RU2291030C1

RU2291030C1 - Consumable electrode semi-continuous pressing method and die for perfoming the same

Info

Publication number: RU2291030C1
Application number: RU2005119064/02A
Authority: RU
Inventors: Владимир Григорьевич Смирнов (RU); Владимир Григорьевич Смирнов; Игорь Васильевич Левин (RU); Игорь Васильевич Левин; Виктор Иванович Зобнин (RU); Виктор Иванович Зобнин
Original assignee: ОАО "Корпорация ВСМПО-АВИСМА"
Priority date: 2005-06-20
Filing date: 2005-06-20
Publication date: 2007-01-10

Abstract

FIELD: powder metallurgy, namely processes for semi-continuous pressing of consumable electrodes and die for making such electrodes.

SUBSTANCE: method comprises steps of pouring charge into cylinder-cone die by dozes and pressing each doze of charge with use of pressure plate having dents and indentations; preliminarily compacting charge particles in cylindrical inlet portion of die by main effort of pressure plate and shifting them along circumference direction. At final compaction of charge in cone part of die particles are shifted in addition along radius successively in several directions. On cylindrical inlet part of die helical profiled grooves are formed; said grooves have lead angle less than friction angle. On cone squeezing part there are annular portions with variable conicity degree successively turned one relative to other.

EFFECT: production of high-strength electrode.

3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способам полунепрерывного прессования расходуемых электродов из шихтовых материалов титановых сплавов, используемых в электрометаллургии, а также к инструменту (матрице), используемому для изготовления указанных электродов.The invention relates to powder metallurgy, in particular to methods for semi-continuous pressing of consumable electrodes from charge materials of titanium alloys used in electrometallurgy, as well as to a tool (matrix) used for the manufacture of these electrodes.

Известен способ прессования изделий из малопластичных труднодеформируемых материалов (Авт. свид. СССР №410861, Бюл. №2, 1974 г. [1]), в котором заготовку (прессуемый материал) размещают в контейнере, осаживают и продавливают через очко матрицы, причем в процессе осадки слои материала заготовки, контактирующие со стенками контейнера, подвергают знакопеременной деформации в направлении, перпендикулярном направлению действия усилия осадки.A known method of pressing products from low-plastic hardly deformable materials (Auth. St. USSR No. 410861, Bull. No. 2, 1974 [1]), in which the workpiece (pressed material) is placed in a container, is deposited and pressed through a die matrix, and during the upsetting process, the layers of the workpiece material in contact with the walls of the container are subjected to alternating deformation in the direction perpendicular to the direction of action of the upsetting force.

Недостатком известного способа является то, что он применим для прессования только цельнометаллических материалов. При прессовании шихтовых материалов в кольцевых проточках образуются «закрытые зоны», в которые в начале процесса прессования электрода запрессовываются шихтовые материалы, а дальнейшее прессование шихтовых материалов идет через кольцевые «рубашки» и процесс знакопеременной радиальной деформации прекращается.The disadvantage of this method is that it is applicable for pressing only all-metal materials. When pressing charge materials in the annular grooves, “closed zones” are formed, into which charge materials are pressed in at the beginning of the electrode pressing process, and further pressing of charge materials goes through ring “shirts” and the process of alternating radial deformation stops.

Известен способ изготовления высокоплотной спеченной детали путем допрессовывания спеченной заготовки на одноосном прессе за один ход (патент РФ №2156179, МПК B 22 F 3/16, Бюл. №26, 2000 г.) [2].A known method of manufacturing a high-density sintered part by pressing the sintered billet on a uniaxial press in one stroke (RF patent No. 2156179, IPC B 22 F 3/16, Bull. No. 26, 2000) [2].

В известном изобретении спеченную заготовку предварительно обжимают в направлении, поперечном основному приложению усилия, путем пропроталкивания ее через ступенчатую матрицу и сжимают в узком сечении матрицы основным усилием между верхним и нижним пуансонами.In the known invention, the sintered preform is precompressed in the direction transverse to the main application of force by pushing it through a step matrix and squeezed in a narrow section of the matrix by the main force between the upper and lower punches.

