RU2415730C1

RU2415730C1 - Metal forming device

Info

Publication number: RU2415730C1
Application number: RU2010104685/02A
Authority: RU
Inventors: Анатолий Сергеевич Матвеев (RU); Анатолий Сергеевич Матвеев; Валерий Алексеевич Полетаев (RU); Валерий Алексеевич Полетаев; Роман Александрович Казаков (RU); Роман Александрович Казаков
Priority date: 2010-02-10
Filing date: 2010-02-10
Publication date: 2011-04-10

Abstract

FIELD: process engineering.

SUBSTANCE: invention relates to metal forming with high-intensity plastic deformation and serves to produce nanocrystalline structure of materials with higher mechanical properties. Proposed device comprises loading assembly and female die made up of two half-dies. Each half-die has one parallel channel and one intermediate semi-channel. Each half-die has ledge arranged in semi-channel of opposite half-die with slide fit. Half-dies may move. Free parts of semi-channels form intermediate channel when jointed together. Said intermediate channel and parallel channels form inner acute crossed angles. Proposed device comprises base and top bridge with mounting surface moving vertically. Loading assembly is made up of two telescopic cylinders consisting of outer cylinder with piston and rod. Outer cylinder piston accommodates inner cylinder with piston and rod. Inner cylinder represents an axial punch. One of half-dies is mounted on base, while the other one is located on top bridge mounting surface. One of outer cylinders is coupled with the base while the other one is articulated with top bridge.

EFFECT: higher plastic deformation and efficiency of metal structure formation.

5 cl, 14 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относятся к обработке металлов давлением с использованием интенсивной пластической деформации и предназначено для получения нанокристаллической структуры материалов с увеличенным уровнем механических свойств.The present invention relates to the processing of metals by pressure using intense plastic deformation and is intended to obtain a nanocrystalline structure of materials with an increased level of mechanical properties.

Известно устройство для обработки металлов, содержащее узел для деформирования, имеющий два сообщенных канала, в одном из которых размещается заготовка, и узел для нагружения, выполненный в виде двух плунжеров, при помощи которых последовательно проталкивают заготовку из первого во второй канал, затем из второго в первый, при этом каналы узла для деформирования расположены под углом один к другому и имеют одинаковые диаметры, равные диаметру заготовки [а.с. СССР 492780, МКИ 3 G01N 3/00. Устройство для упрочнения материала давлением. / В.М.Сегал, В.Я.Щукин (СССР). - 1924516/25-28: Заявлено 11.06.73. Опубл. 23.02.76. Бюл.43].A device for processing metals is known, comprising a knot for deformation, having two communicated channels, one of which holds a workpiece, and a knot for loading, made in the form of two plungers, by which successively push the workpiece from the first to the second channel, then from the second to the first, while the channels of the node for deformation are located at an angle to one another and have the same diameters equal to the diameter of the workpiece [a.s. USSR 492780, MKI 3 G01N 3/00. Device for hardening the material by pressure. / V.M. Segal, V.Ya. Shchukin (USSR). - 1924516 / 25-28: Declared June 11, 73. Publ. 02/23/76. Bull. 43].

Недостатками известного технического решения является малая степень пластической деформации, получаемая заготовкой за один цикл прессования, т.к. устройство содержит только два канала, расположенных под углом 90°, и при обработке заготовки образуется только один очаг пластической деформации в плоскости пересечения этих каналов, а также высокие нагрузки на плунжеры вследствие необходимости преодоления не только сопротивления материала деформированию, но и преодоления сил трения, возникающих между каналами и прессуемой заготовкой.The disadvantages of the known technical solution is the small degree of plastic deformation obtained by the workpiece in one pressing cycle, because the device contains only two channels located at an angle of 90 °, and when processing the workpiece, only one center of plastic deformation is formed in the plane of intersection of these channels, as well as high loads on the plungers due to the need to overcome not only the resistance of the material to deformation, but also the friction forces arising between channels and the pressed workpiece.

В общем случае в известном устройстве каналы можно расположить под углом, отличным от 90°, например под углом меньше 90°. При этом уменьшение угла между осями параллельных каналов и промежуточного канала повышает степень пластической деформации и, следовательно, повышает производительность структурообразования металла. Однако проталкивание заготовок через них потребует дополнительного увеличения нагрузок на плунжеры, что увеличивает энергоемкость процесса прессования. Кроме того, это приведет к образованию в заготовке зажимов, застойных зон, являющихся браковочным признаком при обработке заготовки.In the General case, in the known device, the channels can be positioned at an angle other than 90 °, for example, at an angle less than 90 °. In this case, a decrease in the angle between the axes of the parallel channels and the intermediate channel increases the degree of plastic deformation and, therefore, increases the productivity of metal structure formation. However, pushing the blanks through them will require an additional increase in the loads on the plungers, which increases the energy intensity of the pressing process. In addition, this will lead to the formation in the workpiece clamps, stagnant zones, which are a defect in the processing of the workpiece.

