МАТРИЧНЫЙ УЗЕЛ ДЛЯ ПРЕССОВАНИЯ ИЗДЕЛИЙ

Полезная модель относится к обработке металлов давлением, в частности к устройствам для производства полых профилей методом горячего прессования и может быть использована при производстве труб из специальных сталей и сплавов.
Известна сплошная матрица с цилиндрическим соединением. Матрица выполнена с одним заходным участком, в котором размещается смазочная шайба, и одним калибрующим участком (Манегин Ю.В., Притоманов А.Е. и др. Горячее прессование труб и профилей. - М.: Металлургия, 1980 - С. 89).
Недостатками этого устройства является образование пресс-остатка и повышенный износ в процессе его эксплуатации, особенно в области калибрующего участка матрицы, из-за недостатка смазочного материала на контактной поверхности «пресс-изделие - матрица». При этом недостаточное количество смазочного материала приводит не только к повышенному абразивному истиранию поверхности матрицы, но и к снижению качественных характеристик наружной поверхности пресс-изделия. Вместе с этим в процессе прессования температура металла заготовки снижается, что сопровождается повышенным усилием прессования, а соответственно и повешенными энергозатратами.
Известна матрица для прессования изделий, состоящая из воронки, кольца и обоймы. Воронка представляет собой заходной участок, кольцо - цилиндрический участок, выполняющий функцию калибрующей части, а обойма служит для крепления матричного узла в контейнере (Прозоров Л.В. Прессование стали. - М.: Государственное научно-техническое издательство Машиностроительной литературы, 1956 - С. 210-212).
Недостатками этого устройства является его низкая стойкость в процессе эксплуатации, из-за недостатка смазочного материала на контактной поверхности «пресс-изделие - матрица». При этом недостаточное количество смазочного материала приводит не только к повышенному абразивному истиранию поверхности матрицы, но и к снижению качественных характеристик наружной поверхности пресс-изделия.
Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является инструмент для обратного прессования, содержащий контейнер и пуансон с установленной на его конце составной матрицей, периферийная часть которой, контактирующая с контейнером, сопряжена с уступом на внутренней, содержащей формирующий канал, части матрицы и соосна с ней, периферийная часть матрицы сопряжена с внутренней с возможностью неограниченного перемещения в сторону ее свободного торца, при этом высота периферийной части матрицы равна высоте уступа (патент РФ №2043176, «Способ обратного прессования и инструмент для его осуществления», МПК В21С 23/20, опубл. 10.09.1995).
Недостатками прототипа является его низкая стойкость в процессе эксплуатации из-за недостатка смазочного материала на контактной поверхности «пресс-изделие - матрица». При этом недостаточное количество смазочного материала приводит не только к повышенному абразивному истиранию поверхности матрицы, но и к снижению качественных характеристик наружной поверхности пресс-изделия. Вместе с этим, указанное исполнение матрицы, возможно, применять исключительно для обратного прессования, при этом неизбежны ограничения по длине заготовки, а соответственно и длине пресс-изделия.
Технический результат заявляемой полезной модели заключается в снижении количества пресс-остатка, уменьшении усилия прессования в завершающей стадии прессования, снижении износа матрицы, а так же в улучшении качества наружной поверхности пресс-изделий.
Указанный технический результат достигается за счет того, что матричный узел для прессования изделий, содержащий контейнер, пуансон, пресс-шайбу и матрицу, согласно изобретению, дополнительно содержит кольцевой упор, состоящий из двух полуколец, матрицедержатель и смазочную шайбу, посредством которой сопряжены между собой матрица и матрицедержатель, при этом матрица выполнена с возможностью перемещения в направлении прессования с двумя заходными и двумя цилиндрическими участками, где первый цилиндрический участок, по направлению прессования, выполнен с кольцевыми каналами, а второй цилиндрический (калибрующий) участок совмещен с кольцевым упором.
Применение кольцевого упора, состоящего из двух полуколец, обеспечивает, при раздвижении полуколец упора, возможность свободного перемещения матрицы в направлении прессования под воздействием деформируемого металла и пресс-изделия, за счет чего, одновременно, уменьшается количество пресс-остатка и снижается усилие прессования в завершающей стадии процесса.
Сопряжение матрицы с матрицедержателем через смазочную шайбу обеспечивает стабильное поступление материала смазочной шайбы на контактную поверхность «пресс-изделие - матрица» в завершающей стадии процесса прессования. Так, при свободном перемещении матрицы, при разведенных полукольцах кольцевого упора, деформирующий металл и пресс-изделие передают давление на матрицу, которая, в свою очередь, передает давление на материал смазочной шайбы, заставляя его вытекать в кольцевые каналы первого цилиндрического участка матрицы, за счет чего снижается абразивный износ матрицы и одновременно, обеспечивается удовлетворительное качество наружной поверхности пресс-изделия.
