УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАВНОКАНАЛЬНОГО УГЛОВОГО ПРЕССОВАНИЯ

Предполагаемая полезная модель относится к области обработки металлов давлением и может быть использована для получения заготовок с регламентированными физико-механическими свойствами, в том числе, за счет формирования в них ультрамелкозернистой (нанокристаллической) структуры. Устройство предназначено для обработки материала заготовок в виде прутков, штанг и других, преимущественно длинномерных, заготовок.
Известно устройство для равноканального углового прессования, включающее матрицу в двумя пересекающимися каналами, установленную в корпусе, и пуансон для проталкивания заготовки из одного канала в другой, причем матрица выполнена сборной (Авторское свидетельство №492780 от 11.06.1973, опубл. 23.02.1976 бюл. №43, МПК G01N 3/00).
Недостатком данного устройства является возникновение больших сил трения между обрабатываемой заготовкой и стенками каналов матрицы в процессе прессования, что приводит к необходимости приложения значительных нагрузок на заготовку и ускоренному износу каналов матрицы.
Наиболее близким является устройство для равноканального углового прессования, включающее корпус, в котором жестко закреплена неподвижная полуматрица, подвижную полуматрицу с пазом для заготовки, причем подвижная и неподвижная полуматрицы образуют два пересекающихся канала равного поперечного сечения, набор роликов, контактирующих с поверхностью подвижной полуматрицы, и механизм перемещения подвижной полуматрицы (Патент на полезную модель №92816 от 16.12.2009, опубл. 10.04.2010 бюл. №10, МПК B21C 25/00).
Недостатком данного устройства является то, что для создания силы прессования предусматривается использование универсального пресса, рабочая зона которого в направлении оси ползуна (открытая высота пресса) лимитирует длину обрабатываемой заготовки. Это не позволяет обрабатывать длинномерные прутковые заготовки, длина которых превышает открытую высоту пресса.
Техническим результатом, на достижение которого направлено данное техническое решение, является обеспечение возможности обработки равноканальным угловым прессованием длинномерных прутковых заготовок с одновременным обеспечением их продольной устойчивости.
Технический результат достигается тем, что устройство для равноканального углового прессования включает в себя корпус, в котором жестко закреплена неподвижная полуматрица, подвижную полуматрицу с пазом для заготовки, причем подвижная и неподвижная полуматрицы образуют два пересекающихся канала равного поперечного сечения, набор роликов, контактирующих с поверхностью подвижной полуматрицы, и механизм перемещения подвижной полуматрицы
Новым является то, что механизм перемещения подвижной полуматрицы выполнен в виде движителя, представляющего собой, по меньшей мере, один поршневой гидроцилиндр двухстороннего действия, который содержит корпус гидроцилиндра, жестко связанный с подвижной полуматрицей, и поршень двухстороннего действия, штоки которого жестко связаны с корпусом устройства.
Подвижная или неподвижная полуматрицы или обе полуматрицы снабжены нагревательными элементами.
На фигурах показаны:
Фиг. 1 - общий вид устройства для равноканального углового прессования;
Фиг. 2 - вид А фиг. 1;
Фиг. 3 - сечение Б-Б фиг. 1 для заготовки круглого сечения;
Фиг. 4 - сечение Б-Б фиг. 1 для заготовки квадратного сечения;
Фиг. 5 - вид сверху на устройство, снабженного двумя поршневыми гидроцилиндрами двухстороннего действия с двухсторонними штоками;
Фиг. 6 - сечение В-В фиг. 5;
Фиг. 7 - общий вид устройства, имеющего сборные подвижную и неподвижные полуматрицы с нагревательными элементами;
Фиг. 8 - сечение Г-Г фиг. 7;
Фиг. 9 - сечение Д-Д фиг. 7.
Устройство для равноканального углового прессования, преимущественно для обработки прутковых заготовок, например круглого или квадратного поперечного сечения, содержит корпус 1, в котором жестко закреплена неподвижная полуматрица 2, и подвижную полуматрицу 3 с пазом 4 для заготовки 5 (Фиг. 1, 2). Паз 4 для заготовки 5 может быть выполнен полукруглого сечения, радиусом равным радиусу заготовки 5, или иного сечения, например квадратного (Фиг. 3, 4). Размеры паза 4 выполнены с учетом верхнего допуска на диаметр или высоту и ширину обрабатываемой заготовки 5.
Подвижная 3 и неподвижная 2 полуматрицы образуют два пересекающихся канала 6, 7 равного поперечного сечения, пересекающиеся под углом α. Плоскость, проходящая через оси пересекающихся каналов 6, 7, является плоскостью деформирования заготовки 5 (Фиг. 6, 7).
Так же устройство снабжено набором роликов 8, контактирующих с поверхностью подвижной полуматрицы 3, и механизмом перемещения подвижной полуматрицы 3 в горизонтальном направлении (Фиг. 1, 3, 4). Набор роликов 8 установлен для уменьшения сил трения при движении подвижной полуматрицы 3.
Механизм перемещения подвижной полуматрицы 3 выполнен в виде движителя, представляющего собой, по меньшей мере, один поршневой гидроцилиндр двухстороннего действия.
