УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЗАГОТОВОК ИЗ УПРОЧНЕННОГО МЕТАЛЛА

Полезная модель относится к обработке металлов давлением, а именно к устройствам, позволяющим упрочнять металл в процессе деформации.
Известно устройство для получения структур с субмикрокристаллическим и нанометрическим размером зерен способом равноканального углового прессования (РКУ-прессования), реализующее деформацию массивных образцов простым сдвигом [Сегал В.М. и др. Процессы пластического структурообразования металлов. Минск.: Навука и тэхника, 1994, с.26].
При реализации РКУ-прессования заготовку неоднократно продавливают через матрицу, представляющую собой два пересекающихся канала, обычно под углом 90°, с одинаковыми поперечными сечениями.
В процессе РКУ-прессования для структурообразования весьма важньм является направление и число проходов через каналы, при этом уже после нескольких циклов деформации (обычно 2-4 прохода) пределы текучести и прочности обрабатываемого материала достигают своего насыщения.
Недостатком этого устройства является невозможность получения заготовок с прямоугольными торцами. При деформации характер течения является таким, что верхние слои опережают нижние, и заготовка после деформации имеет заостренные под углом в 30° торцы. Для получения прямоугольных торцов необходимо механической обработкой удалять значительную часть металла, что существенно снижает коэффициент использования металла (КИМ). А при многоцикловой обработке КИМ снижается еще больше, т.к. операция по обработке торцов требуется перед каждым циклом прессования. В противном случае, из-за недостаточной устойчивости заостренной части заготовки, при деформации возникают дефекты типа «зажим». Данные дефекты также необходимо удалять механической обработкой, иначе при последующих циклах деформации возникает большая вероятность увеличения дефектной зоны на участках заготовки, примыкающих к торцам. Так как диаметры входного и выходного каналов устройства одинаковы, диаметр заготовки после деформации равен диаметру входного канала. Это вызывает трудности при повторной задаче заготовки (заготовки перед очередньм циклом деформации необходимо
обтачивать по диаметру на 0,5-1 мм). При деформации малопластичных металлических материалов инструмент и заготовку подогревают до температур (0,3-0,4)Тплавления и ручная ориентация заготовок при последующих задачах во входной канал вызывает определенные трудности (заготовка во время переноса и последующей ориентации остывает, что требует дополнительного нагрева, и как следствие увеличения энергозатрат и времени РКУ-прессования). Ручная ориентация и задача заготовок во входной канал при втором и последующих циклах РКУ-прессования высокоактивных металлических материалов требует дополнительной защиты обслуживающего персонала.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели и выбранным в качестве прототипа, является устройство, содержащее матрицу с вертикальным и горизонтальным пересекающимися каналами с подпором в последнем. Первая и вторая часть горизонтального канала выполнена с различными площадями поперечного сечения. Площадь поперечного сечения первой части ступенчатого горизонтального канала, сопрягаемой с вертикальным каналом, выполнена на 5-15% меньше площади поперечного сечения вертикального канала. Площадь поперечного сечения второй его части выполнена на 0,5% меньше площади поперечного сечения вертикального канала [патент РФ №2139164, МПК B 21 J 5/00, опубл. 10.10.99 г.].
Недостатком данного устройства является невозможность получения заготовок с прямоугольньми торцами, что приводит к уменьшению коэффициента использования металла. При равноканальном угловом прессовании при повышенных температурах заготовка во время переноса и последующей ориентации остывает, что требует дополнительного нагрева, и как следствие увеличения энергозатрат и времени равноканального углового прессования. Равноканальное угловое прессование высокоактивных металлических материалов требует дополнительной защиты обслуживающего персонала.
Задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является повышение производительности устройства и эффективности упрочнения, увеличение коэффициента использования металла и снижение трудоемкости при использовании способа равноканального углового прессования.
Для решения поставленной задачи устройство для получения заготовок из упрочненного металла содержит матрицу с расположенными в ней пересекающимися каналами, причем матрица выполнена с двумя
горизонтальными и двумя вертикальными каналами, пересекающимися под углом 90°, в каждом из которых размещен пуансон, а в одном из вертикальных каналов размещены две лрессшайбы.
В частном варианте пяощадь поперечных сечений горизонтальных каналов составляет от 0,9 до 1 площади поперечных сечений вертикальных каналов.
В другом частном варианте устройство снабжено дополнительным пуансоном меньшего диаметра относительно других пуансонов для извлечения заготовки и очистки каналов матрицы.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется на рисунках.
На фиг.1 представлены различные варианты проведения РКУ-прессования.
На фиг.2 представлена схема устройства, выбранного в качестве прототипа.
На фиг.3 представлен внешний вид устройства для проведения РКУ-прессования.