Недостатком данного способа является то, что он может быть реализован только при деформировании штучных заготовок, кроме того, осуществляются только осесимметричные и радиальные деформации, что недостаточно для спрессовывания шихтовых материалов с большим количеством стружки.The disadvantage of this method is that it can be implemented only when the piece pieces are deformed, in addition, only axisymmetric and radial deformations are carried out, which is not enough to compress the charge materials with a large amount of chips.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому изобретению является способ полунепрерывного прессования через конусную матрицу в компаундированный электрод для вакуумной дуговой плавки титановых сплавов (Плавка и литье титановых сплавов под ред. В.И.Добаткина, М., Металлургия, 1978, с.265-271, рис 107, 108 [3]) - прототип.The closest in technical essence and the achieved result to the claimed invention is a method of semi-continuous pressing through a cone matrix into a compound electrode for vacuum arc melting of titanium alloys (Melting and casting of titanium alloys, edited by V.I.Dobatkin, M., Metallurgy, 1978, p. .265-271, Fig. 107, 108 [3]) is a prototype.

Известный способ прессования позволяет получить достаточно длинный и однородный в поперечном сечении электрод с хорошей поверхностью и допустимой кривизной из сыпучих материалов, отличающихся друг от друга по форме, плотности, массе, размерам, коэффициенту трения между собой и стенками матрицы.The known pressing method allows to obtain a sufficiently long and uniform cross-sectional electrode with a good surface and acceptable curvature from bulk materials that differ from each other in shape, density, mass, size, coefficient of friction between themselves and the matrix walls.

Недостатком известного способа является ограниченное по объему вовлечение отходов, особенно стружки, при увеличении содержания которой в шихте снижается прочность электрода из-за низкой склонности стружки к спрессовыванию. Эта проблема особенно актуальна при прессовании электродов из высокопрочных титановых сплавов.The disadvantage of this method is the limited volume of waste, especially chips, with an increase in the content of which in the charge decreases the strength of the electrode due to the low tendency of the chips to compress. This problem is especially relevant when pressing electrodes from high-strength titanium alloys.

Известна матрица для прессования спеченных деталей, включающая заходный и окончательный цилиндрические участки и конические переходные участки, в которых происходит радиальная деформация [2] -прототип.A known matrix for pressing sintered parts, including inlet and final cylindrical sections and conical transitional sections in which radial deformation of the [2] prototype occurs.

Недостатками прототипа является малая величина сдвиговых деформаций, что ограничивает вовлечение стружки в шихтовый материал.The disadvantages of the prototype is the small amount of shear deformation, which limits the involvement of chips in the charge material.

Задачей, на решение которой направлены данные изобретения, является увеличение вовлечения стружки в шихтовые материалы при полунепрерывном прессовании расходуемых электродов с обеспечением хорошего качества прессования за счет конструктивного усовершенствования матрицы.The problem to which the invention is directed is to increase the involvement of shavings in charge materials during semi-continuous pressing of consumable electrodes while ensuring good pressing quality due to the structural improvement of the matrix.

