Способ штамповки труднодеформируемых материалов (варианты)



Способ штамповки труднодеформируемых материалов (варианты)
Способ штамповки труднодеформируемых материалов (варианты)
Способ штамповки труднодеформируемых материалов (варианты)
Способ штамповки труднодеформируемых материалов (варианты)

 


Владельцы патента RU 2542046:

Открытое акционерное общество "Композит" (ОАО "Композит") (RU)

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано при изготовлении высокотемпературной объемной штамповкой заготовок из материалов с ограниченной пластичностью. При осуществлении каждого варианта способа, включающего осадку и формообразование заготовки пуансоном в заполненной гидростатической средой матрице с созданием одновременно гидростатического давления внутри полости матрицы и вытеснением гидростатической среды в зазор между матрицей и пуансоном или через специальные фильеры в матрице, в качестве гидростатической среды используют технологический пластифицированный металл. При этом площадь сечения фильер и зазоров между матрицей и пуансоном выбирают из условия обеспечения уровня гидростатического давления в процессе деформации, превышающего предел текучести труднодеформируемого материала. По второму варианту осуществления способа штамповку осуществляют непосредственно из порошка со степенью объемной деформации по крайней мере 5%. Повышается качество и расширяются технологические возможности. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 4 ил., 3 пр.

 

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано при изготовлении высокотемпературной объемной штамповкой заготовок из материалов с ограниченной пластичностью.

Современные представления в области пластической деформации труднодеформируемых материалов (ограничено пластичных и хрупких) основаны на необходимости создания условий всестороннего сжатия при процессах формообразования (формовки).

В частности, известны способы обработки давлением труднодеформируемых материалов способами гидростатической деформации (Т.Е. Давидсон. Теоретические основы и применение деформации под высоким давлением. М.: «Металлургия», 1981, с. 229-253).

Процесс гидростатической формовки хорошо обоснован теоретически, практическая же его реализация не получила широкого развития из-за отсутствия специального оборудования, высокой стоимости технологической оснастки и низкой универсальности.

Известен способ штамповки кольцевых заготовок по патенту США 4364251, включающий осадку и раздачу установленной в матрицу кольцевой заготовки созданием внутри нее гидростатического давления несжимаемой среды. Недостатками способа являются низкая технологичность и ограничение типа заготовок кольцевыми.

Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности является способ штамповки по патенту РФ №2311983, принятый за прототип. Способ включает заполнение полости матрицы несжимаемой гидросредой, создание внутри нее пуансоном гидростатического давления, осадку и раздачу установленной в матрицу кольцевой заготовки. В качестве несжимаемой гидросреды используют веретенное масло. Несжимаемая гидросреда вытесняется в зазор между матрицей и пуансоном или через отверстие в матрице для создания напряженного состояния с преобладанием напряжений сжатия. Недостатками способа являются низкая технологичность и недостаточная универсальность.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение технологичности и универсальности при высокотемпературной изотермической объемной штамповке труднодеформируемых материалов.

Технический результат заключается в получении высокотемпературной изотермической объемной штамповкой на универсальных одноходовых прессах заготовок различной формы из материалов с ограниченной пластичностью без разрушения, видимого внешним осмотром.

Этот технический результат достигается тем, что в способе штамповки труднодеформируемых материалов, включающем формообразование заготовки в заполненной гидростатической средой матрице с созданием одновременно пуансоном гидростатического давления внутри полости матрицы и вытеснением гидростатической среды в зазор между матрицей и пуансоном или через фильеры в матрице, при этом в качестве гидростатической среды используют технологический пластифицированный металл, при этом площадь сечения фильер или зазоров между матрицей и пуансоном выбирают из условия обеспечения уровня гидростатического давления в процессе формообразования, превышающего предел текучести труднодеформируемого материала.

