RU2851485C1

RU2851485C1 - Device for equal-channel angular pressing

Info

Publication number: RU2851485C1
Application number: RU2025100560A
Authority: RU
Inventors: Евгений Николаевич Сосенушкин; Александр Евгеньевич Сосенушкин; Егор Николаевич Полосин; Семен Васильевич Любимский; Елена Александровна Яновская
Filing date: 2025-01-15
Publication date: 2025-11-24

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: invention is intended for pressing workpieces with increased mechanical characteristics by forming a submicroscopic crystalline structure in the metal of the workpieces. The device for equal-channel angular pressing contains a bandage with a matrix block pressed into it. The block consists of two permanent sections of half-matrices and replaceable inserts. The inserts are fixed with pins and form working pressing channels that intersect at an angle of θ=60°. The channels have identical cross-sections and are installed with an offset relative to the longitudinal axis of the bandage by an amount not exceeding the width of the working channels. The device has a punch. The connector for the replaceable inserts is made along the vertical axis of symmetry of the permanent sections of the half-matrices. The outer boundary of the intersection of the working channels of the matrix is formed from chords connecting the ends of arcs of equal length of a circle with the centre at the point of intersection of the inner boundaries of the working channels of the matrix. The circle is drawn tangentially to the outer boundaries of the aforementioned channels, forming an area of conjugation between them.

EFFECT: increase in the degree of deformation of the metal blank in a single pass through the intersecting channels of the die.

1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и предназначена для прессования заготовок с повышенными механическими характеристиками за счет формирования в металле заготовок субмикрокристаллической структуры.The invention relates to the field of metal pressure processing and is intended for pressing blanks with enhanced mechanical characteristics due to the formation of a submicrocrystalline structure in the metal blanks.

Изобретение представляет собой устройство для равноканального углового прессования в виде бандажированного матричного блока и пуансона, проталкивающего заготовку через пересекающиеся каналы матрицы, для повышения механических характеристик металла в процессе интенсивной пластической деформации, сопровождающейся измельчением его структуры.The invention is a device for equal-channel angular pressing in the form of a bandaged matrix block and a punch that pushes the workpiece through intersecting channels of the matrix, to improve the mechanical characteristics of the metal in the process of intense plastic deformation, accompanied by refinement of its structure.

Из уровня техники известен штамп с бандажированной матрицей, у которой каналы пересекаются под углом меньшим 90° [патент RU 2706393 B21J 13/02 (2006.01), B21J 5/06 (2006.01), C21D 7/10 (2006.01), C22F 1/00 (2006/01) опубл. 18.11.2019].A stamp with a bandaged matrix, in which the channels intersect at an angle less than 90°, is known from the prior art [patent RU 2706393 B21J 13/02 (2006.01), B21J 5/06 (2006.01), C21D 7/10 (2006.01), C22F 1/00 (2006/01) published 11/18/2019].

Недостаток штампа, в том числе техническая проблема, состоит в сложности изготовления цельной матрицы с повторяющимися участками, а также в том, что острые углы, образованные в местах пересечения каналов, являются застойными зонами.The disadvantage of the stamp, including the technical problem, is the difficulty of producing a solid matrix with repeating sections, and also the fact that the sharp corners formed at the intersections of the channels are stagnant zones.

Из уровня техники известно устройство с двумя пересекающимися каналами под углом 60° [Mohan R Raj. A REVIEW ON DEFORMATION STUDIES OF ALUMINUM ALLOYS PROCESSED THROUGH EQUAL CHANNEL ANGULAR PRESSING / R Raj Mohan, R Venkatraman, S Kabilan and, S Raghuraman. // Internetional Journal of Mechanical Engineering and Robotics Research. Vol.1, No. 2, July 2012. Pp.72-80].A device with two intersecting channels at an angle of 60° is known from the prior art [Mohan R Raj. A REVIEW ON DEFORMATION STUDIES OF ALUMINUM ALLOYS PROCESSED THROUGH EQUAL CHANNEL ANGULAR PRESSING / R Raj Mohan, R Venkatraman, S Kabilan and, S Raghuraman. // International Journal of Mechanical Engineering and Robotics Research. Vol. 1, No. 2, July 2012. Pp. 72-80].

Недостатком устройства, в том числе технической проблемой, является то, что каналы имеют неодинаковые размеры поперечного сечения входного и выходного каналов матрицы.A disadvantage of the device, including a technical problem, is that the channels have different cross-sectional dimensions of the input and output channels of the matrix.

