Forbidden

You don't have permission to access /zzz_siteguard.php on this server.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДЕФОРМАЦИОННОЙ ОБРАБОТКИ ЗАГОТОВОК - Патент РФ 2172350
Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДЕФОРМАЦИОННОЙ ОБРАБОТКИ ЗАГОТОВОК
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДЕФОРМАЦИОННОЙ ОБРАБОТКИ ЗАГОТОВОК

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДЕФОРМАЦИОННОЙ ОБРАБОТКИ ЗАГОТОВОК

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано для формирования в заготовках заданной микроструктуры, в том числе субмикрокристаллической и нанокристаллической, и соответствующих полученному структурному состоянию физико-механических свойств. Устройство содержит пуансон и составной контейнер, включающий входную и выходную части. Эти части сопряжены между собой по плоскости стыка и имеют каналы, пересекающиеся в упомянутой плоскости. Каналы ограничены в плоскости стыка окружностью. Входная и выходная части контейнера установлены с возможностью вращения одна относительно другой в плоскости стыка. По меньшей мере один канал или его часть, прилегающая к плоскости стыка, выполнены с поперечным сечением эллиптической формы. С указанным поперечным сечением может быть выполнен канал выходной части контейнера или каналы входной и выходной частей. Во втором случае поперечные сечения упомянутых каналов могут иметь одинаковую или различную эллиптическую форму. Канал выходной части контейнера может быть выполнен суженным. Кроме того, этот канал может иметь поперечное сечение, площадь которого меньше площади поперечного сечения канала входной части контейнера. В результате обеспечивается расширение технологических возможностей устройства и повышение качества обработки. 5 з.п. ф-лы, 8 ил., 1 табл.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2172350
Класс(ы) патента: C21D7/00, B21J5/00
Номер заявки: 99115657/02
Дата подачи заявки: 19.07.1999
Дата публикации: 20.08.2001
Заявитель(и): Институт проблем сверхпластичности металлов РАН
Автор(ы): Утяшев Ф.З.; Кайбышев О.А.; Валитов В.А.
Патентообладатель(и): Институт проблем сверхпластичности металлов РАН
Описание изобретения: Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано для формирования в заготовках заданной микроструктуры, в том числе субмикрокристаллической (СМК) и нанокристаллической (НК), и соответствующих полученному структурному состоянию физико-механических свойств.
На формирование микроструктуры при деформации влияет большое количество факторов, среди которых существенная роль принадлежит величине и распределению деформации по объему заготовки. В частности, мелкозернистую структуру в металлических материалах получают в результате равномерной и интенсивной деформации заготовок. Особенно большие деформации нужны при получении СМК и НК структур. В свою очередь, эти факторы зависят от методов (схемы) деформации. Известны ряд устройств, позволяющих интенсивно, т.е. с большими степенями, деформировать материалы.
В устройстве [1], содержащем контейнер и вращающуюся матрицу, заготовку деформируют комбинированно прямым прессованием и кручением. Однако для получения больших деформаций необходимо прессование с большими вытяжками, т.е. с существенным уменьшением поперечного сечения заготовки. Следовательно, используя данное устройство, можно получать изделия ограниченной номенклатуры как по размерам, так и по прочностным свойствам, т.к. прессование высокопрочных материалов требует больших давлений и соответствующих нагрузок на инструмент, в частности на пуансон.
