Способ гидромеханического прессования прутковых изделий

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 обработке металлов давлением и предназначено для производства осесимметричных прутковых изделий гидромеханическим прессованием.

Наиболее близким способом того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является способ гидромеханического прессования прутковых изделий, заключающийся в выдавливании помещенной в контейнер осесимметричной прутковой заготовки через коническую матрицу воздействием на задний конец заготовки пуансоном с необходимым усилием (см. Известия вузов. Цветная металлургия, 2015, №5, с. 45). Данный способ принят за прототип.

Признаки прототипа, совпадающие с признаками заявляемого решения, - способ гидромеханического прессования прутковых изделий, заключающийся в выдавливании осесимметричной прутковой заготовки, помещенной в контейнер, через коническую матрицу воздействием на задний конец заготовки пуансоном усилием Р.

Недостатком известного способа, принятого за прототип, является то, что он не регламентирует соотношение длины заготовки с ее диаметром при заданном обжатии и технологических параметрах пластической деформации. Известно, что, воздействуя на заготовку осевым усилием, возможна потеря устойчивости заготовки, что вызовет нарушение симметрии деформации в матрице, нарушение прямолинейности изделия на выходе из матрицы, появление асимметричных остаточных напряжений в изделии, снижение качества по прямолинейности, необходимость правки изделий после прессования.

Задачей изобретения является определение предельных соотношений длины и диаметра заготовки из условий сохранения устойчивости заготовки при воздействии осевого усилия с учетом технологических параметров процесса пластического деформирования.

Поставленная задача была решена за счет того, что в известном способе гидромеханического прессования прутковых изделий, заключающемся в выдавливании осесимметричной прутковой заготовки, помещенной в контейнер, через коническую матрицу воздействием на задний конец заготовки пуансоном усилием Р, предельное соотношение длины и диаметра заготовки d0 определяют из условия сохранения устойчивости заготовки по формуле:

где Ε - модуль упругости материала заготовки, МПа;

σs - сопротивление деформации прессуемого материала, МПа;

- вытяжка при прессовании;

d0,d1 - диаметр заготовки и диаметр изделия после прессования соответственно, мм;

αм - угол наклона образующей матрицы к оси прессования, град;

ƒ - коэффициент трения в очаге деформации.

Признаки предлагаемого способа, отличительные от прототипа, - определение предельного соотношения длины и диаметра заготовки в зависимости от технологических параметров процесса пластического деформирования.

На чертеже приведена схема гидромеханического прессования.

Прутковую заготовку 1 с исходным диаметром d0 помещают в контейнер 2 диаметром dк и прессуют с помощью пуансона 3 через коническую матрицу 4 до диаметра d1 усилием Р. Зазор 5 между заготовкой 1 и контейнером 2 заполняют рабочей средой, выполняющей и роль смазки.

Основными параметрами, определяющими энергосиловые характеристики гидромеханического прессования, являются усилие прессования, коэффициенты вытяжки и трения в очаге деформации, угол наклона образующей матрицы к оси прессования, сопротивление деформации обрабатываемого материала.

Полное усилие прессования Ρ приводится при этом к среднему напряжению прессования σпр:

где - площадь сечения исходной заготовки.

Основными составляющими напряжения прессования являются: напряжение, затрачиваемое на пластическую деформацию, и напряжение на преодоление сил трения в очаге деформирования в рабочем корпусе матрицы.

Напряжение, затрачиваемое на пластическую деформацию, определяется по формуле (см. Перлин И.Л., Райтбарг Л.Х. Теория прессования металлов. - М.: Металлургия. 1964. - 344 с.):

где σs - сопротивление деформации прессуемого материала;

ε - степень деформации при прессовании.

Средняя по сечению степень деформации в коническом инструменте определяется коэффициентом вытяжки и дополнительными деформациями сдвига на входе в конический инструмент и выходе из него (см. Колмогоров Г.Л. Гидродинамическая смазка при обработке металлов давлением. М.: Металлургия. 1986. - 168 с.):

где - вытяжка при прессовании;

αм - угол наклона образующей матрицы к оси прессования.

