RU2161547C1

RU2161547C1 - Method for making products of chip

Info

Publication number: RU2161547C1
Application number: RU2000115013A
Authority: RU
Inventors: н Э.П. Геворк; Э.П. Геворкян; Ю.А. Абромайтис
Original assignee: Геворкян Эдуард Петросович
Priority date: 2000-06-14
Filing date: 2000-06-14
Publication date: 2001-01-10

Abstract

FIELD: powder metallurgy, namely manufacture of machine parts of metallic chip. SUBSTANCE: method comprises steps of disintegrating chip and cleaning it from cutting fluid by washing out in aqueous solution of labomide with subsequent high temperature drying by means of hot air; agitating chip and pressing blank in the form of ring or disc with density 5000-6200 kg/square cm; heating blank up to 1150-1250 C for 10-20 min and shaping product by combination loading method: at first upsetting and then forming with twisting. Shaped products are subjected to respective heat treatment, for example by quenching at 800-850 C and oil cooling with subsequent tempering at 150-170C. EFFECT: possibility for making products of secondary raw material according to waste-free profitable technology with lowered cost for transportation, reduced energy and material consumption. 7 cl, 1 ex

Description

Изобретение относится к области порошковой металлургии, а именно к изготовлению деталей машин из металлической стружки, минуя литейное производство. The invention relates to the field of powder metallurgy, namely to the manufacture of machine parts from metal chips, bypassing the foundry.

В автомобилестроении, тракторостроении, машиностроении большую долю занимают круглые поковки типа шестерен, дисков, маховиков и т.п., для изготовления которых используется кузнечно-прессовое оборудование (1). In automotive, tractor, and mechanical engineering, a large share is occupied by round forgings such as gears, disks, flywheels, etc., for the manufacture of which forging and pressing equipment is used (1).

Известны способы изготовления подобных заготовок методом порошковой металлургии, включающие статическое или динамическое прессование и спекание (2). Known methods for the manufacture of such blanks by powder metallurgy, including static or dynamic pressing and sintering (2).

Эта технология, благодаря широким возможностям предварительного холодного уплотнения, при котором происходит формирование конечных (или очень близких к ним) размеров готовой детали, позволяет значительно повысить коэффициент использования металла по сравнению с традиционными методами. This technology, due to the wide possibilities of preliminary cold compaction, in which the final (or very close to them) dimensions of the finished part are formed, can significantly increase the utilization of metal in comparison with traditional methods.

Однако, широкое внедрение методов порошковой металлургии сдерживается из-за высокой стоимости порошков и не всегда удовлетворительным уровнем эксплуатационных свойств получаемых деталей. Одним из методов решения названной проблемы является вовлечение в процесс и использование в качестве исходного сырья вместо дорогостоящих металлических порошков металлической стружки. However, the widespread adoption of powder metallurgy methods is constrained by the high cost of the powders and the not always satisfactory level of operational properties of the parts obtained. One of the methods for solving this problem is to involve in the process and use as a raw material instead of expensive metal powders of metal shavings.

Наиболее близким аналогом к предлагаемому изобретению является способ изготовления деталей машин, включающий охрупчивание стружки, ее механическое измельчение в порошок, восстановительный отжиг полученного порошка, приготовление шихты путем смешивания стружки с высушенным шламом в определенном соотношении, последующее прессование заготовки с получением брикетов, имеющих пористость 30 - 35%. Полученные брикеты подвергают ступенчатому спеканию при температурах 700 - 750^oC, 950 - 1000^oC и 1150 - 1250^oC с выдержкой на каждой стадии 0,5 - 2,0 часа, после чего штампуют при 1200-1380^oC (3).The closest analogue to the present invention is a method of manufacturing machine parts, including embrittlement of the chip, its mechanical grinding into powder, regenerative annealing of the obtained powder, preparation of the mixture by mixing chips with dried sludge in a certain ratio, subsequent pressing of the workpiece with briquettes having a porosity of 30 - 35% The resulting briquettes are subjected to step-by-step sintering at temperatures of 700 - 750 ^o C, 950 - 1000 ^o C and 1150 - 1250 ^o C with an exposure at each stage of 0.5 - 2.0 hours, after which they are pressed at 1200-1380 ^o C (3) .

В результате получаются изделия с хорошими характеристиками прессуемости и формуемости, а также с достаточно высокой износостойкостью. Недостатком известного решения является сложная технология производства изделий, которая включает предварительное многоступенчатое спекание с выдержкой до двух часов на каждой ступени. The result is a product with good compressibility and formability, as well as a sufficiently high wear resistance. A disadvantage of the known solution is the complex production technology of the products, which includes preliminary multi-stage sintering with a shutter speed of up to two hours at each stage.