Известно устройство [2], содержащее пуансон и составной контейнер с пересекающимися равными по размерам в поперечном сечении каналами. Это устройство используют для деформационной обработки заготовок. В научно-технической литературе этот процесс известен, как равноканальное угловое (РКУ) прессование. Прессование в указанном устройстве приводит к относительно равномерному накоплению деформации и структурным изменениям во всем объеме заготовки, за исключением ее концов. Величина накопленной деформации при РКУ прессовании зависит от угла пересечения каналов контейнера и количества проходов прессования. Чем меньше угол пересечения каналов и больше число проходов, тем больше величина накопленной деформации. Измельчение зерен до размеров соответствующих СМК и НК состояниям посредством РКУ прессования достигается в результате многих, обычно от 14 до 16, проходов, при этом по мере увеличения числа проходов вследствие упрочнения материала существенно растет нагрузка на инструмент. По этой причине использовать известное устройство РКУ прессования для обработки труднодеформируемых материалов практически невозможно. Большое сопротивление деформированию таких материалов и их интенсивное упрочнение после одного - двух проходов повышает давление прессования до уровня, превышающего прочность инструмента. Обычно устройство для РКУ прессования используют для получения СМК структуры в металлических прутках из относительно мягких металлов и сплавов, например Cu, Al, армко-железо, и с небольшими размерами - 20-30 мм в диаметре, 100 - 120 мм длиной.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является устройство [3], содержащее пуансоны, контейнер, состоящий из входной и выходной частей, сопряженных между собой по плоскости стыка и выполненных с пересекающимися в упомянутой плоскости стыка каналами, ограниченными в плоскости стыка окружностью, причем части контейнера выполнены с возможностью поворота друг относительно друга по плоскости стыка. Заготовку укладывают в каналы составного контейнера между двумя пуансонами, сжимают и подвергают кручению под давлением путем вращения пуансонов и частей контейнера друг относительно друга с заданной угловой скоростью. Обработка в этом устройстве не приводит к уменьшению поперечного сечения заготовки. Вместе с тем оно не обеспечивает получение однородного деформированного состояния и соответствующей ему структуры в поперечном сечении обработанного участка заготовки, т.к. при кручении деформация распределяется неравномерно: с максимальной интенсивностью в приповерхностных слоях и минимальной в центре прутка. Кроме того, это устройство неприменимо для обработки труднодеформируемых сплавов. Технологические возможности и работоспособность этого устройства во многом зависят от величины сил трения.
Если использовать смазку, то силы трения между заготовкой и контейнером небольшие и кручение заготовки производится по существу только пуансонами. Однако одновременное сжатие и кручение пуансонами заготовки из труднодеформируемых сплавов невозможно, поскольку прочность инструмента становится сравнимой с высоким сопротивлением деформированию указанных материалов.
Если не использовать смазку, то силы трения между заготовкой и стенками каналов контейнеров возрастут, поскольку заготовка находится под воздействием сил сжатия пуансонов и раздается в каналах. В этом случае силы трения могли бы играть положительную роль при передаче крутящего момента от стенок контейнера заготовке и нагрузку на пуансоны при кручении можно было бы уменьшить. Однако вредное воздействие сил трения проявится тогда при перемещении заготовки в каналах контейнера. Более того, в условиях сухого трения при кручении заготовки возникает проскальзывание между поверхностями деформируемого металла и инструмента, что приводит к адгезионному схватыванию (сварке). Следовательно, и в этом случае возрастает нагрузка на инструмент, что не позволяет интенсивно деформировать в известном устройстве труднодеформируемые сплавы.
Задачами предлагаемого технического решения являются: расширение возможностей устройства за счет его использования для различных методов деформационной обработки заготовок, в том числе из труднодеформируемых металлов и сплавов, снижение нагрузки на инструмент. Кроме того, задачей является повышение качества заготовок путем формирования в них при интенсивной деформации однородной структуры.
Решение такой задачи обеспечивает устройство для деформационной обработки заготовок, содержащее пуансон и составной контейнер из входной и выходной частей, сопряженных между собой по плоскости стыка и выполненных с пересекающимися в упомянутой плоскости каналами, ограниченными в плоскости стыка окружностью, при этом входная и выходная части контейнера установлены с возможностью вращения одна относительно другой в плоскости стыка, отличающееся тем, что по меньшей мере один канал или его часть, прилегающая к плоскости стыка, выполнены с поперечным сечением эллиптической формы.
Кроме того, достижению задачи способствует то, что:
с поперечным сечением эллиптической формы выполнен канал выходной части контейнера;
с поперечным сечением эллиптической формы выполнены каналы входной и выходной частей контейнера, при этом поперечные сечения упомянутых каналов имеют одинаковую эллиптическую форму;
с поперечным сечением эллиптической формы выполнены каналы входной и выходной частей контейнера, при этом поперечные сечения упомянутых каналов имеют различную эллиптическую форму;
канал выходной части контейнера выполнен суженным;
канал выходной части контейнера выполнен с поперечным сечением, площадь которого меньше площади поперечного сечения канала входной части контейнера.
