RU2202434C2 - Method for deformation working of materials and apparatus for performing the same - Google Patents
Method for deformation working of materials and apparatus for performing the same Download PDFInfo
- Publication number
- RU2202434C2 RU2202434C2 RU2001116179A RU2001116179A RU2202434C2 RU 2202434 C2 RU2202434 C2 RU 2202434C2 RU 2001116179 A RU2001116179 A RU 2001116179A RU 2001116179 A RU2001116179 A RU 2001116179A RU 2202434 C2 RU2202434 C2 RU 2202434C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cavity
- workpiece
- deformation
- faces
- deforming
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к обработке материалов, преимущественно металлов, давлением, в частности прессованием, и может быть использовано для изготовления полуфабрикатов с высокооднородной структурой под последующую деформационную и/или механическую обработку, а также для регламентированного изменения структуры и свойств материалов, в том числе формирования субмикрокристаллической структуры. The invention relates to the processing of materials, mainly metals, by pressure, in particular by pressing, and can be used for the manufacture of semi-finished products with a highly homogeneous structure for subsequent deformation and / or mechanical processing, as well as for regulated changes in the structure and properties of materials, including the formation of a submicrocrystalline structure .
Пластическая деформация поликристаллических материалов, в частности металлов и сплавов, является эффективным средством воздействия на их структуру и свойства. При заданных температурно-скоростных условиях деформирования металлических материалов существенное влияние на структурообразование играет механика процесса пластической обработки. Она задается схемой внешнего кинематического и силового воздействия на деформируемый объем (схемой деформации, геометрией инструмента и др.) и определяет ряд параметров процесса: геометрию изменения деформируемого объема, величину показателя напряженного состояния, однородность распределения напряжений и деформаций, величину накопленных деформаций в каждой точке образца. Для получения однородных по всему объему заготовки микроструктуры и, соответственно, свойств необходимо обеспечить равномерное распределение напряжений и деформаций в заготовке в процессе деформационной обработки. Plastic deformation of polycrystalline materials, in particular metals and alloys, is an effective means of influencing their structure and properties. Under the given temperature and speed conditions for the deformation of metallic materials, the mechanics of the plastic processing process play a significant effect on the structure formation. It is set by the scheme of external kinematic and force action on the deformable volume (deformation scheme, tool geometry, etc.) and determines a number of process parameters: geometry of the change in the deformable volume, value of the stress state index, uniformity of stress and strain distribution, accumulated deformations at each point of the sample . To obtain uniform microstructure throughout the preform volume and, accordingly, properties, it is necessary to ensure uniform distribution of stresses and strains in the preform during deformation processing.
Значительный интерес представляют способы деформационной обработки, использующие специальные схемы деформирования для реализации интенсивной пластической деформации, в результате которой в материалах обеспечивается возможность формирования микроструктуры с размером зерен в десятые и сотые доли микрометра. Получение субмикрокристаллического состояния позволяет достичь в металлах и сплавах уникальных физико-механических характеристик, в частности, существенно повысить прочностные характеристики при сохранении достаточно высокого уровня пластичности. Для осуществления интенсивной пластической деформации материала применяют устройства, в которых деформационная обработка выполняется либо без существенного изменения формы заготовки, либо в конце определенной последовательности операций заготовке придается исходная форма. Это позволяет многократно проводить циклы обработки для набора больших деформаций в объеме заготовки и достижения регламентированных структуры и свойств обрабатываемого материала. Of considerable interest are methods of deformation processing using special deformation schemes to realize intense plastic deformation, as a result of which it is possible in the materials to form a microstructure with grain sizes of tenths and hundredths of a micrometer. Obtaining a submicrocrystalline state makes it possible to achieve unique physical and mechanical characteristics in metals and alloys, in particular, to significantly increase the strength characteristics while maintaining a sufficiently high level of ductility. To carry out intense plastic deformation of the material, devices are used in which deformation processing is performed either without a significant change in the shape of the workpiece, or at the end of a certain sequence of operations, the workpiece is given its original shape. This allows you to repeatedly carry out processing cycles for a set of large deformations in the volume of the workpiece and achieve the regulated structure and properties of the processed material.
Известен способ и устройство [1] для деформационной обработки материалов, включающий интенсивную пластическую деформацию путем равноканального углового прессования заготовки без изменения ее поперечного сечения. При продавливании заготовки через два пересекающихся канала с одинаковым поперечньм сечением материал в месте пересечения каналов претерпевает деформацию сдвига. Способ заключается в размещении материала в первом канале, приложения усилия для перемещения его во второй канал при приложенном обратном давлении для ограничения движения материала через второй канал и удаления заготовки за счет освобождения ее граней. Указанная последовательность операций может быть осуществлена многократно. Повторение циклов прессования обеспечивает в исходном сечении заготовки большую степень деформации. A known method and device [1] for the deformation processing of materials, including intensive plastic deformation by equal channel angular pressing of the workpiece without changing its cross section. When punching a workpiece through two intersecting channels with the same cross-section, the material at the intersection of the channels undergoes shear deformation. The method consists in placing the material in the first channel, applying force to move it into the second channel at an applied back pressure to limit the movement of the material through the second channel and removing the workpiece by releasing its faces. The specified sequence of operations can be carried out repeatedly. The repetition of pressing cycles provides a large degree of deformation in the initial section of the workpiece.
Устройство состоит из сборной матрицы со сборным поддоном, образующими пересекающие каналы равного сечения, и сборного пуансона. При этом указанные узлы и/или их элементы подвижны в процессе реализации способа, в том числе деформирования обрабатываемого материала. The device consists of a prefabricated matrix with a prefabricated pallet forming intersecting channels of equal cross section and a prefabricated punch. Moreover, these nodes and / or their elements are movable during the implementation of the method, including deformation of the processed material.