Задачей изобретения является создание надежной и безотходной технологии, позволяющей получить изделия с требуемыми физико-механическими и эксплуатационными свойствами при использовании в качестве исходного сырья дешевой стружки. The objective of the invention is to create a reliable and waste-free technology that allows you to get products with the required physical, mechanical and operational properties when using cheap chips as the starting material.

Сущность изобретения заключается в том, что в способе получения изделий из стружки, включающем ее измельчение, смешивание, прессование заготовки, нагрев и формирование изделий методом горячей штамповки, нагрев заготовки осуществляют до 1150 - 1250^oC в течение 10 - 20 минут, а формирование изделий - методом комбинированного нагружения, вначале осадка, а затем штамповка с кручением. Прессованная заготовка может иметь форму кольца или диска. Плотность прессованной заготовки составляет 5000 - 6200 кг/м³. Прессованную заготовку перед нагревом смачивают в графитовой суспензии путем кратковременного окунания, а затем сушат при температуре 80 - 100^oC в электрической нагревательной печи. Стружку перед смешиванием и прессованием подвергают очистке от СОЖ путем промывки в водном растворе лабомида с последующей высокотемпературной сушкой горячим воздухом. Формованные изделия подвергают закалке при температуре 800 - 850^oC с охлаждением в масле с последующим отпуском при температуре 150-170^oC.The essence of the invention lies in the fact that in the method of obtaining products from chips, including its grinding, mixing, pressing the workpiece, heating and forming products by hot stamping, heating the workpiece is carried out to 1150 - 1250 ^o C for 10 to 20 minutes, and the formation of products - by the method of combined loading, first draft, and then stamping with torsion. The pressed preform may be in the form of a ring or disk. The density of the pressed billet is 5000 - 6200 kg / m ³ . Before heating, the pressed billet is moistened in a graphite suspension by short dipping, and then dried at a temperature of 80-100 ^o C in an electric heating furnace. Before mixing and pressing, the chips are cleaned from the coolant by washing in an aqueous solution of labotomide, followed by high-temperature drying with hot air. The molded products are subjected to hardening at a temperature of 800 - 850 ^o C with cooling in oil, followed by tempering at a temperature of 150-170 ^o C.

