Устройство для пластической де-фОРМАции пОд ВыСОКиМ дАВлЕНиЕМ Советский патент 1981 года по МПК B21J5/04 

1

Изобретение относится к обработке металлов давлением, а именно к устройствам для гидростатического прессования и может быть использовано для пластической деформации хрупких материалов.

Известно одноступенчатое устройство для пластической деформации,

содержащее контейнер,плунжер и пробку. Деформацию заготовки осуществляют плунжером. Заготовка опирается . на пробку непосредственно или. через промежуточные детали Щ .

Недостаток указанного устройства заключается в том, что давление в нем ограничивается прочност плунжера и не превышает обычно 30 кбар.1.

Наиболее близким техническим решением из известных является устройство для гидростатического прессования, содержащее поддерживающий контейнер с плунжером и размещенный в нем с диаметральным зазором . рабочий контейнер 2 . Недостатком указанного устройства является то, что в процессе гидропрессования давление в поддерживающем контейнере растет слишком быстро вследствие . низкой сжимаемости рабочей среды. Поддерживать его величину в заданных пределах можно лишь уменьшая ход пуансона,рабочего, контейнера, что значительно снижает технологические возможности устройства.

Цель изобретения - упрощение регулирования величины давления в поддерживающем.контейнере.

Указанная цель достигается тем,

что в полость поддерживающего контейнера введены элементы, выполненные из материала, обладающего способностью к фазовым превращениям с уменьшением его объема под действием давления, при этом внутренний диаметр поддерживающего контейнера в 2-4 раза превышает диаметр его плунжера. Выбирая материеил с большим скачком объема при фазовом превра- .

рении, можно добиться того, что

давление в поддерживающем контейнере в процессе деформации заготовки будет оставаться постоянным и равным давлению фазового превращения.

Величину давления можно варьировать,

меняя материал или температуру в поддерживающем контейнере. Существует достаточное для практики количество материалов с разными