Способ может быть применен для штамповки труднодеформируемых материалов непосредственно из порошка, минуя стадию предварительного изготовления компактной заготовки (брикета). Технический результат достигается тем, что в способе штамповки труднодеформируемых материалов в заполненной гидростатической средой матрице с созданием одновременно пуансоном гидростатического давления внутри полости матрицы и вытеснением гидростатической среды в зазор между матрицей и пуансоном или через фильеры в матрице, при этом в качестве гидростатической среды используют технологический пластифицированный металл, при этом площадь сечения фильер или зазоров между матрицей и пуансоном выбирают из условия обеспечения уровня гидростатического давления в процессе формообразования, превышающего предел текучести труднодеформируемого материала, штамповку осуществляют непосредственно из порошка, со степенью объемной деформации по крайней мере 5%.

Вытеснение технологического пластифицированного металла через фильеры или зазоры между матрицей и пуансоном осуществляют с коэффициентом вытяжки 2-100.

На начальном этапе штамповки при величине давления значительно ниже предела текучести труднодеформируемого металла технологический пластифицированный металл, являющийся, по существу, квазижидкостью и выполняющий функцию гидростатической среды, заполняет имеющиеся между матрицей и исходной заготовкой зазоры. После создания внутри матрицы давления пластифицированный металл вытесняется в зазор между матрицей и пуансоном или через фильеры в матрице, рассчитанные таким образом, чтобы давление внутри матрицы поддерживалось выше предела текучести труднодеформируемого металла. Условие обеспечивается при выдавливании технологического пластифицированного металла через фильеры и зазоры между матрицей и пуансоном с коэффициентом вытяжки 2-100. Одновременно производится формовка пуансоном штампованной заготовки. Напряжения сжатия на фронте деформации труднодеформируемого металла предотвращают разрушение труднодеформируемого металла в процессе штамповки. Расположение фильер выбирается таким образом, чтобы при изменении формы труднодеформируемого материала создавалась необходимая направленность структуры.

Применение предлагаемого способа объемной штамповки позволяет на универсальных одноходовых прессах изотермической штамповки получать заготовки различной формы из материалов с ограниченной пластичностью, не усложняя технологическую оснастку дополнительной гидросистемой.

При штамповке труднодеформируемых материалов непосредственно из порошка формообразование осуществляют в одном цикле с получением заготовки осадкой из порошка. Для обеспечения деформации сдвига между частицами порошка с целью улучшения консолидации частиц истинный объем засыпаемого порошка v0 выбирается больше объема штампованной заготовки v, так чтобы объемная деформация (v0-v)/v0×100% после осадки порошка составляла, по крайней мере, 5%. Излишек труднодеформируемого материала вытесняется в зазоры.

Выполнение установленной последовательности действий предохраняет материал от разрушения в процессе штамповки.

Применение способа показано на примерах объемной штамповки заготовок деталей различных типов из композиционного материала (KM) Al-45…47 об. % Si-3 об. % Ni, максимальное относительное удлинение которого в температурном диапазоне вплоть до плавления не превышает 2-3%.

Пример 1. Высокотемпературная объемная изотермическая штамповка заготовки детали типа «гантель» (фиг. 1).

Разборная матрица, состоящая из верхней 1 и нижней 2 частей (в изотермическом блоке), детали штамповой оснастки (пресс-шайбы с фильерами 6, вкладыш 9 с цилиндрической внутренней поверхностью), закладные детали (боковые вкладыши 3 и верхний вкладыш 4) из пластифицируемого металла из сплавов АД1 или АД31 и исходная заготовка 5 диаметром 50 мм (в печи) нагревались до температуры штамповки (для данного КМ 500°C). Пресс-шайбы 6 с отверстиями суммарной площадью от 20 до 90 мм2, боковые вкладыши 3 из пластифицируемого металла и исходная заготовка 5 устанавливались в нижней части 2 разборной матрицы. Устанавливалась верхняя часть разборной матрицы 1. После сборки в отверстие для пуансона 7 в верхней части 1 разборной матрицы закладывался верхний вкладыш из пластифицируемого металла 4. Устанавливался пуансон 7. Собранная матрица с исходной заготовкой и закладными деталями подогревалась в изотермическом блоке в течение 5-15 минут. Материал закладных деталей при температуре штамповки пластифицируется. При приложении усилия к пуансону 7 пластифицированный металл закладных элементов 3 и 4 заполнял имеющиеся между матрицей и исходной заготовкой зазоры. По заполнении зазоров давление внутри матрицы возрастало. По достижении критической величины давления пластифицированный металл АД1 или АД31 вытеснялся через специальные фильеры в пресс-шайбах 6. При этом величина давления, которая превышает предел текучести труднодеформируемого KM Al-Si-Ni, обеспечивалось при суммарном (в обе стороны) коэффициенте вытяжки кв=Fм/Fф, где Fм и Fф - площади сечения матрицы и суммарного сечения фильер, от 10 до 50. При кв>100 затруднялось истечение материала закладных элементов через фильеры, поэтому дальнейшее уменьшение сечения фильер нецелесообразно. Одновременно с вытеснением технологического пластифицированного металла через фильеры происходило внедрение пуансона 7 в исходную заготовку 5 и формовка штампованной заготовки 8 (фиг. 2). Напряжения сжатия на фронте деформации предотвращало разрушение труднодеформируемого КМ в процессе штамповки. Деформация ограничивалась длиной пуансона 7 и упором пуансона 7 в нижнюю часть 2 разборной матрицы.

