ПРЕСС ДЛЯ СФЕРОДИНАМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ОБКАТЫВАНИЕМ

Изобретение относится к области кузнечно-прессового оборудования, в частности к машинам для холодной объемной обработки заготовок методом локального деформирования с предварительной пластификацией металла заготовок, и может быть использовано при изготовлении деталей машин нового поколения, материал которых подвергся наноструктуризации при пластической обработке деталей.

Известен пресс для штамповки обкатыванием (патент РФ №2204455, кл. В21D 37/12, B21J 5/06, 2003), содержащий позицию обкатки заготовки в виде станины, системы матриц, пуансона с рабочими поверхностями, опоры заготовки и приводных ползунов.

Недостатки известного пресса:

- невозможность реализовать при обкатывании заготовки энергетические условия реализации волновой природы развитой пластической деформации в виде пластических роторов (вихрей), проникающих на наноуровень (10^-9 мм) металла обкатываемой заготовки и, как следствие, формирование металла детали «по замыслу» с т.н. «искусственным интеллектом»;

- невозможность в течение рабочего цикла произвести очистку металла заготовки от ранее внесенных в него дефектов (дислокации) и тем самым значительно повысить его технологическую пластичность и создать условия для реализации развитой пластической деформации;

- невозможность создать при деформировании энергетические условия для реализации эффекта сферодинамики Бещекова (патент РФ №2216425, кл. В21J 5/06, 2001), реализующего принципиально новый источник реактивного деформирования при временном нарушении им первоначальных условий гравитации.

Задачей настоящего изобретения является разработка пресса, который позволяет создать энергетические условия для реализации эффекта сферодинамики Бещекова и, как следствие, обеспечить прохождения волновой природы пластической деформации в виде пластических роторов (вихрей), пропускающих на наноуровень материала заготовки и формирующих наноструктурные комплекты с «искусственным интеллектом».

Поставленная задача решается тем, что в прессе для сферодинамической обработки обкатыванием, содержащем позицию обкатки заготовки в виде станины, системы матриц, пуансона с рабочими поверхностями и приводных ползунов, отличающемся тем, что он снабжен двумя дополнительными позициями электроимпульсной и сферодинамической ударно-импульсной обработки заготовки, размещенными на станине в виде сменных приводных ложементов с рабочими поверхностями, выполненными в форме поверхностей эллипсоида вращения, ложементы позиции электроимпульсной обработки снабжены устройством подачи на них импульсов электрического тока, а ложементы сферодинамической ударно-импульсной обработки размещены с возможностью вращательно-колебательного движения относительно их вертикальной оси; пресс снабжен сферодинамическим модулем, свободно установленным на ползуне и выполненным в форме эллипсоида вращения с кольцевым пазом на боковой поверхности, в котором размещен сменный кольцевой элемент, наружная поверхность которого выполнена по форме эквидистантной форме боковой поверхности эллипсоида вращения, одна из матриц снабжена приводом ее горизонтального перемещения, а рабочие поверхности пуансона выполнены по форме разнонаправленных логарифмических спиралей Я.Бернулли.

Пресс для сферодинамической обработки обкатыванием представлен графическим материалом, где

- фиг.1 - принципиальная схема пресса (позиция обработки заготовки);

- фиг.2 - то же, позиция сферодинамической обработки заготовки;

- фиг.3 - то же, позиция электроимпульсной обработки заготовки;

Пресс для сферодинамической обработки обкатыванием содержит:

- позицию обкатки заготовки (фиг.1) в виде станины 1, на которой смонтирован сферодвижный механизм, состоящий из водила 2, приводной опоры 3, размещенной с эксцентриситетом по отношению к оси привода. В расточке водила 2 закреплен обкатной пуансон 4 с профилированными рабочими поверхностями в форме разнонаправленных логарифмических спиралей Я.Бернулли. На столе 7 пресса размещена система матриц 8 и 9, последняя снабжена приводом 10 ее горизонтального перемещения. В вертикальном канале стола 7 размещен ползун 11 со свободно установленном на нем эллипсоидом вращения 12 со сменным кольцевым элементом 13, изготовленным из материала, обработанного с использованием эффекта сферодинамики Бещекова, наружная поверхность которого выполнена по форме, эквидистантной форме боковой поверхности эллипсоида вращения;

- позицию сферодинамической ударно-импульсной обработки (фиг.2) заготовки 14 в виде профилированных ложементов 17, 18 с приводом возвратно-поступательного перемещения ложемента 17 и кинематическими узлами 16 вращения и колебаний ложементов, размещенными на столе 1 и столе 7 пресса соответственно;

- позицию электроимпульсной обработки заготовки (фиг.3) в виде профилированных ложементов 19, 20, установленных электроизоляционных элементах 21, 22, размещенных на станине 1 и столе 7 пресса соответственно и соединенных с источником импульсов электрического тока. Верхний ложемент 19 кинематически подключен к приводу возвратно-поступательного перемещения ложемента 17 (не указано).

Пресс работает следующим образом.