Кроме того, такое устройство требует полной разборки для извлечения обработанной заготовки, находящейся после прессования в Г-образном канале, или требует использования второй заготовки, проталкивающей первую заготовку в горизонтальный канал устройства. Дополнительно, чтобы развернуть отпрессованную заготовку вокруг своей оси для вовлечения в процесс дробления кристаллической структуры дополнительных направлений и дополнительных плоскостей в структуре материала, необходимо вертикальным плунжером протолкнуть заготовку в канал горизонтальной втулки. Это возможно лишь в том случае, если будет использована вторая, дополнительная заготовка, прессуемая вслед за первой. Причем ее прессование необходимо выполнить до совмещения как минимум ее торца, контактирующего с торцом первой заготовки, с торцом горизонтальной втулки, представляющим собой малое основание усеченного конуса. И только после этого возможен поворот первой заготовки вокруг своей оси и повторное ее прессование горизонтальным плунжером. Это снижает производительность работы устройства.In addition, such a device requires complete disassembly to remove the processed workpiece located after pressing in the L-shaped channel, or requires the use of a second workpiece pushing the first workpiece into the horizontal channel of the device. Additionally, in order to turn the pressed blank around its axis to involve additional directions and additional planes in the material structure in the crushing process of the crystal structure, it is necessary to push the blank into the channel of the horizontal sleeve with a vertical plunger. This is only possible if a second, additional workpiece is pressed, pressed after the first. Moreover, its pressing must be performed before combining at least its end, in contact with the end of the first workpiece, with the end of the horizontal sleeve, which is a small base of a truncated cone. And only after this is possible the rotation of the first workpiece around its axis and its repeated pressing with a horizontal plunger. This reduces the performance of the device.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для обработки металлов давлением, содержащее матрицу, включающую две полуматрицы, в каждой из которых выполнен один из параллельных каналов и промежуточный полуканал. На каждой полуматрице выполнен выступ, установленный в части промежуточного полуканала противоположной полуматрицы по скользящей посадке.The closest in technical essence and the achieved result is a device for metal forming, containing a matrix comprising two half-matrixes, in each of which one of the parallel channels and an intermediate half-channel are made. A protrusion is made on each half-matrix, which is installed in the part of the intermediate half-channel of the opposite half-matrix in a sliding fit.

Полуматрицы установлены с возможностью перемещения, при этом свободные части полуканалов при их совмещении образуют промежуточный канал матрицы, который образует с параллельными каналами полуматриц угол 90°.The half-matrices are mounted with the possibility of movement, while the free parts of the half-channels, when combined, form an intermediate channel of the matrix, which forms an angle of 90 ° with the parallel channels of the half-matrices.

Устройство имеет узел нагружения, выполненный в виде вертикальных пуансонов, соединенных со штоками гидроцилиндров пресса и установленных в параллельных каналах (Экспресс-информация «Технология и оборудование кузнечно-штамповочного производства», ВИНИТИ, Москва, №26, 1982 г., стр.18).The device has a loading unit made in the form of vertical punches connected to the rods of the hydraulic cylinders of the press and installed in parallel channels (Express information "Technology and equipment for forging and stamping", VINITI, Moscow, No. 26, 1982, p. 18) .

Это устройство частично лишено недостатков вышеуказанного устройства, т.к. содержит три канала для деформирования заготовки, в которых одновременно образуются два очага пластической деформации, перемещающиеся от срединной зоны заготовки к ее торцам, увеличивая производительность процесса обработки заготовки (ориентировочно в два раза), при пониженных, по сравнению с предыдущим устройством, нагрузках на вертикальные пуансоны, вследствие отсутствия проскальзывания обрабатываемого материала в промежуточном канале относительно полуматриц, то есть отсутствия вредных сил трения в межочаговой зоне заготовки, находящейся в промежуточном канале.This device is partially devoid of the disadvantages of the above device, because contains three channels for deformation of the workpiece, in which two centers of plastic deformation are simultaneously formed, moving from the middle zone of the workpiece to its ends, increasing the productivity of the workpiece processing (approximately two times), with reduced, in comparison with the previous device, loads on vertical punches , due to the absence of slippage of the processed material in the intermediate channel relative to the half-matrix, that is, the absence of harmful friction forces in the inter-focal zone of the workpiece, by odyascheysya in the intermediate channel.

При этом устройство предполагает обработку заготовки только под углами между промежуточным каналом и параллельными каналами, равными 90°. Для повышения эффективности структурообразования материала заготовки за счет повышения степени деформации необходимо выполнить внутренние накрест лежащие углы между промежуточным каналом и параллельными каналами меньше 90°. Однако при этом возникнут сдвигающие нагрузки, приложенные как к полуматрицам, так и к вертикальным пуансонам. Для обеспечения определенного соотношения скоростей между перемещающимися пунсонами и перемещающимися матрицами устройство должно быть оснащено механизмом компенсации сдвигающих нагрузок.The device involves processing the workpiece only at angles between the intermediate channel and parallel channels equal to 90 °. To increase the efficiency of structure formation of the workpiece material by increasing the degree of deformation, it is necessary to perform internal crosswise angles between the intermediate channel and parallel channels of less than 90 °. However, in this case, shear loads are applied, applied both to the half-matrix and to the vertical punches. To ensure a certain ratio of speeds between moving punches and moving matrices, the device must be equipped with a mechanism for compensating shear loads.

В известном устройстве механизма для такой компенсации не предусмотрено, поэтому его нельзя использовать при расположении промежуточного канала по отношению к параллельным под углом, отличным от 90°.In the known device of the mechanism for such compensation is not provided, therefore, it can not be used when the location of the intermediate channel with respect to parallel at an angle other than 90 °.

