Способ прессования биметаллических заготовок



Способ прессования биметаллических заготовок
Способ прессования биметаллических заготовок
Способ прессования биметаллических заготовок
Способ прессования биметаллических заготовок

 


Владельцы патента RU 2528302:

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" (RU)

Изобретение предназначено для снижения усилия прессования и энергоемкости процесса прессования биметаллических прутков и проволоки из биметаллических заготовок. Способ включает помещение биметаллической заготовки, состоящей из сердечника и оболочки, в замкнутый контейнер и выдавливание заготовки через отверстие конической матрицы с приложением усилия к заднему торцу прессуемой биметаллической заготовки. Снижение усилия прессования за счет оптимизации угла наклона образующей конического канала матрицы обеспечивается посредством того, что используют матрицу, угол наклона образующей конического канала к оси прессования которой регламентирован математической зависимостью, 1 ил.

 

Изобретение относится к обработке металлов давлением и предназначено для прессования биметаллической заготовки, состоящей из разнородных материалов.

Известно, что при производстве биметаллических прутков и проволоки на начальном этапе деформируют биметаллическую заготовку прессованием с последующим волочением биметаллической заготовки. При этом в процессе прессования формируются свойства биметаллических прутковых и проволочных изделий.

Известен способ обработки металлов прессованием, включающий помещение биметаллической заготовки в замкнутый контейнер и выдавливание заготовки через отверстие конической матрицы приложением усилия к заднему торцу прессуемой заготовки (см. Суворов И.К. Обработка металлов давлением: Учебник для вузов. - М.: Высш. школа, 1980, с. 289).

Недостатком известного способа, принятого за прототип, является то, что процесс прессования имеет повышенные усилия и энергоемкость, вследствие того, что известный способ не учитывает геометрические характеристики конической матрицы и технологические особенности процесса прессования. Данный способ принят в качестве прототипа.

Признаки прототипа, совпадающие с признаками заявляемого изобретения - помещение биметаллической заготовки в замкнутый контейнер и выдавливание заготовки через отверстие конической матрицы приложением усилия к заднему торцу прессуемой биметаллической заготовки.

Задачей изобретения является снижение усилия прессования и энергоемкости процесса прессования за счет оптимизации угла наклона образующей конического канала матрицы. Снижение усилия прессования обеспечит повышение единичных обжатий, стойкости технологического инструмента и качества поверхности прессуемых изделий.

Поставленная задача была решена за счет того, что в известном способе прессования биметаллических заготовок, включающем помещение биметаллической заготовки в замкнутый контейнер и выдавливание заготовки через отверстие конической матрицы приложением усилия к заднему торцу прессуемой биметаллической заготовки, используют матрицу, угол наклона образующей конического канала к оси прессования которой рассчитывают по формуле:

α м о п т = a r c t g [ 1.97 f ( λ 1 ) λ ( 1 ( R c R 0 ) 2 + σ s c σ s o R c R o ) ] .  (1)

где f - коэффициент трения в зоне деформации;

λ= R 0 2 / R 1 2 - вытяжка при прессовании;

R0 и R1 - внешний радиус биметаллической заготовки до и после деформации соответственно;

Rc - радиус сердечника;

σ s c - сопротивление деформации металла сердечника;

σ s o - сопротивление деформации металла оболочки.

Признаки предлагаемого способа, отличительные от прототипа, - использование матрицы, угол наклона образующей конического канала к оси прессования которой определяется вышеприведенной математической зависимостью (1).

Способ поясняется чертежом, на котором приведена схема деформации прессованием биметаллической заготовки, состоящей из сердечника и оболочки. На чертеже показаны: 1 - матрица; 2 - оболочка; 3 - сердечник.

При прессовании биметаллической заготовки коэффициент вытяжки является одним и тем же и для сердечника, и для оболочки. Пластическая деформация в процессах обработки металлов давлением характеризуется степенью деформации. Для центральной части (сердечника) степень деформации равна [Колмогоров Г.Л. Гидродинамическая смазка при обработке металлов давлением. - М.: Металлургия, 1986, 168 с]:

ε c p = ln λ + 4 3 3 t g α M ' ,  (2)

где α M ' - угол наклона образующей сердечника к оси прессования;

λ - вытяжка.

Из геометрических соотношений (см. чертеж) следует:

t g α M ' = R c R 0 t g α M ,  (3)

где Rc - радиус сердечника;

R0 - наружный радиус заготовки.

