RU122317U1

RU122317U1 - DEVICE FOR OBTAINING PROCESSES FROM HARDENED METAL

Info

Publication number: RU122317U1
Application number: RU2012120486/02U
Authority: RU
Inventors: Владислав Константинович Орлов; Виктор Маркелович Сергеев; Игорь Иванович Акимов; Сергей Александрович Киселев; Владимир Константинович Нетужилкин; Иван Вадимович Ефремов; Лев Николаевич Солодовников; Михаил Юрьевич Корниенко; Александр Васильевич Чуркин; Сергей Михайлович Семыкин; Георгий Шамильевич Баторшин; Борис Иванович Рябов; Александр Сергеевич Кострыкин
Original assignee: Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом"
Priority date: 2012-05-17
Filing date: 2012-05-17
Publication date: 2012-11-27

Abstract

1. Устройство для получения заготовок из упрочненного металла, содержащее матрицу с выполненным в ней вертикальным цилиндрическим каналом и размещенным в нем пуансоном, разделенным осевой плоскостью на две части, каждая из которых выполнена с возможностью перемещения вдоль оси матрицы, отличающееся тем, что вертикальный цилиндрический канал в нижней части имеет радиальный выступ, в канале установлена контактирующая с радиальным выступом упорная вставка, верхний торец которой выполнен в виде сферического углубления, позволяющего избежать появления застойных зон с непроработанной структурой в материале заготовки, при этом пуансон выполнен с отношением диаметра к высоте от 1,5 до 2,0.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в матрице выполнены отверстия для размещения термопар для контроля температуры.1. A device for producing blanks from hardened metal, containing a matrix with a vertical cylindrical channel made in it and a punch placed in it, divided by an axial plane into two parts, each of which is movable along the matrix axis, characterized in that the vertical cylindrical channel in the lower part it has a radial protrusion, in the channel there is a thrust insert in contact with the radial protrusion, the upper end of which is made in the form of a spherical depression, which avoids the appearance of stagnant zones with an unworked structure in the workpiece material, while the punch is made with a ratio of diameter to height from 1 5 to 2.0. 2. The device according to claim 1, characterized in that holes are made in the matrix to accommodate thermocouples for temperature control.

Description

Полезная модель относится к обработке металлов давлением, а именно к устройствам, позволяющим упрочнять металл в процессе деформации.The utility model relates to the processing of metals by pressure, and in particular to devices that allow hardening the metal in the process of deformation.

Известно устройство для получения структур с субмикрокристаллическим и нанометрическим размером зерен способом равноканального углового прессования, реализующее деформацию массивных образцов простым сдвигом [Сегал В.М. и др. Процессы пластического структурообразования металлов. Минск: Навука и тэхника, 1994, с.26].A device for producing structures with submicrocrystalline and nanometric grain sizes by the method of equal channel angular pressing, realizing the deformation of massive samples by simple shear [Segal V.M. and other processes of plastic structure formation of metals. Minsk: Navuka and tehnika, 1994, p.26].

При реализации равноканального углового прессования заготовку неоднократно продавливают через матрицу, представляющую собой два пересекающихся канала, обычно под углом 90°, с одинаковыми поперечными сечениями.When implementing equal-channel angular pressing, the workpiece is repeatedly pressed through a matrix, which is two intersecting channels, usually at an angle of 90 °, with the same cross sections.

В процессе равноканального углового прессования для структурообразования весьма важным является направление и число проходов через каналы, при этом уже после нескольких циклов деформации (обычно 2-4 прохода) пределы текучести и прочности обрабатываемого материала достигают своего насыщения.In the process of equal-channel angular pressing for structure formation, the direction and number of passes through the channels is very important, and after several cycles of deformation (usually 2-4 passes), the yield strength and strength of the processed material reach their saturation.