Наиболее близким по технической сущности и назначению аналогом по отношению к предлагаемому изобретению, является выбранное в качестве прототипа устройство для равноканального углового прессования, содержащее бандаж с отверстием и запрессованной в него разборной матрицей, смещенной относительно продольной оси бандажа на величину, не превышающую ширины рабочего канала. Разборная матрица состоит из сменных и универсальных секций, фиксируемых с помощью штифтов между плоскостями универсальных полуматриц [патент RU 86507 В21С 25/00 опубл. 10.09.2009].The closest analogue to the proposed invention in technical essence and purpose is a device for equal-channel angular pressing, selected as a prototype, comprising a band with an opening and a detachable die pressed into it, offset relative to the longitudinal axis of the band by an amount not exceeding the width of the working channel. The detachable die consists of replaceable and universal sections, fixed with pins between the planes of the universal semi-dies [patent RU 86507 B21C 25/00 published 10.09.2009].

Недостатком устройства, в том числе технической проблемой, является то, что углы пересечения каналов при смене вставок лежат в диапазоне 90°≤ϕ≤150°, а как известно [Утяшев Ф.З. Современные методы интенсивной пластической деформации / Ф.З. Утяшев. Уфа: УГАТУ, 2008. 313 с. (стр. 151-155)], чем больше угол пересечения каналов, тем меньшую степень деформации получает заготовка за один проход через каналы матрицы.A disadvantage of the device, including a technical problem, is that the angles of intersection of the channels when changing inserts are in the range of 90°≤ϕ≤150°, and as is known [Utyashev F.Z. Modern methods of intensive plastic deformation / F.Z. Utyashev. Ufa: Ufa State Agrarian University, 2008. 313 p. (pp. 151-155)], the greater the angle of intersection of the channels, the lesser the degree of deformation the workpiece receives in one pass through the die channels.

Задачей, решаемой данным изобретением, является то, что при модульности конструкции матрицы, смена вставок, формирующих пересекающиеся каналы, позволяет увеличивать число очагов деформации.The problem solved by this invention is that with the modularity of the matrix design, changing the inserts that form intersecting channels allows for an increase in the number of deformation zones.

Технический результат, достигаемый при использовании предлагаемого изобретения, заключается в увеличении степени деформации металла заготовки за один ее проход через пересекающиеся каналы матрицы.The technical result achieved by using the proposed invention consists in increasing the degree of deformation of the workpiece metal during one pass through the intersecting channels of the matrix.

Поставленная задача решается, а заявленный технический результат достигается тем, что в устройстве для равноканального углового прессования, содержащим бандаж с запрессованным в него матричным блоком, состоящим из двух постоянных секций полуматриц и сменных вставок, фиксирующихся штифтами и формирующих рабочие каналы прессования, пересекающиеся под углом θ=60° и имеющие идентичные поперечные сечения, установленные со смещением относительно продольной оси бандажа на величину, не превышающую ширины рабочих каналов, и пуансон, разъем сменных вставок, выполнен по вертикальной оси симметрии постоянных секций полуматриц, при этом внешняя граница участка пересечения рабочих каналов матрицы сформирована из хорд, соединяющих концы дуг равной длины части окружности с центром в точке пересечения внутренних границ рабочих каналов матрицы и проведенной касательно к внешним границам упомянутых каналов, с образованием участка сопряжения последних.The stated problem is solved and the claimed technical result is achieved by the fact that in a device for equal-channel angular pressing, comprising a bandage with a matrix block pressed into it, consisting of two permanent sections of half-dies and replaceable inserts, fixed with pins and forming working pressing channels, intersecting at an angle of θ=60° and having identical cross-sections, installed with an offset relative to the longitudinal axis of the bandage by an amount not exceeding the width of the working channels, and a punch, a connector of replaceable inserts, is made along the vertical axis of symmetry of the permanent sections of the half-dies, wherein the outer boundary of the intersection section of the working channels of the matrix is formed from chords connecting the ends of arcs of equal length of a part of a circle with a center at the intersection point of the internal boundaries of the working channels of the matrix and drawn tangent to the external boundaries of the said channels, with the formation of a conjugation section of the latter.

Изобретение поясняется графическими изображениями.The invention is explained with graphic images.

На фиг. 1 схематично изображено устройство для равноканального углового прессования (разрез А-А).Fig. 1 shows a schematic diagram of a device for equal-channel angular pressing (section A-A).

Фиг. 2 представляет собой план верха устройства для равноканального углового прессования.Fig. 2 is a plan view of the top of the equal channel angular pressing apparatus.

На Фиг. 3 результат моделирования технологии равноканального углового прессования, выявляющего расположение и количество очагов деформации.Fig. 3 shows the result of modeling the equal-channel angular pressing technology, revealing the location and number of deformation zones.

