Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ состояния и перспектив использования СПФ для производства тонкостенных сложнопрофильных изделий с рельефом
1.1 История, признаки и условия проявления сверхпластичности.. 8
1.2 Сверхпластичность двухфазных латуней 16
1.3 Способы, инструмент и оборудование для сверхпластической формовки 20
1.4 Специфика СПФ изделий утилитарно - декоративного назначения 32
1.5 Автоматизация исследования, разработки и проектирования рациональных технологий СПФ 34
1.6 Выводы по главе 1 41
1.7. Цель и задачи исследований 42
Глава 2. Методика проведения исследований и исследуемые материалы 44
2.1 Объекты и методы исследований 44
2.2 Исследуемые материалы и образцы 45
2.3 Оборудование, оснастка и инструмент для СПФ 49
2.4 Методика оценки формуемости поверхностного рельефа 53
2.5 Общая постановка задачи математического моделирования... 55
2.6 Программное обеспечение для математического моделирования 60
Глава 3. Исследование структуры и реологических свойств двухфазных сверхпластичных латуней марок ЛЖМц 59-1-1 и Л63 (0,13%Si) 62
3.1 Статистический анализ экспериментальных данных по исследованию микроструктуры 62
3.2 Построение реологической модели для сплава ЛЖМц 59-1-1 . 73
3.3 Реологическая модель латуни Л63 (0,13% Si) 84
3.4 Выводы по главе 3 87
Глава 4. Экспериментальное исследование технологических возможно стей сверхпластической макро- и микроформовки сложнопро фильных изделий-оболочек 89
4.1 Задачи экспериментальных исследований СПФ 89
4.2 Разработка конструкции экспериментального штампового блока для исследования СПФ латуней 90
4.3 Исследование основных технологических операций сверхпластической формовки 99
4.3.1 Результаты опытных формовок образцов-макроформ 102
4.3.2 Результаты формовки оболочек с элементами рельефа 109
4.4 Результаты количественного микроструктурного анализа латуней ЛЖМц 59-1-1 и Л63 после СПФ 115
4.5 Выводы по главе 4 121
Глава 5. Компьютерное моделирование процессов СПФ и условий работы штампового инструмента 124
5.1 Задачи математического моделирования СПФ 124
5.2 Разработка методики моделирования формоизменения листового материала в состоянии сверхпластичности 126
5.3 Моделирование свободной формовки 136
5.4 Моделирование формовки сложнопрофильной детали с элементами рельефа на поверхности 149
5.5 Сопоставление результатов моделирования и результатов экспериментальных исследований 144
5.6 Анализ напряженного состояния штамповой оснастки при СПФ 146
Глава 6. Разработка технологий СПФ для сложнопрофильных тонко стенных оболочек 151
6.1 Комплексная методика проектирование технологических процессов и оснастки под СПФ 151
6.2 Разработка типового технологического процесса СПФ оболочек с рельефом 155
6.3 Разработка технологии СПФ детали «мембрана» 158
6.5 Разработка нового способа сборки с использованием СПФ 166
Основные результаты и выводы по работе 174
Библиографический список 177
Приложения
- Способы, инструмент и оборудование для сверхпластической формовки
- Программное обеспечение для математического моделирования
- Построение реологической модели для сплава ЛЖМц 59-1-1
- Разработка конструкции экспериментального штампового блока для исследования СПФ латуней
Введение к работе
В настоящее время в связи с необходимостью интенсификации и развития отечественного машиностроения для повышения его конкурентоспособности стоит задача разработки и внедрения высокоэффективных наукоемких технологий, к числу которых относятся процессы обработки металлов давлением.
Сокращение объемов массового и крупносерийного производства в условиях рыночной экономики и повышения спроса на изделия, производимые мелкими сериями или в единичных экземплярах, характерно не только для потребительского рынка, но и для создания новых образцов техники и видов продукции различных отраслей машиностроительного производства.