Для того чтобы ввести в процесс измельчения зерен (получения нанокристаллической структуры) новые, дополнительные плоскости скольжения в кристаллической структуре материала и интенсифицировать процесс структурообразования материала, полученную на первом этапе обработки Z-образную заготовку необходимо деформировать в прямолинейную и повторять этот цикл несколько раз.In order to introduce new, additional sliding planes in the crystal structure of the material into the grain grinding process (to obtain a nanocrystalline structure) and to intensify the process of material structure formation, the Z-shaped workpiece obtained at the first processing stage needs to be deformed into a straight line and this cycle should be repeated several times.

Однако известное устройство не имеет механизма силового возвращения полуматриц в исходное положение, которое занимали полуматрицы перед началом обработки, что не позволяет интенсифицировать процесс структурообразования материала заготовки.However, the known device does not have a mechanism for the forceful return of the half-matrix to its original position, which the half-matrix occupied before the start of processing, which does not allow to intensify the process of structure formation of the workpiece material.

Дополнительно, для интенсификации процесса структурообразования целесообразно на очаги пластической деформации наложить дополнительные сжимающие или растягивающие напряжения. Это возможно путем выдерживания определенного соотношения скоростей перемещений пуансонов и подвижных полуматриц. Известное устройство не имеет механизма управления указанным соотношением скоростей.Additionally, to intensify the process of structure formation, it is advisable to impose additional compressive or tensile stresses on the plastic deformation centers. This is possible by maintaining a certain ratio of the speeds of movement of the punches and moving half-matrixes. The known device does not have a control mechanism for the specified ratio of speeds.

Техническим результатом, на достижение которого направлено предлагаемое устройство, является повышение степени пластической деформации и, следовательно, повышение производительности структурообразования металла путем введения в процесс измельчения зерен (получения нанокристаллической структуры) новых, дополнительных плоскостей скольжения в кристаллической структуре материала за счет обеспечения возможности деформирования заготовки в матрице с углами между параллельными и промежуточным каналами, отличными от 90°, путем обеспечения компенсации возникающих сдвигающих нагрузок, обеспечение возможности многократного деформирования заготовки из Z-образной в прямолинейную и наоборот - из прямолинейной в Z-образную за счет обеспечения возможности возвращения полуматриц в исходное состояние, а также обеспечение возможности управления процессом структурообразования за счет выдерживания необходимого соотношения скоростей перемещений пуансонов и матриц.The technical result, which the proposed device is aimed at, is to increase the degree of plastic deformation and, therefore, increase the productivity of metal structure formation by introducing new, additional sliding planes in the crystalline structure of the material into the grain grinding process (obtaining a nanocrystalline structure) by allowing the workpiece to be deformed into a matrix with angles between parallel and intermediate channels other than 90 ° by compensation for the occurring shear loads, the possibility of multiple deformation of the workpiece from the Z-shaped to straight and vice versa - from straight to Z-shaped by providing the ability to return semi-matrices to their original state, as well as providing the ability to control the process of structure formation by maintaining the necessary ratio of movement speeds punches and dies.

Заявленный технический результат достигается тем, что устройство для обработки металлов давлением содержит узел нагружения и матрицу, включающую две полуматрицы, в каждой из которых выполнен один из параллельных каналов и промежуточный полуканал. На каждой полуматрице выполнен выступ, установленный в части полуканала противоположной полуматрицы по скользящей посадке. Полуматрицы установлены с возможностью перемещения, при этом свободные части полуканалов при их совмещении образуют промежуточный канал матрицы.The claimed technical result is achieved in that the device for processing metals by pressure comprises a loading unit and a matrix including two half-matrixes, each of which has one of the parallel channels and an intermediate half-channel. A protrusion is made on each half-matrix, mounted in the half-channel part of the opposite half-matrix in a sliding fit. The half-matrixes are mounted with the possibility of movement, while the free parts of the half-channels, when combined, form an intermediate channel of the matrix.

Новым в изобретении является то, что промежуточный канал матрицы образует с параллельными каналами острые внутренние накрест лежащие углы. Устройство снабжено основанием и подвижной в вертикальном направлении траверсой с установочной поверхностью. Узел нагружения выполнен в виде двух телескопических цилиндров, каждый из которых включает наружный цилиндр с поршнем и штоком, жестко связанным с торцом полуматрицы. В поршне наружного цилиндра размещен внутренний цилиндр с поршнем и штоком, который выполнен в виде осевого пуансона и имеет возможность контакта с внутренней полостью параллельного канала полуматрицы. Одна из полуматриц установлена на основании, а другая - на установочной поверхности траверсы, причем основание и установочная поверхность траверсы параллельны штокам цилиндров и один из наружных цилиндров жестко связан с основанием, а другой - с траверсой.New in the invention is that the intermediate channel of the matrix forms with parallel channels sharp internal crosswise lying corners. The device is equipped with a base and a movable in the vertical direction traverse with a mounting surface. The loading unit is made in the form of two telescopic cylinders, each of which includes an outer cylinder with a piston and a rod rigidly connected to the end face of the half-matrix. In the piston of the outer cylinder there is an inner cylinder with a piston and a rod, which is made in the form of an axial punch and has the ability to contact the inner cavity of the parallel channel of the semi-matrix. One of the half-matrixes is mounted on the base, and the other on the mounting surface of the beam, the base and mounting surface of the beam parallel to the cylinder rods and one of the outer cylinders is rigidly connected to the base, and the other to the beam.

