RU2154574C1

RU2154574C1 - Method and device for manufacture of articles variable in cross-section

Info

Publication number: RU2154574C1
Application number: RU99118199/02A
Authority: RU
Inventors: М.С. Толчинский
Original assignee: Локшин Михаил Зеликович
Priority date: 1999-08-23
Filing date: 1999-08-23
Publication date: 2000-08-20

Abstract

FIELD: pressing of long articles with variable cross-section from metal and nonmetallic plastic materials. SUBSTANCE: device has container, pressing stamp and die with die funnel and outlet hole. Die or its part is formed of movable members which may vary position irrespective of pressing stamp motion. Die funnel or its part is formed by shaping surfaces of movable members. Movable member is made in the form of turning cylinder or twin truncated cone, or their part having area of cylindrical side surface with diameter exceeding size by axis of movable member. Shaping surface is made in the form of cylindrical side surface of movable member, or made in the form of hollow of variable profile on side surface. Method includes changing of movable member position irrespective of pressing stamp motion. The method and device allow pressing from plastic materials of articles, mainly, long-size whose cross-section varies continuously, periodically, or stepwise in length with increase or decrease in cross-section. EFFECT: higher efficiency. 7 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к прессованию изделий с изменяющимся по длине поперечным сечением, а также может быть использовано для получения длинномерных изделий из неметаллических пластичных материалов. The invention relates to the processing of metals by pressure, in particular to pressing products with a variable cross-sectional length, and can also be used to obtain long products from non-metallic plastic materials.

Предшествующий уровень техники
Известно устройство для изготовления ребристых труб, в котором узел профилирования ребер труб выполнен в виде двух рядов полуформ с выемками и выступами на рабочих поверхностях. Полуформы расположены в виде бесконечной линии и в процессе работы движутся со скоростью, равной скорости движения изготавливаемой трубы (патент SU N 644363, 1979 г.). Похожим по конструкции и принципу работы является устройство для изготовления трубчатых электроизоляторов (патент GB N 1028277, 1966 г.). Данные устройства позволяют получать длинномерные изделия с поперечным сечением, которое изменяется по длине только строго периодически.State of the art
A device for the manufacture of ribbed pipes, in which the node profiling of the pipe ribs is made in the form of two rows of half-molds with recesses and protrusions on the working surfaces. The half-molds are arranged in the form of an endless line and during operation move at a speed equal to the speed of movement of the manufactured pipe (patent SU N 644363, 1979). Similar in design and principle of operation is a device for the manufacture of tubular electrical insulators (patent GB N 1028277, 1966). These devices allow you to get long products with a cross section that varies in length only strictly periodically.

Известен инструмент для изготовления изделий переменного сечения прессованием с обратным истечением металла (патент RU N 1433516, 1988 г.). Матрица инструмента состоит из двух пар элементов, одна из которых выполнена в виде клиновых элементов, а другая - в виде частей усеченного конуса. Инструмент позволяет получать изделия с монотонно убывающим или монотонно увеличивающимся поперечным сечением. A known tool for the manufacture of products of variable cross section by extrusion pressing with metal backflow (patent RU N 1433516, 1988). The tool matrix consists of two pairs of elements, one of which is made in the form of wedge elements, and the other in the form of parts of a truncated cone. The tool allows you to get products with a monotonically decreasing or monotonically increasing cross-section.

Наиболее близкий аналог предлагаемого изобретения описан в патенте US N 2300221, 1942 г. на "Экструзионное изготовление металлических изделий", Экструзионное устройство содержит контейнер для заготовки, матрицу и плунжер для выдавливания металла заготовки через матричную воронку и отверстие матрицы. В отверстии расположен по крайней мере один стержневой поворотный элемент с выемкой переменного профиля. По мере выхода изделия из отверстия матрицы стержневой элемент поворачивается, меняя положение выемки, находящейся в контакте с поверхностью изделия. Изменение профиля выемки обуславливает изменение профиля получаемого изделия. В случае двух поворотных элементов в матрице изделие может иметь симметричное или асимметричное поперечное сечение. The closest analogue of the invention is described in US Pat. No. 2,300,221, 1942 for "Extrusion manufacturing of metal products". The extrusion device comprises a container for the workpiece, a die, and a plunger for extruding the workpiece metal through the matrix funnel and the die opening. At least one pivotal pivot member with a variable profile recess is located in the hole. As the product exits the hole in the matrix, the core element rotates, changing the position of the recess in contact with the surface of the product. Changing the profile of the notch causes a change in the profile of the resulting product. In the case of two rotary elements in the matrix, the product may have a symmetric or asymmetric cross section.

