УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛУСФЕРИЧЕСКИХ ЗАГОТОВОК ИЗ УПРОЧНЕННОГО МЕТАЛЛА

Полезная модель относится к обработке металлов давлением, а именно к устройствам, позволяющим упрочнять металл в процессе деформации для получения полусферических заготовок.
Известен процесс радиального выдавливания, применяемый для штамповки поковок с фланцами [«Теория ковки и штамповки», Е.П. Унксова, А.Г. Овчинникова, М: Машиностроение, 1992 г.].
Устройство для процесса радиального выдавливания состоит из матрицы, с выполненным в ней вертикальным каналом, в котором размещается цилиндрическая заготовка, цилиндрического пуансона, размещенного в этом канале и основания. В нижней части матрицы выполнена цилиндрическая полость, в которой после деформирования заготовки посредством пуансона и образуется фланец на заготовке.
Данное устройство не предназначено для получения заготовок полусферической формы.
В качестве прототипа выбрано устройство для получения заготовок под штамповку полусферических деталей с субмикрокристаллической структурой, реализующее метод интенсивной пластической деформации (ИПД) способом циклической деформацией «экструзия-осадка-экструзия» («Cyclic Compression Extrusion (ССЕ)») [Полезная модель RU 122317 U1 МПК B21J 5/06, B21J 13/02 опубл. 27.11.2012 г.].
Устройство состоит из матрицы с выполненным в ней вертикальным цилиндрическим каналом, упорной вставки, с выполненным на верхнем торце сферическим углублением для предотвращения возникновения застойных зон в материале заготовки и установленной в нижней части цилиндрического канала матрицы, и пуансона с соотношением диаметра к высоте не менее 1,5, установленного в верхней части цилиндрического канала матрицы, состоящего из двух, разделенных осевой плоскостью, частей, каждая из которых выполнена с возможностью перемещения вдоль оси матрицы. При реализации способа к исходной заготовке прикладывают начальную нагрузку путем воздействия сначала одной частью пуансона на заготовку, затем другой. После выравнивания частей пуансона цикл повторяется.
Недостатком данного устройства является высокая трудоемкость и длительность процесса, сложная автоматизация процесса, необходимость использовать для дальнейшей штамповки дополнительный комплект оснастки, что приводит к существенному усложнению процесса получения полусферических заготовок.
Задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является повышение производительности и эффективности процесса интенсивной пластической деформации (ИПД) за счет возможности осуществления двух операций получения и штамповки заготовки с использованием одного комплекта технологической оснастки.
Техническим результатом является упрощение конструкции предлагаемого устройства, предназначенного для получения полусферических заготовок с субмикрокристаллической структурой.
Технический результат достигается в устройстве для получения полусферических заготовок из упрочненного металла, содержащее матрицу с пуансоном, упорную вставку, установленную в вертикальном цилиндрическом канале нижней части матрицы, причем в верхней части матрицы выполнена полость, нижняя часть внутренней поверхности которой имеет форму полусферы, при этом в полости установлен с зазором и с возможностью фиксации и осевого перемещения пуансон, нижняя часть которого имеет форму полусферы, а в центре выполнен сквозной вертикальный цилиндрический канал, в котором с возможностью перемещения установлен второй цилиндрический пуансон, причем в верхней части матрицы и пуансона выполнены отверстия для крепежных элементов, обеспечивающих фиксацию пуансона в момент перемещения второго цилиндрического пуансона.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется на следующих фигурах.
На фиг. 1 представлена схема предлагаемого устройства для получения полусферических заготовок из упрочненного металла.
На фиг. 2 представлена схема первого цикла.
На фиг. 3 представлена схема второго цикла.
На фиг. 4 представлена полученная в результате процесса деформации полусферическая заготовка.
Предлагаемое устройство из упрочненного металла содержит матрицу 1, нижняя часть внутренней поверхности которой имеет форму полусферы, в полости которой установлен с возможностью фиксации и перемещения пуансон 2, нижняя часть которого имеет форму полусферы, а в центре выполнен сквозной вертикальный цилиндрический канал для размещения деформируемой заготовки 4, в котором с возможностью перемещения установлен второй цилиндрический пуансон 5, при этом между внутренней поверхностью матрицы 1 имеющей форму полусферы, и полусферической поверхностью пуансона 2 имеется зазор 6. В верхней части матрицы 1 и пуансона 2 выполнены отверстия 7 (фиг. 3) для крепежных элементов 8 (например, штифтов), обеспечивающих фиксацию пуансона 2 в момент перемещения второго цилиндрического пуансона 5.
В канале нижней части матрицы 1 расположена упорная вставка 9 для извлечения заготовки из устройства.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
Установив штифты (8) в отверстия (7), упорную вставку (9) в канал в нижней части матрицы (1), и предварительно смазав внутреннюю поверхность матрицы (1), поверхность пуансона(2), второй цилиндрический пуансон (5) и деформируемую заготовку (4), в вертикальный цилиндрический канал пуансона (2) закладывают деформируемую заготовку (4) и на верхний торец деформируемой заготовки (4) устанавливают второй цилиндрический пуансон (5). Производят давление на цилиндрический пуансон (5), в результате чего деформируемая заготовка (4) осаживается в полость, образованную зазором (6) между внутренней поверхностью матрицы (1) и полусферической поверхностью пуансона (2) - осуществлен первый цикл. После первого цикла штифты (8) извлекают и производят давление одновременно на пуансон (2) и второй цилиндрический пуансон (5), в процессе деформации формируется полусферическая форма заготовки (4) - осуществлен второй цикл.
Извлечение штампованной полусферической заготовки из матрицы (1) осуществляют следующим образом. После окончания процесса деформации, матрицу (1) с заготовкой (4), пуансонами (2), (5) и упорной вставкой (3), размещают таким образом, чтобы обеспечить свободное перемещение полученной заготовки, пуансонов и упорной вставки вертикально вниз. На торец упорной вставки (3) производят давление до момента выхода из полости матрицы (1) пуансонов (2), (5), заготовки. При необходимости деформирования мало пластичных материалов, устройство в сборе нагревают до температуры, не превышающей температуру отпуска материала технологической оснастки (устройства). После извлечения заготовки устройство, также предварительно смазанное, готово к дальнейшему использованию.
Заготовку, подвергаемую радиальному выдавливанию с последующей штамповкой, закладывают в устройство один раз - отсутствует необходимость использования дополнительного комплекта технологической оснастки для получения полусферических заготовок с субмикрокристаллической структурой. За счет простоты конструкции и отсутствия быстроизнашиваемых элементов повышена стойкость инструмента к высоким давлениям, возникающим в ходе процессов ИПД. В процессе деформации с применением данного устройства в материале заготовки формируется субмикрокристаллическая структура, обеспечивающая повышенные механические характеристики материала деформируемой заготовки по сравнению с традиционными методами обработки металлов давлением. Техническое решение позволяет существенно повысить эффективность процесса обработки металла давлением и упрощение конструкции инструмента за счет новой совмещенной схемы интенсивной пластической деформации при которой в одном комплекте инструмента осуществляется два процесса: формирование заготовки под штамповку методом радиального выдавливания и непосредственно сама штамповка полусферической заготовки.
ИПД высокоактивных материалов по предложенной схеме с использованием предлагаемого устройства не требует дополнительной защиты обслуживающего персонала за счет минимального контакта с заготовкой.