ШТАМП ДЛЯ УГЛОВОГО ПРЕССОВАНИЯ

Полезная модель относится к области обработки металлов и сплавов давлением, а именно к устройствам для интенсивной пластической деформации и предназначена для изготовления полуфабрикатов с повышенными механическими свойствами металла за счет интенсивного измельчения структуры и повышения ее однородности.
Из уровня техники известно устройство для равноканального углового прессования заготовки, которое содержит матрицу, пуансон, расположенные в одной плоскости каналы с углами пересечения по 90° каждый (K. Nakashima, Z. Horita, M. Nemoto, T.G. Langdon. Development of a multi-pass facility for equal-channel angular pressing to high total strains // Materials Science and Engineering A, Volume 281, Issues 1-2, 15 April 2000, Pages 82-87).
Недостатком известного устройства является то, что данная схема реализует только один маршрут прессования (равноканальное угловое прессование по такому маршруту отражает поворот заготовки относительно ее продольной оси перед каждым последующим циклом прессования на угол 180°).
Кроме того из уровня техники известно устройство для обработки металлов давлением, выполненное в виде матрицы с двумя каналами, а именно приемным и выходным пересекающимися каналами, при этом приемный и выходной каналы выполнены с квадратным сечением и расположены под углом 90°C (US 6883359 B1 26.04.2005, B21C 23/01).
Недостатком описанного устройства является малая интенсивность накопления деформаций, ведущая к увеличению числа проходов заготовки через матрицу для достижения мелкозернистой структуры, от которой зависят механические характеристики металла, такие как прочность и пластичность.
Наиболее близким решением к предлагаемой полезной модели по совокупности существенных признаков и решаемой технической задаче является известный из уровня техники штамп для углового прессования, содержащий бандаж, пуансон и матрицу с пересекающимися приемным, промежуточным и выходным каналами, выполненными в поперечном сечении геометрически идентичными. Промежуточный канал выполнен ломанным из сопряженных участков, расположенных относительно друг друга под углом 90° в трех ортогональных плоскостях (RU 2477662 C2 20.03.2013, B21C 25/02).
К недостаткам данного штампа следует отнести большое расстояние между осями приемного и выходного каналов, что увеличивает габаритные размеры матрицы и повышает ее металлоемкость, а также приводит к ее быстрому износу.
Техническим результатом, на достижение которого направлена заявленная полезная модель, является уменьшение габаритных размеров матрицы и металлоемкости, снижение внецентровых нагрузок на штамп и пресс с исключением перекоса и быстрого износа штампа, посредством компактного расположения пересекающихся каналов в матрице; кроме того расположение каналов заявленным образом способствует повышению интенсивности образования мелкозернистой структуры и уровня механических характеристик материала заготовки за один проход через матрицу штампа.
Указанный технический результат достигается посредством того, что в штампе для углового прессования, содержащем бандаж, пуансон и матрицу с пересекающимися приемным, промежуточным и выходным каналами, выполненными в поперечном сечении геометрически идентичными, промежуточный канал выполнен ломанным из сопряженных участков, расположенных относительно друг друга под углом 90° в трех ортогональных плоскостях, при этом, согласно полезной модели, приемный и выходной каналы расположены соосно, а промежуточный канал состоит из, по меньшей мере, пяти участков.
Заявленная полезная модель поясняется графическими материалами, где:
- на фиг. 1 схематично изображен штамп для углового прессования, реализующий один из маршрутов прессования с чередующимся поворотом заготовки вокруг продольной оси на 90°;
- на фиг. 2 - изображен штамп для углового прессования, реализующий маршрут прессования с поворотом заготовки на 90° в одну сторону.
Штамп для углового прессования содержит бандаж 1, в который запрессована матрица, преимущественно, состоящая из трех секций 2, 3, 4, выполненных в виде усеченного конуса, положение которых друг относительно друга зафиксировано штифтами 5. Кроме того, штамп включает пуансон 6. В матричном блоке выполнены пересекающиеся приемный 7, промежуточный 8-12 и выходной 13 каналы. Указанные каналы выполнены в поперечном сечении геометрически идентичными. Промежуточный канал выполнен ломанным из сопряженных участков 8, 9, 10, 11, 12, расположенных относительно друг друга под углом 90° в трех ортогональных плоскостях. Приемный 7 и выходной 13 каналы расположены соосно. Промежуточный канал состоит из, по меньшей мере, пяти участков 8, 9, 10, 11, 12.
Заявленная полезная модель работает следующим образом.