Однако форма выемки на поворотном элементе соответствует только одному конкретному изделию и для каждого нового изделия требуется замена поворотных элементов на другие с выточкой индивидуально рассчитанной и выполненной под новое изделие. However, the shape of the recess on the rotary element corresponds to only one specific product, and for each new product it is necessary to replace the rotary elements with others with a recess individually designed and made for a new product.

Сущность изобретения
Предлагаемые способ и устройство позволяют прессовать из пластичных материалов изделия, преимущественно длинномерные, поперечное сечение которых может непрерывно, периодически или ступенчато меняться по длине, как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения площади сечения.SUMMARY OF THE INVENTION
The proposed method and device allows to extrude articles of plastic materials, mainly long ones, the cross section of which can continuously, periodically or stepwise vary in length, both in the direction of increasing and decreasing the cross-sectional area.

Прессование осуществляют из контейнера через матрицу с помощью пресс-штемпеля. Матрица имеет матричную воронку и выходное отверстие, образованные, по крайней мере частично, одним или более подвижным элементом с профилирующей поверхностью. В процессе прессования изменяют положение подвижных элементов, и, соответственно, форму и размеры выходного отверстия матрицы. Изменение положения подвижных элементов производят независимо от движения пресс-штемпеля, руководствуясь только потребностью изменения профиля получаемого изделия. В частности, скорость изменения положения поворотного элемента и скорость движения пресс-штемпеля могут в каждый конкретный момент не совпадать по величине и/или иметь противоположные направления. Pressing is carried out from the container through the die using a stamp. The matrix has a matrix funnel and an outlet formed at least partially by one or more movable elements with a profiling surface. In the process of pressing, the position of the movable elements is changed, and, accordingly, the shape and dimensions of the exit hole of the matrix. The position of the movable elements is changed independently of the movement of the stamp, being guided only by the need to change the profile of the resulting product. In particular, the rate of change in the position of the pivoting member and the speed of movement of the press stamp may not coincide in magnitude and / or have opposite directions at any given moment.

Устройство для изготовления изделий переменного сечения содержит контейнер, пресс-штемпель и матрицу с матричной воронкой и выходным отверстием. При этом матрицу или ее часть образуют подвижные элементы, а матричная воронка или ее часть образована профилирующими поверхностями подвижных элементов. A device for the manufacture of products of variable cross section contains a container, a stamp and a matrix with a matrix funnel and an outlet. In this case, the matrix or its part is formed by moving elements, and the matrix funnel or its part is formed by the profiling surfaces of the moving elements.

Подвижный элемент, как правило, представляет собой поворотный цилиндр или двойной усеченный конус, или их часть. Диаметр подвижного поворотного элемента превышает его размер по оси, а ось подвижного поворотного элемента расположена перпендикулярно или под углом к оси контейнера. Поворотный элемент может иметь участок цилиндрической боковой поверхности, служащей в процессе работы профилирующей поверхностью для получаемого изделия. Чаще профилирующую поверхность выполняют в виде выточки переменного профиля на боковой поверхности подвижного поворотного элемента. Однако в необходимых случаях профилирующая поверхность может находиться на выступе подвижного элемента. The movable element, as a rule, is a rotary cylinder or a double truncated cone, or part thereof. The diameter of the movable rotary element exceeds its axis size, and the axis of the movable rotary element is perpendicular or at an angle to the axis of the container. The pivoting member may have a portion of a cylindrical lateral surface serving in the process as a profiling surface for the resulting product. More often, the profiling surface is made in the form of a recess of a variable profile on the side surface of a movable rotary element. However, if necessary, the profiling surface may be on the protrusion of the movable element.

Поворотные элементы, образующие матрицу, находятся в контакте с выходным участком контейнера. The pivoting elements forming the matrix are in contact with the outlet portion of the container.