Данные способ и устройство имеют ограниченные технологические возможности. Для обеспечения возможности удаления одной заготовки без использования последующей способ предполагает использование заготовки, соответственно и каналов, только квадратного или прямоугольного сечения. Основным недостатком устройства является сложность его конструкции, подвижность большинства деталей в процессе обработки. Вследствие этого требуются большие трудозатраты на изготовление узлов устройства, частую замену деталей по причине их быстрого износа при эксплуатации из-за невозможности оперативного доступа к каналам устройства для их смазки, зачистки и т.п. Кроме того, наличие в узле деформирования сопрягающихся и двигающихся друг относительно друга деталей может приводить к образованию заусенцев на поверхности заготовки. В связи с этим, возникают сложности с удалением обработанной заготовки, а при существенном износе деталей, образующих каналы, удаление заготовки становится невозможным без разборки устройства. These method and device have limited technological capabilities. To provide the ability to remove one workpiece without using the subsequent method, it involves the use of a workpiece, respectively channels, of only square or rectangular cross-section. The main disadvantage of the device is the complexity of its design, the mobility of most parts during processing. As a result of this, large labor costs are required for the manufacture of device components, frequent replacement of parts due to their rapid wear during operation due to the inability to quickly access the channels of the device for their lubrication, stripping, etc. In addition, the presence in the deformation unit of mating and moving relative to each other parts can lead to the formation of burrs on the surface of the workpiece. In this regard, difficulties arise with the removal of the processed workpiece, and with significant wear of the parts forming the channels, removal of the workpiece becomes impossible without disassembling the device.
К общему недостатку способов и устройств равноканального углового прессования, непосредственно связанного с механической схемой деформации, относится значительная неравномерность распределения деформации в концевых частях заготовки, что не обеспечивает однородного структурного состояния во всем объеме даже в случае многоцикловой обработки. Этот недостаток усугубляется с увеличением поперечных размеров заготовки. Кроме того, высокие усилия прессования, осуществляемого обычно в условиях значительного контактного трения и интенсивного деформационного упрочнения материала, требуют применения, особенно при обработке труднодеформируемых материалов и/или крупногабаритных заготовок, мощного прессового оборудования. A common drawback of the methods and devices of equal-channel angular pressing directly related to the mechanical deformation scheme is the significant unevenness of the distribution of deformation in the end parts of the workpiece, which does not provide a uniform structural state in the entire volume even in the case of multi-cycle processing. This disadvantage is compounded with an increase in the transverse dimensions of the workpiece. In addition, high pressing forces, usually carried out under conditions of significant contact friction and intense strain hardening of the material, require the use of powerful pressing equipment, especially for processing difficultly deformed materials and / or large-sized blanks.
К способам и устройствам, позволяющим в процессе деформационной обработки придавать заготовке исходную форму и, вследствие чего, осуществлять интенсивную пластическую деформацию, относятся операции и инструменты, используемые при выполнении свободной ковки. The methods and devices that allow the workpiece to give the workpiece its original shape and, as a result, to carry out intense plastic deformation, include operations and tools used when performing free forging.
Известен способ деформационной обработки материалов, использующий сочетание операций свободной ковки с поворотами заготовки относительно деформирующего усилия [2]. При попеременном проведении операций осадки и протяжки обрабатываемой заготовке можно придать приблизительно исходную форму и размеры. Такая многосторонняя деформация, или так называемая "всесторонняя ковка", осуществляемая на плоских или фигурных плитах, обеспечивает проработку застойных зон, повышает однородность структуры материала. Однако максимальная степень деформации заготовки при выполнении осадки ограничена условием ее продольной устойчивости, т.е. предельная величина отношения высоты заготовки к ее минимальному поперечному размеру не должна превышать 2÷2,5. Поэтому для получения качественной структуры во всем объеме заготовки необходимо выполнение значительного количества циклов всесторонней ковки. В этом случае существенно возрастает длительность и стоимость процесса проработки структуры, особенно при использовании горячей деформации. Кроме того, на свободных поверхностях заготовки возникают наибольшие растягивающие напряжения, что приводит, в особенности при обработке малопластичных материалов, к образованию поверхностных трещин. В результате, возникает необходимость в механической обработке для устранения дефектов и продолжения последующих операций многосторонней деформации. A known method of deformation processing of materials using a combination of free forging operations with the rotation of the workpiece relative to the deforming force [2]. When carrying out operations of upsetting and drawing, the workpiece to be machined can be given approximately its original shape and size. Such multilateral deformation, or the so-called "all-round forging", carried out on flat or figured plates, provides for the study of stagnant zones, increases the uniformity of the material structure. However, the maximum degree of deformation of the workpiece during the upsetting is limited by the condition of its longitudinal stability, i.e. the limit value of the ratio of the height of the workpiece to its minimum transverse size should not exceed 2 ÷ 2.5. Therefore, to obtain a high-quality structure in the entire volume of the workpiece, it is necessary to carry out a significant number of comprehensive forging cycles. In this case, the duration and cost of the structure study process increases significantly, especially when using hot deformation. In addition, the greatest tensile stresses arise on the free surfaces of the workpiece, which leads, especially when processing low-plastic materials, to the formation of surface cracks. As a result, there is a need for machining to eliminate defects and to continue subsequent multilateral deformation operations.
За прототип предлагаемого изобретения принят способ обработки для получения мелкозернистого алюминиевого сплава и представленное в способе устройство [3]. Способ включает деформационную обработку призматической заготовки путем осуществления последовательных операций сжатия вдоль ее продольной оси. Устройство включает пуансон и матрицу с полостью, имеющей форму прямоугольного параллелепипеда. Заготовка размещается по высоте в центре полости матрицы и деформируется при приложении усилия на пуансон. В результате осуществления высотной деформации в полости, сдерживающей течение материала в направлении одной из поперечных осей заготовки, но обеспечивающей удлинение вдоль другой ее поперечной оси, заготовке придаются исходные форма и размеры в конце сжатия. Затем следует извлечение заготовки из полости матрицы и ее переустановка для выполнения следующей высотной деформации вдоль оси, по которой происходило предшествующее удлинение заготовки. При этом при переустановке заготовки осуществляют ее поворот вокруг продольной оси на 90o так, чтобы деформация осуществлялась в направлении, в котором пластическое течение материала на предыдущем этапе отсутствовало. Указанная последовательность операций может быть повторена многократно для достижения необходимой величины деформации и измельчения структуры материала.The prototype of the present invention adopted a processing method for producing a fine-grained aluminum alloy and the device presented in the method [3]. The method includes deformation processing of a prismatic blank by performing sequential compression operations along its longitudinal axis. The device includes a punch and a matrix with a cavity having the shape of a rectangular parallelepiped. The workpiece is placed in height in the center of the cavity of the matrix and is deformed when a force is applied to the punch. As a result of the implementation of high-altitude deformation in the cavity, restraining the flow of material in the direction of one of the transverse axes of the workpiece, but providing elongation along its other transverse axis, the workpiece is given its original shape and dimensions at the end of compression. Then follows the extraction of the workpiece from the cavity of the matrix and its reinstallation to perform the next height deformation along the axis along which the previous elongation of the workpiece took place. In this case, when reinstalling the workpiece, it is rotated around the longitudinal axis by 90 ° so that the deformation is carried out in the direction in which there was no plastic flow of the material at the previous stage. The specified sequence of operations can be repeated many times to achieve the required amount of deformation and grinding of the material structure.
