Способ обработки металлов давлением и устройство для его осуществления

союз соВЕтскихСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 0829 А 19 05 В 21 1 5/00 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТПРИ ГКНТ СССР гг Е ИЗОБРЕТЕНДЕТЕЛЬСТВУ ПИСАН И РСКОМУ СВИ В 1, 2(21) 4805688/27 повышением осевой нагрузки другим пуан.- (22) 21.03.90 .соном при сообщении ему вращательного и (46) 30.07,92. Бюл. М 28 поступательного движений. Процесс ведут с (71) Институт физики металлов УРО АН повышением осевой нагрузки, а деформи- СССР .:;рование осуществляют"со степенью обжа- (72) Р.И,Кузнецов и В,П.Пилюгин тия е, определяемой из условия 6е5. 56) Авторское свидетельство СССРУстройство для обработки металлов давле- М 606667. кл. В 21 3 5/00, 1976. нием содержит обойму, а также оппозитноустайовленные между собой и образующие (54) СПОСОБ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ рабочую полость пуансоны,один иэкоторых ДАВЛЕНИЕМ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ. ЕГО установлен с возможностью вращательного ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ:и осевого поступательного движений. Уст- (57) Способ обработки металлов давлением ройство снабжено стаканом для взаимного осуществляют путем размещения заготовки центрированияпуансойов, а последние вына одном пуансоне и деформирования ее С полнены по высоте с переменнымсечением. приложением осевой нагрузки другим пуан с,п. ф-лы, 1 ил 3 табл.соном при сообщении ему вращательного ипоступательного движений. Процесс ведут с Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовайо для изготовления иэделий цилиндрической формы.Известен способ обработки металлов давлением путем размещения заготовки на одном пуансоне и деформирования. ее с приложением осевой нагрузки другйм пуансоном при сообщении ему вращательного и поступательного движений.Известно устройство для осуществления способа обработки металлов давления; содержащее обойму,. а также оппозитно установленные между собой и образующие рабочую полость пуансоны, одии из которых установлен с возможностью вращательного и осевого поступательного движений,Недостатками известных способа и устройства являются ограниченные технологические воэможности, что обусловлено невысокой устойчивостью пуайсонов по отношению к продольному сжатию, трудностью обеспечения соосности пуансонов, что позволяет осуществлять процесс деформирования в широких пределах режимов деформирования для получения изделий с повышенной твердостью.Цель изобретения - расширение технологических воэможностей,Поставленная цель достигается тем, что . в способе обработки металлов давлением путем рэзмещения-ЗагбтовкЪГ наодном пуансоне и деформирования ее с приложением осевой нагрузки другим пуансоном при сообщении ему вращательногой поступательного движений, процесс ведут с повышением осевой нагрузки до величины, определяемой условием Р0,02 р, где р -модуль сдвига материала заготовки, а деформирование осуществляют со степенью обжатия е, определяемой из условия 6 е 5 при е =1 п 1+ --ю г 1/2Огде у 7- угол поворота подвижного пуансона,Яг= -2й - радиус заготовки;б - толщина заготовки.Устройство для обработки металлов давлением содержит обойму, а также оппозитно установленные между собой и образующие рабочую полость пуансоны, один из которых установлен с возможностью вращательного и осевого поступательного движений, и снабжено стаканом для взаимного центрирования пуансонов, а последние выполнены по высоте с переменным сечением. На чертеже представлена схема устройства для осуществления способа обработки металлов давлением.Устройство состоит из обоймы 1, имеющей полость, в которую вставлены пуансоны 2 и 3. пуансоны опираются на опорные плиты 4 и 5. Шпанки 6 и 7 предотвращают поворот пуансонов 2 и 3 относительно соответствующих опорных плит. Стакан 8 центрирует опорные плиты 4 и 5 (и соответственно пуансоны 2 и 3), гарантируя соосность этих деталей.Собранное устройство с установленной в нем заготовкой размещают между пуансо. нами 9 и 10 гидравлическогопресса. Один из этих пуансонов.(на чертеже верхний) опирается на траверсу пресса через опорный подшипник и может вращаться с помощью соответствующего. привода (не показан).Опорная плита.4 скреплена с верхним пуансоном 2 шпонкой 6 и поэтому пуансон 2 повторяет движения пуансона 9. Второй пуансон 3 с помощью шпанки 7 скреплен с нижней плитой 5, опирающейся на неподвижный пуансон 10. При работе устройства . в результате поворота пуансона 2 при неподвижном пуансоне 3 осуществляют сдвиговую пластическую деформацию заготовки 11, В результате проведенной обработки получают изделие цилиндрической формы с повышенной твердостью, повторяющее по своей конфигурации конфигурацию рабочей жидкости. Деформированный таким образом металл представляет собой поликристалл с субмикронным зерном, Размер зерен в материале, деформированного со степенью 6 е 5, менее микрона (0,1-0,2) мкм. Подобная структура возникает для многих материалов