Краткое описание чертежей
На фиг. 1 показан один из конструктивных вариантов предлагаемого устройства вместе с прессуемой заготовкой в начале и в конце процесса прессования (фиг. 1а и 1б соответственно).Brief Description of the Drawings
In FIG. 1 shows one of the structural variants of the proposed device together with the pressed billet at the beginning and at the end of the pressing process (Fig. 1a and 1b, respectively).

На фиг. 2 - другое конструктивное выполнение устройства согласно изобретению. В обоих случаях матрица образована двумя поворотными цилиндрическими подвижными элементами, имеющими выточки переменного профиля. In FIG. 2 is another structural embodiment of the device according to the invention. In both cases, the matrix is formed by two rotary cylindrical movable elements having recesses of variable profile.

Фиг. 3 показывает процесс получения полого конического длинномерного изделия. FIG. 3 shows a process for producing a hollow conical long article.

На фиг. 4 изображена матрица, образованная четырьмя подвижными элементами в виде двойного усеченного конуса, соединенными с возможностью одновременного поворота. In FIG. 4 shows a matrix formed by four movable elements in the form of a double truncated cone, connected with the possibility of simultaneous rotation.

На фиг. 5 - такая же матрица, но с возможностью раздельного поворота каждого из подвижных элементов. In FIG. 5 - the same matrix, but with the possibility of separate rotation of each of the movable elements.

На фиг. 6 (а-з) показаны некоторые виды длинномерных изделий с изменяющимся профилем поперечного сечения, которые могут быть изготовлены в соответствии с предлагаемыми изобретениями. In FIG. 6 (a-h) shows some types of long products with a varying cross-sectional profile, which can be made in accordance with the proposed invention.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения
На фиг. 1 изображен один из конструктивных вариантов устройства для изготовления изделий переменного сечения. Устройство содержит контейнер 1 с пресс-штемпелем 2 и матрицей, образованной двумя подвижными элементами 4. Подвижные элементы 4 в данном случае выполнены поворотными и имеют форму кругового цилиндра или его части с выемками (ручьями) 5 переменного профиля на боковой поверхности. Поворот подвижных элементов 4 во время работы устройства происходит относительно опор 6, как правило в противоположных направлениях. Выемки 5 подвижных элементов 4 представляют собой профилирующие поверхности для получаемых изделий и в совокупности образуют матричную воронку с выходным отверстием. Поскольку размеры и форма выходного отверстия меняются в зависимости от положения подвижных элементов, на чертежах отверстие максимальной площади обозначено позицией 12, а минимальное выходное отверстие - позицией 13.Information confirming the possibility of carrying out the invention
In FIG. 1 shows one of the structural variants of the device for the manufacture of products of variable cross-section. The device comprises a container 1 with a press stamp 2 and a matrix formed by two movable elements 4. In this case, the movable elements 4 are rotary and have the shape of a circular cylinder or its part with recesses (streams) 5 of a variable profile on the side surface. The rotation of the movable elements 4 during operation of the device occurs relative to the supports 6, usually in opposite directions. The recesses 5 of the movable elements 4 are profiling surfaces for the resulting products and together form a matrix funnel with an outlet. Since the dimensions and shape of the outlet change depending on the position of the movable elements, in the drawings, the hole of the maximum area is indicated by 12, and the minimum outlet by 13.

Начало процесса прессования изделия показано на фиг. 1а, где в контейнере 1 находится заготовка 3. Матричная воронка и выходное отверстие 13 изображены на виде по стрелке С. Фиг. 1б иллюстрирует окончание процесса получения изделия 7, когда подвижные элементы 4 повернуты относительно того положения, которое они занимали в начале прессования. На сечении Е-Е показано выходное отверстие 12 матрицы, площадь которого больше, чем в начале процесса. То есть в данном случае прессование изделия начинают вести с более тонкого конца. При этом подвижные элементы 4 поворачивают один навстречу другому и мгновенная скорость изменения положения подвижного элемента и скорость движения пресс-штемпеля 2 совпадают по направлению. The start of the product pressing process is shown in FIG. 1a, where the blank 3 is located in the container 1. The matrix funnel and the outlet 13 are shown in a view along arrow C. FIG. 1b illustrates the end of the process of obtaining the product 7, when the movable elements 4 are rotated relative to the position that they occupied at the beginning of pressing. The cross-section EE shows the exit hole 12 of the matrix, the area of which is larger than at the beginning of the process. That is, in this case, the pressing of the product begins to lead from a thinner end. In this case, the movable elements 4 rotate one towards the other and the instantaneous rate of change in the position of the movable element and the speed of movement of the stamp 2 coincide in direction.