К основным недостаткам способа и устройства относится следующее. Во-первых, размещение заготовки в центре полости матрицы способствует в процессе деформирования свободному пластическому течению материала со стороны обеих боковых граней. Наличие растягивающих напряжений на неконтактных поверхностях заготовки может приводить к образованию поверхностных трещин и необходимости устранения дефектов для осуществления последующих циклов обработки. Кроме того, при указанном в способе размещении заготовки в полости устройства величина высотной деформации за один этап сжатия, как и в случае свободной осадки, составляла 2:1 или истинной деформации, равной 0,69. Это ведет к увеличению количества этапов обработки для достижения требуемой деформации материала, например, для формирования субмикрокристаллической структуры. Во-вторых, из способа не ясно, каким образом извлекается деформированная заготовка из полости матрицы. Предположительно, удаление деформированной заготовки из полости матрицы невозможно осуществить без разборки устройства, что существенно увеличивает трудоемкость выполнения многократной деформационной обработки. The main disadvantages of the method and device include the following. Firstly, the placement of the workpiece in the center of the cavity of the matrix contributes to the process of deformation of the free plastic flow of material from the side of both side faces. The presence of tensile stresses on the non-contact surfaces of the workpiece can lead to the formation of surface cracks and the need to eliminate defects for subsequent processing cycles. In addition, when the workpiece was placed in the device cavity as specified in the method, the height strain for one compression step, as in the case of free draft, was 2: 1 or true strain equal to 0.69. This leads to an increase in the number of processing steps to achieve the desired deformation of the material, for example, to form a submicrocrystalline structure. Secondly, it is not clear from the method how the deformed workpiece is extracted from the die cavity. Presumably, it is impossible to remove a deformed workpiece from the die cavity without disassembling the device, which significantly increases the complexity of performing multiple deformation processing.
Задачей изобретения является создание способа и устройства, обеспечивающих получение с меньшей трудоемкостью заготовок c однородной регламентированной структурой, преимущественно субмикрокристаллической, при интенсивной пластической деформации материалов, в том числе малопластичных и труднодеформируемых. The objective of the invention is to provide a method and device that provides less laborious workpieces with a uniform regulated structure, mainly submicrocrystalline, with intense plastic deformation of materials, including low-plastic and difficult to deform.
Задача изобретения решается способом деформационной обработки материалов, включающим последовательное по этапам деформирование заготовки ее сжатием по высоте в полости устройства для деформационной обработки с обеспечением пластического течения материала, не совпадающего по направлению с направлением деформирующего усилия, и получением заготовки с боковыми гранями, при этом на каждом этапе производят размещение заготовки в полости для деформационной обработки, деформирование заготовки, извлечение ее из указанной полости и переустановку для осуществления следующего этапа, отличающимся тем, что, по крайней мере, со второго этапа деформирование заготовки ведут с обеспечением пластического течения материала вдоль указанного направления со стороны ее одной боковой грани, а извлечение заготовки из полости для деформационной обработки осуществляют при освобождении после окончания деформирования на каждом этапе по меньшей мере трех боковых граней. The objective of the invention is solved by a method of deformation processing of materials, including sequentially deforming the workpiece by compressing it in height in the cavity of the device for deformation processing, ensuring plastic flow of the material that does not coincide in direction with the direction of the deforming force, and obtaining a workpiece with side faces, with each stage produce the placement of the workpiece in the cavity for deformation processing, deformation of the workpiece, removing it from the specified cavity and over arrangement for the implementation of the next stage, characterized in that, at least from the second stage, the workpiece is deformed to ensure plastic flow of the material along the indicated direction from the side of its one side face, and the workpiece is removed from the cavity for deformation processing upon release after the end of deformation at each stage, at least three side faces.
Кроме того, поставленная задача достигается если:
- деформирование осуществляют с использованием противодавления на свободную боковую грань заготовки;
- деформирование заготовки осуществляют с использованием торцевых и/или боковых прокладок;
- деформирование осуществляют в полости, сужающейся в процессе деформации в направлении пластического течения материала.In addition, the task is achieved if:
- deformation is carried out using back pressure on the free side face of the workpiece;
- deformation of the workpiece is carried out using end and / or side gaskets;
- the deformation is carried out in the cavity, tapering during the deformation in the direction of the plastic flow of the material.
Задача изобретения решается посредством устройства (вариант 1), содержащего две рабочие части, одна из которых соединена с траверсой пресса, а вторая выполнена с полостью, ограниченной гранями, часть из которых расположена параллельно направлению деформирующего усилия, отличающегося тем, что полость ограничена по меньшей мере четырьмя гранями, по меньшей мере три из которых расположены параллельно направлению деформирующего усилия, а рабочая часть с полостью выполнена составной из частей, по меньшей мере одна из которых установлена с возможностью перемещения по окончании процесса деформирования. The objective of the invention is solved by means of a device (option 1) containing two working parts, one of which is connected to the press traverse, and the second is made with a cavity bounded by faces, some of which are parallel to the direction of the deforming force, characterized in that the cavity is bounded at least four faces, at least three of which are parallel to the direction of the deforming force, and the working part with the cavity is made up of parts of at least one of which is installed with the ability to move at the end of the deformation process.
