УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ДЛИННОМЕРНЫХ ЗАГОТОВОК С УЛЬТРАМЕЛКОЗЕРНИСТОЙ СТРУКТУРОЙ

Полезная модель относится к обработке металлов давлением и может быть использована для изготовления длинномерных заготовок круглого поперечного сечения с ультрамелкозернистой структурой и комплексом высоких механических свойств.
Известен способ получения длинномерных заготовок поперечного сечения с ультрамелкозернистой структурой, в котором описано устройство, выполненное в виде последовательно установленных равноканальных угловых матриц (см. пат. РФ №2446027, B21C 1/00, B21J 5/06, C21D 7/00).
Недостатком известного устройства является низкое качество получаемой заготовки, обусловленное образованием задиров, рисок, трещин и других поверхностных дефектов, а также обрывностью заготовки. Это объясняется повреждением и скальпированием поверхности заготовки острой кромкой при выходе ее из горизонтального канала инструмента в очаге деформации.
Наиболее близким аналогом к заявляемому объекту является устройство для пластического структурообразования длинномерных заготовок, содержащее корпус с набором матриц в виде дисков одинакового диаметра с эксцентрично расположенными в них горизонтальными цилиндрическими каналами. Причем диски установлены в корпусе с возможностью вращения, а между ними размещены кольцевые проставки (см. пат. РФ №2440865, B21J 5/06, B21J 13/02).
Недостатком данного устройства является низкое качество поверхности получаемых заготовок из-за наличия на ней поверхностных дефектов в виде задиров, рисок, трещин. Это происходит в результате того, что очаги деформации расположены в зонах сопряжения концевых участков горизонтальных каналов дисков с кольцеобразными проставками, поэтому при деформировании заготовки на указанных участках происходит повреждение ее поверхности из-за возникновения высоких контактных напряжений, обусловленных малой площадью контакта матрицы с заготовкой.
Задача, решаемая полезной моделью, заключается в повышении качества поверхности изготавливаемой заготовки с ультрамелкозернистой структурой.
Технический результат, обеспечивающий решение задачи, заключается в предотвращении образования концентраторов контактных напряжений в зоне взаимодействия изгибаемой заготовки с концевыми участками каналов дисков.
Поставленная задача решается тем, что в известном устройстве для получения длинномерных заготовок с ультрамелкозернистой структурой, содержащем корпус с набором матриц в виде дисков одинакового диаметра с эксцентрично расположенными в них горизонтальными цилиндрическими каналами, согласно изменению, диски по длине корпуса установлены неподвижно с образованием между ними зазора, а концевые участки каждого горизонтального цилиндрического канала со стороны зазора выполнены с уширением в виде воронки со скругленной кромкой, поверхность которой сопряжена с поверхностью диска заподлицо.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где:
- на фиг. 1 схематично изображено заявляемое устройство для протяжки длинномерной заготовки через два диска;
- на фиг. 2 - тоже с изготавливаемой заготовкой круглого поперечного сечения;
- на фиг. 3 изображен вариант заявляемого устройства для протяжки длинномерной заготовки через несколько дисков.
Устройство для получения длинномерных заготовок с ультрамелкозернистой структурой содержит корпус 1 (фиг. 1-3) с входным 2 и выходным 3 отверстиями. Внутри корпуса 1 установлен набор матриц, выполненных в виде дисков 4 одинакового диаметра с эксцентрично расположенными в них горизонтальными цилиндрическими каналами 5. При этом по длине корпуса 1 диски 4 установлены неподвижно с образованием между ними зазоров 6 (фиг. 1-3). Ширину зазора 6 выбирают в зависимости от диаметра изготавливаемой заготовки 7 (фиг. 2) и угла ее изгиба в процессе протяжки в устройстве. Концевой участок каждого цилиндрического канала 5 со стороны зазора 6 выполнен с уширением в виде воронки 8 (фиг. 1-3) со скругленной кромкой 9, поверхность которой сопряжена заподлицо (вровень) с поверхностью 10 диска 4.
Конструктивные параметры заявляемого устройства: величина зазора 6, эксцентриситета (e) горизонтальных цилиндрических каналов 5 и радиуса (R) скругления поверхности воронки 8 на концевых участках каналов 5 могут в каждом конкретном случае применения заявляемого устройства изменяться в зависимости от исходных и требуемых структуры и свойств металла заготовки при ее изготовлении.
Устройство работает следующим образом.
В заявляемом устройстве протяжку длинномерной заготовки 7 осуществляют с усилием Р.
2
Для этого заявляемое устройство предварительно устанавливают в мыльницу с волокодержателем любой известной волочильной машины барабанного типа, в которой используют любую технологическую смазку, например, смазку, в состав которой входит порошок натриевого мыла с добавлением (1÷3) % MoS.
