Способ прессования прямоугольных профилей из алюминиевых сплавов и матрица для реализации данного способа

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, в частности к способам прессования профилей из сплавов на основе алюминия и конструкциям прессового инструмента. Способ включает получение заготовки, нагрев, горячее прессование путем выдавливания заготовки через матрицу и последующую термообработку профиля. В процессе выдавливания заготовку в верхней части матрицы дополнительно подвергают сдвиговым деформациям за счет закручивания её на угол от 40 до 50° к оси матрицы. Матрица содержит деформирующий конус, рабочий поясок прямоугольной формы и выходной участок. Деформирующий конус выполнен с двумя винтовыми выступами, имеющими форму трапеции. Верхнее основание трапеции выполнено равным длине прямоугольника рабочего пояска, а нижнее основание составляет 1,5-2 частей этой длины. Угол поворота верхнего сечения выступа относительно нижнего сечения составляет 40-50° к оси матрицы. В долевом сечении выступы имеют форму параболы. В результате обеспечивается создание способа прессования, позволяющего получать прямоугольные профили из алюминиевых сплавов, обладающие повышенными механическими характеристиками, низкой анизотропией свойства, и матрицы, позволяющей реализовать данный способ. 2 н.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, в частности к способам прессования профилей из сплавов на основе алюминия и конструкциям прессового инструмента.

Качество профилей из алюминиевых сплавов зависит от степени деформации и равномерности ее распределения по объему заготовки.

Известен способ получения металлической полосы путем прессования, в котором матрица для прессования полос содержит заходную воронку прямоугольного сечения и формирующий участок, большие стороны которого выполнены с выпуклостями в направлении вертикальной и горизонтальной осей матрицы, причем кривизна выпуклости к горизонтальной оси уменьшается по направлению к калибрующему пояску [Авторское свидетельство СССР №867445, В 21 J 5/04, 1981].

Прессование полос через подобную матрицу позволяет получать в значительной степени стабильное распределение деформаций по длине полосы за счет выравнивания скоростей истечения. Однако такой способ не обеспечивает равномерную проработку центральных и периферийных слоев заготовки, что приводит к анизотропии свойств полосы в поперечном сечении, а также не достигается высокий уровень сдвиговых деформаций, необходимых для получения изделия с высокими механическими характеристиками.

Известен способ получения металлических прутков экструдированием заготовки через матрицу, содержащую заходную часть, формирующую часть со спиральными канавками, и калибрующий поясок, причем на заходной части матрицы выполнены спиральные канавки с наклоном к образующей ее поверхности, противоположным наклону канавок формирующей части матрицы, при этом концы канавок заходной части смещены относительно начала канавок формирующей части [Авторское свидетельство СССР №776692, кл. В 21 С 25/02, 1980.].

Прессование через подобную матрицу обеспечивает достаточно высокий уровень сдвиговых деформаций и равномерность их распределения при получении изделий цилиндрической формы. Однако при прессовании профилей прямоугольной формы подобный эффект невозможен, так как при такой конфигурации, расположении и количестве канавок произойдет неравномерное распределение деформаций по периметру прямоугольного профиля. Поверхностные слои заготовки будут срезаться и тормозить истечение материала заготовки, что приведет к значительному росту удельных давлений, а также невозможно формообразование на выходе из калибрующего пояска матрицы прямоугольного профиля.

Наиболее близким по технической сущности и назначению к предлагаемому способу является способ прессования профилей из алюминиевых сплавов, в том числе и прямоугольных, включающий получение заготовки, нагрев и горячее прессование путем выдавливания заготовки через матрицу с последующей термообработкой профиля [Л.М.Грабарник, А.А.Нагайцев. Прессование цветных металлов и сплавов. М.: Металлургия, 1991, с.338 с ил.]. Матрица для реализации данного способа содержит деформирующий конус, рабочий поясок, соответствующий профилю изделия, и выходной участок.

Недостатком данного способа является то, что процесс прессования нестационарен на всем протяжении. Это приводит к неравномерности деформации и, как следствие, к неравномерности и нестабильности структуры и механических свойств по длине и сечению профилей. Конструкция матриц, применяемых для реализации данного способа, не обеспечивает равномерных скоростей истечения материала заготовки, поверхностные слои профиля и особенно углы и участки резких переходов при прессовании подвергаются значительным деформациям, что при последующей термообработке приводит к интенсивной собирательной рекристаллизации и образованию у профилей из сплавов, проявляющих пресс-эффект, крупнокристаллического ободка с пониженными прочностными характеристиками по сравнению с центральными участками, в которых металл не рекристаллизован.

