УСТРОЙСТВО ДЛЯ СФЕРОДИНАМИЧЕСКОГО ОБЪЕМНОГО НАНОСТРУКТУРИРОВАНИЯ МАТЕРИАЛОВ

Полезная модель относится к оборудованию для обработки металлов давлением и может быть использована для получения объемных полуфабрикатов с наноформатным структурным состоянием матричного металла для последующего холодного деформирования и получения прецизионных деталей с заданным уровнем физических свойств.
Известно устройство для сферодинамического формообразования, содержащее пуансон, матрицу, планетарный деформирующий модуль, толкатель, выполненный с профилированной рабочей поверхностью в виде концентрично расположенных кольцевых участков: плоского центрального и рельефного периферийного - в виде радиально расходящихся волнообразных выступов, вершины которых образуют геометрическую кривую имеющую форму логарифмической спирали Бернулли.
В процессе работы устройства заготовку размещают на модуле с фиксацией в полости матрицы с помощью пуансона с упором на толкатель и деформируют путем предварительной осадки и последующего обкатывания пуансоном, а также при подъеме и вращении толкателя (патент РФ №48289, кл. В21Д 37/12, 2004 г.).
В результате анализа конструкции данного устройства необходимо отметить, что оно позволяет интенсифицировать процесс пластического деформирования, однако устройство предназначено для серийного получения герметичных деталей и не обеспечивает управления во времени процессом формирования массивов волокнистой структуры матричного металла детали.
Известно устройство для сферодинамической обработки материалов, содержащее пуансон, матрицу, планетарный деформирующий модуль, выполненный в форме вытянутого эллипсоида вращения со стороны рабочей поверхности и сплющенного эллипсоида вращения со стороны его опорной поверхности.
В процессе работы устройства заготовку размещают на модуле с фиксацией в полости матрицы с помощью пуансона с упором на толкатель и опору деформируют путем предварительной осадки и последующего обкатывания пуансоном (см. патент РФ №98955, кл. В21Д 37/12, 2010 г.) - наиболее близкий аналог.
В результате анализа конструкции данного устройства необходимо отметить, что оно позволяет интенсифицировать механизмы волновой пластической деформации, однако устройство предназначено для серийного получения прецизионных деталей и не обеспечивает регламентацию во времени всех стадий сферодинамической деформирующей системы.
Техническим результатом настоящей полезной модели является разработка конструкции устройства для сферодинамического объемного наноструктурирования материалов, обеспечивающей регламентацию во времени всех стадий сферодинамического деформирования заготовки с целью снижения энергозатрат процесса и повышения степени объемного наноструктурирования матричного металла детали.
1
2
Указанный технический результат обеспечивается за счет того, что в устройстве для сферодинамического объемного наноструктурирования материалов, содержащем пуансон, матрицу, толкатель, нижний сферодинамический модуль, новым является то, что оно снабжено установленной с возможностью возвратно-поступательного движения относительно матрицы траверсой с ложементом и размещенным в нем верхним сферодинамическим модулем, пуансон выполнен цилиндрическим с рабочим выпуклым торцом в форме части тора, образованного семейством логарифмических спиралей, нижний сферодинамический модуль размещен в полости нижнего ложемента, установленного на упругом элементе в полости матрицы, толкатель выполнен с рабочим выпуклым торцом в форме части тора, образованного семейством логарифмических спиралей и установлен с упором на нижний сферодинамический модуль, пуансон и толкатель установлены с возможностью встречного возвратно-поступательного перемещения, а величины углов подъема логарифмических спиралей, образующих рабочие торцы пуансона и толкателя, удовлетворяют соотношению: α=(3…7)α,
1
где: α - величина угла подъема логарифмических спиралей, образующих рабочую поверхность пуансона;
2
α - величина угла подъема логарифмических спиралей, образующих рабочую поверхность толкателя.
Сущность заявленной полезной модели поясняется графическими материалами, на которых представлен общий вид устройства.
Устройство для сферодинамического объемного наноструктурирования материалов содержит подвижную траверсу 1 с полостью, в которой размещен верхний сферодинамический модуль 2, контактирующий противоположными поверхностями с верхним ложементом 3 и опорной поверхностью пуансона 4. Пуансон выполнен цилиндрическим с рабочим выпуклым торцом в форме части тора, образованного семейством логарифмических спиралей, который контактирует своей рабочей поверхностью с заготовкой 5, установленной на рабочей поверхности толкателя 6 с упором на нижний сферодинамический модуль 8, размещенный в полости нижнего ложемента 7, установленного на упругом элементе 9 в полости матрицы 10. Толкатель выполнен с рабочим выпуклым торцом в форме части тора, образованного семейством логарифмических спиралей, причем пуансон и толкатель имеют возможность встречного возвратно-поступательного перемещения.
Устройство для сферодинамического объемного наноструктурирования материалов работает следующим образом. Заготовку 5 размещают на рабочей поверхности толкателя 6, затем по направляющей колонне (на графических материалах не обозначена) опускают подвижную траверсу 1 с установленными верхним сферодинамическим модулем 2, верхним ложементом 3 и пуансоном 4 до соприкосновения с заготовкой 5, осуществляя тем самым силовое замыкание сферодинамической деформирующей системы: «подвижная траверса - верхний ложемент - верхний сферодинамический модуль - пуансон - заготовка - толкатель - нижний сферодинамический модуль - нижний ложемент - упругий элемент - матрица».
После силового замыкания сферодинамической деформирующей системы подвижной траверсе 1 сообщают реверсивное перемещение от привода (на графических материалах не показан), что обеспечивает импульсное деформирование заготовки 5 в условиях реализации эффекта сферодинамики, когда пуансон 4 выполняет роль реактивного источника энергии.
1
2
При выполнении рабочей поверхности пуансона 4 образованной семейством логарифмических спиралей с углами подъема α меньшими 3-х величин угла подъема α логарифмических спиралей толкателя 6, не обеспечивается формирование циклической пластической волны со стороны пуансона 4, а потому не обеспечивается энергетика волновой природы пластической деформации.
1
2
При выполнении рабочей поверхности пуансона 4 образованной семейством логарифмических спиралей с углом подъема α большим 7 величин угла подъема α логарифмических спиралей толкателя 6, происходит образование «застойных» непроработанных зон металла заготовки 5 в зоне, прилегающей к рабочей поверхности пуансона 4.
-9
Импульсное деформирование заготовки 5 пуансоном 4 и толкателем 6 инициирует реализацию волновой природы пластической деформации в виде пластических роторов (вихрей), проникающих на наноуровень (10 м) металла заготовки 5 и формирующих наноформатное структурное состояние получаемой детали.