Способ изготовления контейнера для горячего прессования металлов и сплавов

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 27.02.80 (21) 2887653/25-27 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (51) N Кл

В 21 С 25/00

В 21 С 25/10

Государствеииый комитет

СССР (53) УДК 621.777..07 (088.8) Опубликовано 07.02.82. Бюллетень № 5

Дата опубликования описания 17.02.82 йо делан язобретеиий и открытий - ii 4 ф ь|»

Л. С. Кохан, Г. А. Навроцкий и Ю. В. едков а;;,.:.-:.; "3

1 (72) Авторы изобретения

Московский вечерний металлургический институт (7l ) Заявитель (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОНТЕЙНЕРА

ДЛЯ Г©РЯЧЕГО ПРЕССОВАНИЯ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

Изобретение относится к обработке металлрв давлением и может быть использовано при изготовлении контейнеров, предназначенных для горячего прессования металлов и сплавов с нагревом для температур, при которых материал втулок контейнера проявляет релаксационные свойства.

Известные способы изготовления многослойных (многовтулочных) контейнеров для горячего прессования заключаются в том, что эти контейнеры собирают из двух или нескольких втулок (колец), посаженных друг на друга с натягом, т. е. запрессованных друг в друге (1).

В материале втулок такого контейнера, нагретого до рабочей температуры и нагруженного рабочим давлением прессования, как правило, активируются релаксационные процессы. Они выражаются в том, что натяги и, соответственно, контактные напряжения (давления), вызываемые этими натягами на посадочных поверхностях втулок, уменьшаются с течением времени.

Ослабление натягов ведет к нежелательному перераспределению внутренних напряжений в теле контейнера, снижающего стойкость последнего. Недостатки устраняются путем увеличения количества втулок контейнера, за счет чего достигается уменьшение напряжений по его объему, и изготовление втулок из высокопрочных материалов, обладающих повышенной термической и релаксационной стойкостью. Однако увеличение количества втулок контейнера или применение для их изготовления материалов, обладающих улучшенными физико-механическими характеристиками, часто ведет к повышению стоимости конструкции.

Известен способ изготовления контейнера для горячего прессования металлов и сплавов методом запрессовки рабочей (внутренней) втулки в корпус (наружную втулку) с заранее определенным номинальным натягом посадки. Затем производят нагрев

15 контейнера до рабочей температуры и выдержку при рабочем давлении (2).

Прочность такого контейнера характеризуется величинами эквивалентных напряжений, которые вычисляются для момента нагружения контейнера рабочим давлением

® прессования.

При этом наибольшие эквивалентные напряжения имеют место на поверхности отверстия рабочей втулки и на посадочной

902883 х = 245

3 поверхности корпуса. Результатом действия контактного давления, вызванного натягом, является понижение эквивалентных напряжений на поверхности отверстия рабочей втулки и повышение их на посадочной поверхности корпуса.

Поэтому номинальный натяг посадки втулок задают таким, чтобы эти напряжения не превышали допустимого. Таким образом, номинальный натяг обуславливает требуемый характер распределения напряжения по объему контейнера, и прочность последнего считается обеспеченной.

Но в результате процессов релаксации напряжений, протекающих в материале втулок при рабочей температуре контейнера, номинальный натяг и, соответственно, номинальное контактное давление через некоторое время снижаются. Поэтому распределение напряжений по объему контейнера перестает соответствовать заданному, и прочность контейнера может оказаться. неудовлетворительной. Следовательно, рассмотренный способ изготовления контейнера не гарантирует получения надежной конструкции.

Цель изобретения — повышение прочности контейнера.

Цель достигается тем, что втулки запрессовывают с натягом, превышающим номинальный на величину снижения напряжения при релаксации, а выдержку под рабочим давлением осуществляют в течение времени релаксации до снижения напряжения до номинальной величины натяга.

По истечении выдержки контейнер можно пускать в эксплуатацию, т. е. нагружать рабочим давлением прессования.

Пример. Требуется йзготовить двухслойный контейнер для горячего прессования при рабочей температуре 500 С и давлении прессования Р = 25 кгс/мм со следующими конструктивными размерами, мм:

Радиус отверстия рабочей втулки а = 100

Радиус посадочной поверхности

Наружный радиус корпуса в = 600

Номинальный натяг посадки втулок 3„= 0,65

Этим размерам соответствуют следующие значения коэффициентов.

А = 2,06; В = 2,40; С = 0,34; D = 2,40.

