Штамп для углового прессования заготовок

Полезная модель относится к области обработки металлов давлением, а именно к устройствам для интенсивной пластической деформации, и предназначено для высокопроизводительного изготовления заготовок преимущественно из цветных сплавов с повышенными механическими свойствами.
Из уровня техники известен штамп для углового прессования заготовок, содержащий бандаж, в который запрессована матрица, преимущественно состоящая из двух полуматриц, выполненных в виде половин усеченного конуса, положение которых друг относительно друга зафиксировано штифтами, а в матричном блоке выполнены пересекающиеся приемный, промежуточный и выходной каналы, которые в поперечном сечении выполнены геометрически идентичными, причем промежуточный канал выполнен ломаным и представляет собой по меньшей мере три сопряженных под одним и тем же углом участка (патент РФ №144975 U1, опубл. 10.09.2014).
Известный аналог позволяет обеспечить накопление интенсивных сдвиговых деформаций, которые влекут за собой измельчение структуры и повышение механических характеристик прессуемого металла.
К недостаткам аналога следует отнести его низкую производительность, обусловленную тем, что прессованию подвергается только одна заготовка, которая последовательно проходит все имеющиеся каналы матрицы.
Наиболее близким к заявляемому по технической сущности и достигаемому результату - прототипом - является штамп для углового прессования заготовок, содержащий пуансон и матрицу с расположенными в ней пересекающимися входным вертикальным и четырьмя выходными каналами (патент РФ №2475320 С2, опубл. 27.08.2012).
В отличие от аналога, прототип обладает достаточно высокой производительностью прессования.
К недостаткам прототипа следует отнести необходимость использования исходных заготовок по количеству, равному числу выходных каналов. Это приводит к необходимости изготавливать несколько исходных заготовок, по сечению идентичных сечениям выходных каналов, что увеличивает сроки технологической подготовки производства и затраты на изготовление заготовок.
Задача полезной модели - получение из одной заготовки в одном штампе одновременно нескольких, по меньшей мере двух заготовок с повышенными механическими характеристиками за один проход.
Технический результат - повышение эффективности прессования за счет снижения затрат на изготовление исходных заготовок путем одновременного прессования нескольких, по меньшей мере двух заготовок из одной исходной заготовки.
Поставленная задача решается, а заявленный технический результат достигается тем, что в штампе для углового прессования заготовок, содержащем пуансон и матрицу с пересекающимися приемным и выходными каналами, матрица дополнительно снабжена промежуточными каналами, размещенными между приемным и выходными каналами, и выполненными со стенками, расположенными так, что по одной стенке каждого промежуточного канала сопрягаются друг с другом с образованием клина, предназначенного для расчленения заготовки на части по количеству промежуточных каналов, при этом сумма сечений промежуточных каналов равна сечению входного канала.
Заявленная полезная модель поясняется чертежом, на котором схематично изображено устройство углового прессования с количеством выходных каналов, равным двум.
Позиции, приведенные на чертеже. имеют следующие значения;
1 - бандаж;
2, 3 - матричные вставки;
4 - вставка-рассекатель;
5 - штифты для фиксации матричных вставок;
6 - пуансон;
7 - приемный канал;
8, 9 - промежуточные каналы;
10, 11 - выходные каналы.
Как следует из чертежа, исходя из технологических соображений, матрица выполнена в виде двух матричных вставок 2 и 3, заключенных в бандаж 1 с фиксацией штифтами 5. В матричных вставках выполнены пазы, формирующие контур входного 7, промежуточных 8, 9 и выходных 10, 11 каналов. Изнутри контур перечисленных каналов замыкает пятиугольная в плане (исходя из количества и конфигурации замыкаемых каналов в примере) вставка-рассекатель 4 (можно не использовать вставку-рассекатель, а каналы формировать непосредственно в матричных вставках, но технологически это будет гораздо сложнее), ребро которого совместно с сопряженными стенками сформированных промежуточных каналов 8 и 9 образует клин, предназначенный для продольного расчленения заготовки на части по количеству промежуточных каналов (в примере две части). В целях плотного заполнения промежуточных (и выходных) каналов, но исключив излишнее трение заготовки о стенки каналов, целесообразно каналы выполнять такого сечения, чтобы сумма сечений промежуточных каналов равнялась сечению входного канала.