Получение деталей машин из стружки осуществляют следующим образом. Металлическую стружку разрыхляют, дробят до двух фракций элементов стружки различных длин, в частности 15-25 и 50-60 мм. Полученные фракции смешивают в соотношении 1: 1-1: 5, моют в горячем (90^oC) водном растворе лабомида при концентрации 3 - 5% и сушат при температуре 180 - 220^oC. При подаче промытой стружки в зону нагрева до 180 - 220^oC в макротрещинах стружки происходит парообразование, способствующее выталкиванию из них грязи и СОЖ, в результате чего повышается степень чистоты стружки и понижается осыпаемость полученных из нее брикетов. Высушенную у стружку уплотняют в брикет-прессе при удельном давлении 6,3 т/см². Исходная заготовка - брикет имеет форму диска или кольца, что позволит в дальнейшем прикладывать более высокие удельные нагрузки, уменьшить время нагрева под штамповку и число операций при механической обработке. Более подробно получение заготовки- брикета описано в патенте N 2146719. Полученные брикеты характеризуются повышенной степенью чистоты и пониженной осыпаемостью. Далее готовые брикеты нагревают под штамповку в электрической камерной печи. Пористые материалы более чувствительны к условиям и времени нагрева. Процессы окисления, обезуглераживания, выгорание легирующих элементов и т.д. протекают у них не только на наружной поверхности, но и по всему объему, и если удаление дефектного поверхностного слоя компактных материалов не представляет трудности, то после уплотнения пористых заготовок (брикетов) исправить объемные дефекты практически невозможно. Поэтому параметры нагрева должны быть строго регламентированы, обеспечивать равномерный прогрев по сечению и минимальное время взаимодействия с печной атмосферой. Исходя из изложенного определение параметров нагрева является наиболее важным звеном в решении получения качественных изделий при горячей штамповке пористых материалов. Оптимальное время нагрева брикета зависит от теплофизических констант исходного материала, таких как коэффициент теплопроводности, коэффициент температуропроводности, удельной теплоемкости, а также плотности брикета. Экспериментально было установлено, а потом и подтверждено расчетами, что оптимальная температура нагрева брикетов под штамповку и время нагрева до этой температуры находятся в интервале 1150 - 1250^oC и 10-20 минут, соответственно, в зависимости от материала стружки. Перед нагревом брикеты смачиваются в графитовой суспензии путем кратковременного окунания, после чего сушатся при температуре 80 - 100^oC. Одновременно нагреваются и детали инструмента, которые длительное время контактируют с заготовкой, температура поверхности инструмента составляет 150 - 200^oC. Горячее уплотнение готового брикета методом комбинированного нагружения с кручением способствует образованию необходимых условий для консолидации отдельных частиц, созданию больших сдвиговых деформаций и одновременной диффузии. Штамповка проводилась в открытом штампе с вращающимся инструментом в три прохода: осадка до высоты 50 мм, окончательная штамповка с кручением и обрезка облая и прошивка в совмещенном штампе. Для получения микроструктуры, оптимальной для деталей, работающих в условиях высоких контактных нагрузок, их подвергают термообработке по следующему режиму: закалка при температуре 830 - 840^oC с охлаждением в масле и последующий низкотемпературный отпуск для снятия закалочных напряжений при температуре 150 - 170^oC. Способ осуществляется на автоматизированной линии для переработки и брикетирования стружки, где чистота стружки достигает 98%.Obtaining machine parts from shavings is as follows. The metal chips are loosened, crushed to two fractions of chip elements of various lengths, in particular 15-25 and 50-60 mm. The obtained fractions are mixed in a ratio of 1: 1-1: 5, washed in a hot (90 ^o C) aqueous solution of labomide at a concentration of 3 - 5% and dried at a temperature of 180 - 220 ^o C. When the washed chips are fed into the heating zone up to 180 - 220 ^o C in the macrocracks of the chip vaporization occurs, contributing to the expulsion of dirt and coolant from them, resulting in an increase in the degree of purity of the chip and decreases the shedding of briquettes obtained from it. The dried chips are compacted in a briquette press at a specific pressure of 6.3 t / cm ² . The initial billet - the briquette has the form of a disk or ring, which will make it possible in the future to apply higher specific loads, reduce the heating time for stamping and the number of operations during machining. The preparation of a briquette preform is described in more detail in patent N 2146719. The obtained briquettes are characterized by an increased degree of purity and reduced crumbling. Next, the finished briquettes are heated for stamping in an electric chamber furnace. Porous materials are more sensitive to conditions and heating times. The processes of oxidation, decarburization, burnout of alloying elements, etc. they occur not only on the outer surface, but also throughout the volume, and if removing the defective surface layer of compact materials is not difficult, then after compaction of the porous preforms (briquettes) it is almost impossible to fix volume defects. Therefore, the heating parameters must be strictly regulated, to ensure uniform heating over the cross section and the minimum interaction time with the furnace atmosphere. Based on the foregoing, the determination of heating parameters is the most important link in the decision to obtain high-quality products during the hot stamping of porous materials. The optimal briquette heating time depends on the thermophysical constants of the starting material, such as the coefficient of thermal conductivity, the coefficient of thermal diffusivity, specific heat, and also the density of the briquette. It was experimentally established, and then confirmed by calculations, that the optimum temperature for heating briquettes for stamping and the heating time to this temperature are in the range of 1150 - 1250 ^o C and 10-20 minutes, respectively, depending on the material of the chips. Before heating, the briquettes are wetted in a graphite suspension by short dipping, and then dried at a temperature of 80 - 100 ^o C. At the same time, tool parts that are in contact with the workpiece for a long time are heated, the surface temperature of the tool is 150 - 200 ^o C. Hot compaction of the finished briquette by the method combined loading with torsion contributes to the formation of the necessary conditions for the consolidation of individual particles, the creation of large shear deformations and simultaneous diffusion. Stamping was carried out in an open die with a rotating tool in three passes: draft to a height of 50 mm, final stamping with torsion and cutting around and flashing in a combined stamp. To obtain a microstructure that is optimal for parts operating under high contact loads, they are subjected to heat treatment according to the following regime: quenching at a temperature of 830 - 840 ^o C with cooling in oil and subsequent low-temperature tempering to relieve quenching stresses at a temperature of 150 - 170 ^o C. The method is carried out on an automated line for processing and briquetting chips, where the purity of the chips reaches 98%.

Изобретение иллюстрируется на чертеже, где схематично изображен механизм для штамповки с кручением. Механизм содержит штамподержатель 1, жестко соединенный с винтом 2, имеющим возможность совершения возвратно-поступательного движения. Винт 2 образует винтовую не самотормозящую пару с гайкой 3, совершающей принудительное поступательное перемещение. Вращение винта 2 происходит за счет опережающего движения гайки 3 относительно винта 2. Изображенный механизм в дальнейшем использовали при разработке конструкций пресса, входящего в технологический процесс реализации изобретения. The invention is illustrated in the drawing, which schematically shows a mechanism for stamping with torsion. The mechanism comprises a die holder 1, rigidly connected to a screw 2, with the possibility of reciprocating motion. The screw 2 forms a screw not self-braking pair with a nut 3, making a forced translational movement. The rotation of the screw 2 occurs due to the forward movement of the nut 3 relative to the screw 2. The illustrated mechanism was subsequently used in the development of press structures included in the technological process of implementing the invention.

