RU2176569C2

RU2176569C2 - Blank of bimetallic article envelope and apparatus for its embodiment

Info

Publication number: RU2176569C2
Application number: RU99113780A
Authority: RU
Inventors: А.Б. Александров; М.А. Труфанов
Original assignee: Открытое акционерное общество "Новосибирский завод химконцентратов"
Priority date: 1999-06-23
Filing date: 1999-06-23
Publication date: 2001-12-10

Abstract

FIELD: bimetallic article production. SUBSTANCE: blank of envelope of bimetallic article is in the form of cylindrical sleeve having wall and bottom. Blank includes starting portion in the form of hollow body of revolution with wall having variable thickness along its height, said portion is arranged between sleeve wall and its bottom. Base of large cross section of starting portion is joined with sleeve wall. Apparatus for making blanks includes die with cylindrical cavity and bottom and punch. Cavity of die has shaping portion arranged between cylindrical and bottom portions and being in the form of truncated cone whose large cross section base is joined with cylindrical portion. Such design allows to lower gas saturation degree of assembled blanks and to provide high quality contact of envelope with core. EFFECT: improved design of apparatus, enhanced quality of bimetallic products. 2 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к обработке металлов давлением, а именно к средствам и устройствам, используемым при производстве биметаллических изделий. The invention relates to the processing of metals by pressure, and in particular to means and devices used in the production of bimetallic products.

Известна заготовка оболочки биметаллических изделий, выполненная в виде стакана, состоящего из полой цилиндрической и донной частей (см. Король В.К. , Гильденгорн М.С. Основы технологии производства многослойных металлов. М.: Металлургия, 1970 г., рис. 46, тип II, позиция 1) - прототип. Known blank shell of bimetallic products, made in the form of a glass, consisting of a hollow cylindrical and bottom parts (see King V.K., Gildenngorn M.S. Fundamentals of the technology of production of multilayer metals. M: Metallurgy, 1970, Fig. 46 , type II, position 1) - prototype.

В ряде случаев донная часть заготовки оболочки имеет переходный участок, образованный двумя радиусными поверхностями. In some cases, the bottom of the shell blank has a transition section formed by two radius surfaces.

Известно устройство для изготовления заготовок оболочки биметаллических изделий, содержащее пуансон и матрицу, при этом полость последней состоит из цилиндрической и донной частей (см. Романовский В.П. Справочник по холодной штамповке, М.: Машиностроение. 1965 г., рис. 330, позиция 1) - прототип. A device for manufacturing blanks of a shell of bimetallic products containing a punch and a matrix, while the cavity of the latter consists of a cylindrical and bottom parts (see Romanovsky V.P. Handbook of cold stamping, M .: Mechanical Engineering. 1965, Fig. 330, position 1) is the prototype.

Для получения заготовки оболочки с радиусным переходным участком донную часть матрицы выполняют с тороидальным переходным участком. To obtain a shell blank with a radius transition section, the bottom of the matrix is performed with a toroidal transition section.

Недостатком известных заготовки оболочки биметаллических изделий и устройства для ее изготовления является невысокое качество получаемых биметаллических изделий. Это обусловлено тем, что при калибровке сборных заготовок биметаллических изделий, состоящих из заготовки оболочки, заготовки сердечника и при необходимости крышки, осуществляемой посредством вытяжки с утонением стенки наружного слоя, имеет место деформирование - принятие формы сферы - донной части оболочки вследствие действия на нее изгибающего момента на начальном этапе деформирования. При этом деформация донной части оболочки тем больше, чем больше степень деформации при калибровке сборной заготовки. Свободный объем с воздухом, образующийся между торцом сердечника и внутренней поверхностью донной части оболочки, приводит к невозможности получения качественного прилегания донной части оболочки к сердечнику. Кроме того, при последующей термодиффузионной обработке находящийся в сборной заготовке воздух выдавливается на образующую, проявляясь либо в виде пузырей, либо в виде неприлегания оболочки к сердечнику на образующей. Данный вид дефекта для биметаллических изделий является недопустимым. A disadvantage of the known billet shell blanks and devices for its manufacture is the low quality of the obtained bimetallic products. This is due to the fact that during the calibration of prefabricated bimetallic products consisting of a shell preform, a core preform and, if necessary, a cover, carried out by drawing with thinning of the wall of the outer layer, deformation takes place - it takes the form of a sphere - the bottom of the shell due to bending moment at the initial stage of deformation. Moreover, the deformation of the bottom of the shell is greater, the greater the degree of deformation during calibration of the prefabricated workpiece. The free volume with air formed between the end of the core and the inner surface of the bottom of the shell makes it impossible to obtain a good fit of the bottom of the shell to the core. In addition, during subsequent thermal diffusion processing, the air in the prefabricated workpiece is squeezed out onto the generatrix, manifesting itself either in the form of bubbles or in the form of non-adherence of the shell to the core on the generatrix. This type of defect for bimetallic products is unacceptable.

