RU2790694C1 - Device for producing long-length hollow products from discrete or plasticized materials - Google Patents
Device for producing long-length hollow products from discrete or plasticized materials Download PDFInfo
- Publication number
- RU2790694C1 RU2790694C1 RU2022104515A RU2022104515A RU2790694C1 RU 2790694 C1 RU2790694 C1 RU 2790694C1 RU 2022104515 A RU2022104515 A RU 2022104515A RU 2022104515 A RU2022104515 A RU 2022104515A RU 2790694 C1 RU2790694 C1 RU 2790694C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- mandrel
- die
- helical
- axis
- channel
- Prior art date
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 51
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 12
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 claims description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims description 3
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 abstract description 8
- 239000000843 powder Substances 0.000 abstract description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 12
- 230000008569 process Effects 0.000 description 12
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 9
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 6
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 2
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 2
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 1
- 230000035876 healing Effects 0.000 description 1
- 239000011796 hollow space material Substances 0.000 description 1
- 208000022119 inability to concentrate Diseases 0.000 description 1
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000008707 rearrangement Effects 0.000 description 1
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
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.The invention relates to the production of long products from powders of various, including polymeric, materials, as well as from plasticized masses by extrusion and can be used for the manufacture of long hollow products with various cross-sectional shapes, the area of which is equal to or greater than the cross-sectional area of the extruder.
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.).A device for molding long hollow products from powder and plasticized masses is known, including an extruder and a molding nozzle consisting of a matrix, a mandrel and a mandrel attachment point inside the matrix, while the mandrel is made with longitudinal grooves on its working surface (RU 2134640, 1999) .
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.The disadvantages of the known device include the low level of physical and mechanical properties of long hollow products, due to the heterogeneity of their structure, the high content of defects in those areas of the material that were destroyed when the latter was forced through the mandrel attachment, and the associated low yield of a suitable product, in particular , for products obtained with material draw ratios less than 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).Closest to the proposed one is a device for molding long hollow products from powder or plasticized masses, including an extruder and a deforming nozzle, consisting of a matrix, a mandrel and a mandrel attachment point inside the matrix, one or more rows of profiled deforming elements are located on the working surfaces of the matrix and mandrel , wherein the rows of these elements are located on the working surfaces of the matrix and the mandrel at the same distance from the mandrel attachment point or with a linear offset relative to each other along the mandrel axis by no more than 3/2 of their length and form at least one pair of rows, in which the deforming elements of the matrix and the mandrel are located with the same and uniform angular pitch and with a circumferential displacement of the deforming elements of the matrix relative to the deforming elements of the mandrel up to half the circumferential step between the deforming elements of the same row, while in each row the distances from the profiled deforming elements to the cre node mandrel caps along its axis are the same (RU 2492965 C1, published 09/20/2013).
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.This design of the device for molding hollow billets and products limits the possibility of realizing the torsion deformation of the entire hollow billet relative to its axis, as well as creating multidirectional rotations of its outer and inner surfaces. Especially such deformation effects are important for molding products, the cross-sectional area of which is several times larger than the cross-sectional area of the hollow blank hole, which reduces the quality of the deformation processing of the entire volume of material in the process of molding such blanks. The disadvantage of this device is also the inability to concentrate the maximum deformation effects on the material of the workpiece in those areas in which the workpiece is cut by the ribs of the mandrel inside the matrix when it is forced through the channels of the mandrel into the deforming channel of the device. As practice has shown, these limitations do not allow for a full-fledged deformation processing of the entire volume of the molded material of large-sized hollow billets and products.
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.The technical problem solved by the present invention is to enable the formation of long-length hollow products from discrete and plasticized materials with a non-porous, defect-free and homogeneous structure of their material in cases where the maximum cross-sectional area of \u200b\u200bwhich is equal to or greater than the cross-sectional area of the screw or plunger path of the extrusion press .
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.The technical problem is solved by the fact that in a device for producing long hollow products from discrete or plasticized materials, containing a die, a mandrel located at its inlet, including a rim and ribs, and a mandrel fixed on the ribs, while the die and mandrel form a deforming a channel in the zone of which the working surfaces of the die and the mandrel have profiled protrusions located in the circumferential direction with an equal and identical angular pitch for the die and the mandrel, according to the invention, the mandrel holder ribs have an aerodynamic profile identical to the shape of a biconvex airfoil of an aircraft wing, and the profiled protrusions of the die and the mandrel are helical protrusions, in which the pitch of the helical lines, at the points of intersection of the axes of symmetry of the cross sections of the helical protrusions of the die and the mandrel with their surface, is the same along the length of the channel, while the elevation angles of the helical protrusions of the die and the elevation angles of the helical protrusions of the mandrel are opposite are opposite in sign and have a value of at least 45°, and the total height of the helical protrusions in any cross section of the die and the mandrel does not exceed ½ the width of the gap between the surfaces of the die and the mandrel, while the area of the deforming channel in annular sections orthogonal to its axis is 10-15 % is less than the total area of the mandrel holder channels.