Единый технический результат, достигаемый при осуществлении заявленной группы изобретений, заключается в получении высокопрочного электрода из шихты с увеличенным содержанием стружки за счет дополнительных окружных и знакопеременных радиальных сдвиговых деформаций на шихтовые материалы при воздействии сжимающих напряжений.A single technical result achieved in the implementation of the claimed group of inventions is to obtain a high-strength electrode from a charge with an increased chip content due to additional circumferential and alternating radial shear deformations of the charge materials under the action of compressive stresses.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в способе полунепрерывного прессования расходуемого электрода из шихтовых материалов титановых сплавов, включающем засыпку шихты в цилиндрическо-коническую матрицу порциями и прессовку каждой порции шихты пресс-шайбой, имеющей выступы и впадины, при этом в цилиндрической входной части матрицы частицы шихты предварительно уплотняются основным усилием пресс-шайбы и сдвигаются относительно друг друга за счет выступов и впадин пресс-шайбы и окончательно уплотняются основным усилием и радиальными обжатиями в конической части матрицы за счет сдвига между собой частиц шихты, согласно изобретению в цилиндрической входной части матрицы частицы шихты дополнительно сдвигаются в окружном направлении, а при окончательном уплотнении в конической части матрицы частицы шихты дополнительно сдвигаются в радиальном направлении, причем последовательно в нескольких направлениях.The solution of this problem is achieved by the fact that in the method of semi-continuous pressing of a consumable electrode from titanium alloy charge materials, comprising filling the charge into a cylindrical-conical matrix in portions and pressing each portion of the charge with a press washer having protrusions and depressions, while in the cylindrical inlet part of the particle matrix the charges are pre-compacted by the main force of the press washer and are shifted relative to each other due to the protrusions and depressions of the press washer and finally compacted by the main force and by other compressions in the conical part of the matrix due to the shift of the batch particles between themselves, according to the invention, in the cylindrical inlet part of the matrix, the batch particles are additionally shifted in the circumferential direction, and upon final compaction in the conical part of the matrix, the batch particles are additionally shifted in the radial direction, and sequentially in several directions .

Решение поставленной задачи достигается также тем, что в матрице для полунепрерывного прессования расходуемого электрода, состоящей из цилиндрической входной, конической обжимной и цилиндрической выходной частей, согласно изобретению на цилиндрической входной части матрицы выполнены винтовые профильные канавки, угол подъема которых γ меньше угла трения, а на конической обжимной части матрицы выполнены кольцевые участки с переменной конусностью в пределах от нуля до удвоенного угла α конической обжимной части матрицы, причем кольцевые участки развернуты последовательно относительно друг друга на угол φ=360/n, где n - количество кольцевых участков, а матрица выполнена составной и коническая обжимная часть ее состоит из 5-12 дисков, на каждом из которых выполнены кольцевые участки, повернутые относительно друг друга на угол φ.The solution of this problem is also achieved by the fact that in the matrix for semi-continuous pressing of the consumable electrode, consisting of a cylindrical inlet, conical crimp and cylindrical output parts, according to the invention, screw profile grooves are made on the cylindrical input part of the matrix, the angle of elevation of which γ is less than the friction angle, and of the conical crimp part of the matrix, annular sections are made with a variable taper ranging from zero to double the angle α of the conical crimp part of the matrix, and the rings th sections are rotated sequentially relative to each other at an angle φ = 360 / n, where n is the number of ring sections, and the matrix is made integral and its conical crimp part consists of 5-12 disks, each of which has circular sections rotated relative to each other angle φ.

При использовании дисков менее 5 уменьшается величина сдвиговых деформаций, что ограничивает вовлечение стружки в шихту. Использование дисков более 12 снижает прочность конической части матрицы.When using disks of less than 5, the value of shear deformations is reduced, which limits the involvement of shavings in the charge. The use of disks of more than 12 reduces the strength of the conical part of the matrix.

На приведенном чертеже представлена матрица для полунепрерывного прессования расходуемого электрода по заявленному изобретению. Матрица содержит корпус 1; входной цилиндрический участок 2 с винтовыми канавками 3 под углом γ к образующей цилиндрического участка; диски 4 конической обжимной части матрицы с максимальным углом 2α и конусностью конического участка матрицы с углом α; выходной цилиндрический участок 5.The drawing shows a matrix for semi-continuous pressing of a consumable electrode according to the claimed invention. The matrix contains a housing 1; inlet cylindrical section 2 with helical grooves 3 at an angle γ to the generatrix of the cylindrical section; discs 4 of the conical crimp part of the matrix with a maximum angle of 2α and the taper of the conical section of the matrix with angle α; output cylindrical section 5.