Аналогично происходила формовка штампованной заготовки на втором переходе. При этом в углубление, сформированное на первом переходе, устанавливался вкладыш 9, соответствующий форме штамповки после 1-го перехода.

Пример 2. Высокотемпературная объемная изотермическая штамповка заготовки детали типа «стакан» непосредственно из порошка, минуя стадию предварительного получения компактной заготовки (фиг. 3).

Разборная матрица, состоящая из разъемной конусной втулки 10, имеющей внутренний диаметр 70 мм, и обоймы 11, устанавливалась на проставке 14, размещенной на столе 13 в камере вакуумного пресса. В матрицу устанавливались пресс-шайба 15, имеющая внутренний диаметр от 60 до 65 мм, нижний вкладыш 16 из пластифицируемого металла АД1 или АД31, внутрь матрицы засыпался порошок 17, устанавливался верхний вкладыш из пластифицируемого металла 18 из сплавов АД1 или АД31, в камере вакуумного пресса создается вакуум, производится нагрев до температуры штамповки (для данного КМ - 500°C). Материал закладных элементов при температуре штамповки пластифицируется. После приложения давления к пуансону 19, имеющему диаметр от 60 до 65 мм, одновременно с уплотнением порошка пластичный металл закладных элементов заполнял имеющиеся между разъемной конусной втулкой 10 и пресс-шайбой 75 и пуансоном 19 зазоры 20 и 21. Давление внутри матрицы возрастало. Порошок 17 уплотняется. После уплотнения порошка и достижения критической величины давления пластифицированный металл АД1 или АД31 вытеснялся в зазоры 20 и 21. Величина зазора k 2,5-5 мм обеспечивала суммарный (двухсторонний) коэффициент вытяжки кв-dм2/dn2 в пределах 25-98 мм, где dм и dn - диаметры разъемной конусной втулки 10 и пуансона 19, превышение давления над пределом текучести штампуемого КМ и вытеснение в зазоры излишка труднодеформируемого материала. Одновременно с вытеснением технологического пластифицированного металла в зазор происходит внедрение формообразующей части 22 пуансона 19, имеющей средний диаметр 55 мм, в порошок 77 и формовка штампованной заготовки 23. Степень объемной деформации к0, оцененная по отношению к0uш где νu - расчетная плотность уплотненного исходного порошка, νш - расчетная плотность штампованной заготовки, составляла 5%. Штамповка в условиях объемного сжатия предотвращает разрушение труднодеформируемого КМ. Как и в примере 1, деформация может быть ограничена и упором пуансона в матрицу.

Пример 3. Высокотемпературная объемная изотермическая штамповка заготовки детали типа «крышка» (фиг. 4).