Для усредненного значения сопротивления деформации обрабатываемого материала напряжение пластического деформирования (3) с учетом (4) будет равно:

В свою очередь проекция результирующей силы трения на ось прессования для конической поверхности матрицы равна:

где τм - среднее касательное напряжение трения на контакте заготовка - матрица;

ƒ - коэффициент трения в очаге деформации;

Fм - площадь контактной поверхности конической части матрицы. Определив Fм из геометрических соотношений получим:

Составляющая напряжения от сил трения при этом равна:

В итоге среднее напряжение гидромеханического прессования с учетом соотношений (5) и (8) примет следующий вид:

Расчеты по формуле (9) свидетельствуют о том, что с увеличением вытяжки напряжение прессования возрастает. С увеличением угла αм напряжение прессования также возрастает. При увеличении вытяжки λ возникает опасность потери устойчивости заготовки под действием сжимающего усилия Р. Потеря устойчивости приведет к искривлению заготовки до поступления в матрицу, что вызовет нарушение симметрии деформации в матрице, нарушение прямолинейности изделия на выходе из матрицы, появление асимметричных остаточных напряжений в изделии, снижение качества изделия по прямолинейности.

Критическое усилие, приводящее к потере устойчивости, определяется формулой Эйлера (см. Биргер И.А., Мавлютев P.P. Сопротивление материалов. Учебное пособие. - Киев.: Наукова Думка. 1986):

где Ε - модуль упругости материала заготовки;

Υ - момент инерции сечения заготовки;

- начальная длина заготовки. Для заготовки круглого поперечного сечения момент инерции равен:

что после подстановки в уравнение (10) даст критическое напряжение, соответствующее критическому напряжению, приводящее к потере устойчивости заготовки:

Из этого соотношения следует критическое соотношение размеров заготовки:

Потеря устойчивости заготовки в начальный момент гидромеханического прессования произойдет в случае достижения напряжения прессования σтр величины σкр.

После подстановки соотношения (9) в условие потери устойчивости (13) получим предельную относительную длину применяемой заготовки, превышение которой будет сопровождаться потерей устойчивости применяемой заготовки:

При известных технологических параметрах гидромеханического прессования по формуле (1) определяется предельная относительная длина применяемой заготовки.

Пример конкретной реализации

Прессованию подвергли медную заготовку с d0=20 мм на диаметр d1=8,5 мм, коэффициент вытяжки при этом λ=5. Угол αм=20 град, ƒ=0,1 модуль упругости для меди Ε=1105 МПа, σs=350 МПа.

По формуле (1) получили предельное значение , что составило для d0=20 мм предельное .

При использовании заготовки длиной 300 мм произошла потеря устойчивости заготовки, в результате которой на выходе из матрицы изделие имело криволинейную форму.

Способ гидромеханического прессования осесимметричных прутковых изделий, включающий выдавливание прутковой заготовки, помещенной в контейнер, через коническую матрицу воздействием пуансоном усилием сжатия на задний конец заготовки, отличающийся тем, что осуществляют определение из условия сохранения устойчивости заготовки предельного соотношения длины lпр заготовки и диаметра заготовки d0 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.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к области металлургии и нефтяного машиностроения и может быть использовано для изготовления и ремонта насосно-компрессорных труб (НКТ). Для обеспечения высокого комплекса прочностных свойств и мелкозернистой однородной структуры концы труб нагревают до Ас3+(180÷230)°C, затем фиксируют трубу одновременно в двух местах: в матрице и с помощью зажима на расстоянии 500÷4500 мм от высаживаемого конца трубы.
Изобретение относится к области металлургии и нефтяного машиностроения и может быть использовано для изготовления насосно-компрессорных труб с высаженными наружу концами (НКТ-В) и бурильных труб из легированных конструкционных сталей.

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при изготовлении профилей полунепрерывным гидромеханическим прессованием заготовок из труднодеформируемых и структурно-неоднородных материалов.

Изобретение относится к обработке материалов давлением, а именно к устройствам для упрочнения металлов в процессе обработки. .

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при изготовлении кольцевых заготовок. .
Изобретение относится к области обработки металлов давлением, в частности к упрочнению металлов пластическим деформированием. .

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, в частности к способам прессования профилей из сплавов на основе алюминия и конструкциям прессового инструмента.

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть применено при промышленном производстве поковок, имеющих отношение длины к диаметру 3 и более, а также при определении физико-механических характеристик материалов.

Изобретение относится к обработке металлов давлением, преимущественно к прессованию трубчатых заготовок на жесткой профильной оправке. .

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.

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.

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.

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.

Изобретение предназначено для снижения усилия прессования и энергоемкости процесса прессования биметаллических прутков и проволоки из биметаллических заготовок.
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 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