Кроме того, поставленная задача достигается с устройством по варианту 1 если:
- полость устройства выполнена в форме призмы, основания которой расположены параллельно направлению деформирующего усилия, при этом со стороны двух боковых граней полость не замкнута;
- полость выполнена в форме прямой призмы;
- прямая призма выполнена с основанием в форме трапеции, основания которой расположены параллельно направлению деформирующего усилия, при этом одна из двух боковых граней прямой призмы, со стороны которых полость не замкнута, расположена со стороны меньшего основания трапеции.In addition, the task is achieved with the device according to
- the cavity of the device is made in the form of a prism, the bases of which are parallel to the direction of the deforming force, while the cavity is not closed from the side of the two side faces;
- the cavity is made in the form of a direct prism;
- the direct prism is made with a base in the form of a trapezoid, the bases of which are parallel to the direction of the deforming force, while one of the two lateral faces of the direct prism, on the side of which the cavity is not closed, is located on the side of the smaller base of the trapezoid.
Задача изобретения решается посредством устройства (вариант 2), содержащего две рабочие части, одна из которых соединена с траверсой пресса, отличающегося тем, что части выполнены в виде плит с выступами, образующими при перемещении траверсы полость, ограниченную по меньшей мере пятью гранями, по меньшей мере три из которых расположены параллельно направлению деформирующего усилия. The objective of the invention is solved by means of a device (option 2), containing two working parts, one of which is connected to the press traverse, characterized in that the parts are made in the form of plates with protrusions, forming when moving the traverse a cavity limited by at least five faces, at least at least three of which are parallel to the direction of the deforming force.
Поставленная задача решается также с устройством по варианту 2, если:
- полость устройства выполнена в форме призмы, основания которой расположены параллельно направлению деформирующего усилия, при этом со стороны одной боковой грани полость не замкнута;
- полость выполнена в форме прямой призмы;
- прямая призма выполнена с основаниями в форме трапеции, основания которой расположены параллельно направлению деформирующего усилия, при этом полость не замкнута со стороны меньшего основания трапеции.The problem is also solved with the device according to
- the cavity of the device is made in the form of a prism, the bases of which are parallel to the direction of the deforming force, while on the side of one side face the cavity is not closed;
- the cavity is made in the form of a direct prism;
- a direct prism is made with bases in the form of a trapezoid, the bases of which are parallel to the direction of the deforming force, while the cavity is not closed on the side of the smaller base of the trapezoid.
Сущность изобретения заключается в следующем. Предлагаемые способ и устройство позволяют осуществить, по крайней мере, со второго этапа, деформацию высоких заготовок, величина отношения высоты которых к минимальному поперечному размеру более 2,5, без потери их устойчивости. Это обусловлено размещением заготовки таким образом, что в ходе деформации заготовке обеспечивается боковой подпор со стороны трех граней полости устройства. В эксперименте при осуществлении предлагаемого способа и устройства было произведено осаживание тетрагональной заготовки без потери ее устойчивости при соотношении ее высоты к стороне основания вплоть до величины 4:1, что соответствует величине истинной деформации, равной 1,39. Таким образом, в результате однократной высотной деформации заготовки достигается величина деформации существенно выше, чем в случае свободной осадки или указанного прототипа. При этом так же, как и в прототипе, после деформирования в устройстве сохраняется возможность получения формы и размеров заготовки, позволяющих осуществлять повторные этапы высотной деформации для достижения значительных по величине деформаций в объеме заготовки. Кроме того, так же, как и в прототипе, при переустановке заготовки под следующий этап деформации возможен поворот заготовки вокруг ее продольной оси на 90o для улучшения однородности формируемой структуры материала. Необходимо отметить, что первоначальная форма заготовки из обрабатываемого материала может быть произвольной, например цилиндрической, призматической и т.д. Однако после первого этапа высотной деформации заготовка приобретает форму, задаваемую формой полости устройства, а деформирование, по крайней мере, со второго этапа осуществляют с достижением формы заготовки, близкой к полученной после первого этапа.The invention consists in the following. The proposed method and device allows, at least from the second stage, the deformation of high workpieces, the ratio of the height of which to the minimum transverse dimension of more than 2.5, without losing their stability. This is due to the placement of the workpiece in such a way that during deformation the workpiece provides lateral support from the side of the three faces of the cavity of the device. In the experiment, when implementing the proposed method and device, the tetragonal preform was deposited without losing its stability with a ratio of its height to the side of the base up to a value of 4: 1, which corresponds to a true strain of 1.39. Thus, as a result of a single high-altitude deformation of the workpiece, the deformation value is significantly higher than in the case of free draft or the specified prototype. At the same time, as in the prototype, after deformation in the device, it remains possible to obtain the shape and dimensions of the workpiece, allowing repeated stages of high-altitude deformation to achieve significant deformations in the volume of the workpiece. In addition, as in the prototype, when reinstalling the workpiece for the next stage of deformation, it is possible to rotate the workpiece around its longitudinal axis by 90 o to improve the uniformity of the formed structure of the material. It should be noted that the initial shape of the workpiece from the processed material can be arbitrary, for example, cylindrical, prismatic, etc. However, after the first stage of high-altitude deformation, the workpiece acquires the shape specified by the shape of the cavity of the device, and deformation, at least from the second stage, is carried out to achieve a workpiece shape close to that obtained after the first stage.
Указанное в предлагаемом способе размещение заготовки дает возможность выполнить в устройстве рабочую полость, открытую в процессе деформирования со стороны одной из боковых граней, что облегчает удаление заготовки. Кроме того, удаление деформированной заготовки из полости осуществляется без разборки устройства. После этапа деформирования освобождаются боковые грани заготовки за счет перемещения подвижной(ых) составляющей (их) рабочей части, имеющей полость, на необходимую величину с помощью выталкивателя (вариант 1) или за счет перемещения подвижной рабочей части устройства с помощью траверсы пресса (вариант 2). Таким образом, способ и устройство позволяют значительно снизить трудоемкость осуществления многократных циклов обработки. Specified in the proposed method, the placement of the workpiece makes it possible to perform in the device a working cavity that is open during deformation from one of the side faces, which facilitates the removal of the workpiece. In addition, the removal of the deformed workpiece from the cavity is carried out without disassembling the device. After the deformation step, the side faces of the workpiece are freed up by moving the movable component (s) of the working part having a cavity by the required amount using the ejector (option 1) or by moving the movable working part of the device using the press beam (option 2) . Thus, the method and device can significantly reduce the complexity of the implementation of multiple processing cycles.
