Устройство для получения длинномерных полых изделий из дискретных или пластифицированных материалов Российский патент 2023 года по МПК B29D22/00 B29C35/00 B29C53/36 

Изобретение относится к производству длинномерных изделий из порошков различных, в том числе и полимерных, материалов, а также из пластифицированных масс путём их экструзии и может быть использовано для изготовления длинномерных полых изделий с различной формой поперечных сечений, площадь которых равна или больше площади сечения экструдера.

Известно устройство для формования длинномерных полых изделий из порошковых и пластифицированных масс, включающее экструдер и формующую насадку, состоящую из матрицы, дорна и узла крепления дорна внутри матрицы, при этом дорн выполнен с продольными пазами на его рабочей поверхности (RU 2134640, 1999 г.).

К недостаткам известного устройства относятся низкий уровень физико-механических свойств длинномерных полых изделий, обусловленный неоднородностью их структуры, высоким содержанием дефектов в тех зонах материала, которые были разрушены при продавливании последнего через узел крепления дорна, и связанный с этим низкий выход годного продукта, в частности, для изделий, полученных при степенях вытяжки материала менее 5.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для формования длинномерных полых изделий из порошковых или пластифицированных масс, включающее экструдер и деформирующую насадку, состоящую из матрицы, дорна и узла крепления дорна внутри матрицы, на рабочих поверхностях матрицы и дорна расположены по одному или более рядов профилированных деформирующих элементов, при этом ряды этих элементов расположены на рабочих поверхностях матрицы и дорна на одинаковом расстоянии от узла крепления дорна или с линейным смещением относительно друг друга вдоль оси дорна не более чем на 3/2 их длины и образуют, по меньшей мере, одну пару рядов, в которой деформирующие элементы матрицы и дорна расположены с одинаковым и равномерным угловым шагом и с окружным смещением деформирующих элементов матрицы относительно деформирующих элементов дорна до половины окружного шага между деформирующими элементами одного ряда, при этом в каждом ряду расстояния от профилированных деформирующих элементов до узла крепления дорна вдоль его оси одинаковы (RU 2492965 C1, опубликовано 20.09.2013).

Эта конструкция устройства для формования полых заготовок и изделий ограничивает возможность реализовать деформацию кручения всей полой заготовки относительно ее оси, а также создать разнонаправленные вращения ее наружной и внутренней поверхностей. Особенно такие деформационные воздействия важны для формования изделий, площадь сечения которых в разы больше площади сечения отверстия полой заготовки, что снижает качество деформационной обработки всего объема материала в процессе формования таких заготовок. Недостатком такого устройства также является отсутствие возможности концентрировать максимальные деформационные воздействия на материал заготовки в тех ее зонах, в которых заготовка разрезается ребрами дорнодержателя внутри матрицы при продавливании ее через каналы дорнодержателя в деформирующий канал устройства. Как показала практика, эти ограничения не позволяют проводить полноценную деформационную обработку всего объема формуемого материала крупногабаритных полых заготовок и изделий.

Технической проблемой, решаемой настоящим изобретением, является обеспечение возможности формования из дискретных и пластифицированных материалов длинномерных полых изделий с беспористой, бездефектной и однородной структурой их материала в тех случаях, когда максимальная площадь их поперечного сечения которых равна или больше площади сечения шнекового или плунжерного тракта экструзионного пресса.

Техническая проблема решается тем, что в устройстве для получения длинномерных полых изделий из дискретных или пластифицированных материалов, содержащем фильеру, расположенный на её входе дорнодержатель, включающий обод и рёбра, и закрепленный на рёбрах дорн, при этом фильера и дорн образуют на части своей длины деформирующий канал, в зоне которого рабочие поверхности фильеры и дорна имеют профилированные выступы, расположенные в окружном направлении с равным и одинаковым для фильеры и дорна угловым шагом, согласно изобретению, рёбра дорнодержателя имеют аэродинамический профиль, идентичный форме двояковыпуклого аэродинамического профиля крыла самолета, а профилированные выступы фильеры и дорна представляют собой винтовые выступы, у которых шаг винтовых линий, по точкам пересечения осей симметрии поперечных сечений винтовых выступов фильеры и дорна с их поверхностью, по длине канала одинаков, при этом углы подъема винтовых выступов фильеры и углы подъема винтовых выступов дорна противоположны по знаку и имеют величину не менее 45°, причем суммарная высота винтовых выступов в любом поперечном сечении фильеры и дорна не превышает ½ ширины зазора между поверхностями фильеры и дорна, при этом площадь деформирующего канала в ортогональных к его оси кольцевых сечениях на 10-15% меньше суммарной площади каналов дорнодержателя.

