RU2492957C1 - Method of metal plastic structure formation and device to this end - Google Patents

Method of metal plastic structure formation and device to this end Download PDF

Info

Publication number
RU2492957C1
RU2492957C1 RU2012109656/02A RU2012109656A RU2492957C1 RU 2492957 C1 RU2492957 C1 RU 2492957C1 RU 2012109656/02 A RU2012109656/02 A RU 2012109656/02A RU 2012109656 A RU2012109656 A RU 2012109656A RU 2492957 C1 RU2492957 C1 RU 2492957C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
die
matrix
punch
hollow
extrusion
Prior art date
Application number
RU2012109656/02A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Вадим Николаевич Субич
Николай Александрович Шестаков
Борис Алексеевич Степанов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный индустриальный университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный индустриальный университет" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный индустриальный университет"
Priority to RU2012109656/02A priority Critical patent/RU2492957C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2492957C1 publication Critical patent/RU2492957C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Forging (AREA)

Abstract

FIELD: process engineering.
SUBSTANCE: invention relates to metal forming, particularly, metal plastic structure formation by die forging at superhigh pressures to cause intensive shear stresses and can be used for making materials with futuristic level of properties. Die forging is executed in assy composed of female die and two male dies. One hollow male die makes a clearance with female die. Another male die is arranged inside said hollow male die. First, deforming force is applied to said another male die for back extrusion of workpiece from female die and angular extrusion in said clearance between female die and hollow male die. Then, deforming force is applied to both male dies for back extrusion, angular extrusion and upsetting. Female die and hollow male die may have the ledges to decrease said clearance in making larger diameter of upset workpiece.
EFFECT: homogeneous fine-grain structure.
3 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к пластическому структурообразованию металла путем воздействия на него сверхвысокими давлениями и интенсивными сдвиговыми деформациями и может быть использовано для получения материалов с принципиально новым уровнем свойств.The invention relates to the processing of metals by pressure, in particular to the plastic structure formation of a metal by exposure to ultrahigh pressures and intense shear deformations, and can be used to obtain materials with a fundamentally new level of properties.

Известен способ для структурообразования металлов путем осадки металлической заготовки плоскими плитами подвергая ее сверхвысокому давлению [1]. Способ осуществляется следующим образом: образец устанавливается между двумя поршнями (пуансонами) по их оси и окружается кольцевой прокладкой. При сближении поршней, на которые действует усилие мощного гидравлического пресса, прокладка сминается и начинает выдавливаться из зазора между наковальнями. Силы трения в ней на контактах с наковальней уравновешивают созданное давление. При этом устанавливается радиальный градиент давления, максимальный в центре и резко убывающий до атмосферного в нижней части прокладки. Для уплотнения полости высокого давления используют кольцевые прокладки из материалов с низким коэффициентом внутреннего трения: пирофиллит, тальк, фторопласт и др.A known method for the structuring of metals by precipitation of a metal billet with flat plates subjecting it to ultrahigh pressure [1]. The method is as follows: the sample is installed between two pistons (punches) along their axis and is surrounded by an annular gasket. When the pistons approach, which are affected by the force of a powerful hydraulic press, the gasket is crushed and begins to be squeezed out of the gap between the anvils. The friction forces in it at the contacts with the anvil balance the created pressure. In this case, a radial pressure gradient is established, maximum in the center and sharply decreasing to atmospheric in the lower part of the gasket. To seal the high-pressure cavity, ring gaskets made of materials with a low coefficient of internal friction are used: pyrophyllite, talc, fluoroplastic, etc.

Недостатком известного способа является неравномерность деформаций и наличие застойной зоны в центре осадочных плит, где сдвиговые деформации отсутствуют.The disadvantage of this method is the unevenness of deformations and the presence of a stagnant zone in the center of sedimentary plates, where shear deformations are absent.

Известен способ структурообразования металлов по схеме «песочные часы», при котором цилиндрическую заготовку в холодном состоянии подвергают прямому выдавливанию и осадке в несколько циклов [2].A known method of structuring metals according to the hourglass scheme, in which a cylindrical billet in a cold state is subjected to direct extrusion and precipitation in several cycles [2].