При деформации в заготовке, размещенной в полости устройства указанным образом, реализуется схема всестороннего неравномерного сжатия, что позволяет осуществлять деформацию заготовок из малопластичных труднодеформируемых материалов. During deformation in the workpiece placed in the cavity of the device in this way, a comprehensive non-uniform compression scheme is implemented, which allows the deformation of workpieces made of low-plastic hardly deformed materials.
Для улучшения деформируемости и повышения однородности структуры обрабатываемого материала возможно применение внешнего давления на свободную боковую грань обрабатываемой заготовки за счет создания боковой сжимающей среды при размещении со стороны свободной грани обрабатываемой заготовки дополнительной заготовки из более податливого материала (т.е. более пластичного и менее прочного, чем обрабатываемый материал). Это позволяет улучшить схему напряженного состояния, повысить равномерность деформации, уменьшить за счет этого бочкообразование и величину растягивающих напряжений, могущих приводить к образованию боковых трещин и внутренних разрывов при осаживании заготовки. To improve the deformability and increase the homogeneity of the structure of the processed material, it is possible to apply external pressure to the free side face of the workpiece by creating a lateral compressive medium when placing an additional workpiece from a more pliable material (i.e., more ductile and less durable, on the side of the free face of the workpiece) than the processed material). This makes it possible to improve the stress state scheme, increase the uniformity of deformation, and thereby reduce the barrel formation and the magnitude of tensile stresses, which can lead to the formation of side cracks and internal tears during upsetting of the workpiece.
Уменьшение растягивающих напряжений и повышение равномерности деформации также достигается применением податливых торцевых и/или боковых прокладок. Reducing tensile stresses and increasing uniformity of deformation is also achieved by the use of compliant end and / or side gaskets.
Для усиления противодавления деформирование заготовки можно осуществлять в полости устройства, сужающейся в процессе деформации в направлении пластического течения материала. Кроме того, в этом случае заготовке, по крайней мере, после первого этапа деформирования, придается форма, позволяющая после переустановки на последующем этапе обработки создать перемещающийся очаг деформации от заостренного конца заготовки к ее основанию. Эго дополнительно способствует лучшей проработке структуры материала. To strengthen the back pressure, the deformation of the workpiece can be carried out in the cavity of the device, tapering during the deformation in the direction of the plastic flow of the material. In addition, in this case, the workpiece, at least after the first stage of deformation, is given a shape that allows, after reinstalling at the next processing stage, to create a moving deformation zone from the pointed end of the workpiece to its base. Ego additionally contributes to a better study of the structure of the material.
Способ с использованием устройства обеспечивает снижение трудоемкости и повышение производительности всего процесса, как за счет легкого удаления обработанной заготовки, так и вследствие обеспечения большей степени деформации при однократном цикле обработки и, соответственно, преобразования, в том числе измельчения, структуры обрабатываемого материала. Для реализации интенсивной пластической деформации и придания материалу регламентированной структуры, в том числе субмикрокристаллической, в отличие от прототипа, требуется меньшее количество циклов обработки. The method using the device provides a reduction in the complexity and productivity of the entire process, both due to the easy removal of the processed workpiece, and due to the provision of a greater degree of deformation during a single processing cycle and, accordingly, transformation, including grinding, of the structure of the processed material. For the implementation of intense plastic deformation and giving the material a regulated structure, including submicrocrystalline, in contrast to the prototype, fewer processing cycles are required.
При анализе уровня техники по патентным и научно-техническим источникам информации, касающихся способов и устройств деформационной обработки материалов, не было обнаружено решение, характеризующееся признаками, идентичными всем существенным признакам заявляемого изобретения. Следовательно, заявляемое изобретение, соответствует условию "новизна". When analyzing the prior art on patent and scientific and technical sources of information regarding methods and devices for the deformation processing of materials, no solution was found that was characterized by features identical to all the essential features of the claimed invention. Therefore, the claimed invention meets the condition of "novelty."
При анализе отличительных признаков было выявлено, что заявляемое изобретение не вытекает явным образом из известного уровня техники. Впервые предложены способ и устройство, отличающиеся простотой и удобством для осуществления интенсивной пластической деформации. Основополагающие признаки являются новыми и неочевидными. Таким образом, заявляемое изобретение, соответствует условию "изобретательский уровень". When analyzing the hallmarks, it was revealed that the claimed invention does not follow explicitly from the prior art. For the first time, a method and device are proposed, characterized by simplicity and convenience for the implementation of intense plastic deformation. The underlying features are new and unobvious. Thus, the claimed invention meets the condition of "inventive step".
Изобретение иллюстрируется следующими графическими материалами. The invention is illustrated by the following graphic materials.
Фиг.1 - общий вид устройства (вариант 1). Figure 1 - General view of the device (option 1).
Фиг.2 - вид устройства (вариант 1) перед началом деформирования. Figure 2 - view of the device (option 1) before the deformation.
Фиг.3 - общий вид устройства (вариант 2) перед началом деформирования. Figure 3 - General view of the device (option 2) before the deformation.
Фиг.4 - сечение А - А устройства фиг.3. Figure 4 is a section A - A of the device of figure 3.
Фиг.5 - вид устройства (вариант 1) в конце деформирования. 5 is a view of the device (option 1) at the end of the deformation.
Фиг. 6 - вид устройства (вариант 1) перед началом деформирования с использованием дополнительной податливой заготовки. FIG. 6 is a view of the device (option 1) before starting to deform using an additional pliable blank.
Фиг. 7 - вид устройства (вариант 1) перед началом деформирования с использованием торцевых и боковых прокладок. FIG. 7 - view of the device (option 1) before deformation using end and side gaskets.
Фиг. 8 - вид устройства (вариант 1) перед началом деформирования в сужающейся при деформации полости. FIG. 8 is a view of the device (option 1) before the start of deformation in a cavity tapering with deformation.
