Устройство для моделирования сферодинамического импульсного пластифицирования материалов
Полезная модель относится к оборудованию для моделирования процессов обработки металлов давлением и может быть использовано для получения объемных полуфабрикатов с пластифицированным структурным состоянием матричного металла для последующего холодного деформирования и получения прецизионных деталей с заданным уровнем физических свойств.
Устройство для моделирования сферодинамического импульсного пластифицирования материалов, содержащее пуансон, матрицу, сферодинамический модуль, толкатель, при этом пуансон выполнен в форме цилиндра с рабочим выпуклым торцом в форме части тора с центральной глухой полостью, образованного семейством логарифмических спиралей, а модуль выполнен за одно целое с толкателем в форме цилиндра с рабочим выпуклым торцом с центральной глухой полостью в форме двуполостного гиперболоида в форме части тора, образованного семейством логарифмических спиралей.
1 п. ф-лы, 2 илл.
Полезная модель относится к области обработки материалов давлением и, в частности, к устройствам для моделирования процессов получения образцов с пластифицированным (высокая технологическая пластичность) структурным состоянием деталей машин и механизмов с заданным уровнем эксплуатационных свойств и может быть использовано при изготовлении нового поколения определяющих деталей агрегатов, сформированных холодным пластическим деформированием.
Известно устройство для сферодинамической нанорезонансной обработки материалов, содержащее пуансон с ложементом из упругого материала в форме листа Мебиуса, размещенного в кольцевой канавке на его рабочей поверхностью перемещения в канавке, матрицу, планетарный деформирующий модуль, толкатель (патент РФ 
75969, МПК7 В21Д 37/12).
В результате анализа известного устройства установлено, что наличие на рабочей поверхности пуансона ложемента не обеспечивает при деформировании заготовки проникновения механизмов волновой пластичности в виде роторов (вихрей) в срединные зоны массива материала, что обусловливает в материале готовой детали наличие «застойных» зон с непроработанной исходной структурой.
Известно устройство для сферодинамического объемного наноструктурирования материалов, содержащее пуансон, матрицу, толкатель, нижний сферодинамический модуль, при этом оно снабжено установленной с возможностью возвратно-поступательного движения относительно матрицы траверсой с ложементом и размещенным в нем верхним сферодинамическим модулем, пуансон выполнен цилиндрическим с рабочим выпуклым торцом в форме части тора, образованного семейством логарифмических спиралей, нижний сферодинамический модуль размещен в полости нижнего ложемента, установленного на упругом элементе в полости матрицы, толкатель выполнен с рабочим выпуклым торцом в форме части тора, образованного семейством логарифмических спиралей, и установлен с упором на нижний сферодинамический модуль, пуансон и толкатель установлены с возможностью встречного возвратно-поступательного перемещения.
В результате анализа известного устройства установлено, что выполнение рабочих выпуклых торцев пуансона и толкателя в форме частей торов, образованных семействами логарифмических спиралей не позволяет интенсифицировать процесс проникновения пластических роторов (вихрей) по спиралевидным траекториям в пределах всего массива материала с целью повышения доли аккумулированной энергии внешнего воздействия (активной энергии деформации приводного пуансона), что обеспечивает пластифицирование получаемого полуфабриката, т.е. повышение его технологической пластичности при последующей обработке давлением и получении готовой детали.
Технический результат настоящей полезной модели заключается в обеспечении глубокого проникновения пластических роторов (вихрей) по спиралеобразным траекториям во все зоны объема материала деформируемой заготовки, что обеспечивает аккомодацию (накопление) материалом подводимой энергии пластического деформирования и, как результат, повышение технологической пластичности деформируемого полуфабриката на последующих этапах обработки давлением и получения готовой детали.
Технический результат настоящей полезной модели достигается при одновременном воздействии на заготовку со стороны пуансона и толкателя двух частей тора, образованных семейством логарифмических спиралей и выполненных с глухими полостями в форме двух полостного гиперболоида в центре каждой части сегмента.
Сущность заявленной полезной модели поясняется графическим материалом, на котором: на фиг.1 - устройство общий вид.