Возможно исполнение устройства, в котором боковые поверхности каждого винтового выступа дорна и фильеры в сечениях ортогональных к оси фильеры и дорна, параллельны оси симметрии сечения винтового выступа, пересекающей ось фильеры и дорна.

В другом возможном исполнении устройства касательные к боковым поверхностям каждого винтового выступа дорна и фильеры на ½ их высоты в сечениях, ортогональных к оси фильеры и дорна, пересекаются под углами до 70 ° к оси симметрии сечения винтового выступа, пересекающей ось фильеры и дорна.

Возможно исполнение устройства, в котором знак угла подъема каждого винтового выступа фильеры и дорна является постоянным по всей их длине.

В другом исполнении устройства знаки углов подъема винтовых выступов дорна и фильеры могут изменяться по длине деформирующего канала по меньшей мере один раз на противоположный в одних и тех же сечениях, ортогональных к их оси,

Также возможно исполнение устройства, в котором высота каждого винтового выступа фильеры и дорна изменяется по его длине по гладким периодическим функциям, период указанных функций одинаков для всех винтовых выступов, а их амплитуда составляет до 1/2 от средней высоты соответствующего винтового выступа.

В возможном варианте выполнения устройства плоскости, проходящие через хорды профилей ребер дорнодержателя, проходят также через ось фильеры и дорна, при этом предпочтительно, чтобы в этих плоскостях перекрещивались винтовые линии, проходящие по точкам пересечения осей симметрии поперечных сечений винтовых выступов фильеры и дорна с их поверхностью.

В предпочтительном варианте исполнения устройства винтовые выступы образуют пары, каждая из которых включает винтовой выступ фильеры и винтовой выступ дорна, винтовые линии которых, проходящие по точкам пересечения осей симметрии поперечных сечений винтовых выступов каждой пары с их поверхностью, перекрещиваются в плоскости, проходящей через ось фильеры и дорна, а число пар винтовых выступов, образованных винтовыми выступами дорна и фильеры, кратно числу рёбер дорнодержателя.

При этом предпочтительно, чтобы в каждом сечении, ортогональном к оси фильеры и дорна, две прямые линии, проходящие через эту ось и оси симметрии поперечных сечений винтовых выступов каждой пары, были расположены под равными по модулю, но противоположными по знаку углами к плоскости, которая проходит через ось фильеры и дорна и в которой перекрещиваются винтовые линии, проходящие по точкам пересечения осей симметрии поперечных сечений винтовых выступов фильеры и дорна с их поверхностью.

Предпочтительным является исполнение устройства, в котором пары винтовых выступов фильеры и дорна образуют две или более групп винтовых выступов, расположенных по длине деформирующего канала с промежутками между группами, при этом в каждой группе число пар винтовых выступов, образованных винтовыми выступами дорна и фильеры, кратно числу рёбер дорнодержателя.

Возможно исполнение устройства, в котором пары винтовых выступов каждой группы смещены в окружном направлении относительно пар винтовых выступов соседней группы на угол до половины окружного угла между рёбрами дорнодержателя.

Наиболее предпочтительным является исполнение устройства, в котором фильера и дорн образуют последовательно с деформирующим каналом соосные с ним формующий и калибрующий каналы, при этом в сечениях, ортогональных к оси фильеры и дорна, площадь кольцевого зазора между поверхностями фильеры и дорна по длине формующего канала устройства последовательно увеличивается, а затем уменьшается так, что размеры и форма указанных сечений формующего канала принимают на выходе из формующего канала размеры и форму готового изделия, а размеры и форма ортогональных к оси фильеры и дорна кольцевых сечений между поверхностями фильеры и дорна в калибрующем канале соответствуют размерам и форме поперечных сечений готового изделия и по длине канала остаются постоянными.

Технический результат, достигаемый изобретением, заключается в получении однородной беспористой и бездефектной структуры материала изделия. Этот результат достигается изменением формы, размеров, углов подъема и знака цилиндрических винтовых линий, проходящих по вершинам профилированных выступов на профилированных поверхностях фильер и дорна, а также поэтапным смещением в окружном направлении относительно оси устройства расположений групп профилированных выступов, что позволяет варьировать направлениями, величинами и соотношениями между деформациями, получаемыми материалом формуемых заготовок, и подбирать оптимальные для каждого обрабатываемого материала значения и количество циклических изменений этих параметров деформационной обработки заготовки.

Изобретение иллюстрируется чертежами.

На фиг.1 показано осевое сечение предложенного устройства (без экструзионного пресса) для получения изделий из дискретных или пластифицированных материалов.

На фиг.2 – заготовка, формуемая в деформирующем, формообразующем и калибрующем каналах устройства.

На фиг. 3 – осевое сечение заготовки, представленной на фиг. 2.

