УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАВНОКАНАЛЬНОГО УГЛОВОГО ПРЕССОВАНИЯ МАТЕРИАЛОВ

Предлагаемая полезная модель относится к обработке материалов давлением, в частности, интенсивным пластическим деформированием для упрочнения материалов в процессе обработки.
Известно устройство [А.С. №550194, В21С 25/02] для поперечно-углового прессования изделий, содержащее контейнер для заготовки, соосно заходящий в него пресс-штемпель, выполненное в стенке контейнера со стороны выходного торца профильное очко для выхода изделия, плиту, установленную с возможностью перемещения в направлении выхода изделия со скоростью, превышающей скорость истечения материала заготовки, и образующую совместно со стенками контейнера профильное очко.
Недостатки известного устройства заключаются в следующем.
Длина подвижной плиты и ее направляющих должны быть не менее длины получаемого изделия, что значительно увеличивает габариты устройства.
Изделие по сечению получает неравномерную деформацию, что приводит к неоднородности механических свойств и затрудняет последующую его обработку.
Скорость истечения материала изделия значительно превышает скорость деформирования заготовки и для перемещения плиты со скоростью, большей скорости истечения материала необходимо задействовать мощный механизм.
Происходит износ плиты и стенок контейнера, так как они образуют профильное очко для формирования изделия.
Наиболее близким и выбранным в качестве прототипа решением, является пресс-форма для равноканального углового прессования материалов [патент РФ №2221697, В30В 15/02]. Пресс-форма содержит разборный корпус, дополнительно содержит подложку и дно выходного канала, выполненное подвижным,, с регулируемым коэффициентом трения о подложку. Общими признаками с предлагаемым устройством являются разборный корпус с входным вертикальным каналом, пресс-штемпель, дно, выполненное подвижным и формирующее вместе с корпусом сквозной горизонтальный канал.
Однако у этой пресс-формы нет жесткого крепления стенок, образующих входной вертикальный канал, а так как между заготовкой и стенками корпуса пресс-формы возникнут значительные силы трения, направленные в противоположную сторону от прессующего усилия, стенки корпуса будут приподниматься, и материал потечет не только в горизонтальный канал, но и в зазоры между стенками и подвижным дном.
К недостатку прототипа так же можно отнести и то, что в схеме пресс-формы, представленной в описании изобретения, не показан механизм подвижности боковых стенок, а в тексте отсутствует пояснение за счет чего они будут перемещаться в направлении течения материала в горизонтальном канале.
Задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является создание устройства для интенсивной пластической деформации материала методом равноканального углового прессования (РКУП) без образования застойной зоны и предотвращения растрескивания у получаемых заготовок.
Для решения поставленной задачи устройство для равноканального углового прессования материалов содержит
разборный корпус, пресс-штемпель, входной вертикальный канал и сквозной горизонтальный канал, дно которого выполнено подвижным, причем разборный корпус установлен в бандаж и состоит из двух частей, сопряженных между собой по вертикальной диаметральной плоскости разреза корпуса, сквозной горизонтальный канал образован втулкой, состоящей из двух деталей, сопряженных между собой по горизонтальной диаметральной плоскости разреза втулки, вставленной по скользящей посадке в сквозной горизонтальный канал, диаметр которого равен двум диаметрам входного вертикального канала, в верхней детали втулки выполнено отверстие с осью симметрии, совпадающей с осью симметрии входного вертикального канала, диаметр отверстия равен диаметру входного вертикального канала, длина нижней детали втулки меньше длины верхней детали втулки на длину деформируемой заготовки, на наружной образующей поверхности нижней детали втулки по всей длине выполнены пазы, заполненные смазкой, в сквозной горизонтальный канал втулки с возможностью скользящей посадки вставлена заглушка, у которой профиль одного торца совпадает с Профилем входного вертикального канала корпуса, а профиль другого торца совпадает с профилем поверхности сопряжения бандажа и корпуса в месте соприкосновения с заглушкой.
В частном варианте площадь сечения сквозного горизонтального канала на 4-6% меньше площади сечения входного вертикального канала.
В другом частном варианте высота пазов, выполненных на наружной образующей поверхности нижней детали втулки, составляет 0,01-0,05 от диаметра входного вертикального канала, а общая ширина пазов составляет 40-50% от длины наружной образующей поверхности нижней детали втулки.
В другом частном варианте угол пересечения входного вертикального канала и сквозного горизонтального канала 2φ составляет 90°-130°.
Схема предлагаемого устройства для РКУП материалов представлена на фигуре.