Технической задачей является создание заготовки оболочки биметаллических изделий и устройства для ее изготовления такой конструкции, которая позволила бы снизить газонасыщенность сборных заготовок и получить качественное прилегание оболочки к сердечнику, техническим результатом которых явилось бы повышение качества биметаллических изделий. The technical task is to create a billet shell blank and a device for its manufacture in such a design that would reduce the gas saturation of the prefabricated blanks and get a good fit of the shell to the core, the technical result of which would be to improve the quality of the bimetallic products.

Поставленная задача решается тем, что заготовка оболочки биметаллических изделий, выполненная в виде цилиндрического стакана со стенкой и донной частью имеет заходной участок, выполненный в виде полого тела вращения со стенкой переменной толщины по высоте, размещенный между стеной стакана донной частью и сопряженный основанием большего поперечного сечения со стенкой стакана. The problem is solved in that the billet shell blank made in the form of a cylindrical glass with a wall and a bottom has a lead-in section made in the form of a hollow body of revolution with a wall of variable thickness in height, placed between the glass wall of the bottom and mated with a base of a larger cross section with a glass wall.

Задача решается также и тем, что в устройстве для изготовления заготовок оболочек биметаллических изделий, содержащем матрицу с цилиндрической полостью и донной частью и пуансон, и для использования стакана в качестве заготовки биметаллических изделий полость матрицы выполнена с формующим участком, расположенным между цилиндрической и донной частями и имеющим форму усеченного конуса, основание большего поперечного сечения которого сопряжено с цилиндрической частью. The problem is also solved by the fact that in the device for the manufacture of blanks for shells of bimetallic products containing a matrix with a cylindrical cavity and a bottom part and a punch, and for using the glass as a blank for bimetallic products, the matrix cavity is made with a forming section located between the cylindrical and bottom parts and having the shape of a truncated cone, the base of a larger cross section of which is associated with the cylindrical part.

Выполнение в полости матрицы формующего участка заявленной формы и с заданным месторасположением обеспечивает получение заготовки оболочки биметаллических изделий с заходным участком в виде полого тела вращения с переменной толщиной стенки по высоте, что способствует решению технической задачи, поставленной перед изобретением. Это позволяет сделать вывод о том, что заявляемые решения связаны между собой единым изобретательским замыслом. The execution in the matrix cavity of the forming section of the claimed form and with a given location ensures the preparation of a shell of bimetal products with a lead-in section in the form of a hollow body of revolution with a variable wall thickness in height, which helps to solve the technical problem posed by the invention. This allows us to conclude that the claimed solutions are interconnected by a single inventive concept.

Сравнение заявляемых технических решений с прототипами позволяет установить их соответствие критерию "новизна". Comparison of the claimed technical solutions with prototypes allows us to establish their compliance with the criterion of "novelty."

Изучение известных технических решений, используемых при производстве многослойных изделий, не позволило выявить признаки, являющиеся отличительными в заявляемых решениях, что позволяет сделать вывод о соответствии данных решений критерию "существенные отличия". The study of well-known technical solutions used in the manufacture of multilayer products, did not allow to identify the signs that are distinctive in the claimed solutions, which allows us to conclude that these solutions meet the criterion of "significant differences".

Сущность изобретения поясняется чертежами. The invention is illustrated by drawings.

