Способ получения ультрамелкозернистых полуфабрикатов волочением со сдвигом

Изобретение предназначено для формирования УМЗ структуры и повышения комплекса механических свойств в длинномерных металлических материалах с отношением длины к диаметру более 100 путем деформационной обработки. Способ включает волочение со сдвигом, включающее деформацию металла за счет приложения тянущей силы через две расположенные последовательно конические волоки с одновременным вращением одной из волок. Проведение деформационного процесса, сопровождаемого изменением физико-механических свойств металла, с низкими затратами на производство обеспечивается за счет того, что вращением волоки обеспечивают дополнительную деформацию сдвига посредством заданного относительно оси вращения эксцентриситета, образованного конусным каналом волок. 1 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к обработке металлов давлением, может быть использовано в машиностроении, авиадвигателестроении при изготовлении полуфабрикатов или прутков и проволоки с ультрамелкозернистой (УМЗ) структурой и улучшенными физико-механическими свойствами металлических материалов путем деформационной обработки.

Известен способ получения ультрамелкозернистых (УМЗ) заготовок. Способ включает деформацию заготовки в вертикальном и горизонтальном каналах с перемещением заготовки в последнем с подпором из пластичного материала. Усилие подпора регулируют изменением сопротивления деформированию пластичного материала. Изменение сопротивления деформированию пластичного материала осуществляют нагреванием и охлаждением. Вытекание пластичного материала на выходе горизонтального канала осуществляют ступенчато с разным значением поперечного сечения. В результате обеспечивается повышение качества заготовок и снижение трудоемкости регулировки усилия подпора. (Патент РФ №2277991, МПК B21J 5/00, опубл. 20.06.2006 г.)

Однако известный способ обработки металлов не позволяет получать длинномерные УМЗ материалы, так как используемая схема имеет большие затруднения технического характера при получении длинномерных заготовок, связанные с высокими силами прессования и габаритами оснастки.

Наиболее близким к предложенному является способ обработки заготовок в конических волоках. Способ включает протягивание заготовки через ряд расположенных последовательно волок с одновременным вращением одной или нескольких волок. Вращение очередной волоки осуществляют перед деформацией заготовки в невращающейся волоке, после которой приложена тянущая сила, или перед приложением тянущей силы, после чего осуществляют протягивание через невращающуюся волоку. (Патент РФ №2252091, МПК В21С 1/00, опубл. 20.05.2005 г.)

Недостатками данного способа является то, что он не позволяет увеличить уровень накопленной деформации за один цикл обработки и является не эффективным при получении УМЗ материалов.

Задачей изобретения является расширение функциональных возможностей за счет того, что данным способом возможно получение длинномерных УМЗ заготовок с низкими затратами на их производство.

Поставленная задача достигается способом получения УМЗ полуфабрикатов волочением со сдвигом, включающим деформацию металла за счет приложения тянущей силы через две расположенные последовательно конические волоки с одновременным вращением одной из волок, в отличие от прототипа вращением волоки обеспечивают дополнительную деформацию сдвигом за счет заданного относительно оси вращения эксцентриситета, образованного за счет конусного канала волок.

Существо изобретения поясняется чертежом, где на а и б схематически изображены конусные волоки для получения металлических заготовок, одна из которых вращается вокруг оси.

Пример конкретного выполнения

Способ осуществляют следующим образом. В волоку за счет приложения тянущей силы подается проволока определенного сечения, после прохождения через конусную волоку проволока подвергается деформации волочением и одновременно деформируется сдвигом за счет вращения подвижной волоки относительно неподвижной, после чего заготовка выходит через конусный канал второй волоки.

Используя компьютерное моделирование исследовали и сравнили один цикл обработки технического титана марки ВТ1-0 после волочения с неподвижной волокой и волочения со сдвигом. Учитывая многофакторность параметров процесса волочения (угол волоки, температура, используемая смазка, скорость обработки, марка инструментальной стали и т.д.), при моделировании были зафиксированы следующие параметры: односторонний угол волоки 5°; коэффициент трения 0,08; скорость волочения 0,1 м·с^-1; диаметр исходной заготовки D=10 мм. Угловая скорость вращения подвижной волоки составляла 10 радиан. Полученные результаты приведены в таблице.

	ω, рад.	Dкон., мм	Рдеф., кН	min	еmax
Волочение	0	9	17	0,3	0,5
Волочение со сдвигом	10	9	12	0,9	1,5
Рдеф. - сила волочения, еmin,max - накопленная деформация за один цикл обработки.

Результаты проведенного эксперимента показывают, что волочение со сдвигом позволяет в среднем в 3 раза увеличить уровень накопленной деформации за один цикл обработки.

Способ получения ультрамелкозернистых полуфабрикатов волочением со сдвигом, включающий деформацию металла за счет приложения тянущей силы через две расположенные последовательно конические волоки с одновременным вращением одной из волок, отличающийся тем, что вращением волоки обеспечивают дополнительную деформацию сдвигом посредством заданного относительно оси вращения эксцентриситета, образованного конусным каналом волок.