Способ электропластической деформации металлов

 

Сущность: способ электропластической деформации металлов заключается в деформировании заготовки до достижения уровня напряжений, превышающего предел текучести материала заготовки, и пропускании через заготовку импульсов электрического тока, не снимая внешней нагрузки, последующего возобновления деформирования до достижения напряжений, превышающих предыдущий уровень на 8-10%. Предварительно устанавливают направление главных напряжений в деформируемой заготовке, направление импульсов электрического тока, пропускаемого через заготовку, совмещают с направлением главных напряжений в заготовке. Импульсы пропускают сериями поочередно в каждом установленном направлении при остановке процесса деформирования. Величину нагрузки фиксируют на время пропускания серии импульсов. Положительный эффект заключается в повышении производительности процесса обработки металлов давлением за счет снижения сопротивления металла деформированию и полного использования ресурса пластичности металла при данном уровне нагрузки. 4 ил.

Изобретение относится к обработке металлических материалов давлением, а именно к холодной обработке сплавов и цветных металлических материалов. Оно может быть использовано для повышения пластичности материала без его существенного разогрева.

Известен способ электропластической деформации металлов, включающий операции пропускания электрических импульсов через металлический материал с его одновременным пластическим деформированием [1] Описанный подход может быть широко использован в промышленности, в частности, при холодной обработке металлов давлением. Однако он не лишен ряда недостатков. Наиболее существенным из них является неопределенность выбора уровней напряжений, при которых активное нагружение заготовки прекращается и производится воздействие импульсами электрического тока.

Наиболее близким к изобретению является способ электропластической деформации металлов, заключающийся в деформировании заготовки до уровня напряжений, превышающего предел текучести материала заготовки и пропускании через заготовку, находящуюся под внешней нагрузкой электрического тока, после чего возобновляют деформирование до достижения напряжений, превышающих предыдущий уровень на 8-10% [2] Указанный способ позволяет повысить производительность процесса холодной штамповки и кпд используемого оборудования. Однако данный способ не учитывает избирательность действия электрического тока по отношению к направлению главных напряжений в деформируемой заготовке, а также значительного увеличения его последствия (рост пластической деформации после окончания действия тока) в условиях постоянства величины внешней нагрузки.

Таким образом, уровень техники не позволяет выявить оптимальные режимы деформирования при действии импульсов электрического тока.

Технический результат, достигаемый изобретением, состоит в совмещении направлений протекания импульсов электрического тока и главных напряжений в заготовке, что позволяет снизить сопротивление металла деформированию при одновременном повышении его деформационной способности.

Способ электропластической деформации металлов заключается в деформировании заготовки до достижения уровня напряжений, превышающих предел текучести материала, и пропускании через заготовку, находящуюся под внешней нагрузкой электрического тока, последующем возобновлении деформирования до достижения напряжений, превышающих предыдущий уровень на 8-10% при этом предварительно устанавливают направление главных напряжений в деформируемой заготовке, направление электрических импульсов, пропускаемых через заготовку, совмещают с направлением главных напряжений в заготовке, импульсы пропускают сериями поочередно в каждом установленном направлении при остановке процесса деформирования, а величину нагрузки фиксируют на время пропускания серии импульсов.

Сущность изобретения заключается в следующем. При обработке металлов давлением в заготовке реализуется сложное напряженное состояние. Как показали исследования эффективность воздействия ИЭТ на материал, находящийся в условиях сложного напряженного состояния, существенным образом зависит от направления вектора плотности тока по отношению к направлению главных напряжений. Наибольший эффект был достигнут при их коллинеарности. Это положение и было использовано для реализации предложенного решения.

