УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ В ПАРАМАГНИТНОМ МАТЕРИАЛЕ АВТОНОМНЫХ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ МАССИВОВ МЕТАЛЛА С ДИФФЕРЕНЦИРОВАННЫМИ ФЕРРОМАГНИТНЫМИ СВОЙСТВАМИ Российский патент 1996 года по МПК B21D37/12 B21J5/08 

Устройство для формирования в парамагнитном материале автономных пространственных массивов металла с дифференцированными ферромагнитными свойствами.

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и, в частности, к устройствам для холодного пластического деформирования и получения деталей с регламентированным феноменологическим сочетанием эксплуатационных характеристик и может быть использовано при изготовлении:
нового поколения датчиков измерения физических параметров в химически активных средах, при сверхмалых и сверхвысоких давлениях, при вибронагрузках с меняющейся амплитудой, а также при высоких и криогенных температурах;
нового поколения определяющих деталей видео и аудиоаппаратуры (герконы-магнитоуправляемые контакты), позволяющих создать на базе одного элемента взаимоисключающие физические характеристики: высокая упругость - коррозионная стойкость высокая магнитная индукция B_s стабильная максимальная магнитная проницаемость μ_max;
нового поколения экологически чистых магнитных модулей в пищевых емкостях для катализации процессов образования аминокислот при брожении белковых масс;
нового поколения долгосрочных самовосстанавливающихся анализаторов крови на СПИД, позволяющих достаточно быстро визуально оценить факт нарушения иммунного биологического кода компонент крови; длительно сохранять большие объемы крови, исключив необходимость постоянного перемешивания с целью сохранения одного состава.

Известно устройство для деформирования заготовок, содержащее обкатной пуансон, матрицу и толкатель 1.

Недостатки устройства следующие:
невозможность создания условий, обеспечивающих перевод обрабатываемой заготовки в состояние динамической неустойчивости с целью ротационных мод пластичности в процессе ее формообразования на кристаллографическом мезоуровне;
невозможность создания в локальных объемах обрабатываемой заготовки одновременно реализуемых механизмов знакопеременного пластического формообразования металла.

Данное техническое решение принято в качестве наиболее близкого аналога.

Задача, решаемая изобретением, заключается в создании в парамагнитном материале холодным пластическим деформированием автономных пространственных массивов материала с дифференцированными ферромагнитными свойствами, чередующимися с объемами с парамагнитными свойствами.

Решаемая задача достигается тем, что устройство снабжают планетарным деформирующим флуктационным модулем, размещенным на толкателе с возможностью совершения вынужденного перемещения с тремя степенями свободы и выполненным в виде ступенчатого стержня, содержащего коническую рабочую и сферическую опорные части, соединенные между собой цилиндрической частью, причем коническая часть выполнена в виде усеченного конуса, меньшее основание которого сформировано по сфере, а большее основание выполнено диаметром, равным диаметру цилиндрической части модуля, а последняя выполнена диаметром, меньшим диаметра толкателя, сферическая часть выполнена в виде шарового слоя с основаниями разного диаметра, большее основание которого равно диаметру цилиндрической части модуля, а меньшее основание тора выполнено диаметром, равным d (0,2.0,4) D, где
d диаметр меньшего основания шарового слоя сферической части модуля, мм;
D предельно допустимый минимальный диаметр цилиндрического стержня из материала модуля, сохраняющий свой первоначальный размер при многократных циклических пульсирующих нагрузках усилием, равным произведению предела прочности материала модуля на площадь его поперечного сечения, мм; причем сферическая поверхность шарового слоя также, как меньшее основание конической части модуля, выполнены по сфере одного радиуса, центр которой размещен на вертикальной оси симметрии модуля, ниже центра тяжести модуля.

При выполнении меньшего основания шарового слоя модуля диаметром, равным 0,19 D, модуль в процессе эксплуатации изменял свои первоначальные размеры, из-за чего не выполнял функционального назначения по причине расплющивания и выкрашивания металла в отдельных зонах его рабочей поверхности.

При выполнении меньшего основания шарового слоя модуля диаметром, равным 0,41 D, модуль в процессе эксплуатации не переводится на заданном этапе работы устройства в состояние динамической неустойчивости и тем самым не реализует своего функционального назначения.