Недостатком этого устройства является невозможность получения заготовок с прямоугольными торцами. При деформации характер течения является таким, что верхние слои опережают нижние, и заготовка после деформации имеет заостренные под углом в 30° торцы. Для получения прямоугольных торцов необходимо механической обработкой удалять значительную часть металла, что существенно снижает коэффициент использования металла. А при многоцикловой обработке коэффициент использования металла снижается еще больше, т.к. операция по обработке торцов требуется перед каждым циклом прессования. В противном случае, из-за недостаточной устойчивости заостренной части заготовки, при деформации возникают дефекты типа «зажим». Данные дефекты также необходимо удалять механической обработкой, иначе при последующих циклах деформации возникает большая вероятность увеличения дефектной зоны на участках заготовки, примыкающих к торцам. Так как диаметры входного и выходного каналов устройства одинаковы, диаметр заготовки после деформации равен диаметру входного канала. Это вызывает трудности при повторной задаче заготовки (заготовки перед очередным циклом деформации необходимо обтачивать по диаметру на 0,5-1 мм). При деформации малопластичных металлических материалов инструмент и заготовку подогревают до температур (0,3-0,4) Т_{плавления} и ручная ориентация заготовок при последующих задачах во входной канал вызывает определенные трудности (заготовка во время переноса и последующей ориентации остывает, что требует дополнительного нагрева, и как следствие увеличения энергозатрат и времени равноканального углового прессования). Ручная ориентация и задача заготовок во входной канал при втором и последующих циклах равноканального углового прессования высокоактивных металлических материалов требует дополнительной защиты обслуживающего персонала.The disadvantage of this device is the inability to obtain blanks with rectangular ends. During deformation, the flow pattern is such that the upper layers are ahead of the lower ones, and the workpiece after deformation has ends that are pointed at an angle of 30 °. To obtain rectangular ends, it is necessary to mechanically remove a significant part of the metal, which significantly reduces the utilization of the metal. And with multi-cycle processing, the metal utilization factor decreases even more, because end processing operation is required before each pressing cycle. Otherwise, due to the insufficient stability of the pointed part of the workpiece, deformation causes defects of the “clamp” type. These defects also need to be removed by machining, otherwise, during subsequent deformation cycles, there is a high probability of an increase in the defective zone in the sections of the workpiece adjacent to the ends. Since the diameters of the input and output channels of the device are the same, the diameter of the workpiece after deformation is equal to the diameter of the input channel. This causes difficulties in the repeated task of the workpiece (the workpiece must be turned 0.5-1 mm in diameter before the next deformation cycle). During the deformation of non-plastic metal materials, the tool and the workpiece are heated to temperatures (0.3-0.4) T of _melting and manual orientation of the workpieces during subsequent tasks into the inlet channel causes certain difficulties (the workpiece cools down during transfer and subsequent orientation, which requires additional heating, and as a consequence of the increase in energy consumption and time of equal channel angular pressing). The manual orientation and the task of the workpieces into the inlet channel during the second and subsequent cycles of equal-channel angular pressing of highly active metal materials requires additional protection for the staff.

В качестве прототипа выбрано устройство [патент РФ №106853 МПК B21J, 13/02], реализующее метод интенсивной пластической деформации способом продольно-симметричного выдавливания. Устройство состоит из матрицы с выполненным в ней вертикальным цилиндрическим каналом и двух пуансонов, установленных в канале, причем, по крайней мере, один из пуансонов разделен осевой плоскостью на две части, каждая из которых выполнена с возможностью перемещения вдоль оси матрицы.As a prototype, a device was selected [RF patent No. 106853 IPC B21J, 13/02], which implements the method of intense plastic deformation by the method of longitudinally symmetric extrusion. The device consists of a matrix with a vertical cylindrical channel made in it and two punches installed in the channel, and at least one of the punches is divided by an axial plane into two parts, each of which is movable along the axis of the matrix.

При реализации способа продольно-симметричного выдавливания к исходной заготовке прикладывают начальную нагрузку путем воздействия сначала одной частью пуансона на заготовку, затем другой. После выравнивания частей пуансона цикл повторяется.When implementing the method of longitudinally symmetric extrusion, an initial load is applied to the initial workpiece by first applying one part of the punch to the workpiece, then another. After aligning the parts of the punch, the cycle repeats.

Недостатком этого устройства, при использовании схемы с одним разъемным пуансоном, является возможность возникновения в нижней части заготовки застойных зон с непроработанной структурой. Для проработки структуры во всем объеме заготовки приходится увеличивать продольное перемещение частей пуансона относительно друг друга на величину превышающую ½ высоты заготовки, что может привести к продольному изгибу частей пуансона, а при использовании заготовки из высокопрочного материала не представляется возможным из-за превышения напряжениями деформации предельно допустимых напряжений для материала пуансона.The disadvantage of this device, when using the scheme with one detachable punch, is the possibility of stagnation zones with an untreated structure in the lower part of the workpiece. To study the structure in the entire volume of the workpiece, it is necessary to increase the longitudinal movement of the parts of the punch relative to each other by an amount exceeding ½ the height of the workpiece, which can lead to the longitudinal bending of the parts of the punch, and when using a workpiece made of high-strength material, it is not possible due to excess deformation stresses stresses for the material of the punch.