На фиг. 1 представлена конструкция заявляемой заготовки оболочки биметаллических изделий, имеющая переходной участок, образованный радиусными поверхностями. In FIG. 1 shows the design of the inventive billet shell of bimetallic products having a transition section formed by radius surfaces.

На фиг. 2 представлены стадии процесса калибровки сборной заготовки оболочки: положение I - начало калибровки сборной заготовки, положение II - начало деформирования, положение III - окончание деформирования оболочки сборной заготовки на заходном участке, положение IV - окончание калибровки сборной заготовки. In FIG. Figure 2 presents the stages of the calibration process for the prefabricated shell: position I - the beginning of the calibration of the prefabricated workpiece, position II - the beginning of deformation, position III - the end of the deformation of the shell of the prefabricated workpiece at the entry section, position IV - the end of the calibration of the prefabricated workpiece.

На фиг. 3 и 4 представлено устройство для изготовления заготовок оболочек биметаллических изделий в исходном и рабочем положениях соответственно. In FIG. 3 and 4, a device for manufacturing blanks of shells of bimetallic products in the initial and operating positions, respectively, is presented.

На фиг. 5 представлена форма рабочей части (полости), используемой в устройстве матрицы. In FIG. 5 shows the shape of the working part (cavity) used in the matrix device.

Заготовка оболочки биметаллических изделий представляет собой стакан, состоящий из полой цилиндрической 1 и донной 2 частей, при этом последняя выполнена с переходным участком 3, образованным двумя радиусными поверхностями, а также заходного участка 4, расположенного между полой цилиндрической 1 и донной 2 частями. Заходной участок 4 выполнен в виде полого тела вращения с переменной толщиной стенки по высоте, основание большего поперечного сечения которого сопряжено с полой цилиндрической 1 частью. Полость заходного участка 4 имеет форму цилиндра с постоянным диаметром по высоте. The blank of the shell of bimetallic products is a glass consisting of a hollow cylindrical 1 and bottom 2 parts, the latter being made with a transition section 3 formed by two radius surfaces, as well as a lead-in section 4 located between the hollow cylindrical 1 and bottom 2 parts. The entry section 4 is made in the form of a hollow body of revolution with a variable wall thickness in height, the base of a larger cross section of which is associated with a hollow cylindrical 1 part. The cavity of the entry section 4 has the shape of a cylinder with a constant diameter in height.

Заготовка оболочки биметаллических изделий используется следующим образом. The preparation of the shell of bimetallic products is used as follows.

В указанную заготовку оболочки 5 устанавливают заготовку сердечника 6, после чего сборную заготовку подвергают калибровке (вытяжке с утонением стенки) путем проталкивания ее через вытяжную матрицу 7. При необходимости на открытый торец заготовки сердечника устанавливают крышку. В начальный момент калибровки (положение I на фиг. 2) вследствие наличия у заготовки оболочки 5 заходного участка 4 ее донная 2 часть проходит рабочий участок матрицы 7, не деформируясь, после чего начинается деформация оболочки сборной заготовки в районе сопряжения донной 2 части и заходного участка 4. Сначала происходит деформирование оболочки без утонения стенки за счет выборки технологического зазора между заготовкой оболочки 5 и заготовкой сердечника 6, после чего начинается деформация оболочки с утонением стенки (положение II на фиг. 2). В ходе деформирования степень деформации на высоте заходного участка оболочки сборной заготовки увеличивается, достигая максимального значения в момент прохождения через калибрующий поясок вытяжной матрицы поперечного сечения сборной заготовки, проходящего через плоскость сопряжения цилиндрической 1 части и заходного участка 4 оболочки (положение III на фиг. 2). При дальнейшем деформировании сборной заготовки, осуществляемом с постоянной степенью деформации, оболочка плотно прилегает к сердечнику (положение IV на фиг.2), обеспечивая изделию высокое качество. A core blank 6 is installed in said blank of shell 5, after which the assembled blank is calibrated (hood with thinning of the wall) by pushing it through the hood matrix 7. If necessary, a cover is installed on the open end of the core blank. At the initial moment of calibration (position I in Fig. 2), due to the presence of the shell blank 5 of the entry section 4, its bottom 2 part passes through the working section of the matrix 7 without deforming, after which the deformation of the shell of the prefabricated workpiece begins in the interface between the bottom 2 part and the entry section 4. First, the shell deforms without thinning the wall due to the sampling of the technological gap between the shell blank 5 and the core blank 6, after which the shell begins to deform with the wall thinning (position II in Fig. 2). During deformation, the degree of deformation at the height of the entry section of the shell of the prefabricated material increases, reaching a maximum value at the moment of passing through the gage belt of the exhaust matrix of the cross section of the prefabricated material passing through the interface plane of the cylindrical 1 part and the entry section 4 of the shell (position III in Fig. 2) . With further deformation of the prefabricated workpiece, carried out with a constant degree of deformation, the shell adheres tightly to the core (position IV in figure 2), providing the product with high quality.