На фиг. 4 – дорнодержатель, хорды профилей ребер которого лежат в плоскостях, проходящих через ось устройства, общий вид.

На фиг. 5 – сечение по I-I на фиг. 4 – профиль ребра дорнодержателя.

На фиг. 6 (а-в) – варианты ортогональных к оси деформирующего канала сечений винтовых выступов, расположенных на поверхностях фильеры и дорна.

На фиг. 7 – две половины участка фильеры с винтовыми выступами, угол подъема угла которых имеет один знак.

На фиг. 8 – участок дорна с винтовыми выступами, угол подъема угла которых имеет один знак.

На фиг. 9 – часть заготовки в деформирующем канале, фильера которого приведена на фиг. 7, а дорн на фиг. 8.

На фиг. 10 – осевое сечение части заготовки материала, приведенной на фиг. 9.

На фиг. 11 – ортогональные к оси фильеры и дорна сечения с А-А по М-М части заготовки, приведенной на фиг. 10.

На фиг. 12 – ортогональные к оси фильеры и дорна сечения с Н-Н по Щ-Щ части заготовки, приведенной на фиг. 10.

На фиг. 13 – две половины участка фильеры, винтовые выступы которой имеют углы подъема, знак которых изменяется по ее длине на противоположный.

На фиг. 14 – участок дорна, винтовые выступы которого имеют углы подъема, которые изменяют по его длине свой знак на противоположный.

На фиг. 15 – часть заготовки отформованной в деформирующем канале с фильерой, приведенной на фиг. 13, и с дорном, приведенным на фиг. 14.

На фиг. 16 – осевое сечение части заготовки, приведенной на фиг. 15.

На фиг. 17 – ортогональные к оси дорна сечения с А'-А' по М'-М' части заготовки, приведенной на фиг. 16.

На фиг. 18 – ортогональные к оси дорна сечения с Н'-Н' по Э'-Э' части заготовки, приведенной на фиг. 16.

На фиг. 19 – вид на деформирующий канал со стороны дорнодержателя с указанием расположения продольных сечений заготовки в секторе ± 60° от ребра дорнодержателя.

На фиг. 20 – приведенные на фиг.19 осевые сечения с Аʺ-Аʺ по Гʺ-Гʺ заготовки, формуемой в деформационном канале, приведенном на фиг. 13,14.

На фиг. 21 – осевые сечения с Дʺ-Дʺ по Иʺ-Иʺ заготовки, формуемой в деформационном канале, приведенном на фиг. 13, 14.

На фиг. 22 – осевые сечения с Кʺ-Кʺ по Нʺ-Нʺ заготовки, формуемой в деформационном канале, приведенном на фиг. 13, 14.

На фиг. 23 – часть заготовки в деформирующем канале, имеющем по длине канала две группы выступов у фильеры и дорна.

На фиг. 24 – структура материала полого изделия, полученного на шнековом экструдере, площадь сечения которого на 15% больше площади сечения шнекового тракта; изображение получено с помощью сканирующего электронного микроскопа, ускоряющее напряжение 20,0 кВ, увеличение х1000, детектор сканирующих электронов, шкала 50 мкм.

Устройство для получения длинномерных полых изделий из дискретных или пластифицированных материалов с различной формой поперечных сечений, площадь которых может быть равна или больше площади сечения экструзионного плунжерного или шнекового пресса, содержит фильеру 1 и дорн 2 (фиг. 1). Фильера 1 и дорн 2 образуют по своей длине деформирующий канал 4, формующий канал 5 и калибрующий канал 6. На входе в деформирующий канал 4 перед фильерой 1 расположен дорнодержатель 3. В деформирующем канале 4 рабочие поверхности фильеры 1 и дорна 2 имеют профилированные винтовые выступы 7, 8, расположенные в окружном направлении с равным и одинаковым для фильеры 1 (винтовые выступы 7) и дорна 2 (винтовые выступы 8) угловым шагом. На фиг.2 и 3 показана поверхность и продольное сечение полой заготовки 9, формуемой в деформирующем, формующем и калибрующем каналах 4, 5 и 6 устройства.

Шаг винтовых линий, проходящих по точкам пересечения осей симметрии поперечных сечений винтовых выступов 7, 8 фильеры 1 и дорна 2 с их поверхностью, по длине деформирующего канала 4 одинаков. Углы подъема винтовых выступов 7 фильеры 1 и углы подъема винтовых выступов 8 дорна 2 противоположны по знаку и имеют величину не менее 45°, а суммарная высота винтовых выступов 7 и 8 в любом поперечном сечении фильеры 1 и дорна 2 не превышает ½ ширины зазора между поверхностями фильеры 1 и дорна 2. При этом соотношение высот винтовых выступов фильеры и дорна в любом поперечном сечении может составлять от 1:3 до 3:1.