Матрица 23 (в изотермическом блоке), дно 24, разрезная втулка 25, имеющая внутренний диаметр 50 мм, закладные элементы 26 и 27 из пластифицируемого металла АД1 или АД31 и исходная заготовка, представляющая шайбу с диаметром 50 мм, равным внутреннему диаметру разрезной втулки 25, (в печи) нагревались до температуры штамповки (для данного КМ - 500°C). Нижний закладной элемент 26 из пластифицируемого металла, исходная заготовка и верхний закладной элемент 27 устанавливались внутрь разрезной втулки 25. Собранная матрица с исходной заготовкой и закладными деталями подогревалась в изотермическом блоке в течение 5-15 минут. Материал закладных элементов при температуре штамповки пластифицируется. При приложении усилия Ρ к пуансону 28, по мере деформации исходной заготовки, пластичный металл нижнего закладного элемента заполнял имеющийся зазор 29 в дне 24, а металл верхнего закладного элемента заполняет зазор 30 между разрезной втулкой 25 и пуансоном 28. Одновременно с этим излишек металла нижнего вкладыша 26 вытеснялся через отверстие диаметром 6 мм в дне 25 (коэффициент вытяжки 35), металл исходной заготовки заполняет освободившийся объем в дне 24, происходит формовка конусной части штампованной заготовки 31 с диаметром основания 40 мм. Растягивающие напряжения на фронте деформации существенно снижались или снимались в результате сопротивления материала нижнего вкладыша, что предотвращает разрушение труднодеформируемого КМ в процессе штамповки. Деформация ограничивается упором пуансона 28 в разрезную втулку 25. Извлечение штампованной заготовки из матрицы осуществляется выталкивателем 32.

1. Способ штамповки труднодеформируемых материалов, включающий формообразование заготовки в заполненной гидростатической средой матрице с созданием пуансоном одновременно гидростатического давления внутри полости матрицы и вытеснением гидростатической среды в зазор между матрицей и пуансоном или через фильеры в матрице, отличающийся тем, что в качестве гидростатической среды используют технологический пластифицированный металл, при этом площадь сечения фильер или зазоров между матрицей и пуансоном выбирают из условия обеспечения уровня гидростатического давления в процессе формообразования, превышающего предел текучести труднодеформируемого материала.

2. Способ штамповки по п. 1, отличающийся тем, что вытеснение технологического пластифицированного металла через фильеры или зазоры между матрицей и пуансоном осуществляют с коэффициентом вытяжки 2-100.

3. Способ штамповки труднодеформируемых материалов в заполненной гидростатической средой матрице с созданием пуансоном одновременно гидростатического давления внутри полости матрицы и вытеснением гидростатической среды в зазор между матрицей и пуансоном или через фильеры в матрице, отличающийся тем, что в качестве гидростатической среды используют технологический пластифицированный металл, при этом площадь сечения фильер или зазоров между матрицей и пуансоном выбирают из условия обеспечения уровня гидростатического давления в процессе формообразования, превышающего предел текучести труднодеформируемого материала, штамповку осуществляют непосредственно из порошка, со степенью объемной деформации по крайней мере 5%.

4. Способ штамповки по п. 3, отличающийся тем, что вытеснение технологического пластифицированного металла через фильеры или зазоры между матрицей и пуансоном осуществляют с коэффициентом вытяжки 2-100.



 

Похожие патенты:

Изобретение может быть использовано для изготовления многослойных металлических панелей, например, в аэрокосмическом машиностроении. Предварительно листы заполнителя локально соединяют между собой по пересекающимся зонам.

Изобретение может быть использовано при изготовлении многослойных панелей методом, предусматривающим совмещение процесса сверхпластичной формовки и диффузионной сварки, например, в аэрокосмической промышленности.

Изобретение относится к оборудованию для обработки металлов давлением и может быть использовано при изготовлении из листовых заготовок таких изделий, как, например, сосуды давления топливных систем космических аппаратов.

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, в частности к формованию заготовки желаемой конфигурации. Заготовку со средой для гидростатического прессования загружают в полость матрицы.

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, более конкретно, к способам изготовления полой лопатки вентилятора газотурбинного двигателя (ГТД), состоящей из выполненных из титанового сплава обшивок и заполнителя.

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, в частности к листовой штамповке, и может быть использовано при получении днищ различной формы. .

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, в частности, для получения деталей типа днищ листовой штамповкой. .

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при обработке материалов резанием при помощи струи воды. .