Направление главных напряжений (либо главные направления), например, в листовой заготовке может быть установлено при расчете ее напряженно-деформированного состояния (скажем по методу конечных элементов). Заготовка нагружается до определенного уровня, превышающего предел текучести материала. Поддерживая внешнюю нагрузку на постоянном уровне в направлении σ₁, пропускают последовательность (серию) ИЭТ до прекращения реакции материала на действие тока, затем ИЭТ пропускают в направлении σ₂, потом - σ₃ Прохождение серий импульсов поочередно в направлении каждого из главных напряжений позволяет в максимальной степени реализовать ресурс пластичности материала при данном уровне нагрузки и соответственно увеличить степень деформируемости материала.

На фиг. 1 и 2 показаны вид образца и направление главных напряжений действия ИЭТ, а также схема нагружения образца, при которой реализуется плоское напряженное состояние; на фиг. 3 диаграммы деформирования стали 12Х18Н10Т при плоском напряженном состоянии и температуре 293 К: а в исходном состоянии; б при действии ИЭТ (длительностью 10^-2с, амплитудой 2800 А) в направлении σ₁; на фиг. 4 зависимость приращения деформации стали 12Х18Н10Т при воздействии серии ИЭТ на уровне от угла между направлениями главного напряжения и вектором плотности электрического тока.

Образец содержит рабочую часть 1 и разрезной обод 2 (фиг. 1).

Была изготовлена серия образцов из стали 12Х18Н10Т. Образец устанавливали на электрически изолированные опоры на установке УТН-10, к нему прикладывали внешнюю нагрузку (фиг. 1,2). При этом в центральной части образца реализовалось плоское напряженное состояние с главными напряжениями противоположных знаков. Предварительно на образце монтировали тензометр (в направлении σ₁ ) для измерения удлинения (Δl₁) и регистрировали диаграмму деформирования, вид которой представлен на фиг. 3 (кривая "а"). Следующий образец устанавливали аналогичным образом, нагружали до уровня нагрузки, создающей напряжения, превышающие предел текучести, активное нагружение прекращали и, поддерживая нагрузку постоянной, пропускали серию импульсов электрического тока длительностью 10^-2 с, амплитудой 2800 А. Прохождение электрического тока вызывало рост пластической деформации металла (фиг. 3, кривая "б", участок 1-2), причем после 3-го импульса деформация металла прекращалась, что свидетельствовало о полном исчерпании пластичности металла при этом уровне нагрузки в данном направлении. Следующую серию импульсов пропускали после некоторого, на 8-10% увеличения нагрузки и т.д. до уровня 0,9 P_b. Третью партию образцов нагружали до уровня 1,5 P_0,2, пропускали серию импульсов до исчерпания пластичности, а затем меняли направление действия тока по отношению к направлению напряжения σ₁ Изменение прироста деформации при этом представлено на фиг. 4.

Из описанных экспериментов следует, что максимальный прирост пластичности стали 12Х18Н10Т в условиях плоского напряженного состояния в результате действия импульсов электрического тока имеет место при совпадении направлений главного напряжения и вектора плотности электрического тока, при этом нагружение следует осуществлять ступенчато, воздействуя на материал на каждой ступени нагрузки серией импульсов.

Аналогичные результаты были получены при исследовании алюминиевого сплава Д16Т.

Таким образом, совмещение направления действия главных напряжений с вектором плотности тока при обработке заготовок давлением позволит в значительной степени повысить производительность процесса за счет снижения сопротивления металла деформированию.

Формула изобретения

Способ электропластической деформации металлов, заключающийся в деформировании заготовки до уровня напряжений, превышающих предел текучести материала, и пропускании через заготовку, находящуюся под внешней нагрузкой, электрического тока, после чего возобновляют деформирование до достижения напряжений, превышающих предыдущий уровень на 8 10% отличающийся тем, что предварительно устанавливают направление главных напряжений в деформируемой заготовке, направление электрических импульсов, пропускаемых через заготовку, совмещают с направлением главных напряжений в заготовке, импульсы пропускают сериями поочередно в каждом установленном направлении при остановке процесса деформирования, а величину нагрузки фиксируют на время пропускания серии импульсов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3