RU2578871C1 - Device for continuous extrusion of loose materials - Google Patents
Device for continuous extrusion of loose materials Download PDFInfo
- Publication number
- RU2578871C1 RU2578871C1 RU2014146860/02A RU2014146860A RU2578871C1 RU 2578871 C1 RU2578871 C1 RU 2578871C1 RU 2014146860/02 A RU2014146860/02 A RU 2014146860/02A RU 2014146860 A RU2014146860 A RU 2014146860A RU 2578871 C1 RU2578871 C1 RU 2578871C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- wheel
- matrix
- rollers
- compression
- continuous extrusion
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области машиностроения, в частности к обработке металлов давлением методом непрерывной экструзии, и может использоваться для получения длинномерных заготовок из некомпактного материала, таких как металлический порошок, стружка, гранулы, что позволяет снизить потери металла при обработке и повысить его физико-механические свойства. Данное устройство позволяет также получать композиционные материалы.The invention relates to the field of engineering, in particular to the processing of metals by continuous extrusion, and can be used to obtain long billets from non-compact material, such as metal powder, shavings, granules, which allows to reduce metal loss during processing and to increase its physical and mechanical properties . This device also allows to obtain composite materials.
Известны устройства для прессования («Устройство для непрерывного углового прессования», патент РФ №2345861, МПК B21J 5/06, B21J 13/00, В21С 25/08, опубл. 10.02.2009). Изобретение относится к деформационной обработке металлов и может быть использовано для получения длинномерных ультрамелкозернистых металлических заготовок с улучшенными физико-механическими свойствами. Устройство содержит приводное рабочее колесо с калибром, колодку со вставкой и упор. Указанные элементы имеют рабочие поверхности, совокупность которых образует канал прессования. Упор установлен на площадке, которая перемещается посредством упорного винта для плавного регулирования высоты канала прессования. Недостатками данного устройства является низкое качество изделия, обусловленное его неоднородной плотностью, а также узкие технологические возможности.Known devices for pressing ("Device for continuous angular pressing", RF patent No. 2345861, IPC
Известно также устройство для непрерывной экструзии (прототип) («Устройство непрерывной экструзии», патент РФ №2164832, МПК В21С 23/00, В21С 25/00, опубл. 10.04.2001). Настоящее изобретение относится к устройствам для обработки металлов методом непрерывной экструзии, при которой подаваемый материал вводится в кольцевую канавку вращающегося колеса и в дальнейшем направляется в канал, образуемый канавкой и дугообразным приспособлением. Недостатками прототипа являются низкое качество изделия, обусловленное его неоднородной структурой и плотностью, а также узкие технологические возможности.A device for continuous extrusion (prototype) is also known (“Continuous Extrusion Device”, RF patent No. 2164832, IPC VC 23/00, VC 25/00, publ. 04/10/2001). The present invention relates to devices for the processing of metals by continuous extrusion, in which the feed material is introduced into the annular groove of the rotating wheel and then sent to the channel formed by the groove and the arcuate device. The disadvantages of the prototype are the low quality of the product, due to its heterogeneous structure and density, as well as narrow technological capabilities.
Технический эффект, который достигается от использования предлагаемого изобретения, - повышение качества изделия путем обеспечения однородной и более высокой плотности и расширение технологических возможностей устройства.The technical effect that is achieved from the use of the invention is to improve the quality of the product by providing a uniform and higher density and expanding the technological capabilities of the device.