Для уменьшения усилий, требующихся для перемещения полуматриц, они снабжены подвижными опорами.To reduce the effort required to move the half-matrix, they are equipped with movable supports.

Для снижения деформирующих усилий полуматрицы снабжены нагревательными элементами.To reduce the deforming forces, the half-matrices are equipped with heating elements.

Для предотвращения размыкания полуматриц в процессе деформирования плоскости разъема полуматриц образуют между собою Т-образный замок.To prevent the opening of the half-matrices in the process of deformation of the plane of the connector, the half-matrices form a T-shaped lock between them.

Предлагаемое устройство поясняется чертежами, где:The proposed device is illustrated by drawings, where:

Фиг.1. Исходное положение устройства перед деформированием заготовки;Figure 1. The initial position of the device before deformation of the workpiece;

Фиг.2. Сечение Б-Б фиг.1;Figure 2. Section BB of FIG. 1;

Фиг.3. Элемент Г фиг.1;Figure 3. Element D of figure 1;

Фиг.4. Сечение Д-Д фиг.3;Figure 4. Section DD DD 3;

Фиг.5. Элемент В фиг.1;Figure 5. Element B of FIG. 1;

Фиг.6. Сечение Е-Е фиг.5;6. Section EE of FIG. 5;

Фиг.7. Сечение А-А фиг.1;7. Section AA of FIG. 1;

Фиг.8. Вариант полуматриц устройства, оснащенных нагревательными элементами;Fig. 8. An option of semi-matrix devices equipped with heating elements;

Фиг.9. Промежуточный этап работы устройства: начальное положение элементов устройства перед ориентацией заготовки относительно полуматриц;Fig.9. The intermediate stage of the device: the initial position of the elements of the device before the orientation of the workpiece relative to the half-matrix;

Фиг.10. Сечение И-И фиг.9;Figure 10. Section II; FIG. 9;

Фиг.11. Сечение К-К фиг.9;11. Section KK FIG. 9;

Фиг.12. Промежуточный этап работы устройства: заключительная стадия ориентации заготовки относительно полуматриц;Fig. 12. The intermediate stage of operation of the device: the final stage of orientation of the workpiece relative to the half-matrix;

Фиг.13. Промежуточный этап работы устройства: заключительная стадия деформирования прямолинейной заготовки в Z-образный полуфабрикат;Fig.13. The intermediate stage of the device: the final stage of deformation of the rectilinear workpiece into a Z-shaped semi-finished product;

Фиг.14. Вариант технологической последовательности обработки заготовки.Fig.14. A variant of the technological sequence of processing the workpiece.

Устройство для обработки металлов давлением содержит матрицу, включающую полуматрицы 1 и 2 (фиг.1), контактирующие по плоскости 3. В полуматрице 1 выполнен канал 4 и полуканал 5 (фиг.2), а в полуматрице 2 - канал 6 (фиг.1) и полуканал 7 (фиг.2), при этом каналы 4 и 6 (фиг.1) параллельны друг другу и имеют, например, круглое сечение.A device for processing metals by pressure contains a matrix including half-matrices 1 and 2 (Fig. 1), contacting along the plane 3. In half-matrix 1, channel 4 and half-channel 5 (figure 2) are made, and in half-matrix 2, channel 6 (figure 1) ) and a half-channel 7 (figure 2), while the channels 4 and 6 (figure 1) are parallel to each other and have, for example, a circular cross-section.

На полуматрице 1 выполнен полуцилиндрический выступ 8 (фиг.3, 4), который установлен в части полуканала 7 (фиг.2) противоположной полуматрицы 2, а на полуматрице 2 выполнен аналогичный выступ 9 (фиг.5, 6), установленный в полуканале 5 (фиг.2) полуматрицы 1, оба выступа 8 и 9 (фиг.4, 6) установлены по скользящей посадке.On the half-matrix 1, a semi-cylindrical protrusion 8 (Fig. 3, 4) is made, which is installed in part of the half-channel 7 (Fig. 2) of the opposite half-matrix 2, and on the half-matrix 2, a similar protrusion 9 (Figs. 5, 6) is installed in the half-channel 5 (Fig.2) half-matrix 1, both protrusions 8 and 9 (Fig.4, 6) are installed on a sliding fit.

Полуматрицы 1 и 2 (фиг.1) установлены с возможностью перемещения относительно друг друга по плоскости 3, при этом свободные части полуканалов 5 и 7 (фиг.2) при их совмещении составляют цилиндрический промежуточный канал матрицы, который образует с параллельными каналами 4 и 6 (фиг.1) острые внутренние накрест лежащие углы α. Величина углов α определяется планируемой степенью деформации материала за единичный цикл деформирования.The half-matrixes 1 and 2 (FIG. 1) are mounted with the possibility of moving relative to each other along the plane 3, while the free parts of the half-channels 5 and 7 (FIG. 2), when combined, form a cylindrical intermediate channel of the matrix, which forms parallel channels 4 and 6 (Fig. 1) acute internal crosswise lying angles α. The angle α is determined by the planned degree of deformation of the material per unit cycle of deformation.

Устройство снабжено неподвижным основанием 10 и подвижной в вертикальном направлении траверсой 11 с установочной поверхностью 12.The device is equipped with a fixed base 10 and a movable in the vertical direction traverse 11 with the mounting surface 12.

Узел нагружения выполнен в виде двух телескопических цилиндров.The loading unit is made in the form of two telescopic cylinders.