давлениями превращения в диапазоне 30 кбар, а варьирование температуры позволяет смещать давление превращения на несколько килобар. Увеличивая отношение1; диаметра п лости поддерживающего контейнера к диаметру его плунжера, можно более эффективно использовать скачок объе ма в материале,- поскольку при этом возрастает ход плунжера., необходимый для компенсации этого скачка объема. Дополнительный эффект достигаетс увеличением в описываемом устройств диаметрального зазора между контейнерами до 20-50% от диаметра по.лости поддерживаемого контейнера, так как материал, испытывающий фазо вое превращение, можно разместить и в образовавшейся при этом коль цевой полости между контейнерами и тем значительно увеличить абсолютн величину скачка объема и ход рабочего пуансона. Элементы из материал испытывающего фазов.ое превращение под давлением могут быть введены в рабочую среду в виде порошка или гранул. Это удобно в случае применения твердой рабочей среды в поддерживакхдем контейнере. Однако, есл рабочая среда жидкая, то более целесообразно размещать такие элемен ты в поддерживающем контейнере в ви компактных блоков, имеющих форму секторов полого ци;диндра, охватывающего рабочий контейнер и плунже . Выбор отношения внутреннего диаметра подцерживаквдего контейнера к диаметру его плунжера, а также величины зазора между контейнерами за висит от величины скачка объема, требуемого хода рабочего пуансона, соотношения давлений в рабочем и поддерживакяцем контейнерах , свойств рабочей среды в поддерживающем контейнере и т.д. На фиг.1 изображено,устройство, общий вид (.исполнение для гидропрессования без противодавления); на фиг.2 - то же (исполнение для гидропрессования с.противодавлением за счет выдавливания вспомогательно заготовки); на фиг.З - разрез А-А на фиг.1; на фиг.4 - оснащение рабо чего контейнера для осадки под дав лением; на фиг.5 - разрез Б-Б на фиг.4; на фиг. 6 - оснащение рабо чего контейнера для растяжения под давлением; на фиг.7 - оснащение рабочего контейнера для раздачи под давлением. Устройство (фиг.1) состоит из корпуса 1, в котором размещен поддерживающий контейнер 2.с плунжером 3, входящим в поддерживающий контейнер через шлифовое уплотнение 4 выполненноево фланце 5. С противо положной стороны поддерживающий ко тейнер 2 закрыт пробкой 6, стыки уплотняются кольцами 7 и 8. Вся сб ка стягивается гайкой. 9. В под/1ерживающем контейнере 2 размещен рабочий контейнер 10 с пуансоном 11 и матрицей 12. Заготовка 13 помещена в рабочий контейнер 10 в стакане из твердой рабочей среды 14. Рабочий контейнер 10 центрируется на пробке 6 при помощи гильзы 15.Вокруг рабочего контейнера 10 и плунжера 3 размещены секторные блоки-вкладыши 16 (фиг.1) и 17 (фиг.1 и 3) из материала, испытывающего фазовое превращение под давлением. Остальное пространство между контейнерами заполнено жидкой рабочей средой. Устройство работает следующим образом. При вдавливании плунжера 3 в поддерживающий контейнер 2, жидкая рабочая среда в нем сжимается. Одновременно сжимается твердая рабочая среДа 14 в рабочем контейнере 10. Упругое сжатие блоков-вкладышеи 16 и 17 увеличивает тангенциальные зазоры между ними, что способствует равномерному распределению давления в поддерживающем контейнере 2. При дальнейшем перемещении плунжера 3 начинается фазовое превращение в материале вкладышей 16 и 17, которое сопровождается уменьшением их объема, после чего смещение плунжера 3 происходит при постоянной величине давления в поддерживаняцем 2 и рабочем 10 контейнерах. Затем плунжер 3 механически воздействуя на пуансон 11 сжимает рабочую среду 14 в .рабочем контейнере 10 и начинается выдавливание заготовки 13. Зазор между пуансоном 11 и плунзкером 3 подбирают опытным путем, с тем, чтобы их соприкосновение произошло после начала фазового превращения во вкладышах 16 и 17. Объем, занимаемый вкладыиами 16 и 17, и отношение диаметров полости поддерживающего контейнера 2 и плунжера 3.выбирают в зависимости от требуенюй величины хода пуансона 11. и относительного объемного эффекта при фазовом превращении .Шлифовое уплотнение 4 мбжет быть заменено сальниковым. Гидропрессование можно вести с противодавлением, если- присоединить соответствующий .подпорный контейнер к пробке 6. Максимальное противодавление быть получено, если подпорный контейнер разместить в поддерживающем контейнере непосредственно за матрицей рабоего контейнера. Проще всего такая модернизация устройства осуществляется, если применить в поддерживающем контейнере твердую рабочую среду. Пример исполнения такого устройства приведен на фиг.2. Корпус 1 выполнентакже как в Устройстве, изображенном на фиг.1, но плунжер 3 уплотняется металлическим кольцом 18 (сталь или латунь), удерживаемым в расточке фланца 5 при помощи шайбы 19,одновременно уплотняквдий стык фланца 5 и поддерживающего контейнер 2.Рабочий контейнер 10 с пуансоном 11 и матрицей 12 установлен на подпорном контейнере 20. Оба они укреп ляются на пробке 6 при помощи гильзы 15, В подпорном контейнере 20 размещены вспомогательная матрица 21 и вспомогательная заготовка 22. Рабочий и подпорный контейнеры заполнены твердой рабочей средой 14. Эта же среда может быть применена для заполнения кольцевого зазора между подпорным 2Q и поддерживающим 2 контейнерами (втулка 23) , а также части объема между плунжером 3 и пуансоном 11 и вокруг пуансона 11 (стакан 24). Остальной объем поддерживающего - контейнера 2 заполняется смесью твердой рабочей среды с частицами{порошок или гранулы) мате риала, испытывающего фазовое превра щение под давлением {втулка 25). При сборке твердая рабочая среда и ее смесь с материалом, испытывающим фазовое превращение, формуются в виде втулок 23 и 25, а для заготовок 13 и 22 и пуансона 11 формуют из рабочей среды стаканы {например 24). Заготовку размещают в контейнере 10 на некотором расстоянии от матри цы 12 так, чтобы ее прессование началось после стабилизации противодавления, т.