Способ прессования триметаллических заготовок

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 предназначено для прессования триметаллической заготовки, состоящей из трех разнородных материалов.

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

Известен способ обработки металлов прессованием, заключающийся в выдавливании металла, помещенного в замкнутую полость контейнера, через отверстие конической матрицы (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.

Признаки прототипа, совпадающие с признаками заявляемого изобретения, - помещение триметаллической заготовки в замкнутый контейнер и выдавливание заготовки через отверстие конической матрицы приложением усилия к заднему торцу прессуемой 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, включающем помещение триметаллической заготовки в замкнутый контейнер и выдавливание заготовки через отверстие конической матрицы приложением усилия к заднему торцу прессуемой триметаллической заготовки, используют матрицу, угол наклона образующей конического канала к оси прессования которой рассчитывают по формуле

где f - коэффициент трения в зоне деформации;

λ = R 0 2 R 3 2 - вытяжка при прессовании;

R0 - наружный радиус заготовки до деформации;

R1 - радиус промежуточного слоя;

R2 - радиус сердечника;

R3 - радиус наружной поверхности триметаллической заготовки после деформации;

σ s 1 c и σ s 2 c - сопротивление деформации металла сердечника;

σ s 0 0 - усредненное значение сопротивление деформации материала оболочки;

R 1 ¯ = R 1 R 0 ; R ¯ 2 = R 2 R 0 ; R ¯ 3 = R 3 R 0 - относительные толщины слоев триметаллической заготовки.

Признаки предполагаемого способа, отличительные от прототипа - использование матрицы, угол наклона образующей конического канала к оси прессования которой составляет:

Способ поясняется чертежом, на котором приведена схема деформации прессованием триметаллической заготовки, состоящей из трех разнородных материалов. На чертеже показаны: 1 - промежуточный слой; 2 - центральная часть заготовки; 3 - оболочка; 4 - прессовый инструмент.

При прессовании триметаллической заготовки коэффициент вытяжки является одним и тем же и для всех трех составляющих частей заготовки. Пластическая деформация в процессах обработки металлов давлением характеризуется степенью деформации. Для центральной части заготовки 2 (фиг.) степень деформации равна [Колмогоров Г.Л. Гидродинамическая смазка при обработке металлов давлением. - М.: Металлургия, 1986, 168 с.]:

где α M ' - угол наклона образующей центральной части заготовки к оси прессования.

Из геометрических соотношений (фиг.) следует:

где R2 - радиус сердечника; R0 - наружный радиус заготовки до деформации. Для промежуточного слоя 1 материала степень деформации равна:

где α M ' ' - угол наклона образующей промежуточного слоя к оси прессования.

Из геометрических соотношений следует:

где R1 - радиус промежуточного слоя;

R0 - наружный радиус заготовки.

Тогда средняя степень деформации центральной части заготовки равна:

Для промежуточного слоя: ε с р = ln λ + 4 3 3 R 1 R 0 t g α м .    (7)

Для оболочки 3: ε с р = ln λ + 4 3 3 t g α м .    (8)

Для усредненного значения сопротивления деформации сердечника составляющая напряжения, связанная с пластической деформацией сердечника, с учетом соотношений (6) и (7) составит:

Напряжению (9) и (10) соответствует доля полного усилия прессования центральной части сердечника и промежуточного слоя триметаллической заготовки:

где F1 и F2 - соответствующие площади.

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

Напряжение прессования оболочки для усредненного значения сопротивления деформации равно:

где σ s 0 o - усредненное значение сопротивления деформации материала оболочки.

Соответственно доля общего усилия прессования, пошедшего на деформацию, составила:

Для оболочки необходим учет сил трения в рабочей части зоны деформации. Проекция результирующей сил трения на ось прессования запишется в виде:

где R3 - радиус наружной поверхности триметаллической заготовки после деформации.

В общее среднее напряжение прессования вклад от преодоления сил трения в зоне деформации составил:

σ м о = σ s 0 о ( λ 1 ) f c t g α м / λ .    (15)

Оптимальный угол наклона образующей матрицы к оси прессования определен из условия минимума полного напряжения прессования, при этом от угла αм зависят лишь σ п л с , σ п л о , σ М о , поэтому условие минимума усилия прессования получено в виде:

Суммарное напряжение прессования, включающее лишь величины, зависящие от αм, при этом равно:

После дифференцирования выражения (17) по TgαМ, преобразований и упрощений получим:

где f - коэффициент трения в зоне деформации;

λ = R 0 2 R 3 2 - вытяжка при прессовании;

R0 - наружный радиус заготовки до деформации;

R1 - радиус промежуточного слоя;

R2 - радиус сердечника;

R3 - радиус наружной поверхности триметаллической заготовки после деформации;

σ s 1 с и σ s 2 c - сопротивление деформации металла сердечника;

σ s 0 0 - усредненное значение сопротивление деформации материала оболочки;

R 1 ¯ = R 1 R 0 ; R ¯ 2 = R 2 R 0 ; R ¯ 3 = R 3 R 0 - относительные толщины слоев триметаллической заготовки.

