Способ прессования биметаллических заготовок

Изобретение предназначено для снижения усилия прессования и энергоемкости процесса прессования биметаллических прутков и проволоки из биметаллических заготовок. Способ включает помещение биметаллической заготовки, состоящей из сердечника и оболочки, в замкнутый контейнер и выдавливание заготовки через отверстие конической матрицы с приложением усилия к заднему торцу прессуемой биметаллической заготовки. Снижение усилия прессования за счет оптимизации угла наклона образующей конического канала матрицы обеспечивается посредством того, что используют матрицу, угол наклона образующей конического канала к оси прессования которой регламентирован математической зависимостью, 1 ил.

 

Изобретение относится к обработке металлов давлением и предназначено для прессования биметаллической заготовки, состоящей из разнородных материалов.

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

Известен способ обработки металлов прессованием, включающий помещение биметаллической заготовки в замкнутый контейнер и выдавливание заготовки через отверстие конической матрицы приложением усилия к заднему торцу прессуемой заготовки (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, вследствие того, что известный способ не учитывает геометрические характеристики конической матрицы и технологические особенности процесса прессования. Данный способ принят в качестве прототипа.

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

α м о п т = a r c t g [ 1.97 f ( λ 1 ) λ ( 1 ( R c R 0 ) 2 + σ s c σ s o R c R o ) ] .  (1)

где f - коэффициент трения в зоне деформации;

λ= R 0 2 / R 1 2 - вытяжка при прессовании;

R0 и R1 - внешний радиус биметаллической заготовки до и после деформации соответственно;

Rc - радиус сердечника;

σ s c - сопротивление деформации металла сердечника;

σ s o - сопротивление деформации металла оболочки.

Признаки предлагаемого способа, отличительные от прототипа, - использование матрицы, угол наклона образующей конического канала к оси прессования которой определяется вышеприведенной математической зависимостью (1).

Способ поясняется чертежом, на котором приведена схема деформации прессованием биметаллической заготовки, состоящей из сердечника и оболочки. На чертеже показаны: 1 - матрица; 2 - оболочка; 3 - сердечник.

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

ε c p = ln λ + 4 3 3 t g α M ' ,  (2)

где α M ' - угол наклона образующей сердечника к оси прессования;

λ - вытяжка.

Из геометрических соотношений (см. чертеж) следует:

t g α M ' = R c R 0 t g α M ,  (3)

где Rc - радиус сердечника;

R0 - наружный радиус заготовки.

С учетом соотношения (3) степень деформации сердечника равна:

ε c p = ln λ + 4 3 3 R c R 0 t g α M .  (4)

Для усредненного значения сопротивления деформации сердечника составляющая напряжения, связанная с пластической деформацией сердечника, с учетом соотношения (4) составит:

σ п л с = σ s c ( ln λ + 4 3 3 R c R 0 t g α M ) .  (5)

Напряжению (5) соответствует доля полного усилия прессования центральной части (сердечника) биметаллической заготовки [Перлин И.Л., Райтбарг Л.Х. Теория прессования металлов. - М.: Металлургия. 1975, 448 с.]:

P c = σ п л с F c  (6)

где Fc - площадь сердечника на входе в очаг деформации. После подстановки из соотношения (5) получим:

P c = π R c 2 σ s c ( ln λ + 4 3 3 R c R 0 t g α M ) .  (7)

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

Напряжение прессования оболочки для усредненного значения степени деформации (4) составит:

σ п л о = σ s o ( ln λ + 4 3 3 t g α м ) ,  (8)

где σ s o - значение сопротивления деформации материала оболочки.

Соответственно доля общего усилия прессования, пошедшего на деформацию оболочки, равна:

P c = π ( R 0 2 R c 2 ) σ s o ( ln λ + 4 3 3 t g α M ) .  (9)

При пластической деформации биметаллической заготовки в общее усилие прессования входит составляющая, учитывающая действие сил трения в очаге деформации. Результирующая сил трения при этом равна:

T м = σ s o F k c t g α м ,  (10)

где Fk - площадь контакта биметаллической заготовки и рабочей поверхности матрицы, которая представляет собой боковую поверхность усеченного конуса.

Из геометрических соотношений следует:

F k = π R 1 2 ( λ 1 ) ,  (11)

где R1 - наружный радиус биметаллической заготовки на выходе из очага деформации.