Заявленное устройство для равноканального углового прессования содержит бандаж 1 (Фиг. 1) с запрессованным в него матричным блоком, состоящим из двух постоянных секций полуматриц 2 (Фиг. 2) и сменных 3, 4 и 5 вставок, фиксирующихся штифтами 6 и формирующих рабочие каналы прессования - приемный 7 и выходной 8, пересекающиеся под углом θ=60° и имеющие идентичные поперечные сечения, установленных со смещением относительно продольной оси бандажа 1, на величину, не превышающую ширины рабочих каналов, и пуансон 9, разъем сменных вставок 3 и 5, выполнен по вертикальной оси симметрии постоянных секций полуматриц 2, при этом внешняя граница участка пересечения рабочих каналов матрицы - приемного 7 и выходного 8 сформирована из хорд, соединяющих концы дуг равной длины части окружности с центром в точке пересечения внутренних границ рабочих каналов матрицы - приемного 7 и выходного 8 и проведенной касательно к внешним границам упомянутых рабочих каналов, с образованием участка сопряжения последних.The claimed device for equal-channel angular pressing comprises a bandage 1 (Fig. 1) with a matrix block pressed into it, consisting of two permanent sections of half-dies 2 (Fig. 2) and replaceable 3, 4 and 5 inserts, fixed by pins 6 and forming working pressing channels - receiving 7 and output 8, intersecting at an angle of θ = 60° and having identical cross-sections, installed with an offset relative to the longitudinal axis of the bandage 1, by an amount not exceeding the width of the working channels, and a punch 9, a connector of replaceable inserts 3 and 5, made along the vertical axis of symmetry of the permanent sections of the half-dies 2, wherein the outer boundary of the intersection area of the working channels of the matrix - receiving 7 and output 8 is formed from chords connecting the ends of arcs of equal length of a part of a circle with a center at the intersection point of the internal boundaries of the working channels of the matrix - receiving 7 and output 8 and drawn tangent to the outer the boundaries of the mentioned working channels, with the formation of a section of conjugation of the latter.

Заявленное устройство для равноканального углового прессования работает следующим образом.The claimed equal-channel angular pressing device operates as follows.

Перед прессованием на исходную заготовку высотой 150-200 мм наносят технологический смазочный материал. Далее заготовку с нанесенным смазочным материалом помещают в приемный рабочий канал 7 до точки касания торца заготовки с наружной стенкой рабочего выходного канала 8. Затем пуансон 9 вводят в приемный рабочий канал 7 до соприкосновения с верхним торцом заготовки, находящимся ниже верхнего торца блока матричных вставок. Во время прессования заготовку проталкивают пуансоном 9 в выходной рабочий канал 8, металл которой изменяет направление прессования (n+1) раз (где n - число хорд участка сопряжения), пересекая последовательно линии, соединяющие точки пересечения хорд с центром проведенной окружности, для образования внешней границы участка сопряжения рабочих каналов - приемного 7 и выходного 8, имеющих идентичные поперечные сечения. В очагах деформации, сосредоточенных вдоль упомянутых линий (Фиг. 3), возникают большие сдвиговые деформации, которые являются одним из факторов, влияющих на интенсивность измельчения зеренной структуры металла заготовки. Процесс прессования продолжается до тех пор, пока верхний торец заготовки не приблизится на расстояние 3-5 мм к первому очагу деформации. После этого пуансон 9 извлекают из рабочего приемного канала 7. Процесс прессования повторяется со следующей заготовкой. При этом каждая последующая заготовка проталкивает предыдущую, находящуюся в устройстве. Далее первая (предыдущая) заготовка извлекается из рабочего выходного канала 8. Таким образом, заготовка подвергается последовательно (n+1) актам сдвиговой деформации, за счет чего увеличивается интенсивность накопленной сдвиговой деформации за один проход заготовки через пересекающиеся рабочие каналы матрицы, ускоряющая образование субмикрокристаллической структуры, что ведет не только к приобретению металлом заготовки уникального комплекса механических характеристик с одновременным повышением прочностных и пластических свойств прессуемого металла, но и обеспечивает повышение производительности реализуемого в устройстве равноканального углового прессования, за счет увеличения количества очагов сдвиговой деформации на участке сопряжения пересекающихся рабочих каналов.Before pressing, a process lubricant is applied to the initial blank 150-200 mm high. The blank with the applied lubricant is then placed into the receiving working channel 7 until the end of the blank contacts the outer wall of the working outlet channel 8. Then, the punch 9 is inserted into the receiving working channel 7 until it contacts the upper end of the blank, located below the upper end of the matrix insert block. During pressing, the blank is pushed by the punch 9 into the output working channel 8, the metal of which changes the pressing direction (n+1) times (where n is the number of chords of the mating section), successively intersecting the lines connecting the intersection points of the chords with the center of the drawn circle, to form the outer boundary of the mating section of the working channels - receiving 7 and output 8, which have identical cross-sections. In the deformation zones concentrated along the aforementioned lines (Fig. 3), large shear deformations occur, which are one of the factors influencing the intensity of grain refinement of the workpiece metal. The pressing process continues until the upper end of the workpiece approaches a distance of 3-5 mm from the first deformation zone. After this, punch 9 is removed from the working receiving channel 7. The pressing process is repeated with the next workpiece. Each subsequent workpiece pushes the previous one in the device. Then the first (previous) workpiece is removed from the working outlet channel 8. In this way, the workpiece is subjected to successive (n+1) acts of shear deformation, due to which the intensity of the accumulated shear deformation during one pass of the workpiece through the intersecting working channels of the matrix increases, accelerating the formation of a submicrocrystalline structure, which leads not only to the acquisition by the metal of the workpiece of a unique set of mechanical characteristics with a simultaneous increase in the strength and plastic properties of the pressed metal, but also ensures an increase in the productivity of the equal-channel angular pressing device, due to an increase in the number of shear deformation centers at the junction of the intersecting working channels.