На фиг.4 представлена схема РКУ-прессования с промежуточными прессшайбами без извлечения и последующего ориентирования заготовок в процессе деформации (первый проход, а - до деформации, б - после деформации).
На фиг.5 представлена схема РКУ-прессования с промежуточными прессшайбами без извлечения и последующего ориентирования заготовок в процессе деформации (второй проход, а - до деформации, б - после деформации).
На фиг.6 представлена схема РКУ-прессования с промежуточными прессшайбами без извлечения и последующего ориентирования заготовок в процессе деформации (третий проход, а - до деформации, б - после деформации).
На фиг.7 представлена схема РКУ-прессоваиия с промежуточными прессшайбами без извлечения и последующего ориентирования заготовок в процессе деформации (четвертый проход, а - до деформации, б - после деформации).
На фиг.8 представлена схема извлечения заготовки с прессшайбами, подвергнутыми РКУ-прессованию, из матрицы.
На фиг.2-8 представлены:
1-4 - пуансоны;
5 - промежуточные прессшайбы;
6 - деформируемая заготовка;
7 - матрица;
8 - внешняя оболочка;
9 - дополнительный пуансон;
10, 12 - вертикальные каналы;
11, 13 - горизонтальные каналы.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
плавления
Предварительно смазав каналы матрицы 7, имеющие равную площадь поперечного сечения, в нее закладывают заготовку 6 и промежуточные прессшайбы 5, устанавливают также, предварительно смазанные, пуансоны 1-4. При необходимости матрицу в сборе нагревают до температур (0,3-0,4)Т. Производят давление на один из пуансонов 1, в результате чего первая прессшайба, заготовка и вторая прессшайба продавливаются в канал 13, осуществлен первый проход. Длина каналов матрицы подобрана таким образом, что из нее не извлекается ни заготовка с прессшайбами, ни пуансоны. После первого прохода прессования матрицу поворачивают на 90° и осуществляют повторную деформацию. В результате заготовка продавливается в канал 12 осуществлен второй проход, при этом заготовка и пуансон также полностью не выходят из каналов. Затем снова поворачивают матрицу на 90°, и процесс деформации повторяется, и так многократно, в зависимости от количества проходов РКУ-прессования (в среднем это 4 прохода). После нечетных проходов (заготовки находятся в каналах 11 и 13) торцы заготовок и прилегающие к ним торцы прессшайб имеют заостренную под углом в 30° форму, как и при известном способе РКУ-прессования, а при переходе заготовки и прессшайб в каналы 10 и 12, т.е. четные проходы, на заготовке формируются торцы прямоугольной формы, как и на исходной заготовке.
Извлечение из матрицы деформируемой заготовки с прессшайбами осуществляют следующим образом.
После окончания процесса прессования, матрицу с заготовкой, прессшайбами и пуансоном поворачивают таким образом, чтобы вышедший пуансон оказался внизу, и перемещают по внешней оболочке 8 до совмещения оси пуансона с осью отверстия в основании оболочки. Подставляют дополнительный пуансон 9 меньшего диаметра и производят выдавливание из
матрицы пуансонов, деформированной заготовки с прессшайбами. Затем, повернув матрицу до совмещения вертикальной оси двух оставшихся пуансонов с осью отверстия, производят окончательную очистку каналов матрицы. После смазки каналов матрицы, пуансонов, новой заготовки и пресс-шайб устройство готово к новой работе.
Для повторного использования заготовок и прессшайб, подвергнутых РКУ-прессованию, площадь поперечного сечения горизонтальных каналов можно выполнить меньше на величину 0,9 от площади поперечного сечения вертикальных каналов.
Предлагаемое устройство для изготовления изделий из упрочненного металла позволяет получить следующий технический результат.
Заготовку, подвергаемую РКУ-прессованию, закладывать в устройство один раз и подвергать деформации при любом количестве циклов, при этом отпадает необходимость в извлечении заготовки для последующей ориентации ее при проведении второго и последующих циклов РКУ-прессования и, как следствие, отпадает необходимость в промежуточной механической обработке заготовки по диаметру, что обеспечивает повышение КИМ. При четном количестве проходов заготовка, в продольном сечении, имеет ровную прямоугольную форму, что позволяет не применять промежуточную механическую обработку и к торцевой части заготовки, что, в свою очередь, также приводит к увеличению КИМ и уменьшает как трудоемкость, так и время, необходимое на изготовление деталей.
РКУ-прессование высокоактивных материалов по предложенной схеме с использованием предлагаемого устройства не требует дополнительной защиты обслуживающего персонала за счет минимального контакта с заготовкой.
Исключается дополнительный подогрев заготовок между циклами деформации, что приводит к уменьшению энергозатрат и времени РКУ-прессования.
Поворот матрицы в процессе РКУ-прессования на угол 90° обеспечивает деформацию заготовки с автоматической ориентацией ее на 180°.