В связи с этим возникает необходимость разработки новых и совершенствования существующих процессов обработки металлов давлением, эффективных в условиях единичного и мелкосерийного производства. К числу таких процессов относится листовая сверхпластическая формовка (СПФ) сложнопро-фильных деталей из листовых конструкционных материалов с ультрамелкозернистой структурой.
Общий рост экономики Российской Федерации и отдельных отраслей машиностроения приводит к повышению благосостояния и покупательной способности населения. Это обеспечивает повышение устойчивого спроса на продукцию, позволяющую как индивидуальным, так и корпоративным потребителям предъявлять различные требования к качеству и стоимости товаров. На начальном этапе выпуска таких товаров величина приобретаемой единичной партии ограниченна, но номенклатура его типоразмеров должна быть достаточно широкой. При этом традиционно востребованы тонкостенные изделия из листа, имеющие сложную пространственную форму и содержащие на своей поверхности различного рода функциональный или декоративный рельеф. Обычно они производятся с помощью процессов ручной или машинной чеканки, выколотки, формовки и др. - то есть методами листовой штамповки. Одним из перспективных процессов изготовления такого рода изделий единич-
5 ньши или мелкосерийными партиями, является СПФ, называемая также пнев-моформовкой или газостатической формовкой листовых материалов в состоянии сверхпластичности. Процессы СПФ оболочек из листа известны с 70-х годов XX века и были достаточно хорошо исследованы. К настоящему времени учеными разных стран специально для процессов СПФ по разным схемам были разработаны так называемые сверхпластичные сплавы на основе титана, алюминия, меди, железа и т. д.
Сверхпластичные латуни Л63 и ЛЖМц59-1-1, технология производства которых была разработана ОАО Институт «Цветметобработка», МИСиС и ЗАО «Кировский завод по обработке цветных металлов», хорошо зарекомендовали себя при производстве эксклюзивной продукции художественно-декоративного назначения. Эти латуни имеют достаточно высокие механические свойства, привлекательный желтый цвет «под золото», обладают повышенной адгезией с другими материалами, что облегчает нанесение на поверхность латунного изделия различных покрытий лужением, анодированием, оксидированием, чернением и т. п.. Они также обладают высокой теплопроводностью и коррозионной стойкостью в слабоагрессивных средах. В связи с этим они могут использоваться как в производстве различных изделий машиностроения, так и при изготовлении потребительских товаров. Вместе с преимуществами СПФ это позволяет изготавливать из этих латуней широкую номенклатуру изделий. Большие перспективы открываются для их применения в архитектуре при изготовлении облицовочных стеновых панелей и других деталей декора стен и потолков, в которых сочетаются разнообразные фактуры, имитирующие эффект патины, коррозии, разного рода футуристических композиций (например оплавленных метеоритных ландшафтов), которые могут использоваться при оформлении помещений в стиле «high-tech». Также на латунных изделиях может быть имитирована фактура древней бронзы или золота при создании классических интерьеров.
Применение СПФ открывает определенные перспективы в общем и специальном машиностроении, при производстве изделий-оболочек с тонким
функциональным поверхностным рельефом: мембран, сильфонов и т. д. Большие деформации, характеризующие сверхпластическую формовку в сочетании с высокой теплопроводностью латуни позволят изготавливать элементы теплообменников с большой площадью контакта с окружающей средой, и, следовательно, более интенсивным теплоотводом, Сложнопрофильные оболочки из латуни применяются при производстве различных корпусных деталей.
В связи с этим актуальной научно-технической задачей, решению которой посвящена настоящая диссертационная работа, является исследование, разработка и совершенствование процессов сверхпластической формовки оболочек сложной формы с поверхностным функциональным и декоративным рельефом из листа сверхпластичных латуней с ультрамелкозернистой структурой на основе использования экспериментально-теоретических методов обработки металлов давлением и применения современных информационных компьютерных технологий
Работа является частью комплекса исследований по разработке теории и технологии эффективных наукоемких процессов обработки металлов давлением, проводимых МИСиС (ТУ) совместно с Вятским Государственным университетом (г. Киров) и в соответствии планом госбюджетной НИР № 3018053 единого заказ наряда по теме «Создание реологической теории и математической модели высокотемпературной деформации с учетом разогрева в процессах с микро- и макросдвигами и исследование их воздействия на металлы и сплавы» на 2003-2006 г.г. и по проекту № 3018001 «Исследование и разработка эффективных технологических процессов ОМД на основе физического и математического моделирования» ведомственной научной программы "Развитие научного потенциала высшей школы" на 2005 г.
