Способ гидростатического деформирования изделий из упрочняющихся материалов и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к-обработке металлов давлением, а именно изделий из упрочняющихся , труднодеформируемых и хрупких материалов жидкостью высокого давления. Цельповышение качества изделий за счет улучшения механичесм х свойств материала. От источника низкого давления жидкость подается в надпоршневую полость 1 I силового гидроцилиндоа 8 и создает в заготовке осевые напряжения сжатия. Рост давления в рабочей камере контейнера 1 приводит к повышению давления в полости 11. Уменьшение диаметра заготовки приводит к соответствующему удлинению заготовки 5 и смещению плунжера 3 и поршня 8 вправо. Избыток жидкости из полости 11 дросселируется через регулятор давления 13. Деформирование материала идет последовательно в разных сечениях, постепенно распространяясь на всю длину. Деформирование осуществляют при давлении Р Gz +G-r, где Gz - осевые напряжения в заготовке, GT - текущее значение нэп ряжений текучести материала. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 2 табл. сл

СО!ОЗ СОВЕТСКИХ сОциАлистических

РЕСПУБЛИК (я)5 8 21 J 5/04

ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К АВтарекому Свид ткльСтЮ

1 (21) 4485048, 27 (22) 10.06.88 (46) 23.11.91. Бюл. Q 43 (71) Челябинский. политехнический институт . им.Ленинского комсомола и Институт ма:... шиноведения Уральского отделения. АН

СССР (72) Н.П.Ковалев и Ю.Г.Прохасько (53) 621.777.07 (088.8) . (56) Патент CLUA

М 3451241, кл. В 21 С 23/21, 1969. (54) СПОСОБ ГИДРОСТАТИЧЕСКОГО ДЕ..ФОРМИРОВАНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ УПРОЧНЯЮЩИХ МАТЕРИАЛОВ И УСТРОЙСТВО

ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ -: (57) Изобретение относится кобработке ме-::- таллов давлением, а именно изделий из упрочняющихся, труднодеформируемых и хрупких материалов жидкостью высокого . давления, Цель — повышение качества издеИзобретение относится к обработке ма.:териалов давлением, а именно к обработке упрочняющихся, труднодеформируемых и хрупких материалов жидкостью высокого давления.

Целью изобретения является повышение качества изделий эа счет улучшения механических свойств материала, На чертеже изображено устройство для гидростатического деформирования.

Устройство, рсализующее способ гидростатического деформирования иэделий иэ упрочняющих материалов, содержит контейнер 1 с камерой высокого давления, внутри которого размещен упор 2 и плунжер

3. На торцах упора 2 и плунжера 3 выполнены цилиндрические расточки 4 ступенчатой формы, которые предназначены для плотнолий за счет улучшения механическ х свойств материала. От источника низкого давления жидкость подается в надпоршневую полость 11 силового гидроцилиндра 9 и создает в заготовке осевые напряжения сжатия. Рост давления в рабочей камере контейнера 1 приводит к повышениюдзвления в полости 11. Уменьшение диаметра заготовки приводит к соответствующему удлинению заготовки 5:и смещению плунжера 3 и поршня 8 вправо. Избыток жидкости из полости 11 дросселируется через регулятор давления 13. Деформирование материала идет последовательно в разных сечениях, постепенно распространяясь на всю длину. Деформирование осуществляют прм давлении P Gz +Gr, где Gz — осевые напряжения в заготовке, Gz --текущее значение нап ряжений текучести материала, 2 с, и 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 2 табл.

ro размещения в них торцов заготовки 5 и уплотнительных манжет 6, установленных в соосных расточках 4. Манжеты 6 изготовлены иэ эластичного материала. 8 теле упора

2 выполнен канал 7 для подвода рабочей жидкости от источника высокого давления (на чертеже не показан) в рабочую камеру.

Плунжер 3 соединен с поршнем 8, который делит рабочий объем силового гидроцилиндра 9 обычного исполнения на две полости

10 и 11. Надпоршневая полость 11 гидроцилиндра запитана от источника низкого давления (не показан) через обратный клапан

12, к этой же полости 11 гидравлически подключен регулятор давления 13.

Способ гидравлического деформирования изделий из упрочняющихся материалов осуществляется следующим образом.

1692712

Приводят устройство в исходное положение, которое изображено на чертеже.

Контейнер I перемещают влево специальным гидроцили)(ppoM или каким-либо другим устройстгом. Плунжер 3 при этом должен быть B Tc;vом положении, чтобы расстояние между упором 2 и плунжером 3 позволяло установлть заготовку 5 левым торцом в расточку 4 упора 2 c ìàíæåòoë 6.