С учетом соотношения (11) составляющая, связанная с преодолением сил трения в очаге деформации, равна:

T м = σ s o π R 1 2 ( λ 1 ) f c t g α м .  (12)

В общее напряжение прессования вклад от преодоления сил трения в очаге деформации составит:

σ м о = σ s o ( λ 1 ) f c t g α м / λ .   (13)

Оптимальный угол наклона образующей матрицы к оси прессования определяется из условия минимума полного напряжения прессования. При этом αм зависит лишь от σ п р с , σ п р о , σ M o , поэтому условие минимума усилия

прессования определим из условия:

( t g α м ) ( σ п р с + σ п р о + σ М о ) = 0.  (14)

Суммарное напряжение прессования, включающее величины, зависящие от αм, равно:

σ Σ = σ s c R c 2 R 0 2 ( ln λ + 4 3 3 R c R 0 t g α M ) + σ s o ( 1 R c 2 R 0 2 ) ( ln λ + 4 3 3 t g α M ) + σ s o R 1 2 R 0 2 ( λ 1 ) f c t g α M .  (15)

Подстановки соотношений (5), (8), (13) в (14) дифференцирования по tgαM, преобразований и упрощений получим:

α м о п т = a r c t g [ 1.97 f ( λ 1 ) λ ( 1 ( R c R 0 ) 2 + σ s c σ s o R c R 0 ) ] .

где f - коэффициент трения в зоне деформации;

λ = R 0 2 / R 1 2 - вытяжка при прессовании;

R0 и R1 - внешний радиус биметаллической заготовки до и после деформации соответственно;

Rc - радиус сердечника;

σ s c - сопротивление деформации металла сердечника;

σ s o - сопротивление деформации металла оболочки.

Пример конкретной реализации.

Прессовали сборную биметаллическую заготовку, состоящую из ниобиевого сердечника и медной оболочки, соотношение R c R 0 составляло 0,5 с вытяжкой λ=10, при этом σ s c σ s o =1,5. Для прессования применили стандартную матрицу с αм=40°. Для приведенного сопротивления деформации напряжение прессования составило 359,03 МПа.

В соответствии с формулой (1) оптимальным углом наклона образующей конического канала матрицы оказался угол равный 30,4°, которому соответствует напряжение прессования σпр=340,7 МПа.

Таким образом, оптимизация угла наклона образующей конического канала матрицы привела к снижению напряжения прессования на 18,3 МПа, что составляет 5,1%.

Предлагаемый способ прессования биметаллических заготовок позволяет выбрать оптимальный угол наклона образующей конического канала матрицы к оси прессования. В результате обеспечивается минимальное значение усилия прессования, минимальная энергоемкость процесса прессования. При снижении усилия прессования появляется возможность повышения обжатий при прессовании, применения менее энергоемкого технологического оборудования. При этом повышается износостойкость матриц и качество поверхности прессуемых изделий.

Способ прессования биметаллических прутков и проволоки, включающий помещение биметаллической заготовки, состоящей из сердечника и оболочки, в замкнутый контейнер и выдавливание заготовки через канал конической матрицы с приложением усилия к заднему торцу прессуемой биметаллической заготовки, отличающийся тем, что используют матрицу, угол наклона образующей конического канала к оси прессования которой рассчитывают по формуле:
α м о п т = a r c t g [ 1.97 f ( λ 1 ) λ ( 1 ( R c R 0 ) 2 + σ s c σ s o R c R 0 ) ] ,
где f - коэффициент трения в зоне деформации;
λ = R 0 2 / R 1 2 - вытяжка при прессовании;
R0 и R1 - внешний радиус биметаллической заготовки до и после деформации соответственно;
Rc - радиус сердечника заготовки;
σ s c - сопротивление деформации металла сердечника;
σ s o - сопротивление деформации металла оболочки.



 

Похожие патенты:
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. .

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. Пуансон имеет глухое отверстие, в котором закреплено амортизирующее устройство, соединенное с концом пресс-иглы. Пресс-игла перемещается вдоль оси прессования внутри пуансона и пресс-шайбы. В последней выполнено углубление, соответствующее по форме участку пресс-иглы с максимальным диаметром. После установки в контейнер заготовки, введения в нее и центрирования пресс-иглы последнюю перемещают до соприкосновения ее конического участка с торцевой поверхностью заготовки. Затем пресс-иглу перемещают внутри пуансона в сторону, противоположную направлению прессования. После образования пресс-остатка останавливают движение пуансона и перемещают пресс-иглу в направлении прессования. Производят продавливание пресс-остатка в отверстие матрицы коническим участком пресс-иглы. В результате обеспечивается полная выпрессовка полого профиля без образования пресс-остатка. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 4 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.

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.
Наверх