Технической задачей изобретения является создание способа прессования, позволяющего получать прямоугольные профили из алюминиевых сплавов, обладающие повышенными механическими характеристиками, низкой анизотропией свойств, и матрицы, позволяющей реализовать предложенный способ.

Для реализации поставленной задачи предложен.

Способ прессования прямоугольных профилей из алюминиевых сплавов, включающий получение заготовки, нагрев, горячее прессование путем выдавливания заготовки через матрицу и последующую термообработку, отличающийся тем, что заготовку в верхней части матрицы подвергают дополнительным сдвиговым деформациям за счет закручивания на угол от 40 до 50° к оси матрицы.

Матрица для прессования прямоугольных профилей из алюминиевых сплавов, содержащая деформирующий конус, рабочий поясок прямоугольной формы и выходной участок, отличающаяся тем, что деформирующий конус выполнен с двумя винтовыми выступами, имеющими форму трапеции, верхнее основание которой выполнено равным длине прямоугольника рабочего пояска, а нижнее составляет от (1,5÷2.0) частей этой длины, угол поворота верхнего сечения выступа относительно нижнего сечения составляет 40-50° к оси матрицы, причем в долевом сечении выступы имеют форму параболы, вершина которой удалена от плоскости деформирующего конуса на (0,15÷0,2)D_m, где D_m - наружный диаметр матрицы.

На чертеже представлены эскизы матрицы (фиг.1, 2 - виды матрицы сбоку; фиг.3 - вид сверху), где

1 - деформирующий конус;

2 - винтовые выступы;

3 - рабочий поясок;

4 - выходной участок.

На фиг.4 представлен общий вид матрицы.

Матрица для прессования профилей прямоугольного сечения из алюминиевых сплавов содержит деформирующий конический участок 1, выполняемый под углом от 30° до 60° исходя из литературных источников, а также данных проводимых ранее исследований, позволяющих сделать вывод, что данный интервал конусности деформирующего участка является оптимальным для размещения винтовых выступов и обеспечения при этом максимума сдвига. Два винтовых выступа 2 изготавливаются на деформирующем участке конуса матрицы и имеют форму трапеции, верхнее основание которой равно длине прямоугольника рабочего пояска, а нижнее основание составляет от (1,5÷2,0) частей этой длины. Винтовые выступы выполнены с углом поворота верхнего сечения выступа относительно нижнего от 40 до 50° к оси матрицы, причем в долевом сечении выступы имеют форму параболы, вершина которой удалена от плоскости деформирующего конуса на 0,15÷0,2 диаметра матрицы. Рабочий поясок 3 выполняется в форме прямоугольника, соответствующего профилю изделия, необходимого к получению.

Такое конструктивное решение позволяет в процессе прессования ввести дополнительные сдвиговые деформации за счет закручивания материала заготовки в деформирующем коническом участке матрицы, а также обеспечить равномерность скоростей истечения металла заготовки.

Увеличение предложенных величин винтовых выступов матрицы приведет к срезу внешних слоев заготовки и соответственно к образованию застойных зон, заполненных материалом заготовки. Процесс будет проходить, как при прессовании в конусную матрицу, только с меньшим углом деформирующего конуса и при более высоких энергосиловых параметрах. Уровень сдвиговых деформаций в данном случае будет определятся не профилем матрицы, а профилем застойных зон, в результате чего они локализуются на поверхностных слоях деформируемого материала, приводя к анизотропии механических свойств.

При соотношениях параметров винтовых выступов менее перечисленных не произойдет закручивания материала заготовки в очаге деформации, и процесс будет осуществляться как и при прессовании в конусную матрицу, но с еще большей неравномерностью распределения деформаций по сечению заготовки.

Пример осуществления.