Примыкающий к деформирующему каналу 4 формующий канал 5 не имеет на поверхностях фильеры 1 и дорна 2 винтовых выступов. В сечениях, ортогональных к оси фильеры 1 и дорна 2, площадь кольцевого зазора между их поверхностями по длине формующего канала 5, как показано на фиг.1-3, последовательно увеличивается, возможно в число раз от 1 до 5, а затем уменьшается так, что форма и размеры указанных сечений формующего канала 5 принимают размеры и форму готового изделия, а размеры и форма ортогональных к оси фильеры 1 и дорна 2 кольцевых сечений между их поверхностями в калибрующем канале 6 соответствуют размерам и форме поперечных сечений готового изделия и по длине канала 6 остаются постоянными.

Винтовые выступы 7, 8 фильеры и дорна могут иметь различный профиль. Возможны варианты, когда боковые поверхности каждого винтового выступа 7, 8 фильеры и дорна в сечениях, ортогональных к оси фильеры 1 и дорна 2, параллельны пересекающим ось фильеры и дорна (фиг. 6 б) осям симметрии этих сечений винтовых выступов 7, 8.

Еще в одном варианте касательные к боковым поверхностям каждого винтового выступа 7, 8 фильеры и дорна и на ½ их высоты в сечениях, ортогональных к оси фильеры 1 и дорна 2, пересекаются под углами до 70 ° к пересекающим ось фильеры и дорна (фиг. 6 а, в) осям симметрии этих сечений винтовых выступов.

Высота винтовых выступов 7, 8 фильеры и дорна может быть постоянной по их длине. Возможен также вариант, когда высота каждого винтового выступа 7, 8 фильеры и дорна изменяется по его длине по гладкой периодической функции. Период указанных функций одинаков для всех винтовых выступов 7, 8, а их амплитуда составляет до 1/2 от средней высоты соответствующего винтового выступа 7, 8.

Дорнодержатель 3 включает обод 10 и рёбра 11 (фиг. 4), на которых закреплен дорн 2. Рёбра 11 дорнодержателя 3 имеют аэродинамический профиль (фиг. 5), идентичный форме двояковыпуклого аэродинамического профиля крыла самолета с различной площадью боковых поверхностей, по которым течет материал, что обеспечивает на выходе формуемой полой заготовки из дорнодержателя 3 разницу скоростей поверхностей потоков материала, обтекающих ребра 11 дорнодержателя 3. Число рёбер 11 в данном варианте равно трем.

На фиг. 4 показан дорнодержатель 3 с тремя рёбрами 11, в котором плоскости, проходящие через хорды h профилей ребер 11 (фиг. 5), проходят через ось фильеры 1 и дорна 2. При этом, как правило, в этих плоскостях перекрещиваются винтовые линии, проходящие по точкам пересечения осей симметрии поперечных сечений винтовых выступов 7, 8 фильеры 1 и дорна 2 с их поверхностью.

Винтовые выступы 7, 8 образуют пары, каждая из которых включает винтовой выступ 7 фильеры и винтовой выступ 8 дорна. Винтовые линии которые, проходят по точкам пересечения осей симметрии поперечных сечений винтовых выступов 7, 8 каждой пары с их поверхностью, перекрещиваются в плоскости, проходящей через ось фильеры 1 и дорна 2 (фиг. 11, сечение Ж-Ж; фиг. 17 сечения А'-А', Е'-Е', Ж'-Ж'; фиг. 18, сечения Ф'-Ф', Х'-Х') и через хорды профиля ребра 11 дорнодержателя (фиг. 4). Число пар винтовых выступов, образованных винтовыми выступами 7, 8 фильеры и дорна, кратно числу рёбер 11 дорнодержателя.

При этом в каждом сечении, ортогональном к оси фильеры 1 и дорна 2, две прямые линии, проходящие через эту ось и оси симметрии поперечных сечений винтовых выступов 7, 8 каждой пары, расположены под равными по модулю, но противоположными по знаку углами к плоскости, проходящей через ось фильеры и дорна, в которой перекрещиваются винтовые линии, проходящие по точкам пересечения осей симметрии поперечных сечений винтовых выступов 7, 8 фильеры 1 и дорна 2 с их поверхностью (фиг. 11, 12, 17, 18).

Знак угла подъема каждого винтового выступа 7, 8 фильеры и дорна может быть постоянным по всей их длине (фиг. 7, 8). Полая заготовка 12 материала, формуемая в деформирующем канале 4 с такими выступами, показана на фиг. 9. На фиг. 10 показано продольное сечение заготовки 12, а на фиг. 11 и 12 показано, как изменяется форма ее ортогональных к оси фильеры 1 и дорна 2 сечений при вращении ее внутренней и внешней поверхности в оппозитных друг другу направлениях в процессе перемещения формуемой заготовки 12 вдоль оси деформирующего канала 4, в котором винтовые выступы 7 и 8 имеют постоянные форму и размеры.