Недостатком этого способа является сравнительно малые давления и деформации.The disadvantage of this method is the relatively low pressure and strain.

Известно устройство для упрочнения материала давлением [3], содержащее узел для деформирования, имеющий два сообщенных канала, в одном из которых размещается заготовка и узел для нагружения, при помощи которого проталкивают заготовку во второй канал; при этом каналы узла для деформировании расположены под углом один к другому и имеют одинаковые диаметры, равные размеру заготовок, при этом, узел деформирования снабжен поворотными вокруг своих осей втулками, отверстия которых являются каналами узла для деформирования, и съемными вкладышами с отверстиями, соединяющими отверстия втулок между собой под углом. При равноканальном угловом прессовании происходят интенсивные сдвиговые деформации и сильное измельчение микроструктуры. Однако, вследствие отсутствия относительно больших сжимающих напряжений в металле не происходят фазовые превращения.A device is known for hardening the material by pressure [3], comprising a deformation assembly having two communicated channels, in one of which a workpiece and a loading assembly are placed, by which the workpiece is pushed into the second channel; the channels of the deformation unit are located at an angle to one another and have the same diameters equal to the size of the workpieces, while the deformation unit is equipped with sleeves rotatable around their axes, the holes of which are the channels of the unit for deformation, and removable inserts with holes connecting the holes of the bushings between each other at an angle. With equal-channel angular pressing, intense shear deformations and strong refinement of the microstructure occur. However, due to the absence of relatively large compressive stresses in the metal, phase transformations do not occur.

Наиболее близким по технической сущности к достигаемому эффекту является способ пластического структурообразования металлов при интенсивной пластической деформации [4], заключающейся в том, что для пластического структурообразования металлических заготовок сначала производят закрытую осадку, а затем последовательно обратное и прямое выдавливание с одного торца заготовки. После этого процесс повторяют с другого торца заготовки.The closest in technical essence to the achieved effect is the method of plastic structure formation of metals with intense plastic deformation [4], which consists in the fact that for plastic structure formation of metal billets, a closed precipitate is first produced, and then backward and forward extrusion from one end of the billet is performed successively. After this, the process is repeated from the other end of the workpiece.

Недостатком способа является то, что интенсивные пластические деформации происходят в условиях сравнительно малых давлениях, получение заданной структуры достигается за несколько циклов, что значительно усложняет процесс.The disadvantage of this method is that intense plastic deformations occur under relatively low pressures, obtaining a given structure is achieved in several cycles, which greatly complicates the process.

Прототипом для осуществления способа является устройство [4], содержащее две матрицы и пуансоны, снабженное плитой с шероховатой поверхностью, на которой установлена матрица с расположенной внутри нее заготовкой, при этом один из пуансонов выполнен полым с закругленной внутренней кромкой с одного торца, внутри которого расположен второй пуансон.The prototype for the implementation of the method is a device [4], containing two dies and punches, equipped with a plate with a rough surface, on which a matrix is installed with a workpiece located inside it, while one of the punches is made hollow with a rounded inner edge from one end, inside which is located second punch.

Данное устройство не обеспечивает получение нанокристаллической структуры металла за меньшее число циклов обработки в результате повышения степени деформации за цикл.This device does not provide a nanocrystalline metal structure in fewer processing cycles as a result of an increase in the degree of deformation per cycle.

Задачей изобретения является получение однородной мелкозернистой структуры по всему объему без застойных зон при воздействии интенсивных пластических деформаций и высоких давлений.The objective of the invention is to obtain a homogeneous fine-grained structure throughout the volume without stagnant zones when exposed to intense plastic deformations and high pressures.