Параметры заходного участка заготовки оболочки (наружный и внутренний диаметры в плоскости сопряжения заходного участка и донной части, высота заходного участка и др.) выбирают таким образом, чтобы в момент прохождения по калибрующему пояску вытяжной матрицы 7 плоскости сопряжения тороидальной и цилиндрической частей заготовки сердечника 6 степень деформации по толщине стенки оболочки была минимальной (2-10%). Снижение нижнего предела степени деформации может не обеспечить полную выборку технологического зазора между заготовкой оболочки и заготовкой сердечника в зоне сопряжения их тороидальных частей, в случае выполнения внутреннего диаметра стакана на верхнем пределе, а диаметра заготовки сердечника - на нижнем. Превышение же вышеупомянутого верхнего предела степени деформации приводит к тому, что деформирование сборной заготовки начинается в зоне тороидального участка донной части оболочки, при этом возникающий в ней изгибающий момент способствует деформированию донной части оболочки сборной заготовки, которая принимает форму сферы. Образующийся при этом между торцом сердечника и внутренней поверхностью донной части оболочки свободный объем с воздухом приводит к невозможности получения качественного прилегания оболочки к сердечнику даже после проведения термодиффузионной обработки. The parameters of the entry section of the shell blank (outer and inner diameters in the interface plane of the entry section and the bottom, the height of the entry section, etc.) are selected so that at the time of passing through the gauge belt of the exhaust matrix 7 of the interface plane of the toroidal and cylindrical parts of the core blank 6 degree strain along the shell wall thickness was minimal (2-10%). Reducing the lower limit of the degree of deformation may not provide a complete sample of the technological gap between the shell blank and the core blank in the mating zone of their toroidal parts, if the inner diameter of the cup is at the upper limit and the diameter of the core blank is at the lower. Exceeding the aforementioned upper limit of the degree of deformation leads to the fact that the deformation of the prefabricated workpiece begins in the zone of the toroidal section of the bottom part of the shell, while the bending moment arising in it contributes to the deformation of the bottom part of the shell of the prefabricated workpiece, which takes the form of a sphere. The free volume formed between the end of the core and the inner surface of the bottom part of the shell with air makes it impossible to obtain a good fit of the shell to the core even after thermal diffusion treatment.

Устройство для изготовления заготовок оболочек биметаллических изделий (фиг. 3, 4) состоит из матрицы 8 и пуансона 9. Матрица 8 установлена на нижней плите пресса (условно не показано), пуансон 9 - на верхней плите пресса (условно не показано). Матрица 8 имеет рабочую полость (фиг. 5), состоящую из цилиндрической 10 и донной 11 частей, при этом последняя выполнена с тороидальным переходным участком 12. Между цилиндрической 10 и донной 11 частями выполнен дополнительный формующий участок 13, имеющий форму усеченного конуса, основание большего поперечного сечения которого сопряжено с цилиндрической частью 10. Для уменьшения трения образующая цилиндрической части полости матрицы выполнена с небольшой, порядка 0,2-0,5^o, конусностью.A device for the manufacture of blanks of shells of bimetallic products (Fig. 3, 4) consists of a matrix 8 and a punch 9. The matrix 8 is installed on the bottom plate of the press (not shown conditionally), the punch 9 is on the upper plate of the press (not shown). The matrix 8 has a working cavity (Fig. 5), consisting of a cylindrical 10 and a bottom 11 parts, while the latter is made with a toroidal transition section 12. Between the cylindrical 10 and the bottom 11 parts an additional forming section 13 having the shape of a truncated cone, the base of the larger the cross section of which is associated with the cylindrical part 10. To reduce friction, the generatrix of the cylindrical part of the cavity of the matrix is made with a small, about 0.2-0.5 ^o , taper.