На фиг. 2 показано устройство с контейнером 1, снабженным форкамерой 8. Форма проходного сечения форкамеры 8 меняется от круговой до симметрично удлиненной (например, эллиптической), причем больший диаметр эллипса лежит в плоскости поворота подвижных элементов 4 и превышает внутренний диаметр контейнера 1. Фиг. 2а и 2б, так же, как и в предыдущем случае, показывают начало и окончание процесса прессования изделия 7, но этот раз изделие изготавливают, начиная с более толстого конца. В этом случае подвижные элементы 4 вращают в разные стороны, а мгновенная скорость изменения положения поворотного элемента и скорость движения пресс-штемпеля 2 имеют противоположные направления. In FIG. 2 shows a device with a container 1 equipped with a pre-chamber 8. The shape of the passage section of the pre-chamber 8 varies from circular to symmetrically elongated (for example, elliptical), the larger diameter of the ellipse lying in the plane of rotation of the movable elements 4 and exceed the inner diameter of the container 1. FIG. 2a and 2b, as in the previous case, show the beginning and end of the pressing process of the product 7, but this time the product is made starting from the thicker end. In this case, the movable elements 4 rotate in different directions, and the instantaneous rate of change of position of the rotary element and the speed of movement of the stamp 2 have opposite directions.

Устройство, изображенное на фиг. 3, сходно с устройством на фиг. 1, но для получения полых изделий, например конических труб, оно дополнительно оснащено подвижной иглой 9, расположенной по оси контейнера 1 и проходящей в выходное отверстие матрицы. The device shown in FIG. 3, similar to the device in FIG. 1, but to obtain hollow articles, for example conical pipes, it is additionally equipped with a movable needle 9 located along the axis of the container 1 and passing into the outlet of the matrix.

На фиг. 4 показана матрица, образуемая четырьмя подвижными (поворотными) элементами, имеющими форму двойного усеченного конуса. На каждом поворотном элементе часть ребра на стыке оснований двух конусов 10 срезана с образованием участка 11 цилиндрической поверхности переменной ширины. Поверхность участка 11 является профилирующей для изготавливаемых изделий и может быть выполнена как поверхность разных видов цилиндров (эллиптического, гиперболического, параболического и т.д.), а также как поверхность цилиндра вращения, ось которого не совпадает с осью поворотного элемента. In FIG. 4 shows a matrix formed by four movable (rotary) elements having the shape of a double truncated cone. On each rotary element, a part of the rib at the junction of the bases of the two cones 10 is cut off to form a portion 11 of a cylindrical surface of variable width. The surface of section 11 is profiling for manufactured products and can be made as the surface of different types of cylinders (elliptical, hyperbolic, parabolic, etc.), as well as the surface of a rotation cylinder, the axis of which does not coincide with the axis of the rotary element.

Поворотные элементы на фиг. 4 имеют единый привод и меняют положение одновременно, обеспечивая изготовление изделий с переменным, но симметричным профилем поперечного сечения. Для получения изделий с несимметричным профилем поперечного сечения каждый из поворотных элементов должен иметь независимый привод (фиг. 5). The pivoting elements in FIG. 4 have a single drive and change position at the same time, ensuring the manufacture of products with a variable but symmetrical cross-sectional profile. To obtain products with an asymmetric cross-sectional profile, each of the rotary elements must have an independent drive (Fig. 5).

Показанные на чертежах устройства не исчерпывают все возможные конструктивные варианты предлагаемого изобретения. Shown in the drawings of the device does not exhaust all possible structural variants of the invention.

В частности, подвижность элементов, образующих матрицу, может быть реализована не только путем поворота элемента, когда точки профилирующей поверхности движутся по круговой траектории. Подвижность элементов матрицы может быть организована и другим образом, когда траектория движения точек профилирующей поверхности будет представлять собой циклоиду, цепную линию, эвольвенту и т.д. In particular, the mobility of the elements forming the matrix can be realized not only by rotating the element when the points of the profiling surface move along a circular path. The mobility of the matrix elements can be organized in another way, when the trajectory of the points of the profiling surface will be a cycloid, a chain line, an involute, etc.