В качестве материала втулок используют сталь ЗОХМ; механические свойства которой при 500 С известны: 6, = 43кГс/мм, 6> — — 51 кГс/мм . Допускаемое напряжение (1э ) для этой стали принимается равным 35 кГс/мм . Модуль нормальной упругости Е для стали 30ХМ при 500 С составляет 1,48:104 кГс/мм . Релаксационные свойства стали 30ХМ при 500 С определяется по экспериментальным кривым релаксации. Каждая кривая релаксации состоит из двух участков: участка интенсивной релаксации †п t (30 ч и участка умеренной релаксации — при t>30 ч. На участке умеренной релаксации напряжения практически постоянны, поэтбму величина релаксации для стали ЗОХМ при 500 С представэ лает собой разность начального напряжения (О) и напряжения 6 (30), оставшегося в образце через 30 ч после началй испытаний. На участке интенсивной релаксации за 30 ч начальные напряжения от уров„ней 30,8; 25,92; 20,0 и 14,1 кГс/мм снижаются соответственно до уровней 12,5;

11,8; 10,0 и 7,5 кГс/мм . Отсюда получаются следующие значения величины релаксации напряжений 6 (О) — е (30): 18,3;

14,12; 10,0 и 6,6 кГс/мм . Коэффициент К

1э соответствует значению Е = 1,48.104 кГс/мм а также приведенным выше размерам контейнера, равен 10,79.

По этим исходным данным вначале определяют номинальные параметры контей20 нера а) номинальное контактное давление

Р„, = К 6„= 10,79 0,65 = 7,01 кГс/м ; б) номинальные эквивалентные напряжения для рабочей втулки и корпуса контейнера

25 6„„— = А P — В Ркн = 2 0625— — 2,4 7,01 = 34,7 кГс/мм бэкв= С Р+ D Ðêí = 034 25+ 2,47,01

== 25,3 кГс/мм .

Затем проверяют условие прочности контейнера с номинальными параметрами

30 бмакс = бэкон = 34,7 кГс/мм2 < (б )=

= 35 кГс/мм . °

Далее определяют параметры, необходимые для изготовления контейнера. чтобы в собранном контейнере по истечении 30-ти часового периода интенсивной релаксации получить номинальное контактное давление

Р„, сборочное контактное давление Рк принимают повышенным относительно Р„„ на известную величину релаксации, составляющую в данном случае 6,6 кГс/мм, пос4п кольку д (О) = 14,1 кГс/мм и 6 (30) =

= 7,5 кГс/мм .

Отсюда

Р, =Р„„+ (6 (О)- 6(30)) =7,01+

+ (14,1 — 7,5) = 13 61 кГс/мм 2.

Сборочный натяг, соответствующий по4> лученному значению Рк

Значение Р„= 13,61 кГс/мм подставляют в формулу (8), считая рабочее давление прессования неизвестным, т. е. полагая Р = Р„ и приравнивая все выражение допускаемому напряжению

С Р„+ В Р„= (6 ).

Из последнего выражения находят неизвестное внутреннее давление

55 р (61-0 >к ь$-2,4.%61 6 9 кГ с/ми с оз

Затем производят сборку контейнера с натягом посадки втулок Я = 1,26 мм. Соб902883

6 контейнера уменьшенных габаритов, веса и стоимости.

Формула изобретения

5 ранный и нагретый до рабочей температуры контейнер нагружают внутренним давлением

Р„= 6,9 кГс/мм, после чего производят выдержку контейнера при этом внутреннем давлении и рабочей температуре 500 С в течение 30 ч. 3а это время сборочное контактное давление P = 13,61 кГс/мм, сооответствующее натягу 1,26мм, снизится приблизительно до 7 кГс/мм, что соответствует номинальному натягу 8н= 0,65 мм. В итоге параметры контейнера соответствуют .номинальным, и он готов к эксплуатации при заданном рабочем давлении прессования

P = 25 кГс/мм 2.

Предлагаемый способ изготовления контейнера позволяет полностью компенсировать релаксационное снижение натягов (контактных давлений) на посадочных поверхностях втулок контейнеров, чем обусловливается заранее заданное благоприятное распределение натяжений по объему контейнера и, следовательно, повышение его стойкости, и исключить увеличение количества втулок контейнера, что нередко вызывается необходимостью компенсации релаксационного снижения натяга за счет снижения уровня сборочных контактных напряжений, следовательно, возможность изготовления

Способ изготовления контейнера для горячего прессования металлов и сплавов путем запрессовки с натягом одной втулки в другую и последующего нагрева контейнера до рабочей температуры и выдержки при

1О рабочем давлении, отличающийся тем, что, с целью повышения прочности контейнера, втулки запрессовывают с натягом, превышающим номинальный на величину снижения напряжения при релаксации, а выдержку при рабочем давлением осуществляют в

15 течение времени релаксации до снижения напряжения до номинальной величины натяга.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Яновой Н. И. и др. Тепловые процес2О сы при обработке металлов и сплавов давлением. М., «Высшая школа», 1973, с.

553 †5.

2. Жолобов В. В. и др. Инструмент для горячего прессования металлов. М.— Л., «Машиностроение», 1965, с. 39 (прототип).

Составитель В. Волков

Редактор С. Титова Техред А. Бойкас Корректор В. Бутяга

Заказ 12510/10 Тираж 841 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4