Устройство для изготовления заготовок оболочек работает следующим образом. A device for the manufacture of blanks of the shells is as follows.

Заготовку 14 помещают в полость матрицы 8 и прикладывают к ней усилие деформирования пуансоном 9. В начальный момент происходит заполнение полости матрицы 8 материалом заготовки 14, после чего материал заготовки выдавливается в зазор между рабочими поверхностями матрицы 8 и пуансона 9, образуя при этом изделие типа стакана 15. На последней стадии выдавливания, когда пуансон 9 перемещается вдоль формующего участка 13 матрицы 8, в выдавливаемом стакане 15 формируется заходной участок 4 с переменной толщиной стенки по высоте. При обратном ходе пресса пуансон 9 с заготовкой оболочки (стаканом 15) поднимается, после чего последняя снимается с пуансона при помощи съемника (условно не показано). The workpiece 14 is placed in the cavity of the matrix 8 and the deformation force is applied to it by the punch 9. At the initial moment, the cavity of the matrix 8 is filled with the material of the workpiece 14, after which the workpiece material is extruded into the gap between the working surfaces of the matrix 8 and the punch 9, forming a glass-like product 15. At the last extrusion stage, when the punch 9 moves along the forming section 13 of the matrix 8, an inlet section 4 with a variable wall thickness along the height is formed in the extruded cup 15. During the reverse stroke of the press, the punch 9 with the shell blank (glass 15) rises, after which the latter is removed from the punch using a puller (not shown conditionally).

Выполнение на матрице 8 формующего участка обусловлено получением заготовки оболочки с заходным участком заявленной формы. При этом параметры формующего участка (угол наклона образующей, высота участка, диаметр в месте сопряжения с донной частью матрицы) выбирают таким образом, чтобы заходной участок на заготовке оболочки обеспечивал при калибровке сборной заготовки минимальную (2-10%) степень деформации оболочки в момент прохождения по калибрующему пояску вытяжной матрицы плоскости сопряжения тороидальной и цилиндрической частей заготовки сердечника. Кроме того, форма и геометрические размеры заходного участка должны обеспечивать прохождение в начальный момент калибровки сборной заготовки через переходный участок донной части сборной заготовки без ее деформирования. Выполнение указанных условий позволяет осуществлять калибровку сборных заготовок без деформирования (выпучивания) донной части оболочки, что способствует получению биметаллических изделий высокого качества за счет получения качественного прилегания оболочки к сердечнику. The execution on the matrix 8 of the forming section is due to the preparation of the shell blank with the lead-in section of the claimed form. At the same time, the parameters of the forming section (the angle of inclination of the generatrix, the height of the section, and the diameter at the interface with the bottom of the matrix) are chosen so that the entry section on the shell blank provides a minimum (2-10%) degree of shell deformation at the moment of passage on the calibrating girdle of the exhaust matrix of the interface plane of the toroidal and cylindrical parts of the core blank. In addition, the shape and geometrical dimensions of the entry section must ensure the passage at the initial moment of calibration of the prefabricated workpiece through the transition section of the bottom of the prefabricated workpiece without deformation. The fulfillment of these conditions allows the calibration of prefabricated blanks without deformation (buckling) of the bottom of the shell, which contributes to the production of high-quality bimetallic products by obtaining a good fit of the shell to the core.

Пример осуществления изобретения. An example embodiment of the invention.