Известно, что чем больше накопленная интенсивность сдвиговой деформаций в металле заготовки, тем мельче фрагменты образующейся структуры [Кайбышев О.А. Сверхпластичность, измельчение структуры и обработка труднодеформируемых сплавов/ О.А. Кайбышев, Ф.З. Утяшев; Отв. ред. О.А. Банных. М.: Наука, 2002. 438 (с. 142-170)].It is known that the greater the accumulated intensity of shear deformations in the workpiece metal, the smaller the fragments of the resulting structure [Kaibyshev O.A. Superplasticity, structure refinement and processing of difficult-to-deform alloys / O.A. Kaibyshev, F.Z. Utyashev; Ed. O.A. Bannykh. Moscow: Nauka, 2002. 438 (pp. 142-170)].

Таким образом, заявленная совокупность существенных признаков, отраженная в независимом пункте формулы изобретения, обеспечивает получение заявленного технического результата, заключающегося в увеличении степени деформации металла заготовки за один ее проход через пересекающиеся рабочие каналы матрицы.Thus, the claimed set of essential features, reflected in the independent claim of the invention, ensures the achievement of the claimed technical result, which consists in increasing the degree of deformation of the workpiece metal in one of its passes through the intersecting working channels of the matrix.

Анализ заявленного технического решения на соответствие условиям патентоспособности показал, что указанные в формуле признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности необходимых признаков, неизвестной на дату приоритета из уровня техники и достаточной для получения требуемого синергетического (сверхсуммарного) технического результата.An analysis of the claimed technical solution for compliance with the conditions of patentability showed that the features specified in the formula are essential and interconnected with each other to form a stable set of necessary features, unknown at the priority date from the state of the art and sufficient to obtain the required synergistic (super-sum) technical result.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного технического решения следующей совокупности условий:Thus, the above information indicates that the following set of conditions are met when using the declared technical solution:

- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении предназначен для осуществления процесса обработки давлением металлов и сплавов, обеспечивающего увеличение интенсивности накопленной сдвиговой деформации за один проход заготовки через пересекающиеся рабочие каналы матрицы, что ведет к приобретению металлом заготовки уникального комплекса механических характеристик с одновременным повышением прочностных и пластических свойств конструкционного металла;- an object embodying the stated technical solution, when implemented, is intended to carry out the process of pressure treatment of metals and alloys, ensuring an increase in the intensity of accumulated shear deformation in one pass of the workpiece through the intersecting working channels of the matrix, which leads to the acquisition by the metal of the workpiece of a unique set of mechanical characteristics with a simultaneous increase in the strength and plastic properties of the structural metal;

- для заявленного объекта в том виде, как он охарактеризован в формуле, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке или известных из уровня техники на дату приоритета средств и методов;- for the claimed object in the form in which it is characterized in the formula, the possibility of its implementation using the means and methods described above in the application or known from the state of the art on the priority date has been confirmed;

- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.- an object that embodies the declared technical solution, when implemented, is capable of ensuring the achievement of the technical result envisaged by the applicant.

Следовательно, заявленный объект соответствует критериям патентоспособности «новизна», «изобретательский уровень» и «промышленная применимость» по действующему законодательству.Consequently, the claimed object meets the patentability criteria of “novelty”, “inventive step” and “industrial applicability” under current legislation.

Claims

A device for equal-channel angular pressing, comprising a bandage with a matrix block pressed into it, consisting of two permanent sections of half-dies and replaceable inserts, fixed with pins and forming working pressing channels, intersecting at an angle of θ=60° and having identical cross-sections, installed with an offset relative to the longitudinal axis of the bandage by an amount not exceeding the width of the working channels, and a punch, characterized in that the connector of the replaceable inserts is made along the vertical axis of symmetry of the permanent sections of the half-dies, wherein the outer boundary of the intersection section of the working channels of the matrix is formed from chords connecting the ends of arcs of equal length of a part of a circle with a center at the intersection point of the internal boundaries of the working channels of the matrix and drawn tangent to the external boundaries of the said channels, with the formation of a conjugation section of the latter.