Устройство содержит разборный корпус 1, состоящий из двух деталей, сопряженных между собой по вертикальной диаметральной плоскости разреза корпуса, образующих входной вертикальный канал 2, диаметр которого равен диаметру стержневой заготовки и сквозной горизонтальный канал 3, диаметр которого равен двум диаметрам входного вертикального канала. Корпус 1 установлен в бандаж 4. В сквозном горизонтальном канале 3 с возможностью скользящей посадки размещена втулка, состоящая из двух деталей: верхней детали втулки 5 и нижней детали втулки 6, сопряженных между собой по горизонтальной диаметральной плоскости разреза втулки. В верхней детали втулки 5 выполнено отверстие с осью симметрии, совпадающей с осью симметрии входного вертикального канала 2. Диаметр отверстия равен диаметру входного вертикального канала 2. Длина нижней детали втулки 6 меньше длины верхней детали втулки 5 на длину деформируемой заготовки 7. На наружной образующей поверхности нижней детали втулки 6 по всей длине выполнены пазы (на фигуре не показаны), заполненные смазкой. Площадь сечения сквозного горизонтального канала 8 на 4-6% меньше площади сечения входного вертикального канала 2. В канал втулки с возможностью скользящей посадки вставлена заглушка 9, у которой профиль одного торца повторяет профиль поверхности сопряжения бандажа 4 и корпуса 1 в месте соприкосновения с заглушкой 9, а профиль другого торца совпадает с профилем входного вертикального канала корпуса. Во входной вертикальный канал 2 с возможностью скользящей
посадки в следующей последовательности вставлены: деформируемая заготовка 7 до упора в нижнюю деталь втулки 6 (подвижное дно), на ней размещена по ходовой посадке пресс-шайба 10. На пресс-шайбе размещен с возможностью скользящей посадки давильник 11, и на нем расположен по ходовой посадке пресс-штемпель 12.
Предложенное устройство работает следующим образом.
Образцы размерами ⌀10×30 мм из Стали 45 были подвержены РКУП при комнатной температуре.
Было использовано устройство с подвижным дном (нижней деталью втулки).
В другом случае было использовано устройство с неподвижным дном (нижней деталью втулки), то есть длина нижней детали втулки выполнена равной длине верхней детали втулки, а сама нижняя деталь втулки выполнена без пазов.
Перед прессованием поверхность деформируемой заготовки и каналов смазывали суспензией, состоящей из дисперсного порошка дисульфида молибдена и полиорганической жидкости марки ПЭФ-130, пазы нижней детали втулки 6 и сопрягаемые между собой все детали предлагаемого устройства также смазывались этой же суспензией.
Сложенные верхняя деталь втулки 5 и нижняя деталь втулки 6 со вставленной заглушкой 9 размещали в сквозном горизонтальном канале 3 одной из двух деталей корпуса 1. Деформируемую заготовку 7 укладывали во входной вертикальный канал 2 этой же детали корпуса 1 и по входному вертикальному каналу продвигали в отверстие верхней детали втулки 5 до упора о подвижное дно, то есть о нижнюю деталь втулки 6. На заготовку 7 укладывали пресс-шайбу 10, а на нее давильник 11. На собранные части накладывали вторую деталь корпуса 1 до их совмещения. Собранный корпус 1
устанавливали в бандаж 4. Далее во входной вертикальный канал 2 вставляли пресс-штемпель 12 до упора о давильник 11.
Под действием усилия прессования пресс-шайбу 10 и деформируемую заготовку 7 распрессовывали по входному вертикальному каналу 2. При достижении максимального усилия прессования нижняя часть заготовки начинала заполнять сквозной горизонтальный канал 8, и далее заготовка 7 без проскальзывания по дну нижней детали втулки 6 текла по сквозному горизонтальному каналу вместе с нижней деталью втулки со снижением усилия прессования.
При прессовании в предлагаемом устройстве фиксировали максимальное усилие прессования на ранних стадиях РКУП и усилие, развиваемое прессом на стадии стабильного течения деформируемой заготовки.
Результаты испытаний - величина усилия РКУП (тонн) в предлагаемом устройстве для заготовок из Стали 45 в начальной стадии (числитель) и стадии стабильного течения (знаменатель) представлены в таблице.
Таблица
Тип устройства
Порядковый номер прессования
1
2
3
С подвижным дном
3,0/2,8
4,0/3,7
3,5/3,2
С неподвижным дном
3,5/3,3
4,3/4,1
4,8/4,3
После окончания прессования пресс-штемпель 12 извлекали из входного вертикального канала 2. Из бандажа 4 выпрессовывали корпус 1 и после его раскрытия извлекали из сквозного горизонтального канала 8 заготовку 7.
Экспериментально подтверждено, что при прессовании в устройстве с подвижным дном заготовка каждый раз оставалась целой и сохраняла свою форму.
После первого и второго проходов в устройстве с неподвижным дном каждый раз образовывалась застойная зона, вблизи которой на поверхности появлялись трещины, а в процессе третьего прохода происходило разрушение заготовки.
Таким образом экспериментально показано:
в предложенном устройстве во время РКУП устраняется образование застойной зоны во внешнем углу области сопряжения каналов, и, как следствие, устраняется причина появления растягивающих напряжений, приводящих к трещинообразованию и разрушению заготовок;
уменьшение сечения выходного горизонтального канала на 5% по сравнению с сечением входного вертикального канала позволяет без дополнительной механической обработки деформированной заготовки совершать интенсивную пластическую деформацию в преложенном устройстве на следующих проходах прессования и создает подпор, что положительно сказывается на качестве и форме получаемых заготовок;
усилие прессования при РКУП в предложенном устройстве меньше на 10-25% по сравнению с устройствами без подвижного дна:
0,2
предел текучести σ Стали 45 после РКУП в предложенном устройстве повышается на 30-40% по сравнению с обычным выдавливанием за счет получения мелкозернистой структуры после интенсивных сдвиговых деформаций;
регулированием величины угла пересечения каналов и габаритов пазов на нижней детали втулки в предложенном устройстве можно добиться подвижности дна при РКУП других конструкционных материалов.