Техническое исполнения матричного узла для прессования изделий с возможностью перемещения матрицы в направлении прессования при раздвижении полуколец кольцевого упора в совокупности с эффектом инерционной выпрессовки пресс-остатка, при котором часть трубы готового размера протягивает за собой через неподвижную матрицу пресс-остаток и способом аккумулирования энергии в процессе прессования (патент РФ №2535831, «Способ прессования полых профилей и устройство для его осуществления», МПК В21С 23/08, В21С 25/00, B21J 13/00, опубл. 20.12.2014) обеспечивают равномерное истечение деформируемого металла, а соответственно снижение анизотропии свойств пресс-изделия и полную выпрессовку пресс-остатка.
Заявляемое техническое решение поясняется чертежами, где на фиг. 1 схематично показано в разрезе устройство в начальной и установившейся стадиях процесса прессования, а на фиг. 2 - вид А на стадии выпрессовки пресс-остатка. На фиг. 3 изображено устройство в завершающей стадии процесса прессования.
Устройство для прессования изделий содержит матрицу 1, выполненную с двумя заходными и двумя цилиндрическими участками (участки на фиг. не обозначены), смазочную шайбу 3, посредством которой матрица 1 сопрягается с матрицедержателем 4, кольцевой упор 5, состоящий из двух полуколец, контейнер 6 и пуансон 7.
Также, на первом цилиндрическом участке матрицы 1 выполнены кольцевые каналы 2, а второй цилиндрический (калибрующий) участок матрицы 1 совмещен с кольцевым упором 5.
Устройство работает следующим образом.
1
1
В начальной и установившейся стадиях процесса прессования (фиг. 1) матрица 1 располагается на расстоянии h от поверхности матрицедержателя 4. При этом толщина смазочной шайбы 3 в начальной и установившейся стадиях процесса прессования составляет h. При движении пуансона 7 за счет температурного воздействия со стороны деформируемого металла материал смазочной шайбы 3 размягчается.
1
2
В завершающей стадии процесса прессования (фиг. 2, 3) два полукольца кольцевого упора 5 разводятся, чтобы обеспечивалось свободное перемещение матрицы 1 в направлении прессования. Вследствие чего деформируемый металл и пресс-изделие перемещают матрицу 1 в направлении прессования на величину (h-h). За счет чего снижается усилие прессования и протягивается пресс-остаток.
При этом по мере продвижения матрицы 1 в направлении матрицедержателя 4 через кольцевые каналы 2, расположенные в начале первого цилиндрического участка матрицы 1 выдавливается размягченный материал смазочной шайбы 3. За счет чего обеспечивается равномерное смазывание контактной поверхности «пресс-изделие - матрица».
Матричный узел для прессования полых профилей опробован в промышленных условиях на вертикальном трубопрофильном прессе с максимальным усилием 25,0 МН при прессовании двух партий труб размером 70×10 мм из заготовок, выполненных из стали марки 08Х18Н10Т, диаметром 120 мм, длиной 500 мм и массой 65 кг каждая. Коэффициент вытяжки составил 15,3. Сопротивление металла пластической деформации принималось равным 200 МПа.
Цилиндрическую заготовку из сплава марки 08Х18Н10Т, предварительно нагретую до 1100°C, загружали в контейнер внутренним диаметром 127,2 мм, с установленной матрицей диаметром 70,3 мм, стеклосмазочной шайбой, толщиной 35 мм, наружным диаметром 127 мм и внутренним - 125 мм, закрепленными в матрицедержателе диаметром 140 мм. Упор матрицы был выполнен в виде двух полуколец с внутренним диаметром 72 мм и наружным - 210 мм.
Прессование труб проводили со скоростью перемещения пресс-штемпеля 300 мм/с в контейнере с использованием пресс-иглы диаметром 50,5 мм. При этом количество пресс-остатка составило 2% от массы заготовки. Вместе с этим, усилие прессования в конечной стадии процесса составило 15,4 МН, что меньше значения, измеренного ранее с использованием штатного инструмента на 13%. В результате последующего визуального осмотра рабочей поверхности матрицы и наружной поверхности трубы дефектов поверхности не выявлено.
Использование устройства для прессования изделий обеспечивает уменьшение количества пресс-остатка, уменьшение усилия прессования в завершающей стадии прессования, и улучшение качества наружной поверхности пресс-изделий за счет обеспечения стабильного поступления материала смазочной шайбы на контактную поверхность в завершающей стадии прессования. Изобретение может быть использовано при производстве профилей ответственного назначения из специальных сталей и сплавов.