Указанный технический эффект достигается тем, что устройство содержит два рабочих и один силовой ролики, а также замкнутую ленту, которая связывает своей внутренней поверхностью периферийные поверхности роликов, а наружной поверхностью контактирует с деформируемым материалом по дуге, эквидистантной периферийной поверхности колеса. Рабочие ролики жестко установлены на неподвижных осях, отстоящих от центра колеса на расстоянии, превышающем радиус периферийной цилиндрической поверхности колеса. Силовой ролик жестко установлен на подвижной оси, отстоящей от центра колеса на большем расстоянии, чем центры рабочих роликов, и снабжен упругим элементом для создания давления ленты на деформируемый материал. Технический эффект достигается также тем, что один из силовых роликов соединен с приводом и обеспечивает движение ленты со скоростью, превышающей линейную скорость периферийных точек колеса.The specified technical effect is achieved by the fact that the device contains two working and one power rollers, as well as a closed tape, which connects the peripheral surfaces of the rollers with its inner surface, and contacts the deformable material with an external surface along an arc equidistant to the peripheral surface of the wheel. The working rollers are rigidly mounted on fixed axles spaced from the center of the wheel at a distance greater than the radius of the peripheral cylindrical surface of the wheel. The power roller is rigidly mounted on the movable axis, spaced from the center of the wheel at a greater distance than the centers of the working rollers, and is equipped with an elastic element to create pressure of the tape on the deformable material. The technical effect is also achieved by the fact that one of the power rollers is connected to the drive and ensures the movement of the tape at a speed exceeding the linear speed of the peripheral points of the wheel.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображено поперечное сечение устройства для непрерывной экструзии некомпактных материалов; на фиг. 2 - поперечное сечение А-А кольцевой канавки на фиг. 1; на фиг. 3 - увеличенное изображение зоны I деформации металла на фиг. 1; на фиг. 4 - деформация металла по сечению канала матрицы; на фиг. 5 - скорости течения деформируемого материала по сечению канала матрицы; на фиг. 6 - местоположение поперечных сечений 1, 2 и 3 канала матрицы; на фиг. 7 - изменение скорости течения металла в поперечном сечении 1 на фиг. 6; на фиг. 8 - изменение скорости течения металла в поперечном сечении 2 на фиг. 6; на фиг. 9 - изменение скорости течения металла в поперечном сечении 3 на фиг. 6; на фиг. 10 - распределение гидростатического давления в окрестности матрицы и ее канале; на фиг. 11 - изменение плотности материала в окрестности матрицы и ее канале.The essence of the invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a cross section of a device for continuous extrusion of non-compact materials; in FIG. 2 is a cross section AA of the annular groove of FIG. one; in FIG. 3 is an enlarged image of a metal deformation zone I in FIG. one; in FIG. 4 - metal deformation along the cross section of the matrix channel; in FIG. 5 - the flow velocity of the deformable material along the cross section of the matrix channel; in FIG. 6 - the location of the
Устройство для непрерывной экструзии содержит рабочее колесо 1 с кольцевой канавкой (фиг. 1), жестко закрепленное на приводном валу 2 (например, с помощью шлицев или шпонки, на фиг. 1 не показано). Для подачи в кольцевую канавку некомпактного материала (стружки, гранул, порошка) предназначена трубка 3. Рабочие ролики 4 и 5 установлены соответственно на ведущем валу 6 и оси 7, центры которых расположены на расстоянии, превышающем радиус окружности периферии колеса 1.The device for continuous extrusion contains an
Устройство содержит также силовой ролик 8, установленный на оси 9, поджатой упругим элементом, например винтовой пружиной 10. Вал 6 и ось 7 занимают неподвижное положение относительно колеса 1, а ось 9 может смещаться относительно колеса при сжатии пружины 10. Замкнутая лента 11 выполнена из металла или другого прочного материала, контактирует своей внутренней поверхностью с периферийными цилиндрическими поверхностями роликов 4, 5, 8, наружной поверхностью - с деформируемым металлом 12 по дуге, эквидистантной периферийной цилиндрической поверхности колеса. Сжатием пружины 10 обеспечивается изменение пространственного положения силового ролика 8, а следовательно, требуемое значение усилия прижатия ее к деформируемому материалу.The device also contains a