Для обеспечения соосной установки заготовки с плунжером и упором торцы заготовки могут быть выполнены, напрлмер, ступенчатой формы. На г(равом конце заготовки также установлена манжета 6. Затем от источника низкого давления жидкость подается в надпоршневую полость 11 силоBGfo гидроцилиндра 9, в результате чего поршень 8 и плунжер 3 перемещаются влево до установления правого торца заготовки

5 в расточке 4 плунжера 4, и создает в заготовке осевые напряжения сжатия. При этом настройка предохранительного клапана источника низкого давления должна быть такой, чтобы заготовка 5 не потеряла устойчивости и не подверглась пластическому деформированию. Затем контейнер 1 необходимо перемстить вправо до положенйя, изображенного на чертеже; после чего включить источник высокого давления. После этого жидкость по каналу 7 заполняет рабочую камеру контейнера 1.

-Рост давления P в рабочей камере кон: тейнера 1 через преобразователь (не пока:зан) приводит к изменени)о настройки регулятора давления 13, что обусловливает . повышение давления Рц в полости 11. Характер повышения давления должен подчи. няться следующей зависимости;

2, 2 (2

О о 2 +Р 2 (1) >ц ц где oz, — осевые напря><ения в заготовке;

d> — начальный диаметр заготовки;

Оц — диаметр цилиндра;

0 — диаметр рабочей камеры. . Пластическое деформирование материала начинается при достижении величины давления

Р = c)„+ cr„, (2) где о — напряжение текучести материала в исходном состоянии.

Текущее значение напряжения текучести материала ch при деформировании может быть определено зависимостью д, - сг„+ A ф ", (3) где А, п — константы материала; ф- степень деформации материала заготовки, (1 2 2

М (4) где 0 — текущее значение диаметра деформируемой заготовки.

Уменьшение диаметра заготовки приводит к соответствующему удлинению заготовки и, следовательно, смещению плунжера 3 и поршня 8 вправо, избыток

>KHpKocT(1 Н3 oG поршневой oofioc: (. 1 1 дросселируется через регулятор давления 13.

Ввиду некоторой неоднородности материала деформирование материала идет по15 следовательно в разных сечениях, постепенно распространяясь на вс о длину. . После деформирования на самом слабом участке заготовки материал ее в этом месте упрочняется и условие текучести в

2О этом месте приобретает следующий вид:

Р zо+ %ох

x — — -ф-+АД", (5) где (Tz+ (. г)- — текущие значения соответству-

25 ющих напряжений.

Для того, чтобы не происходило. "перекусывания" магериала в одном месте, т.е. образования и увеличечия шейки, упрочняющий материал должен иметь определен3Q ные свойства (коэффициенты А, и), чтобы при увеллчении ф выполнялось неравенст: во а,—,— + А ф" > a„(8)

35 - Неравенство (6) позволяет определить диапазон изменения степени деформаций без образования шейки в заготовке. .. Дальнейшее повышение давлечия в ка. мере вызывает пластические деформации

4р на соседних участках заготовки. Давление в надпоршневой полости 11 гидроцллиндра 9 должно изменяться при этом следующим образом;

„.2 г», г

45 ц О 2 2

Оц 0ц где (т — текущее значение осевых сжимаю. щих напряжений в заготовке.

Давление в цилиндре Рц, определяемое

ПО ФОРМУЛЕ (7), В ЗаВиСИМОСтИ OT P тОжДЕСтвенно совпадает со значением Рц, получаемым по формуле (1), а если выразить величину давления Р в рабочей камере через степень деформации ф то это давление

Рц определяется следующим образом: г.

Рц Oz — + (Oj o (1 — ф) + р 2 2 г

+А1 " ) Р D d (S) ц

Ю б бп2712 влекущее значение длины загс"саки определяется следующим образам:

I - -,, (9)

Соотнашечия (1) или (8) с {9) задают закан, па катара:-му работает згдгтчик давления, воздействующий на клаган12, который поддерживгет несбхсдимае для рабаты давление в нгдпаршнееай i i паласти силавога гидрацили дра . Входным параметрам дл> згдатчика давления является либо давление Р в камере контейнера 1, либо текущее значение длины прессуемай заготовки, После деформирования заготовки на заданную степень сбрасывают давление в рабочей камера контейнер-1и по:лости 11 гидрацилиндра 8 смещают контейнер 1 влево, .перемещают поршень 8 вправо путем подачи жидкости от ис-.ачника низкого давления в полость 10 силового гидроцилиндра

9для освобождения торцов изделия 5, которое удаляют. Установка готова к следующему циклу.

Деформированию были подвергнуты образцы из стали 45 диаметрам 24 мм са . следующими исходными свойствами: (7г =350 ИПг, ово=585 V,Па, 8о = 31 %, Н к = 5% (H — среднеквадратичное отклонение микратвердасти по сечению об ... . разца). В качестве смазки использован васк, . .- -. - с дисульфидаи молибдена для гидрозкстру зии и гидрозкструзии с противадавлением исйользавана матрица с углам конуса 30 .

