Способ получения длинномерных изделий с металлическим покрытием

Изобретение относится к металлургии и машиностроению, а именно к способам получения изделий с металлическим покрытием. Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в расширении арсенала способов аналогичного назначения, а именно к получению изделий с заданными размерами и покрытием заданной толщины. Способ заключается в предварительном нанесении, по меньшей мере, на наружную поверхность заготовки равномерного металлического покрытия. После нанесения покрытия заготовку с покрытием пластически деформируют прокаткой или волочением до заданной толщины. Наносят покрытие толщиной больше заданной, пропорционально коэффициенту вытяжки заготовки с покрытием, при этом коэффициент пропорциональности равен отношению периметров поперечного сечения изделия и заготовки. Изобретение обеспечивает получение изделий с геометрическими параметрами, соответствующими заданным.

 

Изобретение относится к металлургии и машиностроению, а именно к способам получения изделий с металлическим покрытием заданной толщины.

В качестве ближайшего аналога выбран способ нанесения металлических покрытий на длинномерные изделия (заявка РФ №2000108656/02, оп. 10.02.2002 г.), включающий нанесение покрытия, по меньшей мере, на наружную поверхность заготовки (изделия без покрытия), с последующей пластической деформацией (обжатием) заготовки с покрытием (покрытия на заготовке) прокаткой или волочением до заданной толщины.

Для выявления причин, препятствующих достижению указанного ниже результата, заявитель далее в описании использует термин "основа". Основа - это металл под покрытием; к нему относится металл заготовки до проведения процесса деформации, и в то же время основой является металл под покрытием в готовом изделии после деформации.

В известном способе при пластической деформации металла покрытия (обжатием) прокаткой или волочением одновременно вместе с ним обязательно пластически деформируется металл основы, причем без удаления части слоя покрытия с поверхности последней металл заготовки с покрытием деформируются как единый объект. Таким образом, при деформации заготовки с предварительно нанесенным покрытием произвольной толщины не обеспечиваются заданные размеры поперечного сечения готового изделия, что может привести к браку готовой продукции.

Техническая задача, на решение которой направлен заявляемый способ, заключается в расширении арсенала способов аналогичного назначения.

Поставленная техническая задача решается тем, что в способе получения длинномерных изделий с металлическим покрытием, включающем нанесение равномерного металлического покрытия, по меньшей мере, на наружную поверхность заготовки с последующей пластической деформацией заготовки с покрытием прокаткой или волочением до заданной толщины, согласно изобретению наносят покрытие толщиной больше заданной пропорционально коэффициенту вытяжки заготовки с покрытием, равному:

где S_З, S_И, S_П - соответственно размеры поперечного сечения заготовки без покрытия, изделия с покрытием и покрытия на изделии, а также пропорционально отношению периметров поперечного сечения изделия и заготовки.

В предлагаемом способе возможность получения изделия с заданной толщиной покрытия, следовательно, и заданными поперечными размерами реализована за счет выявления связи между толщиною покрытия на заготовке с покрытием на готовом изделии при деформации волочением или прокаткой. Эта связь установлена теоретическим путем из равенства коэффициентов вытяжки покрытия и основы металла под покрытием при их совместной пластической деформации, а также из равенства объемов металла покрытия на заготовке и готовом изделии.

Известно, что процесс пластической деформации характеризуется коэффициентом вытяжки, который определяется как отношение длины изделия l_И к длине заготовки l_З или как отношение площади поперечного сечения заготовки S_З к площади поперечного сечения изделия S_И до и после деформации:

(Перлин И.Л., Ерманок М.З. Теория волочения. - М.: Металлургия, 1971. - 448 с., стр.13).

При совместной деформации покрытия и основы покрытие и основа удлиняются на одну и ту же величину как единый объект в виде заготовки с покрытием. Соответственно размеры поперечного сечения, покрытия и основы уменьшаются в той же пропорции. Таким образом, коэффициенты вытяжки покрытия и основы одинаковы. Однако при неизвестной толщине покрытия на заготовке коэффициент вытяжки покрытия определить пока еще нельзя, в то время как коэффициент вытяжки основы рассчитывается по формуле:

где S_З, S_И, S_П - соответственно размеры поперечного сечения заготовки без покрытия, изделия с покрытием и покрытия на изделии.

Для определения необходимой толщины покрытия на заготовке воспользуемся равенством объемов металла покрытия на заготовке и готовом изделии.