Размеры кольцевой канавки колеса 1: В - ширина, h1 - высота (фиг. 2, сечение А-А). В колодке 13 расположены держатель 14 матрицы 15 и упор 16 (фиг. 3 ). На выходе матрицы 15 в канале 17 получаем компактное (сплошное) изделие, сформированное из некомпактного (сыпучего) материала.The dimensions of the annular grooves of the wheel 1: B - width, h 1 - height (Fig. 2, section aa). In the
Устройство для непрерывной экструзии некомпактных материалов работает следующим образом. По трубке 3 некомпактный материал подается в кольцевую канавку рабочего колеса 1, вращающегося с угловой скоростью ω. Рабочим колесом 1 и металлической лентой 11 некомпактный материал транспортируется по дуге окружности. Регулирование давления ленты 11 на деформируемый материал 12 осуществляется сжатием винтовой пружины 10 (возможны и другие способы регулирования давления).A device for continuous extrusion of non-compact materials works as follows. Through the
За счет активных сил трения между поверхностями контакта некомпактного материала с поверхностями кольцевой канавки колеса 1 и ленты 11 в районе упора 16 создается гидростатическое давление, достаточное для непрерывной экструзии металла через выходной канал 17 матрицы 15. Линейная скорость νл ленты 11 больше линейной периферийной скорости νк колеса 1 на (1-2)%, что способствует сжатию и продвижению деформируемого материала к матрице 15. Совокупное действие вращающейся кольцевой канавки и ленты на деформируемый материал вызывает его непрерывную экструзию через выходной канал 17 матрицы 15.Due to the active friction forces between the contact surfaces of the non-compact material with the surfaces of the annular grooves of the
Ранее отмечалось, что экструзия материала с использованием прототипа не обеспечивает высокого качества изделия по причине различных скоростей течения материала через матрицу. Различие скоростей течения приводит к неравномерной плотности изделия и снижению других физико-механических характеристик.It was previously noted that the extrusion of the material using the prototype does not provide high quality products due to the different speeds of the material through the matrix. The difference in flow rates leads to an uneven density of the product and a decrease in other physical and mechanical characteristics.
Для подтверждения этого факта авторы провели моделирование процесса непрерывного канально-углового прессования некомпактного материала (алюминиевого порошка Din-AL-99,5(550950F(300-500C)) в программном комплексе Deform 3D при значении угловой скорости колеса 1 ω=1,046 рад/с, коэффициенте вытяжки (λ=2,0-2,5), диаметре выходного канала матрицы - 6 мм и коэффициенте трения деформируемого материала с материалом рабочих элементов устройства (µ=0,1 и 0,7).To confirm this fact, the authors simulated the process of continuous channel-angle pressing of non-compact material (aluminum powder Din-AL-99.5 (550950F (300-500C)) in the Deform 3D software package with a wheel angular velocity of 1 ω = 1,046 rad / s , the drawing ratio (λ = 2.0-2.5), the diameter of the output channel of the matrix is 6 mm and the coefficient of friction of the deformable material with the material of the working elements of the device (µ = 0.1 and 0.7).
На фиг. 4 видна зона 1 с ярко выраженной деформацией металла и вытянутой структурной сеткой; зона 2 - с менее выраженной деформацией; зона 3 - с интенсивной деформацией, образовавшейся на стенках канала матрицы. Волокна металла, прилегающие к стенкам канала матрицы, испытывают интенсивные деформации чистого сдвига, вследствие чего образуются жесткие зоны деформированного материала.In FIG. 4,
В результате моделирования установлено, что доминирующее влияние на процесс формирования структуры, плотности металла и на распределение давления в зоне деформации оказывает разность скоростей течения различных его слоев, угол α (фиг. 1 и 3) между направлением движения металла в кольцевой канавке колеса перед матрицей и в канале матрицы, а также коэффициент трения µ деформируемого металла с материалом колеса и матрицы.As a result of the simulation, it was found that the difference in the flow velocities of its various layers, the angle α (Figs. 1 and 3) between the direction of movement of the metal in the annular groove of the wheel in front of the matrix and dominates the process of formation of the structure, metal density and pressure distribution in the deformation zone in the matrix channel, as well as the coefficient of friction µ of the deformable metal with the material of the wheel and matrix.