Заготовку 14 первоначально размещают на позиции сферодинамической обработки (фиг.2) и производят ее ударно-импульсную обработку по всей длине, формируя в структуре металла концентраторы ранее внесенных в него дефектов (дислокации) спиралеобразной пространственной морфологии, что обеспечивается благодаря выполнению рабочих поверхностей ложементов в форме поверхностей эллипсоида вращения А и В. Ударно-импульсное внедрение ложементов в материал заготовки и их последующее вращательно-колебательное движение при выполнении их поверхностей по вышеуказанной геометрии позволяет создать криволинейный фронт распространения ударного силового импульса по спиралеобразной траектории в виде семейства роторов (вихрей), втягивающих внесенные дислокации в центр вихря. В результате сферодинамической обработки в металле заготовки формируется спиралеобразный массив концентраторов ранее внесенных в него дислокаций. Затем сферодинамически обработанную заготовку 14 передают на позицию электроимпульсной обработки (фиг.3), где она подвергается обработке серией импульсов электрического тока, подводимого к ней с помощью ложементов 21 и 22 и источника импульсов электрического тока. Выполнение рабочих поверхностей ложементов 21 и 22 в форме поверхностей эллипсоида вращения обеспечивает реализацию эффекта Холла-Петча (Спицин В.И., Троицкий О.А. Электропластическая деформация металлов. М.; Наука, 1985 г., с. 133-134) о спонтанном возникновении резонансных колебаний заготовки при подведении к ее концам импульсов электрического тока и образовании в массиве металла т.н. «электронного ветра», направленно перемещающего дислокации в сторону одного из концов заготовки.

Наличие в структуре металла заготовки 14 спиралеобразных массивов концентраторов дислокаций значительно снижает энергетический барьер реализации эффекта Холла-Петча и обеспечивает более качественную очистку металла от дислокаций, благодаря поверхностным эффектам электропластичности, возникающим на границе поверхности ложементов 21 и 22 в форме оснований эллипсоида вращения.

Очищенную от дислокаций заготовку 14 передают на позицию обкатки (фиг.1), размещая ее на сферодинамическом модуле (СФ) 12 с упором на ползун 11. Пуансон 4 опускают и производят торцевую осадку заготовки 14, фиксируя ее на модуле, после чего начинают обкатку заготовки 14 пуансоном 4 с разовой осевой подачей, равной степени деформации данного материала, реализующей эффект Баушингера («запоминание истории нагружения») при знакопеременном деформировании (Коларов Д. Механика пластических сред. М., Мир, 1979, с.246).

Пуансон 4, обкатывая заготовку 14, одновременно совершает колебательные движения, при этом материал заготовки 14, приняв допустимый уровень энергии и упрочнившись, начинает передавать подводимую энергию деформирования СФ12. СФ12, в свою очередь, аккумулируя энергию до определенного уровня, спонтанно начинает винтообразно знакопеременно флуктуировать, вращаясь, переводя деформирующую систему в состояние динамической неустойчивости, позволяющее многоканальный энергообмен между ее элементами и, тем самым переводя систему в категорию синергетических (самоорганизованных) систем. Синергетические системы стремятся к снижению производства энтропии (организованного хаоса), переходят к энергоустойчивому состоянию скачками с образованием момента (точки) бифуркации (раздвоения) и сбросом излишка внутренней энергии элементу с большим числом каналов энергообмена. Выполнение рабочих поверхностей пуансона 4 в форме разнонаправленных логарифмических спиралей Я.Бернулли интенсифицирует формирование в деформируемом металле механического поля ротационных механизмов (мод) развитой пластической деформации.

Винтообразное пульсирующее воздействие пуансона 4 на заготовку 14 с опорой на также винтообразно вращающийся и знакопеременный флуктуирующий СФ12 создает условия для реализации волновой природы пластической деформации, что обуславливает формирование в массиве материала заготовки 14, со стороны пуансона 4 и СФ12, винтообразных однонаправленных и встречно-устремленных каналов реализации механизмов ротационной пластичности в виде роторов пластичности (ансамблей вращающихся полей дислокации), сопровождающихся образованием потоков упругих и гравитационных волн, передаваемых по винтообразным массивам материала между упомянутыми каналами, что формирует массивы взаимозамкнутых винтообразных структур в готовой детали.

В определенный момент деформирования заготовки 14 происходит встреча винтообразных однонаправленных каналов прохождения пластических роторов и образуется единый временной канал подвода энергии колебаний пуансона 4 к СФ 12 с минимальной потерей на рассеивание (диссипацию) в материале заготовки 14, при этом система «заготовка - СФ» спонтанно переходит в состояние взрывной неустойчивости со сбросом излишка энергии колебаний на СФ 12, как имеющего большее число степеней свободы, переводя его в состояние многоуровневых резонансных биений. В деформирующей системе создается момент наступления гравитационной бифуркации его флуктуаций, которая значительно ускоряется за счет формирования магнитного коллапса при вращении магнитных полей кольцевого элемента СФ 12, изготовленного из материала, обработанного с использованием эффекта сферодинамики Бещекова. В момент гравитационной бифуркации амплитуда резонансных биений СФ 12 достигает максимума, опираясь верхней частью о заготовку 14, он спонтанно «зависает», левитирует над ползуном 13, производя сброс избытка энергии взрывной неустойчивости в виде серии релаксирующих биений боковой поверхности о заготовку 14, производя ее деформирование. Это сопровождается резким изменением звукового тембра работы устройства (удар и нарастающее звучание звукового тембра). СФ 12, сбросив избыток энергии на заготовку 14 при ее деформировании, падает на ползун 13, совершая хаотические биения. Течение продеформированного металла заготовки 14, находящегося в гравюре матрицы 9, с помощью ее привода 10 изменяют по отношению к направлению приложения деформирующего силового импульса, тем самым подключая к механизмам волновой пластической деформации новые механизмы интенсивной пластической деформации (Р.З.Валиев «Развитие методов интенсивной пластической деформации для получения объемных наноструктурных материалов с уникальными механическими свойствами». Ж. «Нанотехника», №6, с.32-41, 2006 г.), значительно ускоряющие проникновение силового импульса на наноуровень деформирующего материала.

В данном изобретении впервые в мировой практике обработки металлов давлением разработана конструкция пресса наноструктуризации металла получаемых деталей на базе сочетания трех физических эффектов:

- эффект Баушингера,

- эффект Холла-Петча,

- эффект сферодинамики Бещекова.