цилиндрической поверхности и находятся на различном удалении от отдельных элементов поперечного сечения профиля. Поэтому при изготовлении профиля со сложным поперечным сечением или при многоканальном прессовании возможно искажение продольной и поперечной геометрии пресс-изделий, т.е. брака. Кроме того, во время принудительного охлаждения матрицы размеры втулок уменьшаются, между составными втулками пропадает натяг, появляется зазор (люфт) между ними, что может привести к взаимному угловому смещению рабочей полости форкамеры и выходного отверстия пресс-матрицы и, как следствие, появление дефектов при выдавливании пресс-изделия, которые увеличиваются с повышением скорости прессования.
Основной задачей полезной модели является повышение производительности прессования и качества пресс-изделий за счет принудительного охлаждения форкамеры.
Поставленная задача достигается тем, что в матрице для прессования изделий, включающей пресс-матрицу и форкамеру, с охлаждающими каналами, пресс-матрица выполнена с выступом, внутри которого расположена рабочая полость форкамеры, контур которой эквидистантен наружной поверхности выступа, а снаружи выступ снабжен кольцевой вставкой, с расположенными в ней охлаждающими каналами, сообщающихся с охлаждающими каналами форкамеры при циркуляции хладагента.
Конструктивные особенности заявляемого устройства по сравнению с прототипом, характеризующиеся отличительными признаками, позволяют повысить производительность прессования и качество пресс-изделий.
Выполнение пресс-матрицы с выступом, где расположена рабочая полость форкамеры, исключает взаимное смещение рабочей полости форкамеры и выходного отверстия пресс-матрицы во время сборки и эксплуатации и, как следствие, появление дефектов при выдавливании пресс-изделия, а выполнение наружной поверхности выступа эквидистантой внешнему контуру канала форкамеры с охлаждающими каналами обеспечивает более равномерное охлаждение деформируемого металла в рабочей полости форкамеры и обеспечит достижение максимальной производительности и качества профилей.
Таким образом, между отличительными признаками и решаемой задачей существует причинно-следственная связь. Выполнение матрицы для прессования изделий, включающая форкамеру и пресс-матрицу, имеющей указанную выше совокупность отличительных признаков, позволяет повысить эффективность прессового производства.
Сущность полезной модели поясняется графическими материалами.
На фиг.1 представлен общий вид принудительно охлаждаемой форкамерной матрицы для прессования изделий; на фиг.2 - вид сбоку.
Полезная модель - матрица для прессования изделий, включает пресс-матрицу 1 с выступом 2, на котором расположена кольцевая вставка 3. Внутри выступа 2 расположена рабочая полость 4 форкамеры, при этом наружная поверхность выступа 2 эквидистанта внешнему контуру рабочей полости 4 форкамеры и снабжена охлаждающими каналами 5, сообщающиеся с подводящим 6 и отводящим 7 каналами наружной кольцевой вставки 3 при циркуляции хладагента.
В отверстия для подвода 8 и отвода 9 хладагента установлены штуцеры (на чертеже не показаны), обеспечивающие герметичные соединения с внешними трубопроводами для подвода и отвода хладагента. Для центровки рабочего отверстия 10 пресс-матрицы 1 в матрицедержателе (на чертеже не показано) выполнено отверстия 12, а для крепления пресс-матрицы 1 с кольцевой вставкой 3 в них соосно выполнены отверстия 11, куда вставляются штифты (на чертеже не показаны).
Матрица для прессования изделий работает следующим образом.
Перед началом работы матрицу собирают, устанавливая кольцевую вставку 3 на выступ 4 пресс-матрицы 1, и фиксируют с помощью штифтов (на чертеже не показаны), которые вставляют в отверстия 11. Затем собранный блок помещают в матрицедержатель горизонтального гидравлического пресса, проводят центровку рабочего отверстия 10 пресс-матрицы 1 в матрицедержателе с помощью штифта (на чертеже не показан), который устанавливают в отверстие 12, и подключают к системе охлаждения. Далее в контейнер пресса загружают заготовку, нагретую до требуемой температуры. Ходом пресс-штемпеля передают заготовке необходимое усилие прессования, под действием которого деформируемый металл начинает выдавливаться прямым методом через форкамеру и рабочий канал пресс-матрицы 1, образуя пресс-изделие заданной формы. Одновременно с началом процесса прессования включают подачу хладагента (например, воды) в охлаждающие каналы 5, расположенные на наружной поверхности выступа 2 пресс-матрицы 1, который поступает через отверстие 8 для подвода хладагента и подводящий канал 6 в кольцевой вставке 3. Далее хладагент проходит по охлаждающим каналам 5 и через отводящий канал 7 и отверстие 9 для отвода хладагента идет на сброс. В результате такой циркуляции хладагента обеспечиваются в достаточной мере равномерное охлаждение форкамеры, происходит интенсивный отвод избыточного тепла непосредственно из очага деформации, что позволяет оперативно регулировать выходную температуру пресс-изделия и способствует достижению максимальной производительности и требуемого качества профилей.
Пример. На горизонтальном гидравлическом прессе усилием 25 МН проводили прямое прессование профиля с консольными элементами из контейнера ⌀ 250 мм с использованием известной форкамерной матрицы и предлагаемой матрицы. Заготовка из алюминиевого сплава АД 31 имела размеры ⌀ 240×800 мм и нагревалась до температуры 480°С. Контейнер нагревался до температуры 460°С. При этом фиксировали изменение выходной температуры профиля и максимально-возможную скорость прессования по появлению трещин на поверхности пресс-изделия. Применение предлагаемой матрицы в сравнении с известной матрицей позволило повысить предельную скорость прессования до 20% и увеличить производительность процесса прессования до 10%. Принудительное охлаждение матрицы не только стабилизировало выходную температуру профиля, но и не вызвало появление искажений продольной и поперечной геометрии пресс-изделий, что наблюдалось при использовании известной форкамерной матрицы.
Таким образом, применение заявляемого устройства по сравнению с прототипом позволяет повысить производительность прессования и качество пресс-изделий, т.е. эффективность прессового производства.