Автором выносятся на защиту: комплексная методика проектирования технологий СПФ с использование вычислительной техники, методика определения качественной формуемости изделий и необходимых технологических режимов на основе геометрического анализа сложного поверхностного рельефа и макроформ, реологическая модель вязкопластического течения материала с
7 изменяющейся структурой, результаты экспериментальных исследований СПФ деталей разнообразной геометрической макроформы и элементов поверхностного рельефа, результаты математического конечноэлементного моделирования процессов СПФ с исследованием влияния не него технологических режимов формовки, анализ нагружения штамповой оснастки в процессе СПФ и исследование электронагрева оснастки, технологические режимы и рекомендации для разработчиков оборудования и технологий СПФ.
Работа выполнена в научно-исследовательской лаборатории Деформации сверхпластичных материалов Московского государственного института стали и сплавов (Технологического университета).
Автор выражает глубокую признательность д.т.н. проф. О.М. Смирнову за научно-методические консультации, а также благодарность всем сотрудникам НИЛ ДСПМ и кафедры ОМД МИСиС (ТУ) за большую помощь, оказанную при выполнении работы.
Способы, инструмент и оборудование для сверхпластической формовки
Преимущества обработки металлов давлением в состоянии сверхпластичности наиболее полно реализуются в процессе сверхпластической формовки полых изделий глубокой вытяжкой из листа, называемой также пневмостатиче-ской формовкой (СПФ) или реже газостатической формовкой [8]. Этот процесс позволяет получать полые изделия из плоской или предварительно профилированной листовой или трубчатой заготовки за счет воздействия небольшого газостатического давления, обеспечивающего при температуре сверхпластичности воспроизведение гравюры штампа. Сверх пластической формовкой можно получать изделия сложных форм за один-два перехода без промежуточных от жигов на более простых по сравнению с прессами установках при сравнительно дешевой оснастке и с минимальными потерями металла.
Различают следующие основные схемы формовки: негативную (рис. 1.5 а), позитивную (рис. 1.5 б) и комбинированную. Негативной называют схему формовки газовым пуансоном изделия, наружная поверхность которого воспроизводит форму внутренней поверхности матрицы (копирование по матрице), а позитивной - схему натягивания заготовки газовой или эластичной матрицей на пуансон (копирование по пуансону).[7, 24)]
Негативная формовка — это простейший процесс сверхпластической формовки. Он заключается в том, что листовая заготовка из сверхпластичного сплава, зажатая по периметру кромками штампа и нагретая до температуры СПД, деформируется под давлением сжатого газа до полного соприкосновения с поверхностью матрицы. Эта схема отличается наибольшей простотой и низкой стоимостью инструмента. Кроме того, преимуществом данной технологии является повышенная чистота внутренней поверхности полого изделия благодаря отсутствию на ней отпечатков царапин и вмятин, имеющихся на поверхности штампа, а также высокая точность размеров наружной поверхности изделия. Вместе с тем, повышенное утонение стенок в углах изделия ограничивает степень вытяжки при использовании этой схемы.
Позитивная формовка — процесс более сложный. Формовка полого изделия по этой схеме осуществляется совместным воздействием на заготовку сжатого газа и движущегося жесткого пуансона. При этом деформируемая заготовка обтягивает выпуклую поверхность пуансона. Преимущества этой схемы - повышенная чистота наружной поверхности полого изделия благодаря отсутствию на ней отпечатков царапин и вмятин, имеющихся на поверхности штампа, а также более высокая точность размеров внутренней поверхности изделия и более точное воспроизведение радиусов закругления, но контурам сопряжения поверхностей. В связи с меньшей по сравнению с негативной формовкой неравномерностью утонения стенок позитивная формовка допускает более высокие степени вытяжки.