Также возможен вариант устройства, в котором знак угла подъема винтовых выступов 7, 8 фильеры (фиг. 13) и дорна (фиг.14) изменяется на противоположный по длине деформирующего канала 4 по меньшей мере один раз в одном для всех этих выступов сечении, ортогональном к их оси. Полая заготовка 13, формуемая в деформирующем канале 4 с такими выступами, показана на фиг. 15. На фиг. 16 показано продольное сечение заготовки 13, а на фиг. 17 и 18 показано, как в процессе перемещения формуемой заготовки 13 вдоль оси деформирующего канала 4 изменяется форма ее сечений, ортогональных к оси фильеры и дорна (поперечных сечений), при вращении внутренней и внешней поверхностей полой формуемой заготовки 13 в оппозитных друг к другу направлениях при однократном изменении направлений их вращений на противоположные в процессе перемещения формуемой заготовки 13 вдоль оси деформирующего канала 4.

На фиг. 19-22 показано, как в зависимости от величины окружного угла между сечениями полой заготовки 13, проходящими через ось деформирующего канала 4, и сечением, проходящим через ось деформирующего канала 4, в котором перекрещиваются винтовые линии, проходящие по точкам пересечения осей симметрии поперечных сечений винтовых выступов 7, 8 фильеры 1 и дорна 2 с их поверхностью, изменяется по длине деформирующего канала 4 форма этих сечений, вызывая в заготовке деформации разнознакового изгиба и циклически переходящие друг в друга деформации ее осадки и вытяжки.

В предпочтительном исполнении пары винтовых выступов 7, 8 фильеры и дорна образуют две или более групп винтовых выступов 7, 8, расположенных по длине деформирующего канала 4 с промежутками между группами (фиг. 1), при этом в каждой группе число пар винтовых выступов, образованных винтовыми выступами 7, 8 фильеры и дорна, кратно числу рёбер 11 дорнодержателя.

Предпочтительно, чтобы пары винтовых выступов 7, 8 каждой группы были смещены в окружном направлении относительно пар винтовых выступов 7, 8 соседней группы на угол до половины окружного угла между рёбрами 11 дорнодержателя 3. При наличии у дорнодержателя 3 трех рёбер величина этого угла не превышает 60°.

На фиг. 23 показана поверхность полой заготовки 14 в деформирующем канале 4 устройства, состоящем из двух блоков, в каждом из которых расположена группа винтовых выступов 7, 8 фильеры и дорна. При этом ориентации пар их винтовых выступов 7, 8 смещены вокруг оси фильеры 1 и дорна 3 в данном случае на половину углового шага между ребрами 11 дорнодержателя 3, как это показано на фиг. 1, 4.

На фиг. 24 показана структура излома материала отформованного в данном устройстве полого изделия (снимок получен на растровом микроскопе), из которой следует, что излом материала полого изделия, площадь которого на 15% больше площади сечения шнекового тракта экструзионного пресса, прошел через частицы порошка GUR4150, из которого было получено изделие, а не через границы между ними, что свидетельствует о высокой прочности межграничных связей между частицами материала отформованного изделия.

В процессе получения длинномерных полых изделий на экструзионных плунжерных или шнековых прессах устройство работает следующим образом.

Исходный пластифицированный или дискретный материал, в качестве которого могут использоваться порошковые или гранулированные материалы, а также дробленные на мелкие фракции вторичные продукты, продавливается, как показано на фиг.1, плунжером или шнеком в деформирующий канал 4 оснастки через каналы дорнодержателя 3, ребрами 11 которого формуемая заготовка разрезается на продольные полосы, обтекающие их боковые поверхности, профили которых, в сечениях ортогональных к этим поверхностям, имеют, как это показано на фиг. 4 и 5, форму аэродинамического профиля самолетного крыла, а хорды этих профилей лежат в одной плоскости. Такие профили ребер 11 обеспечивают разность скоростей поступательных движений поверхностей потоков материала, обтекающих ребра 11 дорнодержателя 3, и относительное скольжение этих поверхностей на выходе материала из каналов дорнодержателя 3 в кольцевой деформирующий канал 4 устройства, располагающийся между поверхностями фильеры 1 и дорна 2. Площадь деформирующего канала 4 в ортогональных к его оси кольцевых сечениях на 10-15% меньше суммарной площади каналов дорнодержателя 3, через которые перемещается материал формуемой заготовки, что создает напряжения сжатия в окружном к оси канала 4 направлении, ортогональные к боковым поверхностям полос заготовки на выходе их из каналов дорнодержателя 3. Относительное скольжение слоев материала на поверхностях контакта этих полос даже при малых величинах их сжатия, как показала практика, способствует залечиванию дефектов структуры материала в этих зонах заготовки.