При использовании устройства-прототипа под действием активных сил трения между деформируемым материалом и рабочим колесом слои металла, прилегающие к поверхностям кольцевой канавки, имеют большую скорость течения, чем слои, на которые действует реактивные силы трения, создаваемые неподвижными элементами оснастки. В процессе непрерывной экструзии алюминиевого материала через канал матрицы наблюдался разброс скоростей течения от 3,11 до 225,0 миллиметров в секунду (фиг. 5).When using the prototype device under the action of active friction forces between the deformable material and the impeller, the metal layers adjacent to the surfaces of the annular groove have a higher flow rate than the layers that are affected by the reactive friction forces created by the fixed tooling elements. In the process of continuous extrusion of aluminum material through the matrix channel, a spread in flow rates from 3.11 to 225.0 millimeters per second was observed (Fig. 5).
Столь значительный градиент скоростей по границам деформационной зоны приводит к разбросу физико-механических свойств и снижению качества пресс-изделия (к неравномерной плотности и др.). Для повышения плотности и равномерного распределения ее по объему пресс-изделия необходимо увеличивать активные силы трения, способствующие возрастанию сил и напряжений сжатия в деформируемом материале, находящемся в кольцевой канавке колеса и в канале самой матрицы.Such a significant velocity gradient along the boundaries of the deformation zone leads to a dispersion of physical and mechanical properties and a decrease in the quality of the press product (to uneven density, etc.). To increase the density and its uniform distribution over the volume of the press product, it is necessary to increase the active friction forces, which increase the compressive forces and stresses in the deformable material located in the annular groove of the wheel and in the channel of the matrix itself.
Под действием силы трения со стороны колеса движение металла ускоряется, при достижении упора 16 металл тормозится, образуя так называемые жесткие зоны (зоны с минимальными скоростями движения). Жесткие зоны, в свою очередь, тормозят центральные слои металла, движущиеся с более высокой скоростью.Under the action of the friction force from the side of the wheel, the metal movement accelerates, when the
В поперечном сечении 1 (фиг. 6) скорость металла максимальна в окрестности, прилегающей к колесу (фиг. 7); в поперечном сечении 2 и 3 скорость максимальна в центре (фиг. 8 и 9).In cross section 1 (Fig. 6), the metal speed is maximum in the vicinity adjacent to the wheel (Fig. 7); in
При угле наклона α=120° и 150° значения гидростатического давления меньше, чем при угле α=90° (фиг. 10). Разница давления составляет от 80 до 200 МПа, то есть 12-30%. Моделированием установлено, что значение гидростатического давления -352 МПа является недостаточным для качественного процесса консолидации порошкового материала.When the angle of inclination α = 120 ° and 150 °, the hydrostatic pressure is less than when the angle α = 90 ° (Fig. 10). The pressure difference is from 80 to 200 MPa, that is 12-30%. Modeling found that the value of hydrostatic pressure of -352 MPa is insufficient for a high-quality process of consolidation of powder material.
Гидростатическое давление снижается при уменьшении силы трения и увеличении угла наклона матрицы. Использование материалов для экструзии с коэффициентом трения µ=0,1 не рекомендуется ввиду значительного ухудшения процесса консолидации порошка из-за недостаточного уровня гидростатического давления. Удовлетворительное протекание процесса консолидации порошка наблюдается при коэффициенте трения µ≥0,35.Hydrostatic pressure decreases with a decrease in the friction force and an increase in the angle of inclination of the matrix. The use of extrusion materials with a friction coefficient µ = 0.1 is not recommended due to a significant deterioration in the process of powder consolidation due to insufficient hydrostatic pressure. A satisfactory flow of the powder consolidation process is observed at a friction coefficient of µ≥0.35.