Существует также комбинированная формовка, состоящая из элементов негативной формовки (по периферии матрицы) и позитивной (формуемые элементы). Следовательно, она имеет преимущества и недостатки рассмотренных выше схем. Для СПФ также различают макро- и микроформовку. Макро формо вкой называется образование геометрической формы изделия, а микроформовкой— получение рельефа на поверхности изделия наподобие тиснения или чеканки. Также возможно совмещения макро- и микроформовки. При этом сначала происходит формовка геометрической формы изделия, а потом формуется рельеф на его поверхности. К основным преимуществам СПФ по сравнению с традиционными методами обработки металлов давлением относятся [25, 26]: 1. Высокий запас пластичности, который позволяет обеспечить получение деталей с точным воспроизведением сложной конфигурации полости матрицы за одну формообразующую операцию. 2. Малые напряжения течения материала в состоянии сверхпластичности позволяют увеличить границы габаритных размеров обрабатываемых изделий на маломощном оборудовании. 3. Возможность совместить процессы получения геометрической макроформы изделия и тонкого (художественного) рельефа. 4. Отсутствие пуансона как такового, роль которого выполняет газ (аргон, воздух), 5. Матрица для СПФ может использоваться для формовки материалов различной толщины. Наряду с достоинствами СПФ обладает и рядом недостатков: 1. Необходимость специальной подготовки структуры материала заготовок. 2. Сравнительно высокие температуры деформирования усложняют процесс СПФ.
Программное обеспечение для математического моделирования
Для обработки данных физического моделирования использовали стандартные пакеты прикладных программ в среде Windows ХР и программных пакетов, входящих в Microsoft Office ХР, такие как Word, Excel, PhotoEditor, а также графические пакеты Paint, Adobe Photoshop 7.0, CorelDraw 12. Для работы со сканером использовалась программа FineReader 7.0
Для проектирования чертежей и твердотельных 3-х мерных моделей инструмента, поковок и заготовок использовали пакеты программ систем автоматизированного проектирования (САПР) Компас 7.0 и Solid Works 2005.
Для моделирования формоизменения заготовки в процессе СПФ использовали комплекты программ вычислительной системы DEFORM-3D 5.0. ВС Deform учитывает рост зерна в процессе СПД через динамическую рекристаллизацию. Критерий активации рассчитывается по формуле: где t- — удлинение, соответствующее максимальным напряжениям течения. Кинетическая зависимость доли рекристалл изо ванного зерна описывается формулой: где о5 - значение удлинения при 50 % рекристаллизации, определяемое по формуле: Рост зерна, характеризуется следующей зависимостью: где Т - температура, К; R - универсальная газовая постоянная; d0 - исходный размер зерна; drex - величина зерна после рекристаллизации; а, Ь, с — коэффициенты, зависящие от рассматриваемого материала. В реологической модели SP-среды рост зерна в процессе деформации анализируется с помощью структурного параметра Q, как функцию текущего значении размера зерна Q, интенсивности скоростей деформации СПД и тер-мореактивационных параметров (2.19) [81] где Q — среднее значение кажущейся энергии активации структурной эволюции в интервале температур СПФ. Очевидно, что уравнения 2.18 и 2.19 имеют взаимно пересчитываемые параметры. Для анализа работоспособности штамповой оснастки при СПФ применяли САПР COSMOS Design Star-3.0 Материал оснастки представляется в виде изотропно-упругой среды, описываемой выражением (2.20) Решение нелинейной температурной упруго-пластической задачи в этой компьютерной ВС также производится с помощью дискретизации среды методом конечных элементов. Целью проведенного в работе микроструктурного анализа сплавов ЛЖМц 59-1-1 и Л63 при СПД было: - определить реологические свойства сплавов при температурах, соответствующих температурному интервалу сверхпластичности (500-600 С); - изучить структурный состав сплавов ЛЖМц 59-1-1 и Л63; - оценить характер изменения размеров структурных составляющих данных сплавов в процессе нагрева и при СПФ; - выявить влияние размера зерна на реологические характеристики сверхпластичной латуни; Реологическое поведение материала в состоянии сверхпластичности