Объем материала покрытия малой толщины на заготовке с произвольным поперечным сечением определяется по формуле:

V_ПЗ=L₃·t_ПЗ·l_З,

где L_З - периметр заготовки без покрытия; t_ПЗ - толщина покрытия на заготовке; l_З - длина заготовки с покрытием.

Аналогичным образом для объема материала покрытия малой толщины на готовом изделии имеем:

V_И=L_И·t_ПИ·l_И,

где L_И - периметр изделия с покрытием; t_ПИ - толщина покрытия на изделии; l_И - длина изделия с покрытием.

Из равенства объемов получаем:

где - коэффициент вытяжки покрытия, равный коэффициенту вытяжки основы.

Согласно этому выражению, для получения покрытия заданной толщины на готовом изделии с заданными размерами необходимо на заготовку нанести покрытие вполне определенной толщины, пропорциональной и коэффициенту вытяжки заготовки с покрытием и отношению периметров поперечного сечения изделия и заготовки. Иными словами, толщина покрытия, наносимого на заготовку, определяется геометрическими размерами поперечного сечения основы до и после деформации. Если это условие не выполняется, то при достижении заданной толщины покрытия на готовом изделии, будем иметь размеры изделия, которые не соответствуют заданным.

Таким образом, реализация способа, заключающая в получении покрытия заданной толщины на готовом изделии, отвечает задаче изобретения.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах способа, позволил установить, что не обнаружено аналогов, характеризующихся признаками, тождественным всем существенным признакам способа. Заявитель считает, что заявляемое изобретение соответствует критериям охраноспособности: "новизна" и "существенные отличия".

Предлагаемый способ разработан и используется для получения латунных труб с луженной наружной поверхностью. Приведем пример его осуществления.

Трубная заготовка имеет следующие размеры: диаметр наружный -D_З=14,6 мм; толщина стенки - t_З=0,7 мм. Требуется получить следующие размеры готовых труб с покрытием на наружной поверхности: диаметр наружный - D_И=12,2 мм; толщина стенки - t_И=0,2 мм; заданная толщина покрытия - t_ПИ=0,015 мм.

Произведем расчет толщины покрытия, которую необходимо нанести на наружную поверхность трубной заготовки, чтобы получить заданную толщину покрытия на наружной поверхности готовой трубы с заданными размерами.

Определим коэффициент вытяжки основы при волочении:

Расчет толщины покрытия на трубной заготовке дает:

Для нанесения покрытия на трубную заготовку используют методы, известные, например, из патента РФ №2048594 "Способ нанесения металлических покрытий на внутреннюю и внешнюю поверхности труб и устройство для его осуществления" или из патента РФ №2200207 "Устройство для нанесения защитных металлических покрытий на изделия из чугуна или стали". В указанных охранных документах металлические покрытия наносят погружением труб в расплав металла. В нашем случае покрытие толщиной 0,055 мм наносят на наружную поверхность трубной заготовки погружением ее в расплав олова с защитой внутренней поверхности трубной заготовки от контакта с расплавом.

Толщину металлического покрытия на трубной заготовке и готовой трубе можно определить с помощью известных средств, например, с помощью прибора "Бетаскоп СС910 AN 200" (Румянцев С.В., Парнасов B.C. Применение бета-толщиномеров покрытий в промышленности. - М.: - Атомиздат, 1980. - 138 с., стр.125).

После нанесения покрытия толщиною 0,055 мм на наружную поверхность трубной заготовки ее подвергают пластической деформации волочением на подвижной (длинной) оправке (Перлин И.Л., Ерманок М.З. Теория волочения. - М.: Металлургия, 1971. - 448 с., стр.71) до размеров готовой трубы, соответствующим вышеуказанным. Толщина покрытия при этом будет соответствовать заданной и равной 0,015 мм.

Способ получения длинномерных изделий с металлическим покрытием, включающий нанесение равномерного металлического покрытия, по меньшей мере, на наружную поверхность заготовки с последующей пластической деформацией заготовки с покрытием прокаткой или волочением до заданной толщины, отличающийся тем, что наносят покрытие толщиной больше заданной пропорционально коэффициенту вытяжки заготовки с покрытием, равному:

где S_З; S_И; S_П - соответственно размеры поперечного сечения заготовки без покрытия, изделия с покрытием и покрытия на изделии,

а также пропорционально отношению периметров поперечного сечения изделия и заготовки.