На фиг. 1 представлен общий вид заявляемого устройства по первому варианту. Рабочая часть, имеющая полость, прикреплена к столу пресса 1 и состоит из обоймы 2 и двух вставок 3 и 4, при этом обе вставки имеют возможность перемещения вверх под действием выталкивателя 5. Вставки образуют полость 6 в форме призмы, в конкретном случае - прямоугольного параллелепипеда. Ось призмы перпендикулярна направлению движения траверсы пресса 7. Полость незамкнута со стороны двух боковых граней и ограничена четырьмя гранями, три их которых параллельны направлению деформирующего усилия (фиг.1 и 2). Рабочая часть 8, являющаяся пуансоном, прикреплена к верхней траверсе пресса 7. Позицией 9 обозначена заготовка обрабатываемого материала. При смыкании рабочих частей, как показано на фиг.2, боковая поверхность пуансона сопрягается с боковой поверхностью полости. Грань 10 (фиг.2) полости в процессе деформирования остается открытой. In FIG. 1 presents a General view of the inventive device according to the first embodiment. The working part having a cavity is attached to the table of the
На фиг.3 представлено заявляемое устройство по второму варианту. Рабочие части представляют собой плиты 11 и 12 с выступами. Плита 11 прикреплена к траверсе пресса 7, а плита 12 с обоймой 13 прикреплена к столу пресса 1. При перемещении плиты 11 траверсой пресса 7 плиты 11 и 12 образуют полость 14 (фиг. 4) в форме призмы, в конкретном случае - прямоугольного параллелепипеда, за счет сопряжения поверхностей выступов и плит. Причем образованная полость ограничена пятью гранями, две из которых, непараллельных направлению деформирующего усилия, образованы поверхностями выступов плит 11 и 12, а три остальных, параллельных направлению деформирующего усилия, образованы поверхностями плит 11 и 12 и выступа плиты 12. Грань 15 полости в процессе деформирования остается открытой. Figure 3 presents the inventive device according to the second embodiment. The working parts are
Способ реализуется с помощью устройства по первому варианту следующим образом. Заготовка 9 размещается по высоте вплотную к трем параллельным направлению деформирующего усилия граням полости (фиг.1). Пуансон 8 опускается до контакта с заготовкой 9 и путем приложения давления на пуансон 8 траверсой пресса 7 осуществляется пластическое течение материала в одном направлении. Деформацию продолжают до придания заготовке формы, как показано на фиг. 5. Далее пуансон 8 выводится из полости его подъемом траверсой пресса 7, при этом освобождается соответствующая боковая грань заготовки. Подвижные вставки 3 и 4 с обработанной заготовкой с помощью выталкивателя 5 поднимаются вверх, обеспечивая освобождение боковых граней заготовки и возможность ее извлечения из полости. При этом удаление заготовки осуществляется со стороны открытой грани полости, в том числе той, которая была открыта во время деформации. The method is implemented using the device according to the first embodiment as follows. The
Способ реализуется с помощью устройства по второму варианту аналогичным образом, за исключением того, что удаление обработанной заготовки осуществляется после подъема рабочей части 11 траверсой пресса 7 в верхнее исходное положение. The method is implemented using the device according to the second embodiment in a similar way, except that the removal of the processed workpiece is carried out after lifting the working
Описанная последовательность выполнения способа с помощью устройства по первому или второму варианту может быть осуществлена многократно в зависимости от требований к структуре и свойствам обрабатываемого материала. The described sequence of the method using the device according to the first or second embodiment can be carried out repeatedly, depending on the requirements for the structure and properties of the processed material.
Заготовку 9 (фиг.6) также деформируют с помощью устройства по любому из вариантов, если использовать противодавление за счет создания сжимающей среды при размещении у боковой грани обрабатываемой заготовки 9 дополнительной заготовки 16 из более податливого материала и их совместной деформации. Деформация и удаление обрабатываемой и дополнительной заготовок осуществляется последовательностью вышеуказанных операций. The workpiece 9 (Fig. 6) is also deformed using the device according to any one of the options if backpressure is used due to the creation of a compressive medium when
Заготовку 9 (фиг.7) также деформируют с помощью устройства по любому из вариантов, если использовать податливые торцевые 17 и/или боковые прокладки 18, снижающие силы трения на контактных поверхностях и повышающие вследствие этого равномерность деформации материала. The blank 9 (Fig. 7) is also deformed using a device according to any one of the options, if
Для усиления противодавления деформирование заготовки 9 (фиг.8) также осуществляют с помощью устройства по любому из вариантов в полости, сужающейся в процессе деформации в направлении пластического течения материала. В этом случае основания призматической полости 19 представляют собой трапецию, основания которой, в свою очередь, параллельны направлению деформирующего усилия, причем полость не замкнута со стороны меньшего основания 20 трапеции. Величины углов α и β, соответственно наклона нижней грани полости 19 и торцевого скоса пуансона 8, составляют 3÷7o. На фиг. 8 показан деформирующий узел устройства перед началом деформирования с установленной заготовкой, имеющей заостренную форму, по крайней мере, после первого этапа обработки.To strengthen the back pressure, the deformation of the workpiece 9 (Fig. 8) is also carried out using a device according to any one of the options in the cavity, tapering during deformation in the direction of the plastic flow of the material. In this case, the bases of the
Необходимо отметить, что данный способ и устройство могут быть реализованы для обработки материалов, как при комнатной, так и повышенной или пониженной температурах. При этом используются различного типа устройства для нагрева или охлаждения заготовок и штамповой оснастки, которые на чертежах не показаны. It should be noted that this method and device can be implemented for processing materials, both at room temperature and at elevated or reduced temperatures. This uses a different type of device for heating or cooling the workpieces and die tooling, which are not shown in the drawings.