Пример реализации способа. Были изготовлены брикеты из стружки стали ШХ15 по методу, описанному в патенте N 2146719. Стружку подвергали мойке в камерах моечно-сушильного агрегата в течение 5 минут при температуре моечной жидкости 90^oC, после чего сушили при температуре 200^oC. Брикетирование осуществляли в пресс-форме брикетировочного пресса Б6238. Удельное сопротивление прессования 6,3 т/см². Получили брикеты размером 170 х 80 мм, весом 13 кг, из которых в дальнейшем изготовили опытные шайбы коленчатого вала. Параллельно для сравнения получили аналогичные шайбы из стали. Определение механических свойств полученных изделий, таких как твердость (НВ) и испытания на статический изгиб, проводили по стандартным методикам. Изделия имеют практически одинаковую прочность 229 - 255 НВ, нагрузка на статический изгиб для деталей из стружки составляет 10 - 13 тс, а для деталей из стали 9 - 11 тс. Механические характеристики изделий, такие как предел прочности, ударная вязкость, предел текучести, предел прочности при изгибе соответствуют необходимым условиям при их эксплуатации.An example implementation of the method. Briquettes were made from shavings of steel ШХ15 according to the method described in patent No. 2146719. The chips were washed in the chambers of the washing and drying unit for 5 minutes at a temperature of the washing liquid 90 ^° C, after which they were dried at a temperature of 200 ^° C. Briquetting was carried out in a press -form briquetting press B6238. The specific pressing resistance of 6.3 t / cm ² . Received briquettes measuring 170 x 80 mm, weighing 13 kg, from which experimental crankshaft washers were subsequently made. In parallel, for comparison, similar steel washers were obtained. Determination of the mechanical properties of the obtained products, such as hardness (HB) and tests for static bending, was carried out according to standard methods. Products have almost the same strength of 229 - 255 HB, the load on static bending for parts made of chips is 10 - 13 ton-force, and for parts made of steel 9 - 11 ton-force. The mechanical characteristics of the products, such as tensile strength, impact strength, yield strength, tensile strength in bending correspond to the necessary conditions during their operation.

Реализация данного способа позволяет изготавливать изделия из вторичного сырья, делая эту технологию безотходной и прибыльной, так как сокращаются транспортные, энергетические и материальные расходы. Кроме того, в данном случае важен также и экологический аспект, т.к. предлагаемая технология позволит частично сократить литейное производство. The implementation of this method allows the manufacture of products from recycled materials, making this technology non-waste and profitable, as transport, energy and material costs are reduced. In addition, in this case, the environmental aspect is also important, because the proposed technology will partially reduce the foundry.

Использованная литература
1. Джордж Де-Гроат "Производство изделий из металлического порошка",М., ГосНТИ машиностроительной литературы, 1960, с. 22-23.References
1. George De Groat "Production of products from metal powder", M., GosNTI engineering literature, 1960, p. 22-23.

2. Там же, с. 7-10. 2. Ibid., P. 7-10.

3. Авторское свидетельство СССР N 1337194, В 22 F 8/00, 15.09.1987. 3. USSR author's certificate N 1337194, B 22 F 8/00, 09/15/1987.

Claims

1. A method of obtaining products from chips, including its grinding, mixing, pressing the workpiece, heating and forming products by hot stamping, characterized in that the workpiece is heated to 1150 - 1250 ^o C for 10 - 20 minutes, and the formation of products by the method combined loading, first draft, and then stamping with torsion.

2. The method according to p. 1, characterized in that the pressed billet has the shape of a ring or disk.

3. The method according to claim 1, characterized in that the density of the pressed billet is 5000 - 6200 kg / m ³ .

4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the pressed preform is moistened in a graphite suspension before being heated by short dipping.

5. The method according to claim 1, characterized in that the preform after wetting is dried at 80 - 100 ^o C in an electric heating furnace.

6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the chips before mixing and pressing are cleaned from the coolant by washing in an aqueous solution of labotomide, followed by high-temperature drying with hot air.

7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the molded products are subjected to hardening at 800 - 850 ^o C with cooling in oil, followed by tempering at 150 - 170 ^o C.