Предлагаемое устройство решает поставленную задачу совокупностью необходимых и достаточных признаков его конструктивного исполнения.
В частности, расширение технологических возможностей достигается реализацией с помощью устройства разных методов деформации заготовки. Устройство можно использовать для углового прессования, продавливая заготовку через пересекающиеся в плоскости стыка каналы, не производя при этом относительного вращения частей контейнера. Можно использовать для прессования с кручением, вращая в плоскости стыка части контейнера друг относительно друга и продавливая заготовку в пересекающихся каналах.
Во всех методах деформации используется один и тот же отличительный конструктивный признак предложенного устройства - пересечение эллиптических каналов (или одного эллиптического канала с обычным цилиндрическим, т.е. имеющим окружное поперечное сечение), который в сочетании с известным (по отношению к прототипу) признаком - поворотом частей контейнера, сопряженных в плоскости стыка, - позволяет осуществлять сдвиг в качестве преимущественного механизма деформации.
Каждый из методов деформации, реализуемый посредством предлагаемого устройства, может использоваться для решения различных задач, однако рациональный выбор схемы деформации связан с использованием ее особенностей применительно к конкретной цели обработки и свойств обрабатываемого материала.
Если требуется получить вытянутую в направлении оси прутка текстуру, то применяют прессование. Этот метод деформации используют также для получения мелкозернистых состояний преимущественно в относительно мягких материалах.
Снижению нагрузки (осевой силы) на пуансоне способствует одновременная комбинация деформаций кручением и прессованием по меньшей мере по двум причинам. Во-первых, кручение переводит материал в пластическое состояние и роль силы пуансона в таком случае сводится к соответствующему ей направленному пластическому перемещению (течению) материала, во-вторых, в этом случае уменьшается также противодействие сил трения, поскольку часть из них, действующих в тангенциальном направлении, становятся активными, т.е. вызывающими развитие пластической деформации, а не противодействующими этому.
Повышение однородности структуры устройство обеспечивает тем, что нем реализуются более однородные схемы деформации, чем кручение в известном устройстве. Так, в случае углового прессования однородность деформированной структуры в зоне сдвига обеспечивается известными особенностями этого метода деформации.
При комбинированной деформации углового прессования и кручения однородность повышается вследствие интенсивной деформации. Даже в случае использования предлагаемого устройства только для кручения получается более однородное распределение деформации в заготовке, чем дает кручение в известном устройстве-прототипе. В предлагаемом устройстве кручение производится в промежуточной плоскости между поперечным и продольным сечением заготовки, соответственно деформационной проработке подвергаются наружные и внутренние слои заготовки. В известном устройстве в наибольшей мере деформируются поверхностные наружные слои.
Достижению задач способствуют также дополнительные признаки устройства. Так, выполнение устройства с одинаковыми или различными эллиптическими формами поперечных сечений каналов входной и выходной частей контейнера позволяет регулировать углы пересечения каналов. Последнее дает возможность варьировать величинами деформаций заготовки и нагрузкой на пуансон.
В том случае, когда каналы входной и выходной частей контейнера сопряжены таким образом, что поперечные сечения упомянутых каналов имеют одинаковую эллиптическую форму, устройство может использоваться также и для кручения. Такое сопряжение каналов обеспечивает при определенном положении их соосность. По таким каналам заготовка относительно легко, без больших усилий со стороны пуансона, может передвигаться и останавливаться в необходимой позиции относительно плоскости стыка частей контейнера, при этом деформация соответствующего стыку участка может выполняться только кручением. Это энергетически выгодно для деформационного упрочнения труднодеформируемых, высокопрочных материалов, а также получения в них СМК и ПК структур. Это объясняется тем, что момент сил, прикладываемый к вращаемой части контейнера и, следовательно, к заготовке, можно развить достаточным для интенсивной деформации заготовки и безопасным для работы инструмента. При этом можно не использовать пуансоны для кручения, эту роль выполняет контейнер. Поперечные размеры последнего существенно больше, чем у пуансона и заготовки, и момент сил не вызовет возникновения в нем опасных напряжений.