Один из телескопических цилиндров включает наружный цилиндр 13 с поршнем 14 и штоком 15, жестко связанным с торцом полуматрицы 1. Второй цилиндр включает наружный цилиндр 16 с поршнем 17 и штоком 18, жестко связанным с торцом полуматрицы 2.One of the telescopic cylinders includes an outer cylinder 13 with a piston 14 and a rod 15, rigidly connected with the end face of the half matrix 1. The second cylinder includes an outer cylinder 16 with a piston 17 and a rod 18, rigidly connected with the end face of the half matrix 2.

В штоках 15, 18 поршней 14, 17 размещены внутренние цилиндры 19, 20 с поршнями 21, 22 и штоками, выполненными в виде осевых пуансонов 23 и 24 соответственно. Каждый из пуансонов 23, 24 имеет возможность контакта с внутренней полостью своего параллельного канала 4, 6 полуматриц 1, 2. Форма поперечных сечений пуансонов 23 и 24 соответствует форме параллельных каналов 4 и 6, а также форме сечения обрабатываемой заготовки 25.In the rods 15, 18 of the pistons 14, 17 are located the inner cylinders 19, 20 with pistons 21, 22 and rods made in the form of axial punches 23 and 24, respectively. Each of the punches 23, 24 has the possibility of contact with the inner cavity of its parallel channel 4, 6 of the half-matrix 1, 2. The shape of the cross sections of the punches 23 and 24 corresponds to the shape of the parallel channels 4 and 6, as well as the cross-sectional shape of the workpiece 25.

Полуматрица 1 смонтирована на установочной поверхности 12 подвижной траверсы 11, а полуматрица 2 - на основании 10, причем основание 10 и установочная поверхность 12 траверсы 11 параллельны штокам 15, 18 соответствующих цилиндров. Наружный цилиндр 16 жестко связан с основанием 10, а наружный цилиндр 13 - с траверсой 11.The half-matrix 1 is mounted on the mounting surface 12 of the movable yoke 11, and the half-matrix 2 is mounted on the base 10, the base 10 and the mounting surface 12 of the yoke 11 are parallel to the rods 15, 18 of the respective cylinders. The outer cylinder 16 is rigidly connected to the base 10, and the outer cylinder 13 is connected to the traverse 11.

Полуматрицы 1 и 2 снабжены подвижными опорами, образованными совокупностью коробчатых корпусов 26, 27 с помещенными в них, например, роликовыми подшипниками 28 и 29, способными перемещаться вдоль траверсы 11 и основания 10 соответственно.The half-matrices 1 and 2 are equipped with movable supports formed by a set of box-shaped housings 26, 27 with, for example, roller bearings 28 and 29 placed in them, capable of moving along the beam 11 and the base 10, respectively.

Связь корпуса 26 (фиг.7) опоры с траверсой 11 осуществлена направляющими, выполненными в виде ласточкина хвоста 30 с помещенными между плоскими поверхностями 31 ласточкина хвоста и корпусом 26 опоры роликовыми подшипниками 28.The connection of the housing 26 (Fig.7) of the support with the traverse 11 is carried out by guides made in the form of a dovetail 30 placed between the flat surfaces 31 of the dovetail and the housing 26 of the support with roller bearings 28.

Полуматрицы 1 и 2 могут содержать нагревательные элементы 32 и 33 (фиг.8).Half-matrix 1 and 2 may contain heating elements 32 and 33 (Fig.8).

Постоянство контакта полуматриц 1 и 2 по плоскости 3 обеспечивается Т-образным замком 34, схематично показанным на фиг.2.The constant contact of the half-matrices 1 and 2 along the plane 3 is provided by the T-shaped lock 34, schematically shown in figure 2.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

В исходном положении (фиг.1) подвижная траверса 11 занимает крайнее верхнее положение, осевые пуансоны 23 и 24 соответственно - крайнее левое и крайнее правое положение. При этом поршень 21 с полуматрицей 1 и поршень 22 с полуматрицей 2 занимают крайнее левое положение, а нижний торец полуматрицы 1 находится выше канала 6 полуматрицы 2.In the initial position (figure 1), the movable yoke 11 occupies the highest position, the axial punches 23 and 24, respectively - the extreme left and extreme right position. In this case, the piston 21 with the half-matrix 1 and the piston 22 with the half-matrix 2 occupy the extreme left position, and the lower end of the half-matrix 1 is located above the channel 6 of the half-matrix 2.

В открытый для доступа горизонтальный канал 6 полуматрицы 2 устанавливают мерную заготовку 25, например цилиндрической формы, до контакта левого торца заготовки 25 с торцом пуансона 24. При этом заготовка 25 полностью находиться в полуматрице 2. Заготовка 25 при этом может находиться в холодном или нагретом до ковочных температур состоянии, а также в виде сплошного металла или предварительно спрессованного брикета из порошковых и гранулированных металлов и сплавов.In the horizontal channel 6 of the half-matrix 2 open for access, a measured workpiece 25, for example of a cylindrical shape, is installed until the left end of the workpiece 25 contacts the end of the punch 24. Moreover, the workpiece 25 is completely in the half-matrix 2. The workpiece 25 may be cold or heated up to forging conditions, as well as in the form of solid metal or pre-compressed briquette of powder and granular metals and alloys.