в значительной мере определяется его структурой. Для расчета и выбора оптимальных схем и режимов СПФ требуется количественно определить состояние и изменение структуры под действием временных и термических факторов при нагреве и выдержке заготовки перед СПФ. Минимизация температуры и времени нагрева перед СПФ является условием сохранения ультрамелкозернистой структуры деформируемого материала и высоких показателей сверхпластичности в процессе формовки, ибо с ростом зерна значительно ухудшаются эти показатели, (уменьшение относительного удлинения, увеличение напряжений течения и т. п.), что приводит к браку формуемых полуфабрикатов в виде разрывов или к недостаточно полному заполнению гравюр матрицы. Следовательно необходимо количественно проанализировать структурные изменения в двухфазных латунях в процессе СПФ. Известно, что в процессе нагрева заготовки до температур СПД и последующей выдержки под давлением происходит увеличение размеров структурных составляющих (а и (3 фаз), а также изменение их объемного соотношения [82]. Для обеспечения необходимой ультрамелкозернистой структуры и наиболее оптимального соотношения фаз 50:50, требуется проанализировать структурные изменения, при СПД (рост размеров фаз, их объемное соотношение), и с учетом этого выбрать оптимальные технологические режимы СПФ [19]. Так как латунь Л63 изучена достаточно хорошо [18, 19, 20], при её микроструктурном анализе провели лишь тестовые исследования Исходная структура латуни Л63 близка к нерекристаллизованной и характеризуется вытянутыми вдоль направления прокатки волокнами а-фазы (Рис 3.1а). Но уже после выдержки в течении 15 минут при 650 С - оптимальной температуре сверхпластичности зерно увеличивает свои размеру до величины более 10 мкм (Рис 3.16). Это подтверждает ранее полученные А.М.Афри-кантовым данные о низкой термической стабильности латуни Л63 при СПФ. В настоящей работе основное внимание было уделено сплаву ЛЖМц-59-1-1. С этой целью была проведена серия экспериментов по изучению влияния температуры и времени выдержки при данной температуре сплава ЛЖМц 59-1 -1 на размер структурных составляющих и соотношение объема фаз. В качестве образцов использовались фрагменты латунного листа толщиной 0,8 мм, выпущенного «Кировским заводом ОЦМ» и прошедшего всю необходимую для подготовки УМЗ структуры термомеханическую обработку. Образцы нагревали до температур, характеризующих верхнюю и нижнюю границы интервала сверхпластичности для рассматриваемого сплава (500 С и 600 С соответственно). Затем производили выдержку в течение различных промежутков времени: 10, 120 и 480 минут.
Построение реологической модели для сплава ЛЖМц 59-1-1
В качестве базовой реологической модели поведения материала при СПФ в работе была выбрана известная модель SP-среды, описывающая изменение интенсивности скоростей деформации ( е) от среднего размера зерна (Q.), температуры (Т) и интенсивности напряжений под действием давления газовой среды ( Те). Модель включает следующие основные уравнения: Определяющие соотношения (уравнения связи): где t, - скорость сдвиговой деформации, с ; Q, - обобщенный структурный параметр, мкм; а - коэффициент пропорциональности влияния структурного параметра; /? - показатель степени влияния структурного параметра; п — показатель степени ползучести; а - напряжения течения, МПа; о"о - пороговое напряжение, МПа; oeq - эквикогезивное напряжение, МПа; os - условный предел текучести, МПа; Zr температурный множитель Зиннера-Холломона, учитывающий сдвиг температурного интервала СПФ относительно оптимальной скорости деформации СПД: где Q - энергия активации, кДж/Моль; R - универсальная газовая постоянная, кДж/(моль К);Ты - оптимальная температура СПД, К. Зависимость структурного параметра (среднего размера зерна) от времени нагрева перед СПФ (уравнение Бэка): где T], - время, с; d — показатель степени, учитывающий влияние текущего значения структурного параметра. Зависимость скорости роста размера зерна в от скорости деформации при СПФ: Для более узкого скоростного интервала СПД применяли уравнения нелинейно-вязкой жидкости со структурной чувствительностью напряжений течения и температурным множителем Аррениуса: где g - показатель структурного упрочнения.