В предложенном устройстве предусмотрены два источника продвижения деформируемого материала через матрицу, один из которых реализуется вращением рабочего колеса 1, а второй - движением замкнутой ленты 11, что позволяет увеличить активные силы трения и обеспечить напряжения сжатия по всему каналу матрицы.The proposed device has two sources of advancement of the deformable material through the matrix, one of which is realized by rotation of the
Моделирование процесса канально-углового прессования некомпактного материала показало, что при использовании предложенного устройства плотность деформируемого материала становится равной единице уже на входе в зону полного контакта с рабочими поверхностями матрицы, что позволяет получать на выходе из канала компактный материал изделия с постоянной плотностью (фиг. 11).Modeling the process of channel-angle pressing of non-compact material showed that when using the proposed device, the density of the deformable material becomes equal to unity already at the entrance to the zone of full contact with the working surfaces of the matrix, which makes it possible to obtain a compact material of the product with constant density at the exit from the channel (Fig. 11 )
Таким образом, применение предложенного устройства для непрерывной экструзии по сравнению с прототипом расширяет технологические возможности устройства (позволяет получать изделия как из цельных прутковых заготовок, так и из некомпактного, т.е. сыпучего материала) и обеспечивает выход материала с более однородной плотностью.Thus, the use of the proposed device for continuous extrusion in comparison with the prototype extends the technological capabilities of the device (allows you to get products from solid bar stocks, and from non-compact, i.e. granular material) and provides a yield of material with a more uniform density.
Установим аналитические зависимости, на основании которых можно объяснить факт повышения качества пресс-изделия при работе предложенного устройства.We establish analytical dependencies, on the basis of which we can explain the fact of improving the quality of the press product during operation of the proposed device.
Активная сила трения в прототипе создается благодаря сцеплению металла с кольцевой канавкой колеса и определяется по формуле:The active friction force in the prototype is created due to the adhesion of the metal with the annular groove of the wheel and is determined by the formula:
где В - ширина кольцевой канавки;where B is the width of the annular groove;
R1 - радиус дуги окружности, по которой очерчено дно кольцевой канавки (фиг. 2);R 1 is the radius of the arc of a circle along which the bottom of the annular groove is outlined (Fig. 2);
h1 - высота кольцевой канавки;h 1 - the height of the annular groove;
ε1 - центральный угол контакта прессуемого материала с колесом (фиг. 1);ε 1 - the Central angle of contact of the pressed material with the wheel (Fig. 1);
σm1 - давление деформируемого металла на стенки кольцевой канавки;σm 1 is the pressure of the deformable metal on the walls of the annular groove;
µ1 - коэффициент трения деформируемого материала о материал кольцевой канавки колеса.µ 1 - coefficient of friction of the deformable material on the material of the annular grooves of the wheel.
Сила трения торможения (сила сопротивления), возникающая при работе прототипа,The friction force of braking (drag force) arising from the operation of the prototype,
где ε2 - центральный угол, соответствующий дуге контакта деформируемого материала с элементами неподвижной оснастки;where ε 2 is the central angle corresponding to the arc of contact of the deformable material with the elements of fixed equipment;
Fтр.м - сила трения деформируемого металла при его прохождении относительно неподвижной матрицы.F Tr m - the friction force of the deformed metal during its passage relative to the stationary matrix.
Усилие прессования материала при работе прототипаThe pressing force of the material during the work of the prototype
Активная сила трения при работе предлагаемого устройстваActive friction during operation of the proposed device
µ2 - коэффициент трения деформируемого материала о материал ленты 11 (фиг. 1).µ 2 - coefficient of friction of the deformable material on the material of the tape 11 (Fig. 1).
Сила трения торможения, возникающая при работе предлагаемого устройстваThe friction force of braking that occurs when the proposed device
Сила прессования материала при работе предлагаемого устройстваThe pressing force of the material during operation of the proposed device
Сравнение выражений (3) и (6) показывает, что сила прессования при использовании предлагаемого устройства выше, чем у прототипа, что положительно сказывается на уплотнении деформируемого материала, а следовательно, и на выравнивании плотности пресс-изделия по объему. Факт выравнивания плотности по объему пресс-изделия подтверждается фиг. 11.A comparison of expressions (3) and (6) shows that the pressing force when using the proposed device is higher than that of the prototype, which positively affects the compaction of the deformable material, and therefore, the alignment of the density of the press product in volume. The fact that the density is equalized over the volume of the mold is confirmed by FIG. eleven.