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.It is possible to design the device in which the side surfaces of each helical protrusion of the mandrel and die in sections orthogonal to the axis of the die and mandrel are parallel to the axis of symmetry of the section of the helical protrusion that intersects the axis of the die and mandrel.
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.In another possible design of the device, the tangents to the side surfaces of each helical protrusion of the mandrel and die at ½ of their height in sections orthogonal to the axis of the die and mandrel intersect at angles up to 70 ° to the axis of symmetry of the section of the helical protrusion that intersects the axis of the die and mandrel.
Возможно исполнение устройства, в котором знак угла подъема каждого винтового выступа фильеры и дорна является постоянным по всей их длине.It is possible to design the device, in which the sign of the angle of elevation of each helical protrusion of the die and the mandrel is constant along their entire length.
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, In another version of the device, the signs of the elevation angles of the helical protrusions of the mandrel and die can change along the length of the deforming channel at least once to the opposite in the same sections orthogonal to their axis,
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.It is also possible to design a device in which the height of each helical projection of the die and mandrel varies along its length according to smooth periodic functions, the period of these functions is the same for all helical projections, and their amplitude is up to 1/2 of the average height of the corresponding helical projection.
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. In a possible embodiment of the device, the planes passing through the chords of the profiles of the ribs of the mandrel holder also pass through the axis of the die and mandrel, while it is preferable that helical lines intersect in these planes, passing along the points of intersection of the axes of symmetry of the cross sections of the helical protrusions of the die and mandrel with their surface .
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. In the preferred embodiment of the device, the helical projections form pairs, each of which includes a helical projection of the die and a helical projection of the mandrel, the helical lines of which, passing along the points of intersection of the axes of symmetry of the cross sections of the helical projections of each pair with their surface, intersect in a plane passing through the axis of the die and mandrel, and the number of pairs of helical protrusions formed by the helical protrusions of the mandrel and die is a multiple of the number of edges of the mandrel holder.
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. In this case, it is preferable that in each section orthogonal to the axis of the die and the mandrel, two straight lines passing through this axis and the axes of symmetry of the cross sections of the helical protrusions of each pair are located at angles equal in absolute value, but opposite in sign, to the plane, which passes through the axis of the die and the mandrel and in which helical lines intersect, passing along the points of intersection of the axes of symmetry of the cross sections of the helical protrusions of the die and mandrel with their surface.
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. It is preferable to design a device in which pairs of helical projections of the die and the mandrel form two or more groups of helical projections located along the length of the deforming channel with gaps between the groups, while in each group the number of pairs of helical projections formed by the helical projections of the mandrel and die is a multiple of the number ribs of the mandrel holder.
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. It is possible to design the device in which pairs of helical protrusions of each group are displaced in the circumferential direction relative to pairs of helical protrusions of the adjacent group by an angle of up to half the circumferential angle between the mandrel holder ribs.
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.The most preferable is the execution of the device, in which the die and the mandrel form, in series with the deforming channel, the forming and calibrating channels coaxial with it, while in sections orthogonal to the axis of the die and the mandrel, the area of the annular gap between the surfaces of the die and the mandrel along the length of the forming channel of the device is successively increases and then decreases so that the dimensions and shape of the indicated sections of the forming channel take on the dimensions and shape of the finished product at the outlet of the forming channel, and the dimensions and shape of the annular sections orthogonal to the axis of the die and the mandrel between the surfaces of the die and the mandrel in the calibrating channel correspond to the dimensions and the shape of the cross sections of the finished product and along the length of the channel remain constant.
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.The technical result achieved by the invention is to obtain a homogeneous, non-porous and defect-free structure of the product material. This result is achieved by changing the shape, dimensions, elevation angles and sign of cylindrical helical lines passing along the tops of the profiled ledges on the profiled surfaces of the dies and mandrel, as well as by a gradual displacement in the circumferential direction relative to the axis of the arrangement of the groups of profiled ledges, which allows varying the directions, sizes and the ratios between the deformations obtained by the material of the formed blanks, and to select the optimal values for each processed material and the number of cyclic changes in these parameters of the deformation processing of the blank.