На входе полой заготовки в деформирующий канал 4 в ее внутреннюю и внешнюю поверхности плавно внедряют равное количество расположенных на профилированных поверхностях фильеры 1 и дорна 2 с одинаковым окружным шагом профилированных винтовых выступов 7 и 8, типовые формы сечения которых показаны на фиг. 6. Такие локальные осадки внутренней и внешней поверхностей полой заготовки дополнительно уменьшают площадь ее поперечных сечений до 40%, вызывая соответствующие этому процессу радиального сжатия заготовки ее вытяжку в продольном направлении.

Расположенные в деформирующем канале 4 на профилированных поверхностях фильеры 1 и дорна 2 профилированные винтовые выступы 7, 8, показанные на фиг. 6, по точкам пересечения осей симметрии поперечных сечений которых с их поверхностью проходят цилиндрические винтовые линии, имеющие по длине деформирующего канала 4 одинаковый шаг и оппозитные друг другу знаки угла их подъема, в процессе перемещения заготовки вдоль оси деформирующего канала 4 вращают внутреннюю и внешнюю поверхности заготовки вокруг оси деформирующего канала устройства в оппозитных друг к другу направлениях, что вызывает как в окружном, так и в продольном направлениях деформации сдвига в материале формуемой полой заготовки, достигающие своих максимальных значений, как это показано на фиг. 11, 12, в тех зонах заготовки, в которых цилиндрические винтовые линии, по точкам пересечения осей симметрии поперечных сечений винтовых выступов 7, 8 фильеры и дорна с их поверхностью, перекрещиваются, и расстояния между точками пересечения осей симметрии поперечных сечений винтовых выступов 7, 8 с их поверхностью минимально. В этих же зонах достигают своих максимальных значений и локальные радиальные деформации осадки полой заготовки, вызывающие, соответственно, в этих зонах и максимальные локальные деформации вытяжки заготовки, перемещаемой по деформирующему каналу 4.

Процесс перемещения полой заготовки по деформирующему каналу инициирует также процесс перетекания ее материала через расположенные на профилированных поверхностях фильеры 1 и дорна 2 винтовые выступы 7, 8, что вызывает в продольном, как показано на фиг. 20-22, и в окружном, как показано на фиг. 11, 12, направлениях деформации разнознакового изгиба заготовки, а в плоскостях, проходящих через ось фильеры 1 и дорна 2, в которых цилиндрические винтовые линии, по точкам пересечения осей симметрии поперечных сечений винтовых выступов 7, 8 фильеры и дорна с их поверхностью, перекрещиваются, вызывают направленные вдоль оси циклически переходящие друг в друга деформации ее осадки и вытяжки с изменением при каждом таком переходе направлений поверхностей сдвига в материале заготовки, а также и изменений направлений максимальных сжимающих напряжений в материале заготовки на ортогональные.

При этом интенсивность всех типов деформаций заготовки, вызванных процессом перетекания ее материала через профилированные винтовые выступы, изменяется по гладким периодическим функциям в окружном направлении с количеством циклов, как показано на фиг. 11, 12, равным отношению угла закручивания поверхностей заготовки к окружному углу между винтовыми выступами 7 и 8, расположенными на поверхностях фильеры 1 и дорна 2, а в продольном направлении, как показано на фиг.20-22, не менее одного раза.

Показанные на фиг. 13 и 14 поверхности фильеры 1 и дорна 2 в деформирующем канале 4 имеют винтовые выступы 7 и 8, которые в одной и той же плоскости, ортогональной к оси устройства, изменяют направления, под которыми они пересекают образующие осесимметричных поверхностей фильеры 1 и дорна 2, что, как показано на фиг. 15, 17 и 18 вызывает при перемещении формуемой полой заготовки через эту плоскость изменение направлений относительного вращения поверхностей, и, соответственно, изменяют и направления поверхностей сдвига в материале полой заготовки, а также изменяют направления относительного скольжения материала вдоль этих поверхностей. При этом любое изменение схемы деформации заготовки ведет к перестройке направлений и расположений как систем микроповерхностей сдвига, так и образованных ими магистральных полос сдвига в материале заготовки, вовлекая при каждом таком переходе в процессы относительного скольжения дополнительно и новые структурные единицы материала, в том числе, инициируя и их перемещения внутри групп этих элементов.