Процесс прессования осуществляется со смазкой контейнера пресса, деформирующего конуса и рабочего пояска матрицы. Полученную заготовку, нагретую до заданной температуры, помещают в контейнер пресса, под воздействием давления, приложенного на пресс-штемпель, материал заготовки заполняет деформирующий конус 1 с винтовыми выступами 2, при этом происходит закручивание внешних слоев заготовки. Это обеспечивается благодаря конфигурации винтовых выступов, а также минимальным силам трения в начальный момент за счет введения смазки. На следующем этапе материал заготовки заполняет калибрующий поясок 3 матрицы и выпрессовывается в форме прямоугольного профиля заданных размеров, соответствующих рабочему пояску. Дальнейший процесс прессования проходит в стационарном режиме, при этом происходит дополнительный сдвиг и выравнивание скоростей истечения как внешних, так и внутренних слоев заготовки за счет формы и конфигурации винтовых выступов, что обеспечивает значительную всестороннюю и равномерную проработку заготовки и, как следствие, высокое качество изделия в термообработанном состоянии.

Для оценки сравнительных результатов были проведены эксперименты по прессованию прямоугольного профиля размером в поперечном сечении 10×30 мм из сплава АД37 с применением предлагаемой и известной матриц, угол деформирующего конуса в обоих случаях составлял α=40°.

Прессование проводили на вертикальном гидравлическом прессе усилием 2,5 МН с диаметром контейнера D_к=82 мм, диаметром заготовки D_з=80 мм. Температура нагрева заготовок перед деформированием Т_з=460°С, контейнера Т_к=400°С. Состав применяемой смазки 70% вапор Т, 25% графит, 5% силиконовой смазки. Деформирующий конус предлагаемой матрицы был выполнен с двумя винтовыми выступами, имеющими форму трапеции с соотношением верхнего основания к нижнему а) – 30 мм: 45 мм; б) – 30 мм: 60 мм. Угол поворота верхнего сечения выступа относительно нижнего к оси матрицы равнялся а) - ϕ=40°; б) - ϕ=50°. Высота трапеции в максимальной точке изгиба винтового выступа, которая также является вершиной параболы, в долевом сечении матрицы равнялась а) - h=12 мм; б) - h=16 мм. Таким образом, по двум технологическим схемам были отпрессованы прямоугольные профили с размером в поперечном сечени 10×30 мм, при этом вытяжка составила λ=17,6, из которых были изготовлены образцы.

Результаты испытаний образцов, термообработанных по одному режиму, представлены в таблице.

Таблица испытаний образцов
Способ	Место вырезки образца по длине	Предел прочности σв, МПа	Относительное удлинение δ, %
продольное сечение	поперечное сечение	продольное сечение	поперечное сечение
Прототип	Начало	375	368	6,3	5,8
	Середина	387	372	9,3	9,0
Конец	378	370	6,3	6,0
Предлагаемый. Варианты а) и б) близки по своим значениям	Начало	433	431	14,3	14,1
	Середина	435	435	14,5	14,4
Конец	435	433	14,5	14,2

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет получать прессованные прямоугольные профили из алюминиевых сплавов с повышенными механическими свойствами и низкой анизотропией свойств, при стабильном давлении прессования и равномерной скорости истечения слоев заготовки. Процесс не требует конструктивных изменений традиционного оборудования, а также позволяет снизить энергосиловые параметры прессования.

1. Способ прессования прямоугольных профилей из алюминиевых сплавов, включающий получение заготовки, нагрев, горячее прессование путем выдавливания заготовки через матрицу и последующую термообработку профиля, отличающийся тем, что в процессе выдавливания заготовку в верхней части матрицы дополнительно подвергают сдвиговым деформациям за счет закручивания её на угол от 40 до 50° к оси матрицы.

2. Матрица для прессования прямоугольных профилей из алюминиевых сплавов, содержащая деформирующий конус, рабочий поясок прямоугольной формы и выходной участок, отличающаяся тем, что деформирующий конус выполнен с двумя винтовыми выступами, имеющими форму трапеции, верхнее основание которой выполнено равным длине прямоугольника рабочего пояска, а нижнее основание составляет от 1,5 до 2 частей этой длины, угол поворота верхнего сечения выступа относительно нижнего сечения составляет 40÷50° к оси матрицы, причем в долевом сечении выступы имеют форму параболы, вершина которой удалена от плоскости деформирующего конуса на (0,15÷0,2)D_m, где D_m - наружный диаметр матрицы.