Примеры конкретного выполнения способа:
1. С помощью предлагаемого способа и устройства была обработана заготовка из технического титана ВТ1-00 с исходным размером зерен 10 мкм. Обрабатывалась заготовка исходной цилиндрической формы, диаметром 30 мм и высотой 120 мм, т.е. с отношением высоты к диаметру, равным 4:1, в устройстве по первому варианту, имеющей полость формы прямоугольного параллелепипеда, высотой 140 мм, шириной 30 мм и длиной 150 мм. Реализация интенсивной пластической деформации технического титана осуществлялась при температуре нагрева заготовки и штамповой оснастки 450oС. Последовательность операций первого этапа обработки включала:
размещение заготовки по высоте касательно к трем параллельным граням полости устройства; деформацию заготовки до конечной высоты 30 мм без потери ее устойчивости с достижением за этап обработки величины истинной деформации, равной 1,39, и приданием заготовке по окончании этапа формы прямой призмы с квадратным основанием и примерными размерами 30х30х94 мм3, т.е. с отношением высоты заготовки к стороне основания, равным 3,14:1; извлечение деформированной заготовки.Examples of specific performance of the method:
1. Using the proposed method and device, a blank of technical titanium VT1-00 with an initial grain size of 10 μm was processed. A workpiece of the initial cylindrical shape was processed, with a diameter of 30 mm and a height of 120 mm, i.e. with a height to diameter ratio of 4: 1, in the device according to the first embodiment, having a cavity of the shape of a rectangular parallelepiped, 140 mm high, 30 mm wide and 150 mm long. The implementation of intense plastic deformation of technical titanium was carried out at a heating temperature of the workpiece and die tooling 450 o C. The sequence of operations of the first processing stage included:
placement of the workpiece in height with respect to three parallel faces of the cavity of the device; deformation of the workpiece to a final height of 30 mm without loss of stability with achieving a true strain of 1.39 during the processing step and giving the workpiece a straight prism with a square base and approximate dimensions of 30x30x94 mm 3 , i.e. with a ratio of the height of the workpiece to the side of the base equal to 3.14: 1; extraction of the deformed workpiece.
Последовательность операций второго этапа обработки включала:
размещение деформированной заготовки по высоте вплотную к трем параллельным граням полости устройства, при этом осуществляют поворот заготовки вокруг продольной оси на 90o так, чтобы деформация осуществлялась в направлении, в котором пластическое течение материала на предыдущем этапе отсутствовало; деформацию заготовки до конечной высоты 30 мм с величиной истинной деформации 1,14 и придания ей формы прямой призмы с квадратным основанием и примерными размерами 30х30х94 мм3; извлечение деформированной заготовки.The sequence of operations of the second stage of processing included:
placing the deformed workpiece in height close to three parallel faces of the cavity of the device, while the workpiece is rotated around the longitudinal axis by 90 o so that the deformation is carried out in the direction in which the plastic flow of the material at the previous stage was absent; deformation of the workpiece to a final height of 30 mm with a true strain of 1.14 and giving it the shape of a straight prism with a square base and approximate dimensions of 30x30x94 mm 3 ; extraction of the deformed workpiece.
Далее последовательность операций, выполненных на втором этапе обработки, осуществлялась еще пять раз. В результате обработки накопленная величина истинной деформации составила около 8,2, а материалу была придана субмикрокристаллическая структура со средним размером зерен 0,3 мкм. В таблице приведены механические характеристики исходного и обработанного технического титана при комнатной температуре. Next, the sequence of operations performed at the second stage of processing was carried out five more times. As a result of processing, the accumulated true strain was about 8.2, and a submicrocrystalline structure with an average grain size of 0.3 μm was attached to the material. The table shows the mechanical characteristics of the source and processed technical titanium at room temperature.
2. С помощью предлагаемого способа и устройства была обработана заготовка из технического титана согласно первому этапу обработки примера 1. Затем при выполнении второго и последующих пяти этапов обработки с целью повышения равномерности деформации обрабатываемой заготовки использовали противодавление путем размещения у боковой грани обрабатываемой заготовки дополнительной податливой заготовки из технической меди M1 и их совместной деформации. Температура нагрева заготовок и тптамповой оснастки составляла 450oС.2. Using the proposed method and device, a workpiece made of technical titanium was processed according to the first processing step of Example 1. Then, when performing the second and subsequent five processing steps, backpressure was used to increase the uniformity of deformation of the workpiece, by placing an additional ductile workpiece from the side face of the workpiece to be processed technical copper M1 and their joint deformation. The heating temperature of the workpieces and tttamp equipment was 450 o C.
В результате обработки материалу была придана субмикрокристаллическая структура со средним размером зерен 0,3 мкм, причем в различных сечениях заготовки отмечалась более высокая однородность микроструктуры, чем в заготовке, полученной согласно примеру 1. As a result of processing, a submicrocrystalline structure with an average grain size of 0.3 μm was imparted to the material, and a higher uniformity of the microstructure was observed in different sections of the preform than in the preform obtained according to Example 1.
3. С помощью предлагаемого способа и устройства была обработана заготовка из технического титана согласно первому этапу обработки примера 1 за исключением того, что деформация осуществлялась до конечной высоты 27 мм и получения заготовки с примерными размерами 27х30х104 мм3. При выполнении второго этапа использовали податливые торцевые и боковые прокладки толщиной 1,4 мм из технической меди M1. Для установки боковых прокладок заготовка размещалась по высоте с поворотом вокруг ее продольной оси на 90o. Деформацию осуществляли до конечной высоты заготовки с прокладками 28 мм. После извлечения заготовки и удаления деформированных прокладок последовательность операций второго этапа повторяли еще пять раз.3. Using the proposed method and device, a workpiece made of technical titanium was processed according to the first stage of processing of Example 1, except that the deformation was carried out to a final height of 27 mm and to obtain a workpiece with approximate dimensions of 27x30x104 mm 3 . When performing the second stage, compliant end and side gaskets with a thickness of 1.4 mm made of technical copper M1 were used. To install the side gaskets, the workpiece was placed in height with a rotation around its longitudinal axis of 90 o . The deformation was carried out to a final workpiece height with gaskets of 28 mm. After removing the workpiece and removing the deformed gaskets, the sequence of operations of the second stage was repeated five more times.