Устройство для моделирования сферодинамического импульсного пластифицирования материалов содержит траверсу 1 с полостью, в которой размещена верхний сферический модуль 2, контактирующий противоположными поверхностями с верхним ложементом 3 и опорной поверхностью пуансона 4. Пуансон 4 с центральной глухой полостью А контактирует своей рабочей поверхностью с заготовкой 5, установленной на рабочей поверхности толкателя 6 с центральной глухой полостью В с упором на нижний сферодинамический модуль 8, размещенный в полости нижнего ложемента 7, установленного на упругом элементе 9 в полости матрицы 10.
Устройство для моделирования сферодинамического импульсного пластифицирования материалов работает следующим образом: заготовку 5 размещают на рабочей поверхности толкателя 6, затем по направляющей колонне (на графическом материале не обозначена) опускают подвижную траверсу 1 с установленным верхним сферическим модулем 2, верхним ложементом 3 и пуансоном 4 до соприкосновения с заготовкой 5, осуществляя тем самым силовое замыкание сферодинамической деформирующей системы: «подвижная траверса - верхний ложемент - верхний сферический модуль - пуансон - заготовка - толкатель - нижний сферодинамический модуль - нижний ложемент - упругий элемент - неподвижная платформа».
После силового замыкания сферодинамической деформирующей системы подвижной траверсе 1 сообщают реверсивное перемещение от привода (на графическом материале не обозначен), что обеспечивает импульсное деформирование заготовки 5 в условиях реализации эффекта сферодинамики, когда пуансон 4 выполняет роль реактивного источника энергии.
При выполнении рабочих выпуклых торцев пуансона 4 и толкателя 6 семейством логарифмических спиралей с центральными глухими полостями А и В в форме двуполостного гиперболоида (фиг.1) (М.Я.Выгодский. Справочник по высшей математике. М.: «Наука», 1978. с.210) и проведении моделирования процесса сферодинамического импульсного пластифицирования материалов путем циклического воздействия пуансона 4 на заготовку 5 происходит затекание ее материала в глухую полость А пуансона 4 и глухую полость В толкателя 6. Процесс деформирования заготовки 5 пуансоном 4 прекращают при заполнении ее материалом указанных глухих полостей, затем сферодинамическое моделирующее устройство размыкают и производят замену пуансона 4 и толкателя 6 на пуансон и толкатель, подобные им по геометрической форме рабочих поверхностей, однако выполненные без глухих полостей. Затем процесс деформирования повторяют до момента переформирования образованных на первом этапе деформирования выступов С и Д (фиг.2) заготовки 5 в ее массив до необходимого уровня. Выполнение центральных глухих полостей А и В па рабочих поверхностях пуансона 4 и толкателя 6 в форме двуполостного гиперболоида обеспечивает при заполнении их материалом заготовки 5 эпюры напряжений благоприятные с т.з. аккумулирования материалом вносимой энергии деформирования за счет постоянства угла роста гипербол, образующих полости А и В. После переформовки образованных на нервом этапе деформирования выступов С и Д в массив заготовки 5 (фиг.2) происходит формирование в заготовке 5 локальных массивов волнообразных массивов волнообразных волокон структуры, которые являются «аккумуляторами» вносимой энергии пластического деформирования.
Таким образом в зоне переформированных в массив заготовки 5 выступов С и Д формируются локальные массивы взаимозамкнутых волнообразных волокон структуры с высоким уровнем запасенной энергии деформирования, обеспечивающей высокую технологическую пластичность материала при последующем деформировании.
Устройство для моделирования сферодинамического импульсного пластифицирования материалов, содержащее пуансон, матрицу, толкатель, нижний сферодинамический модуль, установленную с возможностью возвратно-поступательного движения относительно матрицы траверсу с ложементом и размещенным в нем верхним сферодинамическим модулем, пуансон выполнен цилиндрическим с рабочим выпуклым торцом в форме части тора, образованного семейством логарифмических спиралей, нижний сферодинамический модуль размещен в полости нижнего ложемента, установленного на упругом элементе в полости матрицы, толкатель выполнен с рабочим выпуклым торцом в форме части тора, образованного семейством логарифмических спиралей, и установлен с упором на нижний сферодинамический модуль, пуансон и толкатель установлены с возможностью встречного возвратно-поступательного перемещения, отличающееся тем, что в центрах выпуклых рабочих торцев пуансона и толкателя выполнены глухие полости в форме двуполостного гиперболоида.