Затем подвижной траверсе 11 сообщают перемещение вниз до совпадения осей пуансонов 23 и 24 (фиг.9). При перемещении траверсы 11 вниз поршень 14 гидроцилиндра 13 и, соответственно, полуматрицу 1 перемещают вправо, сохраняя при этом контакт по плоскости 3 (фиг.1) полуматриц 1 и 2 (фиг.9) между собой. Сечения зон контакта полуматриц, расположенные по обе стороны от оси пунсонов 23 и 24, приведены на фиг.10 и 11. Совместив оси пуансонов 23 и 24 (фиг.9), перемещение траверсы 11 вниз прекращают.Then, the movable traverse 11 reports a downward movement until the axes of the punches 23 and 24 coincide (Fig. 9). When moving the yoke 11 down, the piston 14 of the hydraulic cylinder 13 and, accordingly, the half-matrix 1 are moved to the right, while maintaining contact along the plane 3 (Fig. 1) of the half-matrices 1 and 2 (Fig. 9) with each other. The cross-sections of the contact areas of the semi-matrices located on both sides of the axis of the punches 23 and 24 are shown in FIGS. 10 and 11. Having aligned the axis of the punches 23 and 24 (FIG. 9), the traverse 11 is not moved down.

Далее пуансонам 23 и 24 (фиг.12) сообщают синхронное перемещение навстречу друг другу. При этом заготовка 25 проталкивается в осевой канал полуматрицы 1, занимая исходное положение перед деформированием, а осевые пуансоны 23 и 24 обеспечивают силовой контакт с торцами заготовки 25, создавая в ней объемное напряженное состояние, повышающее пластичность материала заготовки. Дополнительно в поршневых полостях гидроцилиндров 13 и 16 создают давление, способствующее обеспечению силового контакта полуматриц 1 и 2 между собой по плоскости их разъема и разгружающих Т-образный замок 34 (фиг.2).Next, the punches 23 and 24 (Fig) inform synchronous movement towards each other. In this case, the workpiece 25 is pushed into the axial channel of the half-matrix 1, occupying the initial position before deformation, and the axial punches 23 and 24 provide power contact with the ends of the workpiece 25, creating a volumetric stress state in it that increases the plasticity of the workpiece material. Additionally, in the piston cavities of the hydraulic cylinders 13 and 16 create a pressure that helps to ensure power contact of the half-matrices 1 and 2 with each other along the plane of their connector and unloading the T-shaped lock 34 (figure 2).

Затем приступают к деформированию заготовки 25 в Z-образный полуфабрикат преимущественно путем деформации сдвига. При этом устройство может работать по трем вариантам наложения внешних нагрузок на обрабатываемую заготовку.Then proceed to the deformation of the workpiece 25 into a Z-shaped semi-finished product mainly by shear deformation. In this case, the device can operate in three ways of applying external loads to the workpiece.

По первому варианту деформирование заготовки обеспечивается только осевыми нагрузками на торцы заготовки 25 (фиг.13) со стороны осевых пуансонов 23 и 24. Отмеченный вариант реализуется за счет образования некомпенсированных площадей полуматриц, воспринимающих нагрузку в коленных зонах деформируемой заготовки (при деформировании цилиндрической заготовки некомпенсированные площади полуматриц равны половине круга с диаметром, равным диаметру заготовки), а также за счет вертикальных составляющих сил (не показано), образующихся в плоскости разъема полуматриц при их взаимодействии с деформируемой заготовкой. При этом траверса 11 перемещается вверх, а материал заготовки находится в условиях неравномерного всестороннего сжатия.In the first embodiment, the deformation of the workpiece is ensured only by axial loads on the ends of the workpiece 25 (Fig. 13) from the side of the axial punches 23 and 24. The marked variant is realized due to the formation of uncompensated areas of semi-matrices that perceive the load in the knee zones of the deformable workpiece (when deforming a cylindrical workpiece, uncompensated areas half-matrices are equal to half a circle with a diameter equal to the diameter of the workpiece), as well as due to the vertical component forces (not shown) generated in the plane p the removal of half-matrices during their interaction with the deformable workpiece. When this crosshead 11 moves up, and the material of the workpiece is in conditions of uneven comprehensive compression.

По второму варианту - осевыми нагрузками со стороны пуансонов 23, 24 и силой P₁, развиваемой при принудительном перемещении подвижной траверсы 11 вверх. При этом, управляя величиной силы P₁, удается управлять жесткостью схемы напряженно деформированного состояния материала в очагах деформации заготовки 25, в частности осуществить процесс деформирования заготовки с разноименным девиатором напряжений.According to the second option - axial loads from the side of the punches 23, 24 and the force P ₁ developed by the forced movement of the movable yoke 11 up. Moreover, by controlling the magnitude of the force P ₁ , it is possible to control the rigidity of the circuit of the stress-strain state of the material in the deformation zones of the workpiece 25, in particular, to carry out the process of deforming the workpiece with an opposite stress deviator.