Следовательно, используемое устройство позволяет снизить нагрузку на пуансоне и деформировать труднодеформируемые сплавы.
Выполнение выходной части составного контейнера с меньшей площадью поперечного сечения канала в плоскости стыка, чем входного, или выполнение его сужающимся также позволяет увеличить интенсивность деформации заготовки за счет дополнительной деформации заготовки в таком канале и повысить ее деформируемость вследствие воздействия на заготовку гидростатического подпора.
Устройство поясняется иллюстрациями, приведенными ниже.
На фиг. 1 приведена схема конструктивного выполнения устройства для реализации предложенного способа.
На фиг. 2-5 рассмотрены варианты исполнения устройства, у которых минимальные углы пересечения каналов соответственно равны 60o, 90o, 120o, 135o, а поперечные сечения равные эллиптические, на примере фиг. 2 штриховой линией показано характерное для всех вариантов, изображенных на фиг. 2-5, соосное расположение каналов после поворота нижней части по отношению к верхней части контейнера на 180o относительно положения этих частей, при котором угол пересечения осей контейнера был минимальным.
На фиг. 6 приведен вариант исполнения устройства, в котором во входной части контейнера канал имеет окружное поперечное сечение, а в выходной части контейнера эллиптическое поперечное сечение.
На фиг. 7 приведен вариант исполнения устройства, в котором во входной части контейнера канал имеет эллиптическое поперечное сечение, а в выходной части контейнера окружное.
На фиг. 8 рассмотрен вариант исполнения устройства, в котором каналы во входной и выходной частях контейнера имеют различные эллиптические поперечные сечения.
Примеры выполнения использования устройства.
Устройство (фиг. 1) содержит неподвижную часть 1 контейнера с каналом 2, при этом по меньшей мере часть канала, начиная от плоскости стыка, имеет эллиптическое поперечное сечение 3, пуансон 4, подвижную часть 5 контейнера, с каналом 6, при этом по меньшей мере часть канала 7, начиная от плоскости стыка, имеет также равное по площади и осям эллиптическое поперечное сечение, червячное колесо 8, жестко связанное с контейнером 5, червяк 9, подшипник 10, болтовое соединение 11, основание 12. Кроме того, на фиг. 1 показана заготовка 13 и технологическая таблетка 14, применяемая для полного выталкивания заготовки из каналов, а также в качестве смазки.
Плоскость пересечения каналов выполнена наклонно к их осям, но так, что в плоскости сечения отверстия ограничиваются окружностями равных диаметров, центры которых лежат практически в одной точке. Буквенным обозначением O-O показана ось вращения нижней части контейнера. Между плоскостями сопряжения зазор минимальный, практически это притертые без зазора плоскости, но сопряженные с возможностью скольжения.
Устройство работает следующим образом.
При прессовании каналы 2 и 5 устанавливают под заданным углом, выбранным с учетом напряжения сдвига материала заготовки. Далее в контейнер помещают заготовку с таблеткой или две заготовки и производят выдавливание заготовки пуансоном через пересекающиеся каналы. При росте усилия прессовании после многократных проходов угол пересечения каналов меняют с учетом упрочнения материала заготовки.
При одновременном прессовании и кручении заготовку 13 устанавливают в канал 2 и проталкивают пуансоном 4, так чтобы передний конец его прошел зону сопряжения. Далее производят одновременное кручение и прессование заготовки, регулируя скорость или усилие прессования или скорость и усилие прессование одновременно, используя вышеуказанные соотношения.
При кручении, когда поперечные сечения каналов ограничены равными эллипсами, заготовку 13 устанавливают в канал 2 и проталкивают пуансоном 4, так чтобы передний конец его прошел зону сопряжения.
Затем производят поворот нижней части контейнера относительно верхней посредством червячной передачи на угол, необходимый для накопления в очаге деформации необходимой величины деформации. Далее каналы 2 и 6 совмещают в соосное положение и выбирают следующий участок для обработки, проталкивая соответственно на необходимую величину заготовку по каналу. Вновь производят кручение и таким образом повторяют эти приемы до тех пор, пока все необходимые участи заготовки не будут обработаны с заданной степенью деформации. Закачивают обработку заготовки путем ее выталкивания из соосно расположенных каналов.
