Устройство для моделирования сферодинамического объемного наноструктурирования материалов
Полезная модель относится к оборудованию для моделирования процессов обработки металлов давлением и может быть использовано для получения объемных полуфабрикатов с наноформатным структурным состоянием матричного металла для последующего холодного деформирования и получения прецизионных деталей с заданным уровнем физических свойств.
Устройство для моделирования сферодинамического объемного наноструктурирования материалов, содержащее пуансон, матрицу, сферодинамический модуль, толкатель, при этом пуансон выполнен в форме цилиндра с рабочим выпуклым торцом в форме части тора, образованного семейством кардиоид, а модуль выполнен за одно целое с толкателем в форме цилиндра с рабочим выпуклым торцом в форме части тора, образованного семейством архимедовых 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 наноформатным структурным состоянием деталей машин и механизмов с заданным уровнем эксплуатационных свойств и может быть использовано при изготовлении нового поколения определяющих деталей агрегатов из т.н. «умных» материалов, 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 (патент РФ 112852, МПК7 В21Д 37114).
В результате анализа известного устройства установлено, что выполнение рабочих выпуклых торцев пуансона и толкателя в форме частей торов, образованных семействами логарифмических спиралей не позволяет проводить регламентированное во времени деформирование заготовки в условиях реализации эффекта Баушингера для ее материала, по причине проявления механизмов волновой пластической деформации - пластических роторов (вихрей) в спиралеобразных зонах с возрастающим по объему материала углом роста логарифмических спиралей.
Технический результат настоящей полезной модели заключается в обеспечении регламентированного во времени процесса деформирования -образцов материалов в условиях реализации эффекта аушингера, что обеспечивает одновременное повышение пластических и прочностных свойств материала образцов деталей за счет реализации волновой природы пластичности в виде пластических роторов (вихрей), проникающих на наноуровень (10 -9 м) обрабатываемого материала по всему его массиву; при одновременном воздействии на заготовку части тора со стороны пуансона с образующими в форме кардиоиды, что обеспечивает спиральную геометрии суммарного вектора с постоянным спиральным шагом структурообразования материала. Указанный технический результат обеспечивается за счет конструкции устройства. Заявляемое устройство содержит матрицу с глухой полостью, в которой последовательно размещены упругий элемент, нижний ложемент, нижний сферодинамический модуль, а также подвижную траверсу с верхним ложементом, размещенной с возможностью возвратно-поступательного движения относительно матрицы, верхний сферодинамический модуль, размещенный между ложементом траверсы и опорным торцом цилиндрического пуансона, рабочий выпуклый торец которого выполнен в форме тора, при этом часть тора рабочего выпуклого торца пуансона образована семейством кардиоид.
Сущность заявленной полезной модели поясняется графическим материалом, на котором:
на фиг.1 - устройство общий вид;
на фиг.2 - вид очага деформации образца при моделировании момента нарушения нижним сферодинамическим модулем контакта с толкателем и выполнения функции бесприводного источника реактивной энергии деформирования.
Устройство для моделирования сферодинамического объемного наноструктурирования материалов содержит траверсу 1 с полостью, в которой размещен верхний сферодинамический модуль 2, контактирует противоположными поверхностями с верхним ложементом 3 и опорным торцом пуансона 4. Пуансон 4 воздействует своей рабочей поверхностью с заготовкой 5, установленной на рабочей поверхности толкателя 6 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 объемного наноструктурирования 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 сферодинамическим 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 сферодинамический 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 рабочего выпуклого торца пуансона 4 семейством кардиоид поверхность А (фиг.2) (М.Я.Выгодский. Справочник по высшей математике. М.: «Наука», 1978. с.495) и проведении моделирования процесса сферодинамического объемного наноструктурирования материалов в очаге деформации при вертикальном перемещении пуансона 4 происходит интенсивное перемещение материала в противоположные стороны от вертикальной его оси. При этом векторы перемещения слоев металла, прилегающих к поверхности А пуансона 4 V1 и удаленных от нее Уз разнонаправлены, в следствии переменной кривизны кардиоиды, что создает между ними угол закручивания элементарных объемов материала и, как результат, формирования пластических роторов (вихрей), проникающих на наноуровень (10-9 м) обрабатываемого материала образцов и формирующих наноформатное состояние структуры материала модельного образца.
Различный характер направленности векторов перемещения материала в очаге деформации в зоне А пуансона 4 позволяет при возвратно-поступательном перемещении пуансона 4 регламентированно моделировать и вести процесс объемного наноструктурирования по всей высоте деформируемого образца.
Устройство для моделирования процесса сферодинамического объемного наноструктурирования материалов, содержащее матрицу с глухой полостью, в которой последовательно размещены упругий элемент, нижний ложемент, нижний сферодинамический модуль, а также подвижную траверсу с верхним ложементом, размещенную с возможностью возвратно-поступательного движения относительно матрицы, верхний сферодинамический модуль, размещенный между верхним ложементом и опорным торцом цилиндрического пуансона, рабочий выпуклый торец которого выполнен в форме тора, отличающееся тем, что часть тора рабочего выпуклого торца пуансона образована семейством кардиоид.