В зонах изменения направлений вращения внутренней и наружной поверхности формуемой заготовки, через которые в процессе ее перемещения вдоль деформирующего канала 4 проходит весь объем материала формуемой заготовки, материал заготовки получает также дополнительные сдвиговые деформации в плоскостях, ортогональных к оси деформирующего канала 4. Эти деформации вызывают оппозитные друг другу по направлению относительные сдвиги слоев материала, расположенных на входе и выходе его из этих локальных зон.

Этот принцип деформационной проработки материала, вызывающий его макро- и микроструктурные перестройки при каждом изменении типа и направлений приложенных к заготовке деформационных воздействий, позволяет проводить объемную многофакторную структурную проработку материала формуемой заготовки, что, как показала практика, и реализуется в предлагаемом устройстве.

Поскольку при прохождении полой заготовки через деформирующий канал 4 максимальные величины сумм всех полученных ее материалом деформаций локализованы, как показано на фиг. 10-12, 16-18 и 19-22, в зонах, прилегающих к плоскостям, которые проходят через ось фильеры 1 и дорна 2 и в которых перекрещиваются винтовые линии, по точкам пересечения осей симметрии поперечных сечений винтовых выступов 7, 8 фильеры и дорна с их поверхностью, то наиболее эффективно для восстановления монолитной структуры материала в тех зонах формуемой полой заготовки, которые были разрезаны на продольные полосы при продавливании ее через каналы дорнодержателя 3 в деформирующий канал 4 оснастки располагать не менее одного раза в деформирующем канале 4 эти плоскости так, чтобы они, как показано на фиг. 10-12, 16-18 и 19-22, совпадали по направлениям с плоскостями, которые проходят через ось фильеры 1 и дорна 2 и через хорды профилей ребер 11 дорнодержателя 3 (фиг. 4,5), что обеспечит максимальную деформационную обработку материала этих наиболее дефектных зон.

Для получения однородной структуры материала по всему объему формуемого полого изделия деформационную обработку заготовки в деформирующий канале 4 проводят в несколько последовательных этапов, в каждом из которых, как показано на фиг. 23, зоны максимальной деформационной обработки материала полой заготовки смещают в окружном направлении относительно таких же зон в предыдущем блоке оснастки на угол до половины окружного угла между ребрами 11 дорнодержателя 3 (фиг. 4).

Для получения крупногабаритных полых изделий, площадь которых может быть равна или больше площади сечения рабочего цилиндра экструзионного пресса, площадь кольцевого зазора между поверхностями фильеры и дорна по длине формующего канала 5 устройства увеличивают в число раз до 5, а затем уменьшают до размеров и формы поперечных сечений готового изделия, геометрические характеристики которых фиксируются и в калибрующем канале 6 устройства.

Изобретение относится к производству длинномерных изделий из порошков различных, в том числе и полимерных, материалов, а также из пластифицированных масс путём их экструзии и может быть использовано для изготовления длинномерных полых изделий с различной формой поперечных сечений, площадь которых равна или больше площади сечения экструдера. Устройство содержит фильеру 1, расположенный на её входе дорнодержатель 3, включающий обод 10 и рёбра 11, и закрепленный на рёбрах 11 дорн 2. Фильера 1 и дорн 2 образуют на по своей длины деформирующий канал 4, формующий канал 5 и калибрующий канал 6. В зоне деформирующего канала 4 рабочие поверхности фильеры 1 и дорна 2 имеют профилированные винтовые выступы 7 и 8, расположенные в окружном направлении с равным и одинаковым для фильеры 1 и дорна 2 угловым шагом. Рёбра 11 дорнодержателя 3 имеют аэродинамический профиль, идентичный форме двояковыпуклого аэродинамического профиля крыла самолета. Шаг винтовых линий, проходящих по точкам пересечения осей симметрии поперечных сечений винтовых выступов 7, 8 фильеры и дорна с их поверхностью, по длине канала 4 одинаков, при этом углы подъема винтовых выступов 7 фильеры и углы подъема винтовых выступов 8 дорна противоположны по знаку и имеют величину не менее 45°. Суммарная высота винтовых выступов 7, 8 в любом поперечном сечении фильеры 1 и дорна 2 не превышает ½ ширины зазора между поверхностями фильеры 1 и дорна 2. Площадь деформирующего канала 4 в ортогональных к его оси кольцевых сечениях на 10-15% меньше суммарной площади каналов дорнодержателя 3. Технический результат заявленного изобретения заключается в обеспечении возможности формования из дискретных и пластифицированных материалов длинномерных полых изделий с беспористой, бездефектной и однородной структурой их материала в тех случаях, когда максимальная площадь поперечного сечения которых равна или больше площади сечения шнекового или плунжерного тракта экструзионного пресса. 11 з.п. ф-лы, 24 ил.