Использование схемы с двумя разъемными пуансонами, размещенными в нижней и верхней части контейнера, приводит к увеличению продолжительности процесса деформирования, а поворот оснастки на 180° вокруг ее горизонтальной оси при повышенных температурах (0,3-0,4 Т_{плавления}) представляет определенную сложность для оператора, осуществляющего его.Using a circuit with two detachable punches located in the lower and upper part of the container leads to an increase in the duration of the deformation process, and turning the tool by 180 ° around its horizontal axis at elevated temperatures (0.3-0.4 T _melting ) is a certain difficulty for the operator carrying it out.

Использовании ступенчатого нагружения пуансонов, т.е. попеременного перемещения каждой из частей пуансонов на величину меньше ½ высоты заготовки, также увеличивает продолжительность процесса, что, в свою очередь, приводит к уменьшению производительности труда, и, кроме этого, при деформировании при повышенных температурах (0,3-0,4 Т_{плавления}) приводит к образованию захоложенных зон в материале заготовки.Using stepwise loading of punches, i.e. alternately moving each part of the punches by an amount less than ½ the height of the workpiece also increases the duration of the process, which, in turn, leads to a decrease in labor productivity, and, in addition, during deformation at elevated temperatures (0.3-0.4 T _melting ) leads to the formation of chilled zones in the workpiece material.

Задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является повышение производительности и эффективности процесса интенсивной пластической деформации.The task to which the proposed utility model is directed is to increase the productivity and efficiency of the process of intense plastic deformation.

Техническим результатом является то, что полезная модель позволяет избежать появления застойных зон с непроработанной структурой в материале заготовки, увеличить стойкость устройства к высоким давлениям и снизить трудоемкость в процессе деформации.The technical result is that the utility model allows to avoid the appearance of stagnant zones with an untreated structure in the workpiece material, to increase the resistance of the device to high pressures and reduce the complexity in the process of deformation.

Для решения поставленной задачи устройство для получения заготовок из упрочненного металла содержит матрицу с выполненным в ней вертикальным цилиндрическим каналом и размещенным в нем пуансоном, разделенным осевой плоскостью на две части, каждая из которых выполнена с возможностью перемещения вдоль оси матрицы, причем вертикальный цилиндрический канал в нижней части имеет радиальный выступ, в канале установлена контактирующая с радиальным выступом упорная вставка, верхний торец которой выполнен в виде сферического углубления, позволяющего избежать появления застойных зон с непроработанной структурой в материале заготовки, при этом пуансон выполнен с соотношением диаметра к высоте от 1,5 до 2,0, что позволяет избежать продольного изгиба частей пуансона в процессе деформирования заготовки.To solve the problem, the device for producing billets of hardened metal contains a matrix with a vertical cylindrical channel made in it and a punch placed in it, divided by an axial plane into two parts, each of which is made with the possibility of movement along the matrix axis, with a vertical cylindrical channel in the lower part has a radial protrusion, in the channel there is a thrust insert in contact with the radial protrusion, the upper end of which is made in the form of a spherical recess, In order to avoid the appearance of stagnant zones with an unprocessed structure in the workpiece material, the punch is made with a diameter to height ratio of 1.5 to 2.0, which avoids the longitudinal bending of the punch parts during the workpiece deformation.

В частном варианте в матрице выполнены отверстия для размещения термопар для контроля температуры.In a particular embodiment, the holes are made in the matrix to accommodate thermocouples for temperature control.

Сущность предлагаемой полезной модели поясняется на следующих фигурах.The essence of the proposed utility model is illustrated in the following figures.

На фиг.1 представлена схема устройства, реализующая метод интенсивной пластической деформации способом продольно-симметричного выдавливания (прототип).Figure 1 presents a diagram of a device that implements the method of intense plastic deformation by the method of longitudinally symmetric extrusion (prototype).

На фиг.2 представлено устройство для получения заготовок из упрочненного металла с пуансоном, разделенным осевой плоскостью на две части, и упорной вставкой со сферическим углублением на верхнем торце.Figure 2 presents a device for producing blanks of hardened metal with a punch divided by an axial plane into two parts, and a thrust insert with a spherical recess at the upper end.

На фиг.3 представлена схема первого цикла.Figure 3 presents the diagram of the first cycle.

На фиг.4 представлена схема второго цикла.Figure 4 presents the diagram of the second cycle.

На фиг.5 представлена схема последнего цикла.Figure 5 presents a diagram of the last cycle.

На фиг.1, 2, 3, 4, 5 представлены:Figure 1, 2, 3, 4, 5 presents:

1, 2 - части пуансонов, разделенных осевой плоскостью.1, 2 - parts of the punches, separated by an axial plane.