После прохода заготовки 7 через мыльницу со смазкой (на фиг. не показано) она через входное отверстие 2 (фиг. 2) корпуса 1 заявляемого устройства поступает в горизонтальный цилиндрический канал 5 первого диска 4, неподвижно установленного в корпусе 1. При этом диаметр заготовки 7 соответствует диаметру горизонтальных цилиндрических каналов 5 дисков 4 устройства. Проходя через горизонтальный цилиндрический канал 5 первого диска 4, заготовка 7 (фиг. 2) попадает в очаг деформации, находящийся на концевом участке указанного канала 5 со стороны зазора 6, где она подвергается деформации путем одновременного одноосного растяжения и изгиба. А так как концевой участок горизонтального цилиндрического канала 5 (фиг. 2) выполнен в виде воронки 8 со скругленной кромкой 9, поверхность которой сопряжена заподлицо с поверхностью 10 диска 4, то нижняя поверхность протягиваемой заготовки 7, изгибаясь, повторяет форму поверхности воронки 8 и плавно скользит по ней. При этом верхняя изогнутая поверхность протягиваемой заготовки 7 выходит из указанного канала 5 в зазор 6 свободно, не контактируя при этом своей поверхностью с поверхностью воронки 8 в верхней ее части. Таким образом, заявляемая форма уширения позволяет предотвратить возникновение концентраторов контактных напряжений на концевом участке канала 5 и одновременно обеспечить на указанном участке увеличение площади контакта с ним нижней поверхности заготовки 7, в результате чего, на указанной поверхности заготовки 7 отсутствуют задиры, риски, трещины и иные поверхностные дефекты.
После этого изогнутая заготовка 7, перемещаясь по зазору 6, поступает в очаг деформации, находящийся в воронке 8 концевого участка горизонтального цилиндрического канала 5 второго диска 4. При этом в указанном очаге деформации также, как и в вышеописанном, заготовка 7 подвергается одноосному растяжению и изгибу. Только теперь изогнутая верхняя поверхность заготовки 7, контактирующая с поверхностью воронки 8, повторяет ее форму и плавно скользит по ней. А нижняя изогнутая поверхность заготовки 7 свободно входит в концевой участок горизонтального цилиндрического канала 5 диска 2, не задевая его поверхность.
Благодаря тому, что уширения концевых участков горизонтальных цилиндрических каналов 5 первого и второго дисков 4 (фиг.1-3) выполнены идентично, на верхней поверхности заготовки 7 при протяжке через второй диск 4 также будут отсутствать задиры, риски, трещины и прочие поверхностные дефекты.
Затем заготовка 7 выходит из канала 5 второго диска 4 (фиг. 2) через выходное отверстие 3 корпуса 1 и сматывается снаружи устройства на катушку или в бунт.
Вышеописанное конструктивное выполнение заявляемого устройства позволяет создать сложную схему напряженно-деформированного состояния материала, включающую одновременное одноосное растяжение заготовки 7 и знакопеременный изгиб ее на концевых участках дисков 4. Это обеспечивает в процессе протяжки заготовки 7 через заявляемое устройство существенную немонотонность и высокие значения накопленной степени деформации сдвига металла или сплава, и, следовательно, приводит к фрагментации структурных составляющих и формированию ультрамелкозернистой структуры как по всей поверхности заготовки, так и по ее сечению, что повышает прочностные свойства материала заготовки 7. Одновременно с достижением указанного технического результата протяжка заготовки 7 в заявляемом устройстве позволяет при этом получить высококачественную поверхность заготовки за счет предотвращения образования на ней поверхностных дефектов.
Для получения изделий с требуемой более мелкодисперсной структурой металла или сплава в корпусе 1 устройства может быть установлено более двух дисков 4 (фиг. 3). Это обеспечивает увеличение количества очагов деформации, повышение накопленной степени деформации сдвига в процессе деформирования, в результате чего интенсифицируются процессы фрагментации структурных составляющих материала и повышаются его прочностные свойства.
При этом оптимальное количество дисков 4 выбирают с учетом технических характеристик оборудования, в составе которого используется инструмент, а также технико-экономической эффективности осуществления процесса деформирования заготовки в заявляемом устройстве.
Таким образом, заявляемое устройство позволяет повысить качество поверхности изготавливаемых длинномерных заготовок с ультрамелкозернистой структурой путем предотвращения образования на ней задиров, рисок, трещин и иных дефектов поверхности.
Кроме того, заявляемое устройство позволяет повысить производительность изготовления длинномерных заготовок с ультрамелкозернистой структурой за счет снижения их обрывности в процессе обработки.