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для термовакуумной обработки изделий в управляемом температурном поле с целью высокоточного исполнения технических параметров склеиваемых или формуемых многослойных изделий из композиционных материалов и легких сплавов, отверждающихся при температурах выше температуры окружающей среды.

Изобретение относится к обработке металлов давлением, а именно к пневмотермической формовке деталей из листовых заготовок. .

Изобретение может быть использовано для получения металлических панелей из титановых сплавов. Изготавливают заготовки заполнителя из двух листов титанового сплава ВТ6 толщиной 1 мм с продольной формой прокатки. Пакет листовых заготовок обваривают по контуру и проваривают рядом непрерывных ортогональных швов. Собранный пакет размещают между листами обшивок и нагревают в печи до температуры 800°C. Осуществляют формообразование заполнителя путем подачи в него газа под давлением. Скорость деформации ξ заполнителя при формовании выбирают из условия 5·10-4с-1<ξ<1·10-2с-1. Способ обеспечивает повышение прочностных характеристик готовых изделий за счет увеличения сверхпластичности и существенного снижения газонасыщенного поверхностного слоя. 1 ил.

Изобретение относится к области обработки металлов давлением. С использованием диффузионной сварки и сверхпластической формовки собирают заготовки обшивок и заполнителя в пакет. Предварительно на участки контактирующих поверхностей заготовок обшивок и заполнителя по заданному трафаретному рисунку наносят защитное покрытие. В заготовках обшивок выполняют проточку, а в заготовке заполнителя - прорезь для установки по крайней мере одной трубки. Герметизируют пакет по кромкам, исключая место установки по крайней мере одной трубки. Устанавливают трубку, соединяя ее с коллекторной зоной, и удаляют из полостей пакета кислород и связующее вещество защитного покрытия. Полностью герметизируют пакет, нагревают его и осуществляют диффузионную сварку заготовок по входной, выходной и периферийной кромкам. Придают цельной конструкционной заготовке аэродинамический профиль, производят сверхпластическую формовку посредством подачи в полости между заготовками обшивок и заполнителя рабочей среды с использованием по крайней мере одной трубки. Коллекторную зону располагают со стороны пакета, соответствующей периферийной кромке лопатки. Для установки по крайней мере одной трубки проточку в заготовках обшивок и прорезь в заготовке заполнителя выполняют на расстоянии от внешней границы входной или выходной кромки, меньшем L/3, где L - длина хорды лопатки по периферийной кромке. В результате обеспечивается устранение возможности появления брака при изготовлении лопаток без ухудшения эксплуатационных свойств лопатки и без повышения трудоемкости ее изготовления. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к устройствам для изготовления полых изделий, имеющих переменные радиальные сечения вдоль оси заготовки, или изделий с пересекающимися осями, например тройников. Нагревательные элементы установлены в корпусе стационарной нагревательной камеры, который жестко прикреплен к основанию. Имеется датчик температуры и подвижный кожух, установленный с возможностью возвратно-поступательного перемещения по основанию относительно стационарной нагревательной камеры. В кожухе установлен осевой пуансон с центральным сквозным отверстием, через которое проходит шток, взаимодействующий с торцом осевого пуансона. Осевой пуансон имеет отверстие, пневматически связанное с источником подачи газа в полость заготовки. При этом механизм для сжатия торцов заготовки содержит гидроцилиндр с двумя последовательно расположенными поршнями одинакового диаметра, имеющими штоки. Причем шток поршня со стороны заготовки выполнен в виде осевого пуансона со сквозным отверстием, через которое проходит шток другого поршня, который взаимодействует с осевым пуансоном подвижного кожуха. Полости гидроцилиндра гидравлически связаны с источником давления рабочей среды. Разъемная матрица установлена в образованную нагревательной камерой и подвижным кожухом полость. Снижается усилие формовки, уменьшается утонение стенок заготовок при деформировании, что повышает качество полых изделий. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение может быть использовано при изготовлении полых, например, авиационных вентиляторных лопаток. На поверхность участков, не подвергаемых соединению при диффузионной сварке, наносят антиадгезионное покрытие. После диффузионной сварки пакета, собранного из заготовок корыта, спинки и внутреннего каркаса лопатки, осуществляют разрушение адгезионных связей путем приложения отрывающей нагрузки, обеспечивающей отслоение защитного покрытия за счет упругой деформации заготовки на упомянутых участках при воздействии магнитного и/или электрического поля. Разрушение адгезионных связей производят до или после придания упомянутой заготовке аэродинамического профиля. Затем нагревают полученную конструкционную заготовку до температуры сверхпластической формовки и подают в ее полости рабочую среду для создания статического и/или вибростатического давления, необходимого для сверхпластической формовки, до получения полого пера лопатки и формирования ребер жесткости. Способ обеспечивает повышение качества лопаток и надежности процесса их изготовления за счет минимизации влияния загрязнений при разрушении и отслоении антиадгезионного покрытия. 24 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 пр.