Конические части модуля выполнены с регулярным макрорельефом синусоидальной реологии различного периода синусоид.

Модуль со стороны конической его части выполнен с глухой конической полостью, глубиной не превышающей высоту сферического участка рабочей части модуля, и диаметром основания конуса, определяемым выражением:
d_к.п. (0,25.0,4)d_с.п., где
d_к.п. диаметр основания конической глухой полости модуля, мм;
d_с.п. диаметр сферической поверхности рабочей части модуля, мм.

При выполнении глухой конической полости модуля с диаметром основания, равным 0,24 с.п. в процессе работы устройства не обеспечивается необходимое пульсирующее порционное поступление металла заготовки в полость модуля, из-за высокой энергетики направленного перемещения металла, граничащей с нарушением его сплошности.

При выполнении глухой конической полости модуля с диаметром, равным 0,41 d_с.п., в процессе работы устройства не обеспечивается заданного потока металла заготовки по периферии модуля, с целью последующей проработки этого потока пульсирующим усилием при перемещениях модуля в состоянии его динамической неустойчивости.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на:
фиг. 1 представлено устройство в исходном положении;
фиг. 2 то же после выполнения операции торцевой осадки заготовки;
фиг. 3 то же после снятия усилия торцевой осадки заготовки;
фиг. 4 то же на стадии обкатки заготовки;
фиг. 5 то же на стадии окончательного оформления детали;
фиг. 6 представлен планетарный деформирующий флуктуационный модуль.

Устройство содержит обкатной пуансон 1, матрицу 2, планетарный деформирующий флуктуационный модуль 3, толкатель 4.

Устройство для формирования в парамагнитном материале автономных пространственных массивов металла с дифференцированными ферромагнитными свойствами работает следующим образом: цилиндрическую заготовку 5 с двухсторонними фасками и нанесенной на ее поверхность смазкой размещают на планетарном деформирующем флуктуационном модуле 3 и фиксируют ее в полости матрицы 2 между пуансоном 1 и модулем 3 (см. фиг. 1). Затем пуансон 1 перемещают вниз и производят регламентированную торцевую осадку заготовки 5 (см. фиг. 2).

После этого с пуансона 1 снимают усилие осадки, сохраняя взаимный контакт между пуансоном 1, заготовкой 5 и модулем 3. Затем к пуансону 1 прилагают усилие обкатки и начинают деформировать заготовку 5 (см. фиг. 3). По мере деформирования заготовки и повышения степени ее наклепа частота вынужденных колебаний модуля 3, сообщаемая колебаниям пуансона 1 через заготовку 5, начинает возрастать и при достижении определенной степени деформации и наклепа металла заготовки 5, модуль 3 переводится в состояние динамической неустойчивости, переходящей в его хаотические флуктуации, о чем можно судить по возникновению в обычном рабочем шуме работы устройства характерного звука высокого типа "металл по металлу".

При вращении пуансона 1 и упрочнении металла обрабатываемой заготовки плечо результирующих сил момента вращения начинает значительно превосходить половину диаметра меньшего основания шарового слоя модуля: d (0,2.0,4)D и на определенной стадии перемещения центра качания пуансона 1 плечо опрокидывающего момента значительно отклоняется от центра тяжести модуля 3, что обусловливает перевод модуля 3 в состояние динамической неустойчивости.

При дальнейшем деформировании заготовки она также переводится в состояние динамической неустойчивости, после чего по мере реализации режима деформирования из состояния динамической неустойчивости.

Наличие на сферическом участке рабочей части модуля глухой конической полости глубиной, не превышающей высоту упомянутого участка модуля, и диаметром основания конуса, определяемым выражением: d_к.п. (0,25.0,4)d_с.п., обусловливает периодические реверсивные перемещения порций металла заготовки в упомянутую полость, с целью создания в обработанном металле необходимых энергетических условий для реализации мод ротационной пластичности на кристаллографическом уровне.

Окончательное оформление заданной геометрии детали производится при холостом обкатывании пуансона 1 заготовки 5 с использованием средств охлаждения 6 и гаммы постоянных магнитов 7, после чего отформованная деталь извлекается из устройства.