В зависимости от требуемой формы поперечного сечения изделий матрица устройства согласно изобретению может быть образована подвижными элементами как полностью, так и частично. Так, при изготовлении изделия, изображенного на фиг. 6ж, для получения нижней плоскости часть матрицы с профилирующей поверхностью со стороны этой плоскости может быть неподвижной. То есть элемент, образующий соответствующую сторону матрицы, либо может быть неподвижным по конструктивному исполнению, либо может оставаться неподвижным, обладая принципиальной возможностью движения в других случаях. Depending on the desired cross-sectional shape of the products, the matrix of the device according to the invention can be formed by moving elements both fully and partially. Thus, in the manufacture of the product depicted in FIG. 6g, in order to obtain a lower plane, a part of the matrix with a profiling surface on the side of this plane can be fixed. That is, the element forming the corresponding side of the matrix, either can be motionless by design, or it can remain motionless, possessing the fundamental possibility of movement in other cases.

Подвижные элементы могут быть одинаковой или разной формы, одинакового или разного диаметра, а их количество может составлять от одного до четырех, а в особых случаях (например, при изготовлении изделий с поперечным сечением в виде звезды) - и более. Moving elements can be of the same or different shape, the same or different diameter, and their number can be from one to four, and in special cases (for example, in the manufacture of products with a cross section in the form of a star) - and more.

Форма выемки (выступа) на боковой поверхности подвижного (поворотного) элемента проектируется, а режим поворота в процессе прессования задается с учетом мгновенного коэффициента вытяжки, поскольку при постоянной скорости пресс-штемпеля скорость истечения будет меняться в соответствии с изменением площади выходного отверстия матрицы. The shape of the notch (protrusion) on the lateral surface of the movable (rotary) element is designed, and the rotation mode during the pressing process is set taking into account the instantaneous drawing coefficient, since at a constant speed of the press stamp the flow rate will change in accordance with the change in the area of the matrix exit hole.

Профиль выходного отверстия матрицы образуется в месте соприкосновения двух или более подвижных (поворотных) элементов, имеющих, в частности, выемку или выступ соответствующей конфигурации. The profile of the outlet of the matrix is formed at the point of contact of two or more movable (rotary) elements having, in particular, a recess or protrusion of the corresponding configuration.

Подвижные элементы плотно прилегают один к другому и к выходу из контейнера, имеющему соответствующую конфигурацию. Подвижные элементы могут быть снабжены ребордами (на чертежах не показаны), предотвращающими или уменьшающими затекание прессуемого материала в щель между подвижными элементами. The movable elements fit snugly against one another and to the exit of the container, having the appropriate configuration. The movable elements may be provided with flanges (not shown in the drawings) to prevent or reduce the flow of the pressed material into the gap between the movable elements.

Claims

1. A method of manufacturing products of variable cross section, comprising pressing using a press stamp through a matrix having at least one movable element with a profiling surface, and during the pressing process, the position of the movable element is changed, characterized in that the position of the movable element is changed independently from movement of the stamp.

2. The method according to claim 1, characterized in that the movable element is made in the form of a rotary cylinder, or a double truncated cone, or part thereof, having a section of a cylindrical side surface, and the profiling surface is made in the form of a cylindrical side surface of the moving element or made in the form recesses of a variable profile on a lateral surface.

3. The method according to claim 2, characterized in that the instantaneous rate of change of position of the rotary element and the speed of movement of the press stamp have opposite directions.

4. A device for the manufacture of products of variable cross-section, containing a container, a stamp and a matrix with a matrix funnel and an outlet having at least one movable element with a profiling surface, characterized in that the matrix or its part is formed by movable elements, the movable elements are configured to change position regardless of the movement of the stamp, and the matrix funnel or part thereof is formed by the profiling surfaces of the movable elements.

5. The device according to p. 4, characterized in that the movable element is a rotary cylinder, or a double truncated cone, or part thereof, having a portion of a cylindrical side surface with a diameter greater than the dimension along the axis of the movable element, and the axis of the movable rotary element is perpendicular or at an angle to the axis of the container.

6. The device according to claim 5, characterized in that the profiling surface is a cylindrical side surface of the movable element or made in the form of a recess of a variable profile on the side surface.

7. The device according to claim 5, characterized in that the rotary elements are in contact with the output section of the container.