Эта зависимость может также использоваться совместно с уравнениями (3.8) и (3.9). В связи с тем, что в выбранной для моделирования процессов СПФ вычислительной системе Deform-3D, уравнения (3.6)-(3.11) впрямую использованы быть не могут, так как не входят в имеющуюся в этой системе базу данных. В основном Deform-3D использует табличные зависимости типа сс =/( , єе, Т) или уравнение вязкопластической среды с нелинейным скоростным и деформационным упрочнением где ат - предел текучести при заданной температуре и скорости деформации, МПа; п - показатель деформационного упрочнения. Зависимость структурного параметра 1гех после деформации определяется в этой ВС с помощью уравнения динамической рекристаллизации где Т - температура, К; 20 - исходный размер зерна, мкм; Qrcx - величина зерна после рекристаллизации, мкм; к, kd, nd, с - коэффициенты, зависящие от материала. Исходной информацией для расчетов служили значения реологических коэффициентов, полученные в работе А. М. Африкантова [19] для одной тем пературы 550 иС. Они приведены в таблице 3.1 Далее определили значения коэффициентов в уравнении Бэка (3.8) с помощью специальной программы и получили следующие значения: Q0=0,49 мкм, B=l,1774 1010, Q=168,36692, D=4. Подставляя полученные коэффициенты в уравнение (3.8), получили размеры зерен для трех основных температур, характеризующих интервал сверхпластичности и различных значений времени отжига. Эти данные представлены в таблице 3.2. По результатам расчетов был построен график, зависимости размера зерна от времени отжига (рис 3.7).
Разработка конструкции экспериментального штампового блока для исследования СПФ латуней
В работе была решена задача проектирования и изготовления экспериментальной оснастки для исследования процесса СПФ.
Разработку конструкции проводили в САПР SolidWorks. Чертежи экспериментальных матриц приведены на рисунке АЛ. Твердотельные модели матриц для получения элементов макроформы и тонкого поверхностного рельефа, разработанные в SolidWorks, представлены на рисунках 4.2 (а), а фотографии матриц, изготовленных в металле, показаны на рисунке 4.2 (б).
Учитывая условия работы штамповой оснастки в процессе СПФ (высокая температура, большое давление, агрессивная среда) в качестве материала для изготовления матриц использовалась нержавеющая сталь марки 12Х18Н10Т, химический состав, механические и физические свойства которой приведены в таблице 4.1, 4.2 и 4.3 соответственно [83]. коэффициент теплопроводности, р - плотность, С - удельная теплоемкость, R -удельное сопротивление. Изготовление матриц осуществлялось способом электроэрозионной обработки (ЭЭО) [84]. Схема процесса ЭЭО приведена на рисунке 4А Способ ЭЭО заключается в изменении формы и размеров заготовки за счет растворения ее материала в электролите под действием электрического тока. При этом инструмент является катодом, рабочая поверхность которого по своей форме совпадает с гравюрой изготавливаемой матрицы. Катод должен быть выполнен из токопроводящего и легкообрабатываемого материала; меди, бронзы, латуни и т. п. ЭЭО проводили на серийном станке модели 1415. Материал катода - медь МІ, в качестве электролита использовали раствор 15 % NaCl + 15%KCL[85]. Сущность процесса ЭЭО заключается в следующем: электролит подается через отверстия в пиноли 5 и штуцере 1 во внутреннюю полость электрода 2 (рис 4.2), а затем через отверстия, выполненные в основании электрода поступает в зазор между электродом и образцом. Равномерное протекание электролита обеспечивается наличием дополнительных отверстий малого диаметра, выполненных на всей рабочей поверхности электрода. Полиэтиленовая обойма 3 позволяет получить подпор электролита, что улучшает процесс ЭЭО за счет обеспечения более равномерного съема материала со всей обрабатываемой поверхности. Существуют и другие способы изготовления матриц: высокоскоростное фрезерование, лазерная резка, гравировка абразивным инструментов. Их преимущества: более дешевое технологическое оборудование по сравнению с электроэрозионными станками, большая гибкость, широкие возможности автоматизации (например, существуют специальные компьютерные программы для написания программ для фрезерных станков с числовым управлением). Недостаток - низкая производительность. Применение этих способов оправданно при изготовлении единичных экземпляров элементов оснастки, тогда как при необходимости производства хотя бы 5-10 штук однотипных матриц более выгодно использовать электроэрозионный способ.