С учетом соотношения (3) степень деформации сердечника равна:

ε c p = ln λ + 4 3 3 R c R 0 t g α M .  (4)

Для усредненного значения сопротивления деформации сердечника составляющая напряжения, связанная с пластической деформацией сердечника, с учетом соотношения (4) составит:

σ п л с = σ s c ( ln λ + 4 3 3 R c R 0 t g α M ) .  (5)

Напряжению (5) соответствует доля полного усилия прессования центральной части (сердечника) биметаллической заготовки [Перлин И.Л., Райтбарг Л.Х. Теория прессования металлов. - М.: Металлургия. 1975, 448 с.]:

P c = σ п л с F c  (6)

где Fc - площадь сердечника на входе в очаг деформации. После подстановки из соотношения (5) получим:

P c = π R c 2 σ s c ( ln λ + 4 3 3 R c R 0 t g α M ) .  (7)

Аналогичный расчет выполнен для наружной части (оболочки) биметаллической заготовки.

Напряжение прессования оболочки для усредненного значения степени деформации (4) составит:

σ п л о = σ s o ( ln λ + 4 3 3 t g α м ) ,  (8)

где σ s o - значение сопротивления деформации материала оболочки.

Соответственно доля общего усилия прессования, пошедшего на деформацию оболочки, равна:

P c = π ( R 0 2 R c 2 ) σ s o ( ln λ + 4 3 3 t g α M ) .  (9)

При пластической деформации биметаллической заготовки в общее усилие прессования входит составляющая, учитывающая действие сил трения в очаге деформации. Результирующая сил трения при этом равна:

T м = σ s o F k c t g α м ,  (10)

где Fk - площадь контакта биметаллической заготовки и рабочей поверхности матрицы, которая представляет собой боковую поверхность усеченного конуса.

Из геометрических соотношений следует:

F k = π R 1 2 ( λ 1 ) ,  (11)

где R1 - наружный радиус биметаллической заготовки на выходе из очага деформации.

С учетом соотношения (11) составляющая, связанная с преодолением сил трения в очаге деформации, равна:

T м = σ s o π R 1 2 ( λ 1 ) f c t g α м .  (12)

В общее напряжение прессования вклад от преодоления сил трения в очаге деформации составит:

σ м о = σ s o ( λ 1 ) f c t g α м / λ .   (13)

Оптимальный угол наклона образующей матрицы к оси прессования определяется из условия минимума полного напряжения прессования. При этом αм зависит лишь от σ п р с , σ п р о , σ M o , поэтому условие минимума усилия

прессования определим из условия:

( t g α м ) ( σ п р с + σ п р о + σ М о ) = 0.  (14)

Суммарное напряжение прессования, включающее величины, зависящие от αм, равно:

σ Σ = σ s c R c 2 R 0 2 ( ln λ + 4 3 3 R c R 0 t g α M ) + σ s o ( 1 R c 2 R 0 2 ) ( ln λ + 4 3 3 t g α M ) + σ s o R 1 2 R 0 2 ( λ 1 ) f c t g α M .  (15)

Подстановки соотношений (5), (8), (13) в (14) дифференцирования по tgαM, преобразований и упрощений получим:

α м о п т = a r c t g [ 1.97 f ( λ 1 ) λ ( 1 ( R c R 0 ) 2 + σ s c σ s o R c R 0 ) ] .

где f - коэффициент трения в зоне деформации;

λ = R 0 2 / R 1 2 - вытяжка при прессовании;

R0 и R1 - внешний радиус биметаллической заготовки до и после деформации соответственно;

Rc - радиус сердечника;

σ s c - сопротивление деформации металла сердечника;

σ s o - сопротивление деформации металла оболочки.

Пример конкретной реализации.

Прессовали сборную биметаллическую заготовку, состоящую из ниобиевого сердечника и медной оболочки, соотношение R c R 0 составляло 0,5 с вытяжкой λ=10, при этом σ s c σ s o =1,5. Для прессования применили стандартную матрицу с αм=40°. Для приведенного сопротивления деформации напряжение прессования составило 359,03 МПа.

В соответствии с формулой (1) оптимальным углом наклона образующей конического канала матрицы оказался угол равный 30,4°, которому соответствует напряжение прессования σпр=340,7 МПа.

Таким образом, оптимизация угла наклона образующей конического канала матрицы привела к снижению напряжения прессования на 18,3 МПа, что составляет 5,1%.

Предлагаемый способ прессования биметаллических заготовок позволяет выбрать оптимальный угол наклона образующей конического канала матрицы к оси прессования. В результате обеспечивается минимальное значение усилия прессования, минимальная энергоемкость процесса прессования. При снижении усилия прессования появляется возможность повышения обжатий при прессовании, применения менее энергоемкого технологического оборудования. При этом повышается износостойкость матриц и качество поверхности прессуемых изделий.