Изобретение может быть использовано при изготовлении полых многослойных ячеистых изделий путем диффузионной сварки и сверхпластической формовки, в частности рабочих лопаток вентилятора турбомашины. Пакет состоит из трех заготовок (1, 2, 3), совмещенных друг с другом с образованием между ними рабочей полости (4) и расположенной по ее периметру технологической полости (5), предназначенной для подключения к вакуумной системе. На одну из совмещенных поверхностей каждой пары заготовок, образующих рабочую полость (4), нанесено в соответствии с заданным рисунком антидиффузионное покрытие (7), содержащее связующее вещество, способное к термическому разложению. На противоположной ей поверхности в местах контакта с антидиффузионным покрытием (7) выполнена шероховатость. Между упомянутыми полостями пакета установлен соединительный элемент для обеспечения их сообщения между собой и сообщения рабочей полости с системой подачи газа под давлением при сверхпластической формовке. Изготовленное из упомянутого пакета полое многослойное ячеистое изделие имеет прочное диффузионное соединение и высокую удельную прочность. 4 ил.

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при изготовлении оболочек из листовых материалов сверхпластической формовкой. Устанавливают одну над другой матрицу с глухой полостью и матрицу со сквозной полостью. На каждой матрице закрепляют по заготовке с герметичным защемлением по краям, нагревают, в полость штампа подают избыточное давление газа p1 к одной заготовке и осуществляют ее формоизменение до соприкосновения с другой заготовкой. Затем подают избыточное давление p2 в противоположном направлении и продолжают формоизменение двух заготовок до полного контакта с рабочей поверхностью матрицы и поверхностью другой заготовки, после чего сбрасывают избыточное давление p2 и осуществляют одновременное формоизменение с реверсированием двух заготовок избыточным давлением p1 до момента соприкосновения с рабочими поверхностями матриц и получением одной готовой оболочки и одного полуфабриката. После этого отформованную оболочку, полуфабрикат и матрицу со сквозной полостью удаляют. При этом на матрицу с глухой полостью устанавливают плоскую листовую заготовку, а на матрицу со сквозной полостью полуфабрикат, и производят формообразование с подачей избыточного давления p1. Повышается качество оболочек за счет снижения разнотолщинности. 2 н.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при изготовлении различных емкостей, днищ из листовых материалов. Устанавливают две матрицы, расположенные одна над другой. На заготовку большего диаметра наносят смазку с повышенным коэффициентом трения и закрепляют на матрице с глухой полостью с возможностью свободного перемещения фланца в радиальном направлении. Избыточное давление подают к заготовке, закрепленной на матрице со сквозной полостью, и осуществляют формоизменение до момента соприкосновения с рабочими поверхностями матриц и получения одной готовой оболочки и одного полуфабриката. После этого отформованную оболочку, полуфабрикат и матрицу со сквозной полостью удаляют. Далее на матрицу с глухой полостью устанавливают плоскую листовую заготовку, а на матрицу со сквозной полостью устанавливают полуфабрикат с герметичным защемлением по краям и производят формообразование с подачей избыточного давления к полуфабрикату до момента полного соприкосновения с рабочими поверхностями матриц и получением одной готовой оболочки и одного полуфабриката. Уменьшается разнотолщинность. 2 н.п. ф-лы, 6 ил.
Наверх