Первоначально на поверхности металлической заготовки и пуансона наносят технологическую смазку. Далее заготовку размещают в приемном канале и проталкивают пуансоном до ее соприкосновения с местом пересечения приемного и промежуточного каналов. Затем к верхнему торцу пуансона прикладывают внешнюю нагрузку, необходимую для прессования, во время которого заготовку проталкивают в промежуточный канал. Для последующего проталкивания заготовки из промежуточного канала в выходной канал используют следующую заготовку.
В каналах матрицы заготовка подвергается разным маршрутам прессования в зависимости от расположения участков промежуточного канала в пространстве, с разной последовательностью вращения заготовки вокруг ее продольной оси за один проход в одном штампе. В первом маршруте задействованы два взаимно перпендикулярные направления скольжения в участках промежуточного канала 8 и 9 с последующим поворотом заготовки на 90° на участке 10, затем еще два взаимно перпендикулярных направления скольжения на участках промежуточного канала 11 и 12 с последующим поворотом заготовки в другую сторону на 90° при выходе заготовки из участка 12 и проталкивании ее в выходной канал 13. Во втором маршруте перед двойным поворотом заготовки на 90° в местах пересечения участков промежуточного канала 10 с 11 и 11 с 12 задействованы три ортогональные направления скольжения при проталкивании заготовки из приемного канала 7 в участок промежуточного канала 8, далее из 8 в участок 9 и из участка 9 в 10, а затем дополнительно измельчается структура без поворота заготовки вокруг продольной оси при выходе заготовки из участка 12 в выходной канал 13. Маршруты подобраны таким образом, чтобы добиться более интенсивного измельчения структуры за счет того, что в каждом очаге деформации задействованы различные кристаллографические направления скольжения, сочетание которых способствует более однородному структурообразованию. Прессование без поворота заготовки вокруг продольной оси и при повороте на 180° приводит к формированию полосовой структуры. Такое воздействие ориентации заготовки на структурообразование связано с влиянием характера (степени немонотонности) процесса деформации на фрагментирование структуры. В случае прессования без поворота заготовки вокруг продольной оси реализуется процесс деформации, близкий к квазимонотонному. Прессование с поворотом заготовки на 180° вокруг ее продольной оси близко к существенно немонотонному процессу, поскольку после каждого нечетного прохода вызывает трансформацию условно выделенных в объеме заготовки фигур (квадрата в параллелограмм, круга в эллипс), а после каждого четного прохода происходит примерно обратное перестроение фигур, поскольку плоскость главного сдвига остается близкой к той, по которой произошел сдвиг на предыдущем проходе. В результате прессования с поворотом заготовки вокруг продольной оси на 180° образуются менее вытянутые фрагменты с более размытыми границами полос, чем после прессования без ротации. При прессовании заготовки с поворотом ее вокруг продольной оси на 90° в одну или другую сторону (по часовой стрелке или против) плоскость сдвига и направление сдвига в каждом проходе изменяется так, как при немонотонной деформации, т.е. на угол, близкий к 90°, при этом происходит пересечение плоскостей, в которых реализуется наибольший сдвиг. Наиболее эффективным с точки зрения измельчения структуры признано прессование с чередующимся вращением заготовки вокруг продольной оси то в одну, то в другую сторону на 90°, при котором происходит пространственно разнообразное пересечение плоскостей.
Итак, более равноосная однородная ультрамелкозернистая структура с высоким уровнем механических характеристик материала заготовки формируется под влиянием пространственно-немонотонной деформации, за один проход через матрицу штампа. Соосное расположение входного и выходного каналов позволяет исключить внецентренные нагрузки на ползун используемого прессового оборудования за счет установки штампа по оси действия деформирующей силы.
Исходя из выше сказанного, можно сделать вывод, что при реализации заявленной полезной модели достигается уменьшение габаритных размеров матрицы и ее металлоемкость, снижение внецентренных нагрузок на штамп и пресс с исключением перекоса ползуна пресса и быстрого износа штампа, посредством компактного расположения пересекающихся каналов в матрице; кроме того расположение каналов заявленным образом способствует повышению интенсивности образования ультрамелкозернистой структуры и уровня механических характеристик материала заготовки за один проход через матрицу штампа.
Анализ заявленного технического решения на соответствие условиям патентоспособности показал, что указанные в формуле признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности, неизвестной на дату приоритета из уровня техники, необходимых признаков, достаточной для получения требуемого синергетического (сверхсуммарного) технического результата.
Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного технического решения следующей совокупности условий:
- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении предназначен для осуществления процесса обработки давлением металлов и сплавов;
- для заявленного объекта в том виде, как он охарактеризован в формуле, 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 требованиям условий патентоспособности «новизна» и «промышленная применимость» по действующему законодательству.