при такой обработке.20 мировайного материала, Второй эффект и наблюдается у сильно деформированных 30 35 55 10 15 45 50 Деформирование осуществляли со степенью обжатия е, определяемой из условия 6е5. При е5 еще не полностью сформирована ультрамелкодисперсная структура и поэтому твердость материала не достигает максимальной величины. При е6 могут возникать два варианта. Первый вариант - твердость остается неизменной и нет смысла продолжать дальнейшее деформирование, Это обусловлено тем, что материал выходит на стабильную диссапативную структуру, которая меняется несущественно при дальнейшем деформировании. Соответственно этому не изменяется и твердость материала. Второй вариант - твердость несколько падает при деформировании до степеней е6. Этот эффект обусловлен началом динамической рекристаллизации при комнатной температуре сильно дефорсравнительно легкоплавких металлов и сплавов - алюминий, медь и др.Выполнение пуансонов в виде профиля переменного сечения необходимо для того, чтобы увеличить жесткость пуансона по отношению к крутящему моменту, что позволяет добиваться более жестких режимов обработки (по сравнению со случаем цилиндрических пуансонов) и, следовательно, повышать твердость получаемых изделий,Центрирование пуансонов и штампа стаканом приводит к их соосному расположению относительно друг друга и тем самым увеличивает срок службы как пуансонов, так и штампа, позволяет достичь жестких режимов обработки (высокие давления, большие крутящие моменты на пуансонах), что приводит к повышению твердости изделий,П р и м е р. Изготовлено устройство для обработки металлов давлением со следующими характеристиками, Диаметр пуансонов составляет 14 мм, скорость вращения подвижного пуансона 0,3 и 1 об/мин, усилие пресса до 1 мН, крутящий момент привода поворота подвйжного пуансона до 500 Н,М, На этом устройстве проводились эксперименты по обработке металлов давлением с целью возможности изготовления изделий цилиндрической формы с повышенной твердостык. Исходный образец представлял собой заготовку цилиндрической формы и имел следующие размеры: диаметр 13,9 мм, высота 5 мм, материал - никель. Исходная микротвердость Н= 1,2 ГПа, Заготовка размещалась в устройстве и проводилось нагружениедо давления Р,0 ГПа, усилие 0,3 мН, которое превышает Р - 0,02 р - 1,5 ГПа. После установления давления включался, ГПэ Р, ГПа МедьНикель 50 75 1.0 1,5 1,5 2,0 Таблица 2 П е ложенный способ Известный способ 1,1 4,0 1,8 1,7 6,0 7,0 1,8 5,5 0,8 0,9 0,6 1,1 0 1,8 1,9 5,0 Но, ГПа еТаблица 3 П е ложенный способ Известный способ 2,2 . 4,0 3,7 5,0 4,0 4,0 6,0 7,0 1,2 2,1 2,1 0 1,8 2,3 Но, ГПа 16 е 0,9 2,1 3,1 двигатель, осуществляющий поворот обжа тия е = 5 при скорости 1 об/мин, Далее заготовка вынималась из устройства и проводилось измерение ее микротвердости с помощью прибора ПМТ. Она оказалась равной Но(К) = 4 ГПа.Аналогичная обработка проводилась и на других материалах.В табл,1 приведены характеристики для трех материалов: модуль сдвигар, величина 0,02 р и рабочее давление Рр, при котором велась обработка,В табл,2, 3 приведены значения твердости, полученные для двух материалов при различных степенях обжатия; в табл.2 приведены данные при обработке меди с получением изделия в виде цилиндра диаметром 14 мм и толщиной 5 мм при давлении Рр = 1,5 ГПа; в табл,3 - для никеля при получении изделия того же размера, что и меди при давлении Рр = 2,0 ГПа,Для сравнения проводилась обработка аналогичных образцов по способу прототипу(табл.2, 3). Значения твердости также указано в соответствующих таблицах; Из таблиц видно, что при давлении Р0,02 р и при степени обжатия в заявленных пределах твердость изделий цилиндрической формы повышается.формула изобретения 1. Способ обработки металлов давлением путем размещения заготовки на одном пуансоне и формирования ее с приложением осевой нагрузки другим пуансоном при сообщении ему вращательного и поступательного движений, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения технологиче ских возможностей, процесс ведут с повышением осевой нагрузки до величины, определяемой условием Р0,02 р. где р - модуль сдвига материала заготовки, а деформирование осуществляют со сте пенью обжатия е, определяемой из условия6 е 5, при где р - угол поворота подвижного пуансона,20 г= й/2;й - радиус заготовки;д - толщина заготовки. 2. Устройство для обработки металлов 25 давлением, содержащее обойму, а также оппозитно установленные между собой и образующую рабочую полость пуансоны, один из которых установлен с возможностью вращательного и осевого пдступательного дви жений, отл и ч а ю ще е с я тем, что оноснабжено стаканом для взаимного центрирования пуансонов, а последние выполнены по высоте с переменным сечением.1750829 оставитель Р.Кузнецов хред М.Моргентал Корректор А.Козо т еджтор М.Келе зводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 Заказ 2646 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ 113035, Москва, Ж, Раущская наб 4/5