Заготовки из алюминиевого сплава Б1Т ТУ 95.2222-90 диаметром 39 мм и высотой 20 мм, предварительно смазанные маслом цилиндровым 52, укладывают в матрицу диаметром 39,4 мм и осуществляют обратное выдавливание пуансоном с диаметром калибрующего пояска 35,2 мм. Радиус скругления на матрице 5 мм, на торце пуансона 4,1 мм. Матрица имеет формующий участок, расположенный между цилиндрической и донной частями, при этом донная часть соединена с формующим участком посредством переходного тороидального участка. Billet aluminum alloy B1T TU 95.2222-90 with a diameter of 39 mm and a height of 20 mm, pre-lubricated with cylinder oil 52, is placed in a die with a diameter of 39.4 mm and is extruded by a punch with a diameter of a calibrating girdle of 35.2 mm. The rounding radius on the die is 5 mm, at the end of the punch is 4.1 mm. The matrix has a forming section located between the cylindrical and bottom parts, while the bottom part is connected to the forming section by means of a transitional toroidal section.

Угол конусности формующего участка выбран равным 11^o, высота участка - 3 мм.The taper angle of the forming section is chosen equal to 11 ^o , the height of the section is 3 mm.

Полученный при обратном выдавливании стакан имеет заходной участок, расположенный между полой цилиндрической и донной частями. При этом последняя имеет переходный участок, образованный радиусными поверхностями матрицы и пуансона, посредством которого донная часть соединена с заходным участком, имеющим переменную по высоте толщину стенки. The glass obtained by reverse extrusion has a lead-in section located between the hollow cylindrical and bottom parts. Moreover, the latter has a transition section formed by the radial surfaces of the matrix and the punch, through which the bottom part is connected to the inlet section, which has a wall thickness that is variable in height.

Толщина стенки стакана в месте сопряжения переходного и заходного участков равна 1,6 мм, в месте сопряжения заходного участка и цилиндрической части - 2,1 мм. The thickness of the glass wall at the junction of the transition and entry sections is 1.6 mm, at the interface of the entry section and the cylindrical part, 2.1 mm.

В указанный стакан, используемый в качестве заготовки оболочки биметаллического изделия, устанавливают заготовку сердечника из САП, после чего сборную заготовку проталкивают через матрицу калибровки диаметром 38,2 мм, при этом оболочка подвергается деформированию посредством вытяжки с утонением стенки, с формированием в биметаллическом изделии оболочки толщиной 1,5 мм. A core blank of SAP is installed in the indicated glass used as a blank for the shell of a bimetallic product, after which the prefabricated blank is pushed through a 38.2 mm diameter calibration matrix, while the shell is deformed by drawing with thinning of the wall, with the formation of a shell in the bimetallic product with a thickness 1.5 mm.

Вследствие выполнения на заготовке оболочки (стакане) заходного участка с указанными выше параметрами при калибровке сборной заготовки донная часть оболочки не деформируется, что способствует получению плоской (без выпучивания) поверхности донной части. Due to the completion of the entry section with the above parameters on the shell blank (glass) during calibration of the prefabricated blank, the bottom of the shell is not deformed, which helps to obtain a flat (without bulging) surface of the bottom.

Контроль биметаллического изделия после его герметизации и термодиффузионной обработки показал, что оболочка плотно прилегает к сердечнику как на глухом торце, так и на образующей. The control of the bimetallic product after its sealing and thermal diffusion treatment showed that the shell is tightly attached to the core both at the blind end and at the generatrix.

Использование заготовки оболочки с заходным участком заявленной формы способствует осуществлению калибровки сборных заготовок без деформирования донной части, что приводит к получению биметаллических изделий высокого качества, с плотным прилеганием оболочки к сердечнику. The use of a shell blank with a lead-in section of the claimed shape facilitates the calibration of prefabricated blanks without deforming the bottom, which leads to high-quality bimetallic products with a tight fit of the shell to the core.

Claims

1. The shell blank of bimetallic products, made in the form of a cylindrical glass, containing a wall and a bottom part, characterized in that it has a lead-in section made in the form of a hollow body of revolution with a wall of variable thickness in height, located between the glass wall and the bottom part and paired the basis of a larger cross section with the wall of the glass.

2. A device for the manufacture of shell blanks in the form of a glass, containing a matrix with a cylindrical cavity and a bottom part and a punch, characterized in that for using the glass as a blank for the shell of bimetallic products, the matrix cavity is made with a forming section located between the cylindrical and bottom parts and having the shape of a truncated cone, the base of a larger cross section of which is associated with the cylindrical part.