е. после стабилизации процесса вьщавливания вспомогательн заготовки 22. Действие устройства аналогично изображенному на .фиг.1. Исполнение устройства (фиг.2)- пригодно для выполнения операций осадки , растяжения и раздачи под давлением, предельная величина которого определяется прочностью пуансона 11 в условиях гидростатической поддерж .ки твердой рабочей средой, сжатой в контейнере 2. Для осадки {фиг. 4 и рабочий контейнер 10 снабжают бойкам 26и 27. Боек 26 сплошной, а боек 27имеет боковые пазы 28, боковые сверления 29 и центральное отверстие 30, сообщающие полость рабочего кон тейнера 10 с полостью ПОДПОрНОго кон тейнера 20. Для растяжения {фиг. 6} не обходимо лишь удлинить калибрующий поясок матрицы 12, а заготовку 13. снабдить передней 31 и задней 32 головками. Диаметр передней головки 31 равен диаметру очка матрицы 12, а задней - внутреннему диаметру рабочего контейнера 10. Для раздачи кольцевой заготовки 13 {фиг.7)применены коническая оправка 33 и под кладное кольцо 34. Под кольцом 34 целесообразно установить дроссель-ную шайбу 35 с отверстием 36 малого диаметра. При осадке (фиг.4 и 5) заготовка 13 перемещается вместе с пуансоном 11, опираясь на него через боек-26, до соприкосновения с бойком 27. Излишки рабочей среды перетекают из рабочего контейнера 10 в подпорный 20 {фиг.2) через пазы 28, боковые сверления 29 и центральное отверстие 30. Давление в контейнере 10 регулируется твердостью и степенью деформации вспомогательной заготовки 22 {фиг.2).При растяжении {фиг.6) заготовка 13 движется вместе с пуансоном 11 до тех пор, пока ее передняя головка 31 не перекрйет очко матрицы 12. в дальнейшем задняя головка 32 продолжает перемещаться со Скоростью пуансона 11, а передняя опережает ее под действием нарастающего давления в рабочей среде, замкнутой в кольцевом пространстве-между воронкой матрицы 12, стенками контейнера 10 и головками 31 и 32. Длина заготовки 13 увеличивается. Процесс растяжения заканчивается либо разрывом заготовки 13, либо упором одной из ее головок в препятствие (например , головки 32. в матрицу 12). При раздаче (фиг.7) заготовка 13 движется вместе с оправкой 33 со скоростью пуансона 11 . Затем заготовка 13 упирается в подкладное кольцо 34, а оправка 33 давлением рабочей среды продавливается через нее, как через матрицу. Дроссельная шайба 35 создает дополнительное сопротивление перетеканию рабочей среды из рабочего контейнера 10 в подпорный 20 (фиг.2). Перепад давлений на дроссельной шайбе в случае использования твердой рабочей среды (например, свинца) может достигать десятковкилобар, что позволяет разгрузить подпорный контейнер 20 (фиг.2) при максимальных давлениях в рабочем контейнере 10. Поэтому целесообразно применять ее при осадке (фиг.4) , -растяжении (фиг.6) , гидропрессовании с противодавлением {фиг.З). В последнем случае длина калибрующего пояска матрицы 12 должна превышать длину отпрессованного прутка. Выполнение устройства (фиг.2,4-7) позволяет проводить различные операции пластической деформации при давлениях, допустимых для двухступенчатых устройств (т.е. практически до 100 кбар). Использование твердой рабочей среды в поддерживающем контейнере 2 упрощает его герметизацию, но (усложняет разборку, так как потребуется выпрессовка рабочего 10 и прдпорного 20 контейнеров (фиг.2).. С другой стороны применение жидкой рабочей среды,в поддерживающем контейнере 2 {фиг.1) усложняет герметизацию, но упрощает разборку. В этом случае удобнее применять вкладыши 16 и 17. Состав рабочей среды для поддерживающего контейнера зависит также и ot рабочей температуры. При низких температурах, например,при температуре жидкого азота, более удобна твердая среда, например, индий, который при низких температурах чрезвы чайно пластичен и обладает малым сопротивлением сдвигу. При 100С и вы ше можно применять свинец или тяжелы минеральные масла. Таким образом, предлагаемое уст-1хэйство значительно упрощает регулирование давления в поддерживающем контейнере двухступенчатых устройств для пластической деформации под .высо ким да;влением. Формула изобретения 1 .Устройство для пластической дефор маций под высоким давлением, содержащее поддерживающий контейнер с плунжером и размещенный в нем с диа метральным зазором рабочий контейнер отличающееся тем, что, с целью упрощения регулирования про цессом, в полость поддерживающего контейнера введены элементы, выполненные из материала., обладающего способностью к фазовым превращениям

16

(put.Z с уменьшением его объема под действием давления, при этом внутренний диаметр поддерживающего контейнера в 2-4 раза превышает диаметр его плунжера. 2, Устройство по п.1,. отличающееся тем, что диаметральный зазор между поддерживающим и рабочим контейнерами составляет 20-50%. от диаметра полости поддерживающего контейнера. ,, 3. Устройство по ПП.1 и 2, о тличающееся тем,что элементц выполнены в виде блоков, имеющих форму секторов цилиндра, охватывающего рабочий контейнер и плунжер . 4. Устройство по ПП.1 и 2, от личающееся тем, что элементы выполнены в виде порошка или гранул . Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Бриджмен П. В. Исследование больших пластических деформаций и разрыва, М.Д955, с.47-57. 2.Пью X. Л. и др. Механические свойства материалов под высоким . давлением, М., Мир, 1973, т.2, с. 174-175 (прототип).

;,

1 -

.i.

р

i

f;

i

I I

36

фие. 7