Способ получения металлических втулок с градиентно-упрочненной структурой

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к способам получения металлических втулок.

Известен способ получения металлических втулок, заключающийся в получении полой заготовки и последующей обработке наружной поверхности обкаткой в роликовой матрице с фиксацией торцов заготовки [Патент RU 2340423, МПК В21Н 1/22, В82В 3/00].

Однако известный способ имеет следующий недостаток: невозможность обработки внутренней поверхности металлических втулок.

Известен способ обработки металлических втулок, заключающийся в одновременной обработке внутренней и наружной поверхностей полой заготовки. Внутреннюю поверхность обрабатывают многократным возвратно-поступательным осевым перемещением раздающего пуансона. Обработку наружной поверхности осуществляют обкаткой в роликовой матрице с фиксацией торцов заготовки и с обжимом последней [Патент RU 2320443, МПК В21D 51/02, С21D 7/04, С22F 1/00, В82В 3/00].

Однако известный способ имеет следующий недостаток: наличие больших сил трения скольжения в зоне контакта заготовки и инструмента и, как следствие, большие потребные силы обработки и смещение масс металла к краям заготовки, что может привести к значительному искажению формы исходной заготовки; незначительная глубина упрочненного слоя и, как следствие, значительные межфазные напряжения между упрочненным и неупрочненным слоем, это в свою очередь ведет к отшелушиванию металла в процессе эксплуатации изделия.

Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в повышении механических свойств втулок путем создания градиентного упрочнения по сечению изделия.

Это достигается тем, что в способе получения металлических втулок с градиентно-упрочненной структурой, заключающемся в получении заготовки и последующей обработке ее внутренней поверхности, в отличие от прототипа обработку внутренней поверхности осуществляют обкатыванием одним или более заглаживающими роликами и деформирующими роликами, имеющими участок большего диаметра, совершающими при этом возвратно-поступательные перемещения в направлении оси отверстия заготовки, при этом наружную боковую поверхность заготовки фиксируют контейнером.

Способ позволяет получить металлические втулки с оптимальным сочетанием механических свойств на внутренней поверхности и градиентное упрочнение по толщине сечения изделия.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлена схема, характеризующая способ получения металлических втулок с градиентно-упрочненной структурой.

Способ осуществляют следующим образом. Заготовку 1 помещают в контейнер 2, при этом заготовка фиксируется от осевого перемещения упором 3 и прижимом 4 с силой Р_пр, затем в полость заготовки вводят ролики 5, один или более из которых имеет участок большего диаметра 6, после чего ролики поджимают к обрабатываемой поверхности с силой Р_p и сообщают крутящий момент М_кр. Внутренняя поверхность формируется многократным возвратно-поступательным осевым перемещением роликов со скоростью V_oc, после чего ролики отводят от обрабатываемой поверхности и выводят из зоны обработки, отводят прижим и извлекают готовое изделие.

При обработке в заготовке возникает локальная зона деформации раздачи вблизи раздающего пояска на деформирующем ролике. Так как поясок имеет скругленную форму, то металл раздается в стороны, и возникают осевые растягивающие деформации в условиях всестороннего сжатия. В месте контакта внутренней поверхности заготовки с заглаживающими роликами возникают ограниченные пятном контакта зоны обжима, т.е. зоны деформации противоположного знака, при этом напряженное состояние в них характеризуется существенной отрицательной гидростатической составляющей, и вытесненный объем металла закатывается обратно. Подобное напряженное состояние способствует существенному повышению ресурса пластичности материала, а накопление знакопеременных деформаций, при совершении нескольких циклов возвратно-поступательных движений - измельчению зерна и формированию градиентной от внутренней поверхности заготовки субмикро-, а при совершении большего числа циклов - наноструктуры материала вблизи внутренней поверхности изделия и, как следствие, градиентного по сечению упрочнения.

Пример. Брали полую литую заготовку с наружным диаметром 45 мм, толщиной стенки 7,5 мм и высотой 80 мм, помещали на позицию обработки, фиксировали ее торцы. Затем вводили ролики и сообщали крутящий момент М_кр. Одновременно внутреннюю поверхность формировали обкатыванием двумя роликами, имеющими гладкую поверхность, и одним роликом, имеющим участок большего диаметра полукруглого сечения с радиусом 1 мм. Во время обработки к роликам прикладывали силу Р _р=20 кН и сообщали при этом возвратно-поступательное перемещение в направлении оси отверстия. После завершения обработки все элементы возвращали в исходное состояние и удаляли готовую втулку с позиции обработки.

В результате получали втулку с повышенными механическими свойствами, наблюдали градиентную от внутренней поверхности субмикро- и нанокристаллическую структуру. Шероховатость поверхности соответствовала техническим требованиям к данному изделию.

Способ позволяет получить металлические втулки с оптимальным сочетанием механических свойств на внутренней поверхности и градиентное упрочнение по толщине сечения изделия.

Способ получения металлических втулок с градиентно-упрочненной структурой, включающий получение заготовки и последующую обработку ее внутренней поверхности с фиксацией торцов заготовки, отличающийся тем, что обработку внутренней поверхности заготовки осуществляют обкатыванием одним или более заглаживающими роликами и деформирующими роликами, имеющими участок большего диаметра, совершающими при этом возвратно-поступательные перемещения в направлении оси отверстия заготовки, при этом заготовку помещают в контейнер, посредством которого фиксируют ее наружную боковую поверхность.