Примеры использования устройства.
Пример 1. Ставилась задача продеформировать высокожаропрочный сплав ЭП 962 с целью измельчения в нем зерен матрицы до СМК состояния и повышения за счет этого прочности. Был взят пруток с эллиптическим поперечным сечением (диаметром d1 = 20 мм, d2 = 14 мм). Перед обработкой пруток нагрели до температуры выше температуры растворения интерметаллидной фазы и охладили с печью до 1000 и далее на воздухе. В результате в нем сформировалась крупнозернистая исходная структура. Предел условной текучести сплава после такой обработки составил 100 кг/мм2. Далее заготовку установили во входную часть 1 контейнера, имеющую соответствующее заготовке поперечное сечение канала 2 и соединенную с выходной частью контейнера 4, с идентичным также заготовке и входному каналу 5 сечением. Плоскость стыка контейнеров была выполнена в плоскости, проходящей под углом к их осям и образующей сопряжение каналов по окружностям, равным 20 мм. Выходная часть контейнера была снабжена приводом, позволяющим ей вращаться вокруг оси, проведенной через центры круговых сечений, нормально к ним.
Далее путем поворота ось выходного канала совместили с осью входного канала, а заготовку продвинули по каналам, так чтобы плоскость стыка каналов пересекла начало заготовки.
Затем заготовку деформировали кручением путем поворота нижней части контейнера относительно верхней части на угол, равный 6π. Кручение было завершено в положении частей, при которых каналы стали соосными. После этого продвинули заготовку так, чтобы следующее сечение заготовки оказалось в плоскости стыка, и вновь прокрутили заготовку. Таким образом, обработали всю заготовку по длине за исключением небольших концов. После обработки из заготовки сделали шлиф и образцы для механических испытаний. Исследование структуры показало наличие мелких зерен размером около 200 нм, а механические испытания - повышение предела текучести сплава до уровня 1400 - 1450 МПа.
Пример 2. Ставилась задача обработать пруток прессованием из инструментальной стали, у которой в исходном состоянии сопротивление сдвигу составляло 800 МПа с цельного упрочнения и получения вытянутой текстуры зерен в направлении прессования. Пуансон устройства был выполнен из инструментальной стали ДИ 22. Поэтому предельно допустимое давление на него не могло превысить величину 1800 МПа. Прессование выполняли в вышеописанном устройстве без противодавления p0=0.
В соответствии с возможностями устройства регулировали угол пересечения каналов для прессования по соотношению
φ1≥ arcctg(p po)/2k, = arcctg1800/2×800 ≈ 43°.
Следовательно, для первого прохода угол пересечения каналов должен быть больше чем 86o. Поэтому его выбрали с учетом противодействия трения несколько большим, равным 2φi= 90°, и продеформировали заготовку с использованием смазки. (Прессование проводили с использованием таблетки, содержащей графит, парафин, масло, с целью полного выдавливания посредством него заготовки из устройства).
После первого прохода образца через устройство с углом пересечения каналов 90o материал упрочнился и k увеличилось в 1.25 раз. При втором проходе установили угол пересечения каналов равным 2φ2= 100°, т.к.
φ2= arcctg1800/2×800×1,25 ≈ 48°.
После второго прохода материал, вновь упрочнится в 1.2 раза, поэтому третий переход исходя из того же соотношения выполняли уже при угле пересечения каналов, равном 110o.
Таким образом, после трех проходов материал заготовки упрочнили в 1.7 раз и сформировали заданную металлографическую текстуру деформации. В принципе число проходов заготовки может быть увеличено и далее и достигнуто предельно возможное упрочнение материала путем регулировки угла пересечения каналов в одном том же устройстве для прессования.
Пример 3. Выполняли деформацию прессованием и кручением заготовки из технически чистого никеля НП2.