1. Устройство для получения длинномерных полых изделий из дискретных или пластифицированных материалов, содержащее фильеру, расположенный на её входе дорнодержатель, включающий обод и рёбра, и закрепленный на рёбрах дорн, при этом фильера и дорн образуют на части своей длины деформирующий канал, в зоне которого рабочие поверхности фильеры и дорна имеют профилированные выступы, расположенные в окружном направлении с равным и одинаковым для фильеры и дорна угловым шагом, отличающееся тем, что рёбра дорнодержателя имеют аэродинамический профиль, идентичный форме двояковыпуклого аэродинамического профиля крыла самолета, а профилированные выступы фильеры и дорна представляют собой винтовые выступы, у которых шаг винтовых линий, проходящих по точкам пересечения осей симметрии поперечных сечений винтовых выступов фильеры и дорна с их поверхностью, по длине деформирующего канала одинаков, при этом углы подъема винтовых выступов фильеры и углы подъема винтовых выступов дорна противоположны по знаку и имеют величину не менее 45°, причем суммарная высота винтовых выступов в любом поперечном сечении фильеры и дорна не превышает ½ ширины зазора между поверхностями фильеры и дорна, при этом площадь деформирующего канала в ортогональных к его оси кольцевых сечениях на 10-15% меньше суммарной площади каналов дорнодержателя.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что боковые поверхности каждого винтового выступа фильеры и дорна в сечениях, ортогональных к оси фильеры и дорна, параллельны осям симметрии сечений винтовых выступов фильеры и дорна, пересекающим ось фильеры и дорна.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что касательные к боковым поверхностям каждого винтового выступа фильеры и дорна на ½ его высоты в сечениях, ортогональных к оси фильеры и дорна, пересекаются под углами до 70° к оси симметрии сечения винтового выступа, пересекающей ось фильеры и дорна.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что знак угла подъема каждого винтового выступа фильеры и дорна является постоянным по всей их длине.

5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что знаки углов подъема винтовых выступов фильеры и дорна изменяются по длине деформирующего канала на противоположные в одних и тех же ортогональных к их оси сечениях по меньшей мере один раз.

6. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что высота каждого винтового выступа фильеры и дорна изменяется по его длине по гладкой периодической функции, период указанных функций одинаков для всех винтовых выступов, а их амплитуда составляет до 1/2 от средней высоты соответствующего винтового выступа.

7. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что плоскости, проходящие через хорды профилей ребер дорнодержателя, проходят также через ось фильеры и дорна, при этом в этих плоскостях перекрещиваются винтовые линии, проходящие по точкам пересечения осей симметрии поперечных сечений винтовых выступов фильеры и дорна с их поверхностью.

8. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что винтовые выступы образуют пары, каждая из которых включает винтовой выступ фильеры и винтовой выступ дорна, винтовые линии которых, проходящие по точкам пересечения осей симметрии поперечных сечений винтовых выступов каждой пары с их поверхностью, перекрещиваются в плоскости, проходящей через ось фильеры и дорна, а число пар винтовых выступов, образованных винтовыми выступами фильеры и дорна, кратно числу рёбер дорнодержателя.

9. Устройство по п. 8, отличающееся тем, что в каждом сечении, ортогональном к оси фильеры и дорна, две прямые линии, проходящие через эту ось и оси симметрии поперечных сечений винтовых выступов каждой пары, расположены под равными по модулю, но противоположными по знаку углами к плоскости, проходящей через ось фильеры и дорна, в которой перекрещиваются винтовые линии, проходящие по точкам пересечения осей симметрии поперечных сечений винтовых выступов фильеры и дорна с их поверхностью.

10. Устройство по п. 8, отличающееся тем, что пары винтовых выступов фильеры и дорна образуют по длине деформирующего канала две или более групп винтовых выступов с промежутками между группами, при этом в каждой группе число пар винтовых выступов, образованных винтовыми выступами дорна и фильеры, кратно числу рёбер дорнодержателя.

11. Устройство по п. 10, отличающееся тем, что пары винтовых выступов каждой группы смещены в окружном направлении относительно пар винтовых выступов соседней группы на угол до половины окружного угла между рёбрами дорнодержателя.

12. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что фильера и дорн образуют последовательно с деформирующим каналом соосные с ним формующий и калибрующий каналы, при этом в сечениях, ортогональных к оси фильеры и дорна, площадь кольцевого зазора между поверхностями фильеры и дорна по длине формующего канала устройства последовательно увеличивается, а затем уменьшается так, что размеры и форма указанных сечений формующего канала принимают на выходе из формующего канала размеры и форму готового изделия, а размеры и форма ортогональных к оси фильеры и дорна кольцевых сечений между поверхностями фильеры и дорна в калибрующем канале соответствуют размерам и форме поперечных сечений готового изделия и по длине канала остаются постоянными.