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, реализующее деформацию массивных образцов простым сдвигом [Сегал В.М. и др. Процессы пластического структурообразования металлов. Минск: Навука и тэхника, 1994, с.26].
При реализации равноканального углового прессования заготовку неоднократно продавливают через матрицу, представляющую собой два пересекающихся канала, обычно под углом 90°, с одинаковыми поперечными сечениями.
В процессе равноканального углового прессования для структурообразования весьма важным 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.
плавления
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. А при многоцикловой обработке коэффициент использования металла 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 очередным 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) Т 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 равноканального углового прессования). Ручная ориентация и задача заготовок во входной канал при втором и последующих циклах равноканального углового прессования высокоактивных металлических материалов требует дополнительной защиты обслуживающего персонала.
В качестве прототипа выбрано устройство [патент РФ №106853 МПК B21J, 13/02], реализующее метод интенсивной пластической деформации способом продольно-симметричного выдавливания. Устройство состоит из матрицы с выполненным в ней вертикальным цилиндрическим каналом и двух пуансонов, установленных в канале, причем, по крайней мере, один из пуансонов разделен осевой плоскостью на две части, каждая из которых выполнена с возможностью перемещения вдоль оси матрицы.
При реализации способа продольно-симметричного выдавливания к исходной заготовке прикладывают начальную нагрузку путем воздействия сначала одной частью пуансона на заготовку, затем другой. После выравнивания частей пуансона цикл повторяется.
Недостатком этого устройства, при использовании схемы с одним разъемным пуансоном, является возможность возникновения в нижней части заготовки застойных зон с непроработанной структурой. Для проработки структуры во всем объеме заготовки приходится увеличивать продольное перемещение частей пуансона относительно друг друга на величину превышающую ½ высоты заготовки, что может привести к продольному изгибу частей пуансона, а при использовании заготовки из высокопрочного материала не представляется возможным из-за превышения напряжениями деформации предельно допустимых напряжений для материала пуансона.
плавления
Использование схемы с двумя разъемными пуансонами, размещенными в нижней и верхней части контейнера, приводит к увеличению продолжительности процесса деформирования, а поворот оснастки на 180° вокруг ее горизонтальной оси при повышенных температурах (0,3-0,4 Т) представляет определенную сложность для оператора, осуществляющего его.
плавления
Использовании ступенчатого нагружения пуансонов, т.е. попеременного перемещения каждой из частей пуансонов на величину меньше ½ высоты заготовки, также увеличивает продолжительность процесса, что, в свою очередь, приводит к уменьшению производительности труда, и, кроме этого, при деформировании при повышенных температурах (0,3-0,4 Т) приводит к образованию захоложенных зон в материале заготовки.
Задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является повышение производительности и эффективности процесса интенсивной пластической деформации.
Техническим результатом является то, что полезная модель позволяет избежать появления застойных зон с непроработанной структурой в материале заготовки, увеличить стойкость устройства к высоким давлениям и снизить трудоемкость в процессе деформации.
Для решения поставленной задачи устройство для получения заготовок из упрочненного металла содержит матрицу с выполненным в ней вертикальным цилиндрическим каналом и размещенным в нем пуансоном, разделенным осевой плоскостью на две части, каждая из которых выполнена с возможностью перемещения вдоль оси матрицы, причем вертикальный цилиндрический канал в нижней части имеет радиальный выступ, в канале установлена контактирующая с радиальным выступом упорная вставка, верхний торец которой выполнен в виде сферического углубления, позволяющего избежать появления застойных зон с непроработанной структурой в материале заготовки, при этом пуансон выполнен с соотношением диаметра к высоте от 1,5 до 2,0, что позволяет избежать продольного изгиба частей пуансона в процессе деформирования заготовки.
В частном варианте в матрице выполнены отверстия для размещения термопар для контроля температуры.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется на следующих фигурах.
На фиг.1 представлена схема устройства, реализующая метод интенсивной пластической деформации способом продольно-симметричного выдавливания (прототип).
На фиг.2 представлено устройство для получения заготовок из упрочненного металла с пуансоном, разделенным осевой плоскостью на две части, и упорной вставкой со сферическим углублением на верхнем торце.
На фиг.3 представлена схема первого цикла.
На фиг.4 представлена схема второго цикла.
На фиг.5 представлена схема последнего цикла.
На фиг.1, 2, 3, 4, 5 представлены:
1, 2 - части пуансонов, разделенных осевой плоскостью.
3 - упорная вставка
4 - деформируемая заготовка;
5 - матрица;
6 - проставка;
плавления
Предлагаемое устройство работает следующим образом. Предварительно смазав канал матрицы 5, в нее закладывают заготовку 4, и устанавливают, также предварительно смазанные, части пуансона 1, 2 и упорную вставку 3. На торец части пуансона 1 устанавливают проставку 6. При необходимости матрицу в сборе нагревают до температуры (0,3-0,4) Т. Производят давление на проставку 6, в результате чего одна из частей пуансона 2 и часть заготовки 4 перемещается в канале матрицы 5 вертикально вверх - осуществлен первый цикл. После первого цикла проставку 6 устанавливают на торец другой части пуансона 2 и осуществляют повторную деформацию. В результате чего часть пуансона 1 и другую часть заготовки 4 перемещают в канале матрицы 5 вертикально вверх - осуществлен второй цикл. Процесс деформации по такой схеме можно осуществлять, в зависимости от механических свойств заготовки, неограниченное количество раз. В последнем цикле давление производят на торец одной из частей пуансона, без участия проставки, до совпадения торцевых плоскостей частей пуансона 1 и 2.
Для уменьшения возможного продольного изгиба частей пуансона нижний торец пуансона может быть выполнен с внутренним конусом.
Таким образом, заготовку, подвергаемую продольно-симметричному выдавливанию, закладывают в устройство один раз и подвергают деформации при любом количестве циклов, при этом, в материале заготовки отсутствуют застойные зоны с непроработанной структурой. При извлечении заготовки из канала матрицы отсутствует необходимость в использовании пресс-шайб и, как следствие, не требуется их последующая утилизации после контакта с высокоактивным материалом. За счет простоты конструкции, отсутствия быстроизнашиваемых элементов и оптимального соотношения диаметра пуансона к его высоте достигается повышенная стойкость инструмента к высоким давлениям, возникающим в ходе процессов интенсивной пластической деформации.
Интенсивная пластическая деформация высокоактивных материалов по предложенной схеме с использованием предлагаемого устройства не требует дополнительной защиты обслуживающего персонала за счет минимального контакта с заготовкой.