Изобретение иллюстрируется чертежами.The invention is illustrated in the drawings.
На фиг.1 показано осевое сечение предложенного устройства (без экструзионного пресса) для получения изделий из дискретных или пластифицированных материалов. Figure 1 shows an axial section of the proposed device (without an extrusion press) for producing products from discrete or plasticized materials.
На фиг.2 – заготовка, формуемая в деформирующем, формообразующем и калибрующем каналах устройства.Figure 2 - workpiece, molded in the deforming, shaping and calibrating channels of the device.
На фиг. 3 – осевое сечение заготовки, представленной на фиг. 2.In FIG. 3 is an axial section of the workpiece shown in Fig. 2.
На фиг. 4 – дорнодержатель, хорды профилей ребер которого лежат в плоскостях, проходящих через ось устройства, общий вид.In FIG. 4 - mandrel holder, the chords of the rib profiles of which lie in planes passing through the axis of the device, general view.
На фиг. 5 – сечение по I-I на фиг. 4 – профиль ребра дорнодержателя.In FIG. 5 - section along I-I in Fig. 4 – profile of the mandrel holder rib.
На фиг. 6 (а-в) – варианты ортогональных к оси деформирующего канала сечений винтовых выступов, расположенных на поверхностях фильеры и дорна.In FIG. 6 (a-c) - variants of sections of helical protrusions orthogonal to the axis of the deforming channel, located on the surfaces of the die and mandrel.
На фиг. 7 – две половины участка фильеры с винтовыми выступами, угол подъема угла которых имеет один знак. In FIG. 7 - two halves of the die section with helical protrusions, the angle of elevation of the angle of which has the same sign.
На фиг. 8 – участок дорна с винтовыми выступами, угол подъема угла которых имеет один знак. In FIG. 8 - mandrel section with helical protrusions, the angle of elevation of the angle of which has one sign.
На фиг. 9 – часть заготовки в деформирующем канале, фильера которого приведена на фиг. 7, а дорн на фиг. 8. In FIG. 9 - part of the workpiece in the deforming channel, the die of which is shown in Fig. 7, and the mandrel in Fig. 8.
На фиг. 10 – осевое сечение части заготовки материала, приведенной на фиг. 9.In FIG. 10 is an axial section of a part of the material blank shown in FIG. 9.
На фиг. 11 – ортогональные к оси фильеры и дорна сечения с А-А по М-М части заготовки, приведенной на фиг. 10.In FIG. 11 - sections orthogonal to the axis of the die and the mandrel from A-A along the M-M part of the workpiece shown in Fig. 10.
На фиг. 12 – ортогональные к оси фильеры и дорна сечения с Н-Н по Щ-Щ части заготовки, приведенной на фиг. 10.In FIG. 12 - sections orthogonal to the axis of the die and the mandrel from H-N along W-W of the part of the workpiece shown in Fig. 10.
На фиг. 13 – две половины участка фильеры, винтовые выступы которой имеют углы подъема, знак которых изменяется по ее длине на противоположный.In FIG. 13 - two halves of the section of the die, the helical protrusions of which have elevation angles, the sign of which changes along its length to the opposite.
На фиг. 14 – участок дорна, винтовые выступы которого имеют углы подъема, которые изменяют по его длине свой знак на противоположный.In FIG. 14 - mandrel section, the helical protrusions of which have elevation angles that change their sign to the opposite along its length.
На фиг. 15 – часть заготовки отформованной в деформирующем канале с фильерой, приведенной на фиг. 13, и с дорном, приведенным на фиг. 14. In FIG. 15 - part of the workpiece molded in the deforming channel with a die shown in Fig. 13 and with the mandrel shown in FIG. 14.
На фиг. 16 – осевое сечение части заготовки, приведенной на фиг. 15.In FIG. 16 is an axial section of a part of the workpiece shown in FIG. 15.
На фиг. 17 – ортогональные к оси дорна сечения с А'-А' по М'-М' части заготовки, приведенной на фиг. 16.In FIG. 17 - sections orthogonal to the axis of the mandrel from A'-A' to M'-M' of the part of the workpiece shown in FIG. 16.