Ввиду того, что линейная скорость ленты незначительно больше скорости приводного колеса, возникает дополнительное усилие сжатия деформируемого материала по периферии, что также способствует его уплотнению. Создание больших напряжений сжатия в поперечном сечении деформируемого материала путем использовании предлагаемого устройства позволяет получать цельные изделия из некомпактного материала и обеспечить более однородную плотность готового изделия, то есть обеспечить более высокое его качество.Due to the fact that the linear speed of the tape is slightly higher than the speed of the drive wheel, there is an additional compression force of the deformable material around the periphery, which also contributes to its compaction. The creation of large compressive stresses in the cross section of the deformable material by using the proposed device allows to obtain solid products from non-compact material and to provide a more uniform density of the finished product, that is, to ensure its higher quality.
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014146860/02A RU2578871C1 (en) | 2014-11-20 | 2014-11-20 | Device for continuous extrusion of loose materials |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014146860/02A RU2578871C1 (en) | 2014-11-20 | 2014-11-20 | Device for continuous extrusion of loose materials |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2578871C1 true RU2578871C1 (en) | 2016-03-27 |
Family
ID=55656901
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014146860/02A RU2578871C1 (en) | 2014-11-20 | 2014-11-20 | Device for continuous extrusion of loose materials |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2578871C1 (en) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU617098A1 (en) * | 1976-02-12 | 1978-07-30 | Предприятие П/Я А-1977 | Chamber-type die for extruding hollow profiles |
EP0398747A1 (en) * | 1989-05-18 | 1990-11-22 | Bwe Limited | Continuous extrusion apparatus |
RU2164832C2 (en) * | 1995-03-17 | 2001-04-10 | Бве Лимитед | Continuous extrusion apparatus |
-
2014
- 2014-11-20 RU RU2014146860/02A patent/RU2578871C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU617098A1 (en) * | 1976-02-12 | 1978-07-30 | Предприятие П/Я А-1977 | Chamber-type die for extruding hollow profiles |
EP0398747A1 (en) * | 1989-05-18 | 1990-11-22 | Bwe Limited | Continuous extrusion apparatus |
RU2164832C2 (en) * | 1995-03-17 | 2001-04-10 | Бве Лимитед | Continuous extrusion apparatus |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US3333452A (en) | Reduction of thick flat articles | |
KR910007294B1 (en) | Press type method of and apparatus for reducing slab width | |
EP0711210B1 (en) | Method of plastic forming of materials | |
RU2578871C1 (en) | Device for continuous extrusion of loose materials | |
US3498095A (en) | Profiling of annular workpieces | |
Koloskov et al. | Modeling process of semi-continuous extrusion of hollow 6063 aluminum alloy profiles using QForm extrusion | |
US20210170463A1 (en) | Extrusion forming apparatus, method using the same, and product therefrom | |
Panin et al. | Theoretical grounds of the combined" rolling-equal-channel step pressing" process | |
Paydar et al. | An upper-bound approach for equal channel angular extrusion with circular cross-section | |
CN1340388A (en) | Rolling mill and its rolling method | |
CN106425906A (en) | Super-hard grinding wheel production line and conveying device thereof | |
CN105557802A (en) | Bread machine | |
RU86513U1 (en) | DEVICE FOR CONTINUOUS PRESSING OF POWDER MATERIALS | |
CN105557841A (en) | Bread maker | |
CN103302211A (en) | Small stub bar transverse rolling processing mould | |
CN105557798A (en) | Automatic croissant molding machine | |
JPS6128410B2 (en) | ||
WO2003027337A1 (en) | Improved angular channel processing | |
US4220029A (en) | Continuous extrusion machine and method of continuous extrusion | |
US4606210A (en) | Extrusion press for manufacturing extruded sections from metal billets | |
CN105557799A (en) | Automatic croissant forming machine | |
SU1042865A1 (en) | Apparatus for hardening blanks by plastic deforming | |
JPS6234444B2 (en) | ||
RU2176589C1 (en) | Method and device for producing workpieces from vulcanite abrasive compounds | |
RU2693280C2 (en) | Method of plastic structure formation of metal materials with preservation of initial dimensions of workpiece |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20181121 |