Во всех случаях образцы прадефармираваны до дигметра 20,3 мм (я = . 40% ф "-.28,5;4). Гидрозкструзия осуществлена при давлении в рабочей камере Р1=270 МПа

=2700 ат., гризтам па грубой оценке контактные напряжения на входе в очаг деформа-. ции Ок.бх. = Р1+ сгго = 620 МПа, а на

- выходе из очага деформации равным Ок.вх. = сгг = 865 M Па. Гидрозкструэия заготовки с противодавлением осуществлена на

° . двух режимах:

P1=380 МПа и Ps=10 МПа, при этОм

Ок.вх, 730 г(1Пг, Ciк.вых = 1000 МПа; Р)

-720 МПа и P2=380 МПа, при атом сгк.sx. = 1070 МПа; гк.вых = 1220 МПг.

Гидростатичесхое абжатие заготовки па предлагаемому способу реализовано на устройстве, имеющем контейнер с внутренним диаметрам 0=30 мм, диаметрам цилиндра 9, создающего осевое поджатие, Оц -200 мм. Обжатие проведено на двух режимах. В обоих случаях перед заполнением (. рабочей камеры жидкостью было осуществ. - ".лено осевое поджатие заготовки путем подачи давления в полость гидроцилиндра

Рц=36 агм -=-3,6 ЫПа, при злом е заготовка осевые напряжения составляли u„=-250 МПа. Далее дефармиравание осуществлялась разными путями.

1. Давление в камере доведено да величины Ро=1220 Mila, а давление в гидрациnæäða до Рц=26 МПа = 260 гтм. Затем путе(", снижения давления в гидрацилиндре

9 осуществлено снижение осевых сжимают их напряжений в заготовке, при зтам дгв5

10 одновременном повышении предела прочности и текучести.

Формула изобретения

1. Способ гидрастатического дефармирования изделий из упрочняющихся материалов в камере высокого давления путем воздействия в осевом и радиальном нгправ50 лении жидкости на заготовку, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения качества иэделий за счет улучшения механических свойств их л1атериала, аба торца згготовки изолируют от воздействия жидкости высокого давления, а деформирование осуществляют при давлении ление в контейнере поддерживалось на уровне 1220 МПа. Процесс абжатия начался при давлении в гидрсцилиндре 9 Рц„=

=23 МПа, что соответствовало îz, = 870 МПа и остановлено при Рц =17,7 Mila, что соответствовала о =380 МПа.

Второй образец прадеформиравгн пои начальных зчачениях паргл.етрав Ро=750 МПг, . P„=12 МПа, и о = 380 МПа и конечных

20 значениях параметров Рк=1220 МПа, Рцк=20,7 МПа, ozi(, =380 МПа.

Механические свойства ааразцав, продеформированных методом гидразкструзии

25 и гидаоэкструзии с пративадаглением, при-:ведены в табл.1.

Механические свойства образцов, прадеформираванных предлагаемым способом, приведены в табл.2.

Сравнение механических свойств изделий, полученных двумя способами, показывает, чта повышение и ов практически одинаково. На изделия, полученные предлагаемым способом, имеют более однородные свойства, и, по-видилгюму, в связи с этим несколько более высокий запас пластичности, Использование способа гидростатического деформиравания упрачняющихся ма4р териалав и устройства для его реализации обеспечивает создание блaãoïðëÿòíoão напряженнага состояния материала во всем ега объеме, чта ведет к улучшению механических свойств материала, а именна увели45 чивается запас пластичности при 692712

Таблица 1

Н дг-:., Д ot

Р1. МПа Р, МПа о>, МПа о, МПа

Заготовка

915.

380

9,5

10,5

880

3,8

3,2

2 5

720

Табли а 2

%, МПа (ув, МПа

%», МПа

Рк, МПа

Заготовка

380 .

870

880

380.

920

11,5

2,2

1,9

1220

7Я

1220

Составитель В. Волков

Редактор О. Стенина Техред М.МОргентал Корректор М. Максимишинец

Заказ 4034 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, )k-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент". г. ужгород, ул.Гагарина, 1 От в

Р EGz+, где Π— осевые напряжения в заготовке; сгр — текущее значение напряжения текучести материала.

2. Устройство для гидростатического деформирования изделий из упрочняющихся материалов, содержащее контейнер, камеру с жидкостью высокого давления, соединенную с источником высокого давления, плунжер с уплотнительным элементом, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что оно снабжено упором, расположенным в камере, в упоре и B плунжаре выполнены соосные расточки, в которых установлены уплотнения торцов заготовки, выполненные из упругого эластичного материала.

3. Устройство по п.2, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что оно снабжено силовым цилиндром с поршнем и регулятором давления, при атом поршень жестко связан с плунжером, 10 а надпоршневая полость силового цилиндра гидраьлически связана с регулятором давления,