3 - упорная вставка3 - persistent insert

4 - деформируемая заготовка;4 - deformable workpiece;

5 - матрица;5 - matrix;

6 - проставка;6 - a spacer;

Предлагаемое устройство работает следующим образом. Предварительно смазав канал матрицы 5, в нее закладывают заготовку 4, и устанавливают, также предварительно смазанные, части пуансона 1, 2 и упорную вставку 3. На торец части пуансона 1 устанавливают проставку 6. При необходимости матрицу в сборе нагревают до температуры (0,3-0,4) Т_{плавления}. Производят давление на проставку 6, в результате чего одна из частей пуансона 2 и часть заготовки 4 перемещается в канале матрицы 5 вертикально вверх - осуществлен первый цикл. После первого цикла проставку 6 устанавливают на торец другой части пуансона 2 и осуществляют повторную деформацию. В результате чего часть пуансона 1 и другую часть заготовки 4 перемещают в канале матрицы 5 вертикально вверх - осуществлен второй цикл. Процесс деформации по такой схеме можно осуществлять, в зависимости от механических свойств заготовки, неограниченное количество раз. В последнем цикле давление производят на торец одной из частей пуансона, без участия проставки, до совпадения торцевых плоскостей частей пуансона 1 и 2.The proposed device operates as follows. Having preliminarily lubricated the channel of the matrix 5, a blank 4 is placed in it, and parts of the punch 1, 2 and thrust insert 3 are also pre-lubricated. A spacer 6 is installed on the end of the part of the punch 1. If necessary, the matrix assembly is heated to a temperature (0.3 -0.4) T _{melting point} . The pressure is applied to the spacer 6, as a result of which one of the parts of the punch 2 and part of the workpiece 4 moves vertically upward in the channel of the matrix 5 — the first cycle is carried out. After the first cycle, the spacer 6 is installed on the end face of the other part of the punch 2 and re-deformation is carried out. As a result, part of the punch 1 and another part of the workpiece 4 are moved vertically upward in the channel of the matrix 5 — a second cycle is carried out. The deformation process according to this scheme can be carried out, depending on the mechanical properties of the workpiece, an unlimited number of times. In the last cycle, the pressure is applied to the end of one of the parts of the punch, without spacers, until the end planes of the parts of the punch 1 and 2 coincide.

Для уменьшения возможного продольного изгиба частей пуансона нижний торец пуансона может быть выполнен с внутренним конусом.To reduce the possible longitudinal bending of the parts of the punch, the lower end of the punch can be made with an inner cone.

Таким образом, заготовку, подвергаемую продольно-симметричному выдавливанию, закладывают в устройство один раз и подвергают деформации при любом количестве циклов, при этом, в материале заготовки отсутствуют застойные зоны с непроработанной структурой. При извлечении заготовки из канала матрицы отсутствует необходимость в использовании пресс-шайб и, как следствие, не требуется их последующая утилизации после контакта с высокоактивным материалом. За счет простоты конструкции, отсутствия быстроизнашиваемых элементов и оптимального соотношения диаметра пуансона к его высоте достигается повышенная стойкость инструмента к высоким давлениям, возникающим в ходе процессов интенсивной пластической деформации.Thus, a workpiece subjected to longitudinally symmetric extrusion is laid once in the device and subjected to deformation at any number of cycles, while there are no stagnant zones with an unprocessed structure in the material of the workpiece. When removing the workpiece from the matrix channel, there is no need to use press washers and, as a result, their subsequent disposal after contact with highly active material is not required. Due to the simplicity of the design, the absence of wear elements and the optimal ratio of the diameter of the punch to its height, increased tool resistance to high pressures arising during the processes of intense plastic deformation is achieved.

Интенсивная пластическая деформация высокоактивных материалов по предложенной схеме с использованием предлагаемого устройства не требует дополнительной защиты обслуживающего персонала за счет минимального контакта с заготовкой.Intensive plastic deformation of highly active materials according to the proposed scheme using the proposed device does not require additional protection for staff due to minimal contact with the workpiece.

Claims

1. A device for producing blanks from hardened metal, containing a matrix with a vertical cylindrical channel made in it and a punch placed in it, divided by an axial plane into two parts, each of which is movable along the matrix axis, characterized in that the vertical cylindrical channel in the lower part it has a radial protrusion, in the channel there is a thrust insert in contact with the radial protrusion, the upper end of which is made in the form of a spherical recess, which avoids the appearance of stagnant zones with an untreated structure in the workpiece material, while the punch is made with a diameter to height ratio of from 1.5 to 2.0.

2. The device according to claim 1, characterized in that the holes are made in the matrix to accommodate thermocouples for temperature control.