Способ прессования биметаллических прутков и проволоки, включающий помещение биметаллической заготовки, состоящей из сердечника и оболочки, в замкнутый контейнер и выдавливание заготовки через канал конической матрицы с приложением усилия к заднему торцу прессуемой биметаллической заготовки, отличающийся тем, что используют матрицу, угол наклона образующей конического канала к оси прессования которой рассчитывают по формуле:
α м о п т = a r c t g [ 1.97 f ( λ 1 ) λ ( 1 ( R c R 0 ) 2 + σ s c σ s o R c R 0 ) ] ,
где f - коэффициент трения в зоне деформации;
λ = R 0 2 / R 1 2 - вытяжка при прессовании;
R0 и R1 - внешний радиус биметаллической заготовки до и после деформации соответственно;
Rc - радиус сердечника заготовки;
σ s c - сопротивление деформации металла сердечника;
σ s o - сопротивление деформации металла оболочки.



 

Похожие патенты:
Изобретение предназначено для снижения энергетических затрат, трудоемкости процесса и минимизации отходов при изготовлении неограниченно протяженного прутка из дистиллированного кальция.

Изобретение предназначено для улучшения технико-экономических показателей процесса прессования прутковых и проволочных заготовок. Способ заключается в выдавливании металла, помещенного в замкнутую полость контейнера, через отверстие конической матрицы.

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано при изготовлении изделий с полостью из труднодеформируемых сталей и титановых сплавов.

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано при изготовлении крупногабаритных стальных труб методом горячего прессования на вертикальных прессах с использованием стеклянных смазок.

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к производству полых профилей методом непрерывной прокатки и прессования, и может быть использовано при производстве труб из специальных сталей и сплавов.

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано в кузнечных цехах металлургических и машиностроительных заводов при изготовлении полых деталей.

Изобретение относится к обработке металлов давлением. .

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при производстве труб. Прессование полых профилей ведут в устройстве, которое содержит контейнер, пуансон, матрицу с центрирующим стаканом, пресс-шайбу со сквозным отверстием и пресс-иглу с коническим участком. Пуансон имеет глухое отверстие, в котором закреплено амортизирующее устройство, соединенное с концом пресс-иглы. Пресс-игла перемещается вдоль оси прессования внутри пуансона и пресс-шайбы. В последней выполнено углубление, соответствующее по форме участку пресс-иглы с максимальным диаметром. После установки в контейнер заготовки, введения в нее и центрирования пресс-иглы последнюю перемещают до соприкосновения ее конического участка с торцевой поверхностью заготовки. Затем пресс-иглу перемещают внутри пуансона в сторону, противоположную направлению прессования. После образования пресс-остатка останавливают движение пуансона и перемещают пресс-иглу в направлении прессования. Производят продавливание пресс-остатка в отверстие матрицы коническим участком пресс-иглы. В результате обеспечивается полная выпрессовка полого профиля без образования пресс-остатка. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к обработке металлов давлением и предназначено для прессования триметаллической заготовки, состоящей из трех разнородных материалов. Способ включает помещение триметаллической заготовки в замкнутый контейнер и выдавливание заготовки через отверстие конической матрицы приложением усилия к заднему торцу прессуемой триметаллической заготовки. Снижение усилия прессования и энергоемкости процесса прессования обеспечивается за счет того, что используют матрицу, угол наклона образующей конического канала к оси прессования которой регламентируется математической зависимостью, позволяющей повысить единичные обжатия, стойкость технологического инструмента и качество поверхности прессуемых изделий. 1 ил., 1 пр.

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при производстве длинномерных заготовок типа прутков и профилей из конструкционных титановых сплавов методом изотермической экструзии. Производят ковку или прокатку слитка при температуре β-области с получением прутка. Пруток режут на заготовки, которые подвергают промежуточной ковке при температуре (α+β)-области, механически обрабатывают, нагревают до температуры (α+β)-области и деформируют. Деформирование осуществляют экструдированием в матрице из жаропрочного никелевого сплава на прессе с получением прутка или профиля. Механическую обработку производят путем обтачивания заготовок с нарезанием на боковой поверхности продольных канавок или резьбы для смазки. На поверхность механически обработанных заготовок наносят смазку и помещают их в матрицу из жаропрочного никелевого сплава. Заготовки нагревают вместе с матрицей. В результате обеспечивается получение длинномерных заготовок с равномерной регламентированной мелкозернистой структурой и снижение трудоемкости изготовления.5 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл., 1 пр.
Наверх