Металлофизический эффект, реализуемый при работе данного устройства заключается в том, что вовлеченный в состояние динамической неустойчивости модуль 3 через определенный промежуток рабочего цикла устройства вовлекает в состояние динамической неустойчивости обрабатываемую заготовку 5, последующее деформирование которой создает в автономных объемах ее металла условие для реализации мод ротационной пластичности на кристаллографическом уровне.

Кинетика этих механизмов пластичности обусловливает перестройку кристаллографической ГЦК (гранецентрированной) структуры исходного металла (немагнитна) на ОЦК (объемноцентрированная) структуру (ферромагнитна). ЫЫЫ2 ЫЫЫ4

Использование: в области обработки металлов давлением, в частности, в устройствах для холодного пластического деформирования и может быть использовано при изготовлении нового поколения определяющих деталей датчиков аппаратуры, радио и видеотехники, в хлебопечении и молокопереработке, а также в медтехнике при изготовлении емкостей для хранения крови и долгосрочных анализаторов крови на СПИД. Изобретение позволяет формировать в деталях феноменологический уровень взаимоисключающих эксплуатационных характеристик за счет реализации механизмов ротационной пластинчатости и создания пространственных массивов с ферромагнитными свойствами в парамагнитном материале. Сущность изобретения: цилиндрическую заготовку 5 с двухсторонними фасками размещают на планетарном деформирующем модуле 3, к рабочему торцу заготовки 5 подводят обкатной пуансон 1, фиксируют ее в полости матрицы 2 между пуансоном 1, модулем 3 и опорой 4. Затем производят поочередно торцевую осадку и деформирование заготовки 5 обкаткой с последующим холостым обкатыванием отформованной детали. В процессе деформирования заготовки поочередно переводятся в состояние динамической неустойчивости модуль 3 и заготовка 5, что обусловливает реализацию мод ротационной пластичности на мезоуровне. Планетарный деформирующий флуктуационный модуль 3 выполняют определенной геометрической формы и с регуляторным макрорельефом рабочей поверхности. Приведены формулы, определяющие геометрические размеры частей модуля. 2 з.п. ф-лы, 6 ил. 1

1. Устройство для формирования в парамагнитном материале автономных пространственных массивов металла с дифференцированными ферромагнитными свойствами, содержащее пуансон, матрицу и толкатель, отличающееся тем, что оно снабжено планетарным деформирующим флуктуационным модулем, размещенным на толкателе с возможностью совершения вынужденного перемещения с тремя степенями свободы и выполненным в виде ступенчатого стержня, содержащего коническую рабочую и сферическую опорные части, соединенные между собой цилиндрической частью, причем коническая часть выполнена в виде усеченного конуса, меньшее основание которого сформировано по сфере, а большее основание выполнено диаметром, равным диаметру цилиндрической части модуля, цилиндрическая часть модуля выполнена диаметром, меньшим диаметра толкателя, сферическая часть выполнена в виде шарового слоя с основаниями разного диаметра, большее основание которого равно диаметру цилиндрической части модуля, а меньшее основание выполнено диаметром, определяемым из следующего соотношения:
d (0,2-0,4) D,
где d диаметр меньшего основания шарового слоя сферической части модуля, мм;
D предельно допустимый минимальный диаметр цилиндрического стержня из материала модуля, сохраняющий свой первоначальный размер при многократных циклических пульсирующих нагрузках усилием, равным произведению предела прочности материала модуля на площадь его поперечного сечения, мм,
причем сферическая поверхность шарового слоя, так же как меньшее основание конической части модуля, выполнены по сфере одного радиуса, центр которой размещен на вертикальной оси симметрии модуля ниже центра его тяжести. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что поверхности конической части модуля выполнены с регулярным макрорельефом синусоидальной реологии различного периода синусоид. 3. Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что модуль со стороны его конической части выполнен с глухой конической полостью, имеющей глубину, не превышающую высоту сферического участка рабочей части модуля, и диаметром основания конуса, определяемым выражением
d_кп (0,25-0,4)d_сп,
где d_кп диаметр основания конической глухой полости на модуле, мм;
d_cп диаметр сферической поверхности рабочей части модуля, мм.