Реализацию предложенного способа осуществляли в промышленных условиях прессового цеха при прессовании расходуемых электродов сплава Вт6 диаметром 495 мм, весом 3300 кгс, длиной 4500 мм из шихты с добавлением 50% возвратных отходов в виде обрези, кусков и стружки, в том числе стружки 30%.Implementation of the proposed method was carried out under industrial conditions of the press workshop when pressing consumable electrodes of the W6 alloy with a diameter of 495 mm, a weight of 3300 kgf, a length of 4500 mm from a charge with the addition of 50% return waste in the form of trimmings, pieces and shavings, including 30% shavings.

После окончания прессования предыдущей порции шихтовых материалов пресс-штемпель с пресс-шайбой отводится в исходное положение и освобождает пространство во входном цилиндрическом участке 2, затем во входную часть матрицы 2 и винтовые канавки 3 засыпаются шихтовые материалы. При перемещении пресс-штемпеля с пресс-шайбой шихтовые материалы сжимаются и перемещаются вдоль входной части матрицы, при этом шихтовые материалы также перемещаются в винтовых канавках, где происходят сдвиговые окружные перемещения шихтовых материалов в окружном направлении.After pressing the previous portion of the charge materials, the press stamp with the press washer is returned to its original position and frees up space in the inlet cylindrical section 2, then the charge materials are filled into the inlet part of the matrix 2 and the screw grooves 3. When moving the stamp with the press washer, the charge materials are compressed and moved along the input part of the matrix, while the charge materials also move in screw grooves where shear circumferential movements of the charge materials in the circumferential direction take place.

При дальнейшем спрессовывании шихтовых материалов в конической обжимной части матрицы происходит радиальная сдвиговая деформация. Одновременно за счет переменной конусности кольцевых участков происходят дополнительная радиальная деформация последовательно в разных направлениях, а за счет их винтового расположения - дополнительные окружные сдвиговые деформации, за счет чего происходит уплотнение и сцепление частиц шихтовых материалов, чем достигается решение поставленной задачи изобретения.With further compression of the charge materials, a radial shear deformation occurs in the conical crimp part of the matrix. At the same time, due to the variable conicity of the annular sections, additional radial deformation occurs sequentially in different directions, and due to their helical arrangement, additional circumferential shear deformations occur, due to which the particles of charge materials are densified and adhered, thereby achieving the solution of the problem of the invention.

Использование предлагаемого способа полунепрерывного прессования расходуемых электродов и матрицы для осуществления способа обеспечивают получение электродов хорошего качества из сплавов титана с вовлечением отходов до 50%, в том числе стружки до 30%.Using the proposed method for semi-continuous pressing of consumable electrodes and a matrix for the implementation of the method provides for the production of good quality electrodes from titanium alloys with waste up to 50%, including chips up to 30%.

Claims

1. A method of semi-continuous pressing of a consumable electrode made of charge materials of titanium alloys, comprising filling the charge into a cylindrical-conical matrix in portions and pressing each portion of the charge with a washer having protrusions and depressions, and in the cylindrical inlet part of the matrix, the charge particles are pre-compacted with the main force of the press washer and sheared relative to each other due to the protrusions and depressions of the press washer and finally seal with the main force and radial contractions in the conical part of the matrix due to shear between themselves of the charge particles, characterized in that in the cylindrical inlet part of the matrix, the charge particles are additionally shifted in the circumferential direction, and upon final compaction in the conical part of the matrix, the charge particles are additionally sequentially shifted in several radial directions.

2. A matrix for semi-continuous pressing of a consumable electrode, consisting of a cylindrical inlet, conical crimp and cylindrical output parts, characterized in that on the cylindrical inlet part of the matrix there are made helical profile grooves, the angle of rise of which is less than the angle of friction, and ring-shaped on the conical crimp part of the matrix sections with variable taper ranging from zero to double the angle of the conical part of the matrix, and the annular sections are rotated sequentially relative to each other at ol φ = 360 / n, where n - the number of annular sections.

3. The matrix according to claim 2, characterized in that it is made integral, and its conical part consists of 5-12 disks, each of which has annular sections rotated relative to each other by an angle φ.