Для экспериментальных исследований СПФ наиболее удобным является конструкция штампового блока, работающего по беспрессовой схеме. Это обусловлено следующими причинами: а) не требуется дорогостоящее прессовое оборудование, имеющее избы точное для экспериментальных формовок усилие, так как в этом случае доста точно наличия электропечи. Кроме того, само устройство менее трудоемко при изготовлении и обслуживании; б) обеспечивается большая гибкость, за счет быстрой и удобной перена ладки устройства, позволяющая сократить затраты на изготовление оснастки для каждого типоразмера образцов; Габариты штампового блока выбирали в соответствии с размерами матриц, а также величины рабочего пространства имеющейся камерной электропечи. Толщина стенок корпуса была выбрана заведомо большей, чем было необходимо с точки зрения конструктивной прочности штампа. Это было сделано для увеличения теплоемкости и сокращения потерь тепла в то время, когда штамп находится вне печи для извлечения образца и установки новой заготовки. В качестве заготовки для СПФ использовали плоскую мембрану в виде диска диаметром 50 мм, толщиной 0,6 мм. Проектирование экспериментального штампа также было выполнено в САПР Sol id Works 2006. На рисунке 4.4 представлены твердотельная 3-D модель штампового блока в сборе (а, б) и оснастка, изготовленная в металле (в, г). Спроектированное устройство [86 (99) 87] (рис 4.5) представляет собой автономный штамповый блок и содержит матрицу 1, крышку 2 с элементами герметизации в виде кольцевого выступа треугольного сечения, расположенного над соответствующей по диаметру кольцевой канавкой, выполненной на опорной плоскости матрицы. Для обеспечения смыкания блока предусмотрены сквозные пазы, в которых горизонтально установлены дисковые торцовые кулачки 3, имеющие в вертикальной плоскости рабочий профиль, скошенный под углом равным или меньшим углу самоторможения с увеличением толщины кулачка в направлении их поворота при запирании крышки. Кулачки установлены на закрепленных в матрице вертикальных осях 4, эксцентрично, с возможностью поворота вокруг последних, и жестко соединены с приводными рычагами 5, в которые вмонтированы пальцы 6 с надетыми на них втулками 7. Устройство дополнительно снабжено запирающими элементами, воспринимающими усилие формовки. Для этого в матрице выполнены радиально расположенные отверстия, в которых также равномерно по окружности размещены подвижные в радиальном направлении запирающие стержни 8, имеющие клинообразно скошенную под углом самоторможения рабочую часть 9. Ее сечение увеличивается по высоте в направлении к периферии матрицы. Сами же стержни рабочей частью сопряжены со скошенной под таким же углом упорной поверхностью 10 крышки. Угол наклона составляет 4...5.Так как предлагаемое устройство предполагается к использованию в серийном или мелкосерийном производстве изделий различной номенклатуры и меняющейся конфигурации, то матрица выполнена составной, дополнительно снабженной сменным профилеобразующим вкладышем 15, выполненным по заданному профилю изделия, и становленным по посадке с гарантированным зазором в центральной расточке матрицы. Во вкладыше выполнена профилеобразующая полость 16 будущего изделия.