По третьему варианту - осевыми нагрузками со стороны пуансонов 23, 24 и силой Р₂, развиваемой при принудительном перемещении подвижной траверсы 11 вверх, но оказывающей сопротивление приращению длины продеформированной межколенной зоны заготовки 25. В этом случае удается осуществить деформирование заготовки при более мягкой схеме напряженно деформированного состояния, то есть деформировать малопластичные, в обычных условиях, материалы. Управление силами P₁ или Р₂ осуществляют путем управления скоростью перемещения траверсы 11 при фиксированных скоростях перемещения осевых пуансонов 23 и 24. В общем случае при осуществлении процесса деформирования заготовки 25 с силой P₁ скорость перемещения траверсы 11 вверх больше скорости встречного перемещения пуансонов 23 и 24, а с силой P₂ - соответственно меньше.According to the third option - axial loads from the punches 23, 24 and the force Р ₂ , which is developed when the movable beam 11 is forced to move upward, but which resists the increment of the length of the deformed inter-knee zone of the workpiece 25. In this case, the workpiece can be deformed with a softer stress-strain scheme states, that is, to deform low-plastic, under ordinary conditions, materials. The forces P ₁ or P _{2 are} controlled by controlling the movement speed of the beam 11 at fixed speeds of movement of the axial punches 23 and 24. In general, when the process of deforming the workpiece 25 with force P _{1 is} carried out, the movement speed of the beam 11 upwards is greater than the speed of the oncoming movement of the punches 23 and 24 , and with a force of P ₂ - respectively less.

Дополнительно, как вариант, процесс деформирования заготовки может быть осуществлен при равенстве сил P₁ или P₂ нулю. В этом случае относительное смещение полуматриц 1, 2 и перемещение траверсы 11 может быть реализовано за счет силового перемещения поршней 14 и 17 гидроцилиндров 13 и 16 соответственно.Additionally, as an option, the process of deformation of the workpiece can be carried out with the equality of forces P ₁ or P _{2 to} zero. In this case, the relative displacement of the half-matrices 1, 2 and the movement of the beam 11 can be realized due to the force movement of the pistons 14 and 17 of the hydraulic cylinders 13 and 16, respectively.

Переместив траверсу 11 в верхнее крайнее положение, пуансоны 23 и 24, по первому варианту, отводят от торцов заготовки 25 в исходное положение, а траверсу 11 перемещают вниз до совпадения осей пуансонов 23 и 24 между собой (фиг.12). При этом Z-образная заготовка вновь приобретает прямолинейную форму. По второму варианту - при перемещении траверсы 11 вниз сохраняют регулируемый силовой контакт между торцами заготовки 25 и пуансонами 23 и 24.By moving the crosshead 11 to the upper extreme position, the punches 23 and 24, according to the first embodiment, are taken from the ends of the workpiece 25 to the initial position, and the crosshead 11 is moved down until the axes of the punches 23 and 24 coincide (Fig. 12). In this case, the Z-shaped workpiece again acquires a rectilinear shape. According to the second option - when moving the yoke 11 down, maintain an adjustable force contact between the ends of the workpiece 25 and the punches 23 and 24.

Изложенный цикл деформирования заготовки может быть повторен многократно.The foregoing deformation cycle of the workpiece can be repeated many times.

Для интенсификации процесса обработки материала заготовки 25, снижения сил деформирования и обеспечения подогрева заготовки полуматрицы 1 и 2 (фиг.8) оснащены нагревательными элементами 32 и 33.To intensify the process of processing the material of the workpiece 25, reduce the forces of deformation and ensure heating of the workpiece, the half-matrix 1 and 2 (Fig. 8) are equipped with heating elements 32 and 33.

Извлечение заготовки 25, подвергнутой пластической деформации, осуществляют следующим образом. При прямолинейной оси заготовки 25 (фиг.12) осевым пуансонам 23, 24 сообщают перемещение влево. При этом заготовка 25 также перемещается влево, располагаясь полностью в полуматрице 2. Затем траверсе 11 сообщают перемещение вверх в исходное положение (фиг.1), а пуансон 24 перемещают вправо, выталкивая заготовку 25 из полуматрицы 2. При этом обработанная заготовка 25 может быть удалена или повернута относительно своей оси на некоторый угол, помещена вновь в полуматрицу 2 и подвергнута дальнейшей обработке по ранее описанному циклу деформирования.Removing the workpiece 25, subjected to plastic deformation, is as follows. With the rectilinear axis of the workpiece 25 (Fig. 12), axial punches 23, 24 are reported moving to the left. While the workpiece 25 also moves to the left, located completely in the half-matrix 2. Then the traverse 11 is reported to move up to its original position (figure 1), and the punch 24 is moved to the right, pushing the workpiece 25 out of the half-matrix 2. In this case, the processed workpiece 25 can be removed or rotated about its axis by a certain angle, placed again in the semi-matrix 2 and subjected to further processing according to the previously described deformation cycle.

Один из вариантов маршрута обработки заготовки, реализуемый устройством, приведен на фиг.14, где за счет многократно повторяющегося деформирования заготовки из прямолинейной (I) в Z-образную форму (II) и обратно путем деформации сдвига с поворотом заготовки между циклами деформирования относительно своей оси (для вовлечения в деформацию различно ориентированных систем скольжения в кристаллической структуре материала заготовки) удается достичь исключительно высоких степеней пластической деформации, приводящих к образованию наноструктуры в материале заготовки.One of the options for the workpiece processing route implemented by the device is shown in FIG. 14, where, due to repeatedly repeated deformation of the workpiece from rectilinear (I) to Z-shape (II) and vice versa by shear deformation with rotation of the workpiece between deformation cycles about its axis (to involve variously oriented slip systems in the deformation in the crystal structure of the workpiece material), extremely high degrees of plastic deformation can be achieved, leading to the formation of nanostructures s in the workpiece material.

