Способ электропластического формования деталей из титановых сплавов

Изобретение относится к электропластической формообразующей обработке титановых сплавов и может быть использовано при изготовлении имплантатов медицинского назначения. К заготовке прикладывают механическую нагрузку и импульсный электрический ток. Механическую нагрузку создают прессом при температуре деформации, не превышающей 350°С. При этом используют пуансон и матрицу, электрически изолированные от пресса. Импульсный ток подводят к пуансону и матрице с частотой F=100-1000 Гц. Длительность импульса τ=100-1000 мкс. Амплитудная плотность тока j=10-100 А/мм², скважность 10-20. В результате обеспечивается требуемое пластическое формообразование изделий из титановых полуфабрикатов без образования трещин. 4 пр.

 

Изобретение относится к электропластической формообразующей (изгиб, прессование) обработке титановых сплавов, в частности, может быть использовано при изготовлении имплантатов медицинского назначения.

Известен способ электропластического формования деталей из титановых сплавов, включающий приложения к заготовке механической нагрузки и импульсного электрического тока.

(Патент РФ №2086338, B21J 5/00, 1994 г.)

Способ реализуется путем расчета направлений главных напряжений (растяжения, сжатия) в деформируемой заготовке, последующей деформации заготовки до уровня напряжений, превышающих предел текучести материала, и пропускании через заготовку, без снятия нагрузки, электрического тока. Деформирование останавливают, нагрузку фиксируют. Импульсы электрического тока пропускают поочередно во всех предварительно установленных направлениях главных напряжений. Деформирование продолжают до достижения напряжений, превышающих предыдущий уровень на 8-10%.

Данный способ по технической сущности и достигаемому результату наиболее близок к изобретению и, поэтому, принят в качестве его прототипа.

Реализация способа осуществляется регулированием рабочих параметров процесса в зависимости от размера зерна, исходной структуры, площади поперечного сечения заготовок. С увеличением диаметра заготовок или толщины, предпочтительным является снижение частоты тока и увеличение длительности импульса и/или плотности в указанных пределах.

Недостатками известного способа является поочередное пропускание импульсов в направлениях действия главных напряжений, что сильно замедляет процесс деформации, а также усложняет схему подключения генератора. Кроме того, ведением процесса при высокой температуре - 800°С ведет к образованию трещин в готовом изделии.

Ожидаемый технический результат в предложенном способе изобретения - ускорение процесса с одновременным улучшением трещиностойкости.

Поставленная задача решается способом электропластического формования деталей из титановых сплавов, включающем приложения к заготовке механической нагрузки и импульсного электрического тока, причем механическая нагрузка на заготовку создается прессом при температуре деформации не превышающей 350°С, с использованием пуансона и матрицы, электрически изолированных от пресса, а импульсный ток подводится к пуансону и матрице, с частотой F=100-1000 Гц, длительностью импульса τ=100-1000 мкс, при амплитудной плотности тока j=10-100 А/мм² и скважности (отношение периода к длительности импульса) 10-20.

Низкая температура деформации ниже температуры полиморфного превращения титана, способствует снижению толщины оксидной пленки, в отличии от горячей штамповки. Данное обстоятельство улучшает технологичность, снижает трудозатраты и потребление электрической энергии. Изменение микроструктуры сплавов, в отличие от «горячей» деформации незначительно, рост зерна отсутствует, что благоприятно сказывается на механических характеристиках конечного изделия.

Изобретение иллюстрируют примерами выполнения.

Пример 1. Осуществляют изгиб заготовок медицинских имплантатов из сплава титана в виде углообразных пластин. Для формования используется гибочный пресс, с изолированной формообразующей оснасткой - матрицей и пуансоном. Исходным материалом является полоса сечением 2×10 мм и длиной 45 мм. Лист разрезается на карточки, из которых электроэрозионным методом вырезаются заготовки. Заготовки подвергают изгибу до угла 120°°, при температуре 250°С. Параметры импульсного тока, вводимого в зону деформации, регулируются генератором и составляют: амплитудная плотность тока 100 А/мм², частота 1 кГц и длительность импульсов τ=100 мкс, скважность 10.

Пример 2.

Осуществляют изгиб заготовки из сплава титана в виде прутка. Для формования используется гибочный пресс, с изолированной формообразующей оснасткой - матрицей и пуансоном. Исходным материалом является пруток сечением 10 мм и длиной 40 мм. Заготовку подвергают изгибу до угла 110°, при температуре 300°С. Параметры импульсного тока, вводимого в зону деформации, регулируются генератором и составляют: амплитудная плотность тока 10 А/мм², частота 100 Гц и длительность импульсов τ=1000 мкс, скважность 10.

Пример 3.

Осуществляют изгиб заготовок из сплава титана в виде углообразных пластин. Для формования используется гибочный пресс, с изолированной формообразующей оснасткой - матрицей и пуансоном. Исходным материалом является полоса сечением 2×10 мм и длиной 45 мм. Лист разрезается на карточки, из которых электроэрозионным методом вырезаются заготовки. Заготовки подвергают изгибу до угла 120°, при температуре 500°С. Параметры импульсного тока, вводимого в зону деформации, регулируются генератором и составляют: амплитудная плотность тока 20 А/мм², частота 1000 Гц и длительность импульсов τ=500 мкс, скважность 2.

Пример 4.

Осуществляют изгиб заготовки из сплава титана в виде прутка. Для формования используется гибочный пресс, с изолированной формообразующей оснасткой - матрицей и пуансоном. Исходным материалом является пруток сечением 10 мм и длиной 40 мм. Заготовку подвергают изгибу до угла 110°, при температуре 430°С. Параметры импульсного тока, вводимого в зону деформации, регулируются генератором и составляют: амплитудная плотность тока 50 А/мм², частота 600 Гц и длительность импульсов τ=200 мкс, скважность 8,3.

Положительный эффект получен при изготовлении образцов изделий по примерам 1 и 2, при оптимальных параметрах процесса и состоит в получении изделий без образования трещин и окалины, которая образуется при штамповке известным способом при температуре 800°С. Тем самым исключается трудоемкая операция ручного шлифования поверхности. Формообразование образцов изделий по примерам 3 и 4, изготовленных при нарушении, заявленных оптимальных параметров процесса, признано неудачным, а изделия забракованы.

Предложенный способ обеспечивает требуемое пластическое формообразование изделий из титановых полуфабрикатов без образования трещин, что благоприятно сказывается на производительности способа, качестве и технологичности получения готовых изделий.

Способ электропластического формования деталей из титановых сплавов, включающий приложение к заготовке механической нагрузки и импульсного электрического тока, отличающийся тем, что механическая нагрузка на заготовку создается прессом при температуре деформации, не превышающей 350°С, с использованием пуансона и матрицы, электрически изолированных от пресса, а импульсный ток подводится к пуансону и матрице с частотой F=100-1000 Гц, длительностью импульса τ=100-1000 мкс, при амплитудной плотности тока j=10-100 А/мм² и скважности 10-20.