Ставилась задача получить однородные структуру и механические свойства в поперечном сечении прутка. С этой целью пруток никеля предварительно подвергли отжигу. Затем его обрабатывали в устройстве для его осуществления. Учитывая, что интенсивность сдвига для никеля в отожженном состоянии не превышает 400 МПа, сначала установили угол между каналами, равный 90o, затем пропрессовали. На завершающем этапе прессование совместили с кручением прутка путем поворота выходной части канала до положения, при котором оси каналов совместились по прямой. Далее сместили заготовку в каналах до положения, при котором в плоскости стыка частей контейнера оказалась другая концевая часть прутка. Вновь, но уже без прессования, повернули части контейнера на угол, равный 120o, между осями каналов, и оставшуюся часть пропрессовали с данным углом. В результате был получен пруток с равномерными сечениями, у которого в результате деформации с различными степенями, включая равную нулю, были получены разные механические свойства, в частности твердость по Виккерсу у одной концевой части была равной 150, у другой - около 220, а средняя часть - порядка 75 единиц. Очевидно, что варьирование схемой и степенью деформации прутка позволяют получить и другие варианты регламентированного изменения структуры и свойств прутка по длине и сечению, например с упрочненной средней частью и "мягкими" концами.
Пример 4. Пруток из меди М1, отожженной, подвергли одновременному прессованию и кручению. Деформацию выполняли так. Сначала пруток поместили в устройство при совпадении осей каналов в исходное положение. Затем выполняли кручение каждого локального участка на 5 оборотов с одновременным его продавливанием через пересекающиеся каналы, при этом регулировали усилием прессования, изменяя его от нуля при совпадении осей до максимума при минимальном угле пересечения осей каналов. При этом скорость прессования согласовывали с вращением частей контейнера в соответствии с уравнением v ≅ r • ω /eкр, так что один и тот же локальный участок подвергался комбинированной деформации. В свою очередь, скорость прессования регулировали изменением давления на пуансоне в зависимости от угла пересечения осей каналов и с использованием соотношения
p ≥ po+2kctg[φi/2].
Пример 5. Оценка энергосиловых параметров деформации в устройстве.
Кручение. Для обработки заготовки в соответствии с примером 1 потребовался момент кручения около 100 кг м. Его величина находится в хорошем соответствии с известной формулой
Mкр = 1.3 • Wp • k = 1.3 • π d3/16 ≈ 0.2d3,
где k = σ0,2/2 = 50 кг/мм2 - напряжение сдвига,
Wp - полярный момент сопротивления,
1.3 - коэффициент, учитывающий влияние площади сечения заготовки на кручение.
Данная формула была использована для количественной оценки моментов кручения данного сплава для прутков с различным диаметром, т.е. теоретической возможности оценки обработки высокопрочных сплавов широкой номенклатуры. Результаты расчета приведены в таблице.
Расчеты показывают, что для кручения в соответствии со способом прутка с достаточно большим диаметром 60 мм необходим крутящий момент, равный 2808 кг м, который может обеспечить привод с небольшим червячным редуктором.
Определим мощность N = Мкр • ω = Мкр • π n/30 ≈ 2808 • 0,1 = 280 кг м/с = 2.8 кВт, где
ω = угловая скорость,
n = 1 об/мин - число оборотов в минуту.
Допустим, что КПД редуктора и потери на трение составят 70%. Тогда потребуется мощность около 4 кВт. Т. е. обычная мощность, потребляемая средним металлорежущим оборудованием. Полученные оценки показывают, что для развития такого момента и мощности подойдут небольшие по габаритам червячный редуктор и электродвигатель.
Прессование. Максимальное усилие прессования возникает в случае, когда оси каналов пересекаются с минимальным углом. При РКУ прессовании усилие прессования без учета трения можно определить по формуле
P=F•2k•ctg Φ/2,
где F - поперечная площадь прутка,
k - напряжение сдвига,
e - истинная деформация.
Например, для прессования под углом пересечения каналов 90o высокопрочного прутка, у которого k = 1000 МПа, диаметром 60 мм необходимо усилие не менее
P ≥ π d2/4 • 1000 • 2 ctg(90o/2)= 5400000 Н = 540 т.
После упрочнения материала заготовки, как показано выше, усилие прессования может быть снижено путем увеличения угла между осями каналов в устройстве. В этом случае достижение цели обработки выполняют за счет роста числа проходов.