Заявленный штамп для углового прессования заготовок работает следующим образом.
В приемный канал 7 устанавливается одна заготовка (не показана), поперечное сечение которой идентично поперечному сечению приемного канала, до соприкосновения с вершиной вставки-рассекателя 4. Длина исходной заготовки должна быть такой, чтобы верхний ее торец был ниже по меньшей мере на 5 мм верхних кромок матричных вставок 2, 3, для обеспечения установки и центрирования пуансона 6 в приемном канале 7. После установки устройства в рабочее пространство пресса к пуансону 6 прикладывается необходимая для деформации исходной заготовки сила Р. В процессе прессования с помощью вставки-рассекателя 4 исходная заготовка разделяется на две части (но частей может быть и три, и четыре и более - по количеству промежуточных каналов и соответствующих им граней при вершине клина, т.е. вставки-рассекателя), металл каждой из которых течет в разных направлениях, заполняя промежуточные каналы 8 и 9. Каждая из половин представляет собой прессованную заготовку, поперечное сечение которой идентично поперечному сечению выходных каналов. Вновь образованные заготовки одновременно проходят через два очага деформации (таких очагов деформации может быть и больше - зависит от конфигурации промежуточных и/или выходных каналов), дважды изменяя направление течения, обеспечивая при этом накопление интенсивных сдвиговых деформаций, которые влекут за собой измельчение структуры и повышение механических характеристик прессуемого металла. При этом в заявленном устройстве происходит наложение разных механических схем деформации следующим образом. С помощью клиновой поверхности вставки-рассекателя 4 исходная заготовка разрезается вдоль оси симметрии под действием внешней нагрузки, создающей в локальной зоне, примыкающей к вершине вставки-рассекателя, напряжения, превышающие предел прочности деформируемого металла. Силы реакций, перпендикулярные наклонным поверхностям вставки-рассекателя, вызывают изменение кривизны разделенных частей заготовки и возникновение дополнительного силового фактора - изгибающего момента, что заставляет вновь образованные части заготовки двигаться в разных направлениях, задаваемых геометрией каналов матрицы, постепенно заполняя промежуточные каналы. Таким образом, процесс разделения исходной заготовки сопровождается одновременным прохождением частей заготовки через первый очаг деформации, вызывая в металле большие сдвиговые деформации. Эффект комбинирования разных процессов деформирования - разделительного и формоизменяющего с наложением разных механических схем деформации - объемной схемы при разделении металла с плоской схемой простого сдвига при пересечении линии пересечения каналов - способствует повышению интенсивности фрагментации зерен с преобладанием ультрамелкозернистой структуры.
Исходя из вышесказанного, можно сделать вывод, что при реализации полезной модели поставленная задача - получение из одной заготовки в одном штампе одновременно нескольких, по меньшей мере двух заготовок с повышенными механическими характеристиками за один проход - решена, а заявленный технический результат - повышение эффективности прессования за счет снижения затрат на изготовление исходных заготовок путем одновременного прессования нескольких, по меньшей мере двух заготовок из одной исходной заготовки - достигнут.
Анализ заявленного технического решения на соответствие условиям патентоспособности показал, что указанные в формуле признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности необходимых признаков, неизвестной на дату приоритета из уровня техники и достаточной для получения заявленного технического результата.
Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного технического решения следующей совокупности условий:
- объект, воплощающий заявленное техническое решение, относится к области обработки металлов давлением, а именно к устройствам для интенсивной пластической деформации, и при его осуществлении предназначен для высокопроизводительного изготовления заготовок преимущественно из цветных сплавов с повышенными механическими свойствами;
- для заявленного объекта в том виде, как он охарактеризован в формуле полезной модели, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке или известных из уровня техники на дату приоритета средств и методов;
- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.
Следовательно, заявленный объект соответствует критериям патентоспособности «новизна» и «промышленная применимость» по действующему законодательству.