Соотношение (18) обеспечивает минимальное значение усилия прессования и минимальную энергоемкость процесса прессования. При снижении усилия прессования появляется возможность повышения обжатий при прессовании, применения менее мощного технологического оборудования. При этом повышается износостойкость матриц и качество поверхности прессуемых изделий.

Пример конкретной реализации.

В качестве примера рассмотрим прессование сверхпроводниковой триметаллической сборной заготовки. Прессовали сборную триметаллическую заготовку, состоящую из сверхпроводящего ниобиевого промежуточного слоя, медной оболочки и медного сердечника, соотношение R 1 ¯ = 0 , 5 ; R 2 ¯ = 0 , 25 с вытяжкой λ=13, при этом σ s 1 c σ s 0 o = 0 , 5 . Для прессования применили стандартную матрицу с αм=80°. Для приведенного сопротивления деформации напряжение прессования составило 5,17 МПа.

В соответствии с формулой (18) оптимальным углом наклона образующей рабочего канала матрицы оказался угол, равный 56°, которому соответствует напряжение прессования σпр=2,94 МПа.

Таким образом, оптимизация угла наклона образующей рабочего канала матрицы привело к снижению напряжения прессования на 2,23 МПа, что составляет 43,1%.

Способ прессования триметаллических заготовок, включающий помещение триметаллической заготовки в замкнутый контейнер и выдавливание заготовки через отверстие конической матрицы приложением усилия к заднему торцу прессуемой триметаллической заготовки, отличающийся тем, что используют матрицу, угол наклона образующей конического канала к оси прессования которой рассчитывают по формуле
,
где f - коэффициент трения в зоне деформации;
- вытяжка при прессовании;
R0 - наружный радиус заготовки до деформации;
R1 - радиус промежуточного слоя;
R2 - радиус сердечника;
R3 - радиус наружной поверхности триметаллической заготовки после деформации;
и - сопротивление деформации металла промежуточного слоя и сердечника;
- усредненное значение сопротивление деформации материала оболочки;
; ; - относительные толщины слоев триметаллической заготовки.



 

Похожие патенты:

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.

Изобретение предназначено для снижения усилия прессования и энергоемкости процесса прессования биметаллических прутков и проволоки из биметаллических заготовок.
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 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.

Изобретение относится к обработке металлов давлением. Инструмент для прошивки заготовки под прессование трубы содержит контейнер, матрицу с подпорной иглой, пресс-штемпель с концентрично размещенной в нем с зазором подвижной в осевом направлении прошивной иглой со съемным наконечником. На переднем торце пресс-штемпеля размещена шайба с осевым отверстием, торцевая поверхность которой выполнена с расширяющимся в сторону заготовки углублением в виде усеченного конуса. Радиус меньшего основания конуса больше радиуса отверстия шайбы. Технический результат заключается в обеспечении снижения усилия прессования труб и расходного коэффициента металла. 2 ил.

Изобретение относится к обработке металлов давлением и предназначено для производства осесимметричных прутковых изделий гидромеханическим прессованием. Способ включает выдавливание осесимметричной прутковой заготовки, помещенной в контейнер, через коническую матрицу воздействием на задний конец заготовки пуансоном усилием Р. Предельное соотношение длины lпр заготовки и диаметра заготовки d0 определяют из условия сохранения устойчивости заготовки по формуле: где Е - модуль упругости материала заготовки, МПа, - коэффициент вытяжки при прессовании, d0, d1 - диаметр заготовки и диаметр изделия после прессования соответственно, мм, σs - сопротивление деформации прессуемого материала, МПа, αм - угол наклона образующей матрицы к оси прессования, град, - коэффициент трения в очаге деформации. Технический результат заключатся в возможности определения предельных соотношений длины и диаметра заготовки из условия сохранения устойчивости заготовки при воздействии осевого усилия с учетом технологических параметров процесса пластического деформирования. 1 ил., 1 пр.

Изобретение относится к способам прямого или обратного прессования заготовок для получения экструдированных металлических труб и дорнам для прессования. Способ включает использование дорна, имеющего между упомянутыми двумя поверхностями прессования (63, 64) переходный участок (66), на котором выполняют опорную поверхность (62), причем при перемещении дорна (6) относительно прессовой матрицы (2) из его первого положения прессования в его второе положение прессования для упомянутой заготовки обеспечивают опору по оси прессовой матрицы (2) посредством упомянутой опорной поверхности (62). Дорн (6) содержит две поверхности прессования (63, 64), которые имеют разные радиусы, ориентированные под одним и тем же углом относительно оси дорна, а радиус опорной поверхности (62) ориентирован под тем же углом относительно оси (68) дорна и имеет величину, превышающую 5% от разности упомянутых радиусов двух поверхностей прессования (63, 64), но меньшую, чем больший из двух упомянутых радиусов или чем радиус дополнительной опорной поверхности (62), ориентированный под тем же углом относительно оси (68) дорна. Технический результат заключается в получении экструдированных металлических труб, в которых отрицательное влияние перетяжек минимизировано. 7 н. и 15 з.п. ф-лы, 5 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.

Наверх