На фиг. 18 – ортогональные к оси дорна сечения с Н'-Н' по Э'-Э' части заготовки, приведенной на фиг. 16.In FIG. 18 - sections orthogonal to the axis of the mandrel from H'-H' to E'-E' of the part of the workpiece shown in FIG. 16.
На фиг. 19 – вид на деформирующий канал со стороны дорнодержателя с указанием расположения продольных сечений заготовки в секторе ± 60° от ребра дорнодержателя.In FIG. 19 – view of the deforming channel from the side of the mandrel with indication of the location of the longitudinal sections of the workpiece in the sector ± 60° from the edge of the mandrel.
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.In FIG. 20 - shown in Fig.19 axial sections from A'-A' to G'-G' of the workpiece molded in the deformation channel shown in Fig. 13.14.
На фиг. 21 – осевые сечения с Дʺ-Дʺ по Иʺ-Иʺ заготовки, формуемой в деформационном канале, приведенном на фиг. 13, 14.In FIG. 21 - axial sections from Dʺ-Dʺ to Iʺ-Iʺ of the workpiece molded in the deformation channel shown in Fig. 13, 14.
На фиг. 22 – осевые сечения с Кʺ-Кʺ по Нʺ-Нʺ заготовки, формуемой в деформационном канале, приведенном на фиг. 13, 14.In FIG. 22 - axial sections from K'-K' to H'-H' of the billet molded in the deformation channel shown in FIG. 13, 14.
На фиг. 23 – часть заготовки в деформирующем канале, имеющем по длине канала две группы выступов у фильеры и дорна.In FIG. 23 - part of the workpiece in the deforming channel, which has two groups of protrusions along the length of the channel near the die and the mandrel.
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.In FIG. 24 - the structure of the material of a hollow product obtained on a screw extruder, the cross-sectional area of \u200b\u200bwhich is 15% larger than the cross-sectional area of the screw tract; the image was obtained using a scanning electron microscope, accelerating voltage 20.0 kV, x1000 magnification, scanning electron detector, scale 50 µm.
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.A device for producing long hollow products from discrete or plasticized materials with various cross-sectional shapes, the area of which can be equal to or greater than the cross-sectional area of an extrusion plunger or screw press, contains a
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. The step of the helical lines passing through the points of intersection of the axes of symmetry of the cross sections of the
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.The forming
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. In another version, the tangents to the side surfaces of each
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. The height of the
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. The
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. In FIG. 4 shows a
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. The
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). Moreover, in each section, orthogonal to the axis of the
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.The sign of the angle of elevation of each
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.A variant of the device is also possible, in which the sign of the angle of elevation of the
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.In FIG. 19-22 shows how, depending on the size of the circumferential angle between the sections of the
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. In the preferred embodiment, pairs of
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°.It is preferable that the pairs of
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. In FIG. 23 shows the surface of the
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.In FIG. 24 shows the structure of the fracture of the material of the hollow product molded in this device (the image was taken on a scanning microscope), from which it follows that the fracture of the material of the hollow product, the area of which is 15% larger than the cross-sectional area of the screw duct of the extrusion press, passed through the particles of the GUR4150 powder, from which the product was obtained, and not through the boundaries between them, which indicates a high strength of interboundary bonds between the particles of the material of the molded product.
В процессе получения длинномерных полых изделий на экструзионных плунжерных или шнековых прессах устройство работает следующим образом.In the process of obtaining long hollow products on extrusion plunger or screw presses, the device operates as follows.
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.The original plasticized or discrete material, which can be used as powder or granular materials, as well as secondary products crushed into small fractions, is pressed, as shown in figure 1, by a plunger or screw into the deforming
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.At the entrance of the hollow workpiece into the deforming
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. Located in the deforming
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. The process of moving the hollow workpiece along the deforming channel also initiates the process of its material flowing through the
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.In this case, the intensity of all types of deformations of the workpiece, caused by the process of flowing of its material through the profiled helical protrusions, varies according to smooth periodic functions in the circumferential direction with the number of cycles, as shown in Fig. 11, 12, equal to the ratio of the angle of twisting of the workpiece surfaces to the circumferential angle between the
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.Shown in FIG. 13 and 14, the surfaces of the
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. In the zones of change in the directions of rotation of the inner and outer surfaces of the molded workpiece, through which, in the process of its movement along the deforming
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. This principle of deformation processing of the material, which causes its macro- and microstructural rearrangements with each change in the type and directions of deformation effects applied to the workpiece, allows for volumetric multifactorial structural processing of the material of the molded workpiece, which, as practice has shown, is implemented in the proposed device.