Прессование с кручением. В этом случае вследствие изменения угла пересечения каналов усилие будет меняться от минимума до максимума. В случае пересечения равновеликих каналов минимальное усилие равно нулю, следовательно, среднее усилие за оборот будет меньше в два раза по сравнению со случаем, когда прессование ведется без кручения с постоянным и притом минимальным углом пересечения каналов. Кроме того, при прессовании с кручением активную силу пуансона выгодно использовать в качестве лишь продавливания заготовки в положениях, близких к положению совмещенных по оси каналов. В этом случае потребные усилия могут быть еще более существенно в 3-5 раз снижены.
В целом, как видно из расчетов, энергосиловые параметры, необходимые для осуществления комбинированного процесса, вполне приемлемые и предлагаемое устройство можно применить для широкого круга материалов, включая высокопрочные сплавы.
Пример 6. Оценка работоспособности конструкции.
Наиболее "слабым" узлом в конструкции является стык частей контейнера в плоскости сопряжения. Части контейнера должны быть достаточно плотно прижаты друг к другу. Вместе с тем они должны допускать скольжение одной поверхности относительно другой при поворотах (вращении) в процессе прессования. Пара скольжения может быть подобрана путем применения вкладышей, выполненных из материалов, применяемых в подшипниках скольжения, либо путем применения подшипника качения.
Оценим, например, возможность применения подшипника скольжения. Для малых скоростей, не больших 0.5 м/с, допустимое давление в парах подшипников скольжения составляет [p] = 100 - 250 кг/см2. Определим, какой радиус должны иметь контейнеры в зоне сопряжения сопряженный стык, чтобы обеспечить требуемое давление.
Из условия обработки в зоне стыка развивается усилие, равное
P = σπr2,
где σ - давление пуансона, взятое равным напряжению течения материала для экстремального случая работы устройства как чистое РКУ прессование,
r - радиус контейнера.
С не меньшим усилием должны быть прижаты друг к другу контейнеры, т.е.
P = [p]{πR2πr2}
Откуда радиус контейнера, предназначенного для прессования высокопрочных материалов, в зоне стыка равен
R = r (σ/[p])0,5 = 30(200/2,5)0,5 ≈ 270 мм.
Таким образом, опытная проверка устройства, а также расчетные оценки показали возможность решения поставленных задач предлагаемым устройством.
Источники, принятые во внимание:
1. Процессы пластического структурообразования металлов Минск. Навука i технiка, 1994 / Сегал В.М., Резников В.И., Копылов В.И. и др., с. 138 - 154.
2. Мазурский М. И. , Еникеев Ф.У., Коршунов А.А. "Способ кручения осесимметричных заготовок под давлением." / Патент РФ 2021064 от 15.10.1994.
3. Процессы пластического структурообразования металлов Минск. Навука i технiка, 1994 / Сегал В.М., Резников В.И., Копылов В.И. и др., с. 26 - 46, 97 - 102.
Формула изобретения: 1. Устройство для деформационной обработки заготовок, содержащее пуансон и составной контейнер из входной и выходной частей, сопряженных между собой по плоскости стыка и выполненных с пересекающимися в упомянутой плоскости каналами, ограниченными в плоскости стыка окружностью, при этом входная и выходная части контейнера установлены с возможностью вращения одна относительно другой в плоскости стыка, отличающееся тем, что по меньшей мере один канал или его часть, прилегающая к плоскости стыка, выполнены с поперечным сечением эллиптической формы.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что с поперечным сечением эллиптической формы выполнен канал выходной части контейнера.
3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что с поперечным сечением эллиптической формы выполнены каналы входной и выходной частей контейнера, при этом поперечные сечения упомянутых каналов имеют одинаковую эллиптическую форму.
4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что с поперечным сечением эллиптической формы выполнены каналы входной и выходной частей контейнера, при этом поперечные сечения упомянутых каналов имеют различную эллиптическую форму.
5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что канал выходной части контейнера выполнен суженным.
6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что канал выходной части контейнера выполнен с поперечным сечением, площадь которого меньше площади поперечного сечения канала входной части контейнера.