Технологические возможности устройства могут быть расширены путем изменения конструкции полуматриц, а именно за счет изменения угла α (фиг.1), определяющего положение плоскости разъема полуматриц относительно первоначальной оси заготовки и, следовательно, величину приращения степени пластической деформации, получаемой заготовкой за каждый цикл деформирования. В общем случае приращение степени пластической деформации заготовки за один цикл деформирования заготовки тем больше, чем меньше угол α.The technological capabilities of the device can be expanded by changing the design of the semi-matrices, namely by changing the angle α (Fig. 1), which determines the position of the plane of the connector of the semi-matrices relative to the initial axis of the workpiece and, therefore, the increment of the degree of plastic deformation obtained by the workpiece for each deformation cycle. In the general case, the increment in the degree of plastic deformation of the preform during one cycle of deformation of the preform is greater, the smaller the angle α.

Т.о., заявляемое устройство позволяет повысить степень пластической деформации и, следовательно, производительность структурообразования металла путем введения в процесс измельчения зерен (получения нанокристаллической структуры) новых, дополнительных плоскостей скольжения в кристаллической структуре материала за счет обеспечения возможности деформирования заготовки в матрице с углами между параллельными и промежуточным каналами, отличными от 90°, путем обеспечения компенсации возникающих сдвигающих нагрузок.Thus, the claimed device allows to increase the degree of plastic deformation and, consequently, the performance of metal structure formation by introducing new, additional sliding planes in the crystal structure of the material into the grain grinding process (obtaining a nanocrystalline structure) by allowing the workpiece to be deformed in a matrix with angles between parallel and intermediate channels other than 90 °, by providing compensation for the occurring shear loads.

Такое устройство также обеспечивает возможность многократного деформирования заготовки из Z-образной в прямолинейную и наоборот - из прямолинейной в Z-образную за счет обеспечения возможности возвращения полуматриц в исходное состояние, а также обеспечивает возможность управления процессом структурообразования за счет выдерживания заданного соотношения скоростей перемещений пуансонов и матриц.Such a device also provides the possibility of multiple deformation of the workpiece from the Z-shaped to straight and vice versa - from straight to Z-shaped by providing the ability to return semi-matrix to its original state, and also provides the ability to control the process of structure formation by maintaining a predetermined ratio of the speeds of movement of the punches and dies .

Claims

1. Устройство для обработки металлов давлением, содержащее узел нагружения и матрицу, включающую две полуматрицы, в каждой из которых выполнен один из параллельных каналов и промежуточный полуканал, на каждой полуматрице выполнен выступ, установленный в части промежуточного полуканала противоположной полуматрицы по скользящей посадке, полуматрицы установлены с возможностью перемещения, при этом свободные части промежуточных полуканалов при их совмещении образуют промежуточный канал матрицы, отличающееся тем, что оно снабжено основанием и подвижной в вертикальном направлении траверсой с установочной поверхностью, промежуточный канал матрицы образует с параллельными каналами острые внутренние накрест лежащие углы, узел нагружения выполнен в виде двух телескопических цилиндров, каждый из которых включает наружный цилиндр с поршнем и штоком, жестко связанным с торцом полуматрицы, а в штоке этого цилиндра размещен внутренний цилиндр с поршнем и штоком, который выполнен в виде осевого пуансона и имеет возможность контакта с внутренней полостью параллельного канала полуматрицы, при этом одна из полуматриц установлена на основании, а другая - на установочной поверхности траверсы, причем основание и установочная поверхность траверсы параллельны штокам цилиндров, один из наружных цилиндров жестко связан с основанием, а другой - с траверсой.1. A device for processing metals by pressure, containing a loading unit and a matrix including two half-matrixes, each of which has one of the parallel channels and an intermediate half-channel, each half-matrix has a protrusion installed in the part of the intermediate half-channel of the opposite half-matrix in a sliding fit, the half-matrix is installed with the possibility of movement, while the free parts of the intermediate half-channels, when combined, form an intermediate channel of the matrix, characterized in that it is provided with a base by means of a traverse movable in a vertical direction with a mounting surface, the intermediate channel of the matrix forms parallel inner crosswise angles with parallel channels, the loading unit is made in the form of two telescopic cylinders, each of which includes an outer cylinder with a piston and a rod rigidly connected to the end face of the semi-matrix, and in the rod of this cylinder there is an inner cylinder with a piston and a rod, which is made in the form of an axial punch and has the ability to contact the internal cavity of the parallel channel lumatritsy, wherein one of the jaws mounted on the base, and the other - to the mounting surface crosspiece, the base and the mounting surface crosspiece parallel rods of cylinders, one of the outer cylinder is rigidly connected with the base, and the other - with a crosspiece.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что полуматрицы снабжены подвижными опорами.2. The device according to claim 1, characterized in that the half-matrix is equipped with movable supports.

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что полуматрицы снабжены нагревательными элементами.3. The device according to claim 1 or 2, characterized in that the half-matrix is equipped with heating elements.

4. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что плоскости разъема полуматриц образуют между собою Т-образный замок.4. The device according to claim 1 or 2, characterized in that the half-matrix connector planes form a T-shaped lock between them.

5. Устройство по п.3, отличающееся тем, что плоскости разъема полуматриц образуют между собою Т-образный замок. 5. The device according to claim 3, characterized in that the half-matrix connector planes form a T-shaped lock between them.