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.Since when the hollow workpiece passes through the deforming
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).To obtain a homogeneous material structure throughout the volume of the molded hollow product, the deformation processing of the workpiece in the deforming
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.To obtain large-sized hollow products, the area of which can be equal to or greater than the cross-sectional area of the working cylinder of the extrusion press, the area of the annular gap between the surfaces of the die and the mandrel along the length of the forming
Claims (12)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2790694C1 true RU2790694C1 (en) | 2023-02-28 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4147748A (en) * | 1976-07-23 | 1979-04-03 | Saumsiegle Robert W | Displacement blow-molding |
| RU2134640C1 (en) * | 1998-02-24 | 1999-08-20 | Панов Александр Константинович | Extrusion head for manufacture of polymeric shells of pipe framing |
| RU2272707C2 (en) * | 2004-04-12 | 2006-03-27 | Светлана Брониславовна Зубро | Method for extruding plastic and plasticized materials and apparatus for performing the same |
| RU2492965C1 (en) * | 2012-03-12 | 2013-09-20 | Лев Анатольевич Губенко | Method of forming long-length hollow articles from powders and plasticised materials and device to this end (versions) |
| GB2554024A (en) * | 2013-07-09 | 2018-03-21 | Boeing Co | Thermoplastics structures and metallic bladders |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4147748A (en) * | 1976-07-23 | 1979-04-03 | Saumsiegle Robert W | Displacement blow-molding |
| RU2134640C1 (en) * | 1998-02-24 | 1999-08-20 | Панов Александр Константинович | Extrusion head for manufacture of polymeric shells of pipe framing |
| RU2272707C2 (en) * | 2004-04-12 | 2006-03-27 | Светлана Брониславовна Зубро | Method for extruding plastic and plasticized materials and apparatus for performing the same |
| RU2492965C1 (en) * | 2012-03-12 | 2013-09-20 | Лев Анатольевич Губенко | Method of forming long-length hollow articles from powders and plasticised materials and device to this end (versions) |
| GB2554024A (en) * | 2013-07-09 | 2018-03-21 | Boeing Co | Thermoplastics structures and metallic bladders |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3883504B2 (en) | Metal bent pipe and metal bent bar manufacturing apparatus having arbitrary cross-sectional shape | |
| US3303247A (en) | Extrusion head for plastic tubing | |
| US6190595B1 (en) | Extrusion arrangement | |
| RU2790694C1 (en) | Device for producing long-length hollow products from discrete or plasticized materials | |
| JP2020519447A (en) | Method for forming extruded profile/curved portion in metal alloy | |
| EP1897672A2 (en) | Method and device for manufacturing tape-like plastic preforms | |
| DE102012013381A1 (en) | Adjustable extrusion die for extruding tube-shaped plastic preforms, comprises aperture system with adjustable die orifice, where aperture blades are radially symmetric in aperture plane perpendicular to flow direction of mold material | |
| EP4045274A1 (en) | Component for an extrusion line | |
| RU2790693C1 (en) | Method for producing long hollow products from discrete or plasticized materials | |
| US4789511A (en) | Material processing | |
| RU2780064C1 (en) | Device for producing long rod products from discrete or plasticized materials | |
| RU2782609C1 (en) | Method for producing long rod products from discrete or plasticized materials | |
| RU2272707C2 (en) | Method for extruding plastic and plasticized materials and apparatus for performing the same | |
| DE69128894T2 (en) | EXTRUSION HEAD IN MODULAR DESIGN FOR TUBES AND METHOD FOR EXTRUDING TUBULAR OBJECTS | |
| US3765222A (en) | Die for hydrostatic extrusion of sections having elongated projections | |
| RU2492965C1 (en) | Method of forming long-length hollow articles from powders and plasticised materials and device to this end (versions) | |
| CN114433650B (en) | Multicellular honeycomb profile extrusion components | |
| RU2570268C1 (en) | Method of plastic structuring of metal | |
| EP1601476A1 (en) | Device for extruding curved extruded profiles | |
| US1636808A (en) | Forging balls from long bars | |
| SU835795A1 (en) | Method and apparatus for making hollow continuous shapes of thermoplastic resins | |
| US3765221A (en) | Die for hydrostatic extrusion of sections having elongated projections | |
| RU231605U1 (en) | Extrusion die for manufacturing profile products | |
| RU2130821C1 (en) | Method for making coil springs | |
| RU2205804C2 (en) | Forming elements with variable geometry for manufacture of bent sheet glass |