Поршневой гидроцилиндр содержит корпус 9, жестко связанный с подвижной полуматрицей 3, и поршень 10 двухстороннего действия, штоки 11, 12 которого жестко связаны с корпусом 1 устройства (Фиг. 1). Штоковые полости 13, 14 связаны трубопроводами 15, 16 с гидромеханической схемой устройства (не показана).
Устройство может содержать два поршневых гидроцилиндра двухстороннего действия каждый со штоком двухстороннего действия. При этом плоскость, проходящая через оси штоков, перпендикулярна плоскости деформирования заготовки (Фиг. 5, 6).
При этом подвижная 3 или неподвижная 2 полуматрицы или обе полуматрицы 2, 3 могут быть снабжены нагревательными элементами 17, с целью обработки равноканальным угловым прессованием материалов имеющих высокие прочностные свойства в холодном состоянии или низкие показатели пластичности. В качестве нагревательных элементов могут быть использованы, например, электрические термоэлементы, обеспечивающие нагрев обрабатываемой заготовки и повышающие, тем самым, пластичность ее материала, так и поддерживающие технологическую температуру предварительно нагретой и обрабатываемой в устройстве прутковой заготовки (Фиг. 7).
Для повышения технологичности изготовления подвижная 3 и неподвижная 2 полуматрицы могут быть выполнены сборными. Например, неподвижная полуматрица может быть образована корпусом 18 полуматрицы и жестко связанной с ним вставкой 19 (Фиг. 7). При этом корпус 18 имеет пересекающиеся полуканалы 20 и 21, а вставка 19 снабжена полуканалом 22 и дополнительно выступом 23. Подвижная полуматрица может быть образована корпусом 24 полуматрицы с полуканалом 25. С корпусом 24 жестко связана вставка 26, которая имеет выступ 27, входящий в полуканал 20 корпуса 18 неподвижной полуматрицы (Фиг. 8). Выступ 23 вставки 19 входит в полуканал 25 корпуса 24 подвижной полуматрицы (Фиг. 9).
Таким образом, полуканалы 20, 21 неподвижной полуматрицы и полуканал 25 подвижной полуматрицы, а так же полуканал 22 вставки 19, образуют два пересекающихся канала равного поперечного сечения (Фиг. 7).
Устройство для равноканального углового прессования установлено на основании 28, например на столе или фундаменте.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
В исходном положении подвижная полуматрица 3 (фиг. 1) занимает крайнее левое положение, при котором в ее паз 4 укладывают прямолинейную прутковую заготовку 5 в холодном или нагретом состоянии. Перед укладкой заготовки 5 в полуматрицу 3 на поверхность заготовки 5 или поверхности паза 4 полуматрицы 3 целесообразно нанести смазку. Затем по трубопроводу 16 в штоковую полость 14 нагнетают под давлением рабочую среду, например машинное масло. При этом полуматрица 3 начинает перемещаться вправо относительно неподвижной полуматрицы 2. В зоне пересечения каналов 6, 7 возникает очаг пластической деформации в котором реализуются условия равноканального углового прессования, приводящие к дроблению кристаллической структуры материала заготовки. На завершающем этапе обработки материала заготовки, характеризуемом перемещением полуматрицы 3 с заготовкой 5 в правое конечное положение, осуществляют реверс направления движения полуматрицы 3, нагнетая рабочую среду по трубопроводу 15 в штоковую полость 13 и соединяя трубопровод 16 со сливом. При этом полуматрица 3 вновь занимает исходное положение. В ее паз 4 укладывают следующую прутковую заготовку. Затем перемещая полуматрицу 3 вновь вправо осуществляют ее равноканальное угловое прессование на начальном этапе которого предыдущая обработанная заготовка удаляется из канала 7 устройства.
Вследствие того, что в процессе равноканального углового прессования длинномерной заготовки, ее горизонтальная часть полностью охвачена жесткими поверхностями полуматриц, обеспечиваются условия сохранения ее устойчивости в процессе обработки.
При этом, обрабатываемая заготовка 5 может быть не только в виде длинномерной единичной прутковой заготовки, но и состоять из набора коротких заготовок, последовательно укладываемых в паз 4 подвижной полуматрицы 3.
Вследствие того, что в процессе прессования заготовка не проскальзывает относительно паза 4 полуматрицы 3, исключается возникновение контактных касательных напряжений между заготовкой 5 и полуматрицей 3. Это позволяет исключить из энергетического баланса затрат на прессование заготовки затраты на преодоление сил трения между заготовкой 5 и полуматрицей 3.
Эта особенность устройства в значительной степени определяется формой поперечного сечения обрабатываемой заготовки. Например при обработке материала квадратной (или прямоугольной) в сечении заготовки (Фиг. 4) удается охватить пазом подвижной полуматрицы 3 три стороны заготовки 5 из четырех, снизив, тем самым, энергетические затраты (за счет исключения сил трения) на перемещение обрабатываемой заготовки 5 в зону очага пластической деформации.
В зависимости от свойств обрабатываемого материала заготовки 5 и иных задач, угол а (Фиг. 1) между пересекающимися каналами 6, 7 устройства может быть больше, равным или меньше 90°.
Предложенное устройство позволяет обрабатывать материал как коротких, так и длинномерных прутковых заготовок для получения регламентированных физико-механических свойств, в том числе, за счет формирования в них ультрамелкозернистой (нанокристаллической) структуры.