4. С помощью предлагаемого способа и устройства была обработана заготовка из технического титана диаметром 30 мм и высотой 100 мм при температуре деформации 450oС. Полость устройства имела форму прямой призмы, основания которой представляли собой трапецию, в свою очередь, основания которой были параллельны направлению деформирующего усилия, причем полость была не замкнута со стороны меньшего основания трапеции. Величины углов α для полости и β для пуансоны были одинаковы и равны 5o. Последовательность операций первого этапа включала:
размещение заготовки по высоте касательно к трем параллельным граням полости устройства; деформацию заготовки до высотного размера 30 мм у большего основания трапеции и придания заготовке формы прямой призмы с основанием в виде трапеции, высота которой и, соответственно, обработанной заготовки составляла ~120 мм; извлечение деформированной заготовки.4. Using the proposed method and device, a blank of technical titanium with a diameter of 30 mm and a height of 100 mm was processed at a deformation temperature of 450 o C. The cavity of the device was in the form of a direct prism, the bases of which were a trapezoid, in turn, the bases of which were parallel to the direction deforming force, and the cavity was not closed from the side of the smaller base of the trapezoid. The angles α for the cavity and β for the punches were the same and equal to 5 o . The sequence of operations of the first stage included:
placement of the workpiece in height with respect to three parallel faces of the cavity of the device; deformation of the workpiece to a height of 30 mm at the larger base of the trapezoid and shaping the workpiece into a straight prism with a base in the form of a trapezoid, the height of which and, accordingly, the processed workpiece was ~ 120 mm; extraction of the deformed workpiece.
Последовательность операций второго этапа обработки включала:
размещение заготовки по высоте (по размеру 120 мм) в полости устройства с поворотом заготовки вокруг продольной оси на 90o; деформация заготовки до высотного размера 30 мм у большего основания трапеции; извлечение деформированной заготовки.The sequence of operations of the second stage of processing included:
the placement of the workpiece in height (120 mm in size) in the cavity of the device with the rotation of the workpiece around the longitudinal axis by 90 o ; deformation of the workpiece to a height of 30 mm at the larger base of the trapezoid; extraction of the deformed workpiece.
Далее последовательность операций, выполненных на втором этапе обработки, осуществлялась пять раз. Next, the sequence of operations performed in the second stage of processing was carried out five times.
В результате обработки согласно примерам 3 и 4 была получена так же, как в примере 2, более однородная субмикрокристаллическая структура, чем в заготовке, полученной согласно примеру 1. As a result of processing according to examples 3 and 4, a more homogeneous submicrocrystalline structure was obtained in the same way as in example 2 than in the preform obtained according to example 1.
Приведенные примеры показывают возможность значительного воздействия на механические свойства материала за счет создания интенсивной пластической деформацией регламентированного структурного состояния. The given examples show the possibility of a significant effect on the mechanical properties of the material due to the creation of an intense plastic deformation of a regulated structural state.
Источники информации
1. Патент US 5400633, 28.03.1995.Sources of information
1. Patent US 5400633, 03/28/1995.
2. Охрименко Я.М., Тюрин В.А. Неравномерность деформации при ковке. - М. : Машиностроение, 1969. - 182 с. 2. Okhrimenko Ya.M., Tyurin V.A. Uneven deformation during forging. - M.: Mechanical Engineering, 1969. - 182 p.
3. Патент US 4721537, 26.01.1988. 3. Patent US 4721537, 01/26/1988.
Claims (12)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001116179A RU2202434C2 (en) | 2001-06-09 | 2001-06-09 | Method for deformation working of materials and apparatus for performing the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001116179A RU2202434C2 (en) | 2001-06-09 | 2001-06-09 | Method for deformation working of materials and apparatus for performing the same |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2202434C2 true RU2202434C2 (en) | 2003-04-20 |
| RU2001116179A RU2001116179A (en) | 2003-05-27 |
Family
ID=20250694
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2001116179A RU2202434C2 (en) | 2001-06-09 | 2001-06-09 | Method for deformation working of materials and apparatus for performing the same |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2202434C2 (en) |
-
2001
- 2001-06-09 RU RU2001116179A patent/RU2202434C2/en not_active IP Right Cessation
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3268639B2 (en) | Strong processing equipment, strong processing method and metal material to be processed | |
| US5513512A (en) | Plastic deformation of crystalline materials | |
| RU2393936C1 (en) | Method of producing ultra-fine-grain billets from metals and alloys | |
| EP1861211B1 (en) | Severe plastic deformation of metals | |
| Zheng et al. | Study on size effect affected progressive microforming of conical flanged parts directly using sheet metals | |
| KR100397266B1 (en) | Method and apparatus for fine particle formation | |
| RU2220020C1 (en) | Method of manufacture of forgings, predominantly out of metals and alloys of titanium subgroup and forging complex for performing the same | |
| Sahli et al. | Modelling and numerical simulation of steel sheet fine blanking process | |
| CN1943919A (en) | Energy saving cogging method of cast ingot | |
| RU2146571C1 (en) | Method for deformation working of materials and apparatus for performing the same | |
| RU2202434C2 (en) | Method for deformation working of materials and apparatus for performing the same | |
| JP2008036698A (en) | Method for manufacturing large forged product made of austenitic stainless steel | |
| RU2315117C2 (en) | Method of deformation treatment of materials and device for realization of this method | |
| RU2456111C1 (en) | Method of forming ultra-fine-grained structure in billets from metal and alloys | |
| RU2436847C1 (en) | Procedure of deformation for production of blanks in sub-crystal and nano-structured state and device for its implementation | |
| RU2657274C1 (en) | Method of plastic structural formation of cylindrical measuring workpieces | |
| Salamati et al. | Effect of channel angle on the material flow, hardness distribution and process forces during incremental ECAP of Al-1050 billets | |
| RU2418092C1 (en) | Procedure for fabrication of titanium work-pieces of polyhedral or round shape in nano structured state and device for deformation treatment of titanium work-pieces | |
| RU2251588C2 (en) | Method for making ultrafine-grain titanium blanks | |
| RU2383632C2 (en) | Method of production of billets of hexagonal shape with nano-crystal structure and facility for deformation treatment at implementation of this method | |
| RU2334582C2 (en) | Method of obtaining material with ultra fine-grained or submicrocrystallic structure by deformation with maintaining of intense plastic deformation (versions) | |
| RU2431539C1 (en) | Method of producing large-size hollow forgings | |
| Tolkushkin et al. | DEVELOPMENT AND RESEARCH OF THE NEW FORGING TECHNOLOGY OF BILLETS IN THE STEP-WEDGE DIES. | |
| Watazu et al. | Commercial purity titanium processed by rotary-die equal channel angular pressing method | |
| RU2283716C2 (en) | Method for producing calibrated forgings in four-striker forging apparatus |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20070610 |