Поставленная задача достигается тем, что в способе пластического структурообразования металлических заготовок, включающем обратное выдавливание, угловое прессование и осадку заготовки, которые осуществляются посредствам матрицы и двух пуансонов, один из которых выполнен полым, первоначально путем приложения деформирующей силы к пуансону осуществляют обратное выдавливание из матрицы и угловое прессование в зазор между матрицей и полым пуансоном, а затем путем приложения деформирующей силы к обоим пуансонам осуществляют одновременно обратное выдавливание, угловое прессование и осадку.The problem is achieved in that in the method of plastic structure formation of metal billets, including back extrusion, angular pressing and draft of the billet, which are carried out by means of a matrix and two punches, one of which is hollow, initially by applying a deforming force to the punch, reverse extrusion from the matrix and angular pressing into the gap between the die and the hollow punch, and then by applying a deforming force to both punches o reverse extrusion, angle pressing and upsetting.

В процессе первой стадии деформирования происходит измельчение структуры металлов путем интенсивной пластической деформацией при обратном выдавливании из матрицы и угловом прессовании в зазор между матрицей и полым пуансоном. Во второй стадии интенсивная пластическая деформация происходит под действием высоких давлений, вызванных осадкой заготовки пустотелым пуансоном.In the process of the first stage of deformation, the metal structure is crushed by intensive plastic deformation during backward extrusion from the matrix and angular pressing into the gap between the matrix and the hollow punch. In the second stage, intense plastic deformation occurs under the action of high pressures caused by the preform settling by a hollow punch.

Устройство для осуществления способа содержит матрицу, в которой выполнена полость с расположенной в ней заготовкой, и полый пуансон, внутри которого расположен другой пуансон, причем полый пуансон образует с матрицей зазор, а другой пуансон выполнен с фланцем, взаимодействующим с полым пуансоном. Матрица и полный пуансон снабжены выступами, которые уменьшают величину зазора между ними при достижении наибольшего диаметра осаживаемой заготовки.The device for implementing the method comprises a matrix in which a cavity is made with a preform located in it, and a hollow punch, inside which another punch is located, the hollow punch forming a gap with the matrix, and the other punch made with a flange interacting with the hollow punch. The matrix and the full punch are equipped with protrusions that reduce the gap between them when reaching the largest diameter of the upsetting workpiece.

Применение устройства осуществляет структурообразование металлов за один рабочий ход инструмента. Интенсивные пластические деформации происходят под действием высоких давлений, вызванных осадкой, и течением металла в процессе обратного выдавливания и углового прессования. Наличие выступов на матрице и полом пуансоне затрудняет течение металла из зазора между ними, что способствует созданию высоких давлений при осадке металла.The use of the device provides the structural formation of metals in one working stroke of the tool. Intense plastic deformations occur under the action of high pressures caused by upsetting and the flow of metal during backward extrusion and angular pressing. The presence of protrusions on the matrix and the hollow punch complicates the flow of metal from the gap between them, which contributes to the creation of high pressures during metal upsetting.

Сущность изобретения поясняется следующими чертежами: на фиг.1 изображен общий вид устройства в исходном положении; на фиг.2 изображена первая стадия процесса (обратное выдавливание и угловое прессование металла); на фиг.3 изображена вторая стадия процесса (одновременно обратное выдавливание, угловое прессование и осадка).The invention is illustrated by the following drawings: figure 1 shows a General view of the device in its original position; figure 2 shows the first stage of the process (reverse extrusion and angular pressing of metal); figure 3 shows the second stage of the process (at the same time reverse extrusion, angular pressing and sediment).

Устройство для пластического структурообразования металлов содержит: матрицу 1, в которой выполнена полость 2, куда устанавливают заготовку, пуансон 3 с фланцем 4, расположенным внутри полого пуансона 5 с возможностью осевого перемещения, который образует зазор Z с матрицей 1. Величина зазора Z определяется упором 6, взаимодействующим с полым пуансоном 5. Матрица 1 и полый пуансон 5 снабжены выступами, которые уменьшают величину зазора между ними при достижении наибольшего диаметра осаживаемой заготовки.A device for plastic structuring of metals contains: a matrix 1, in which a cavity 2 is made, where the workpiece is mounted, a punch 3 with a flange 4 located inside the hollow punch 5 with the possibility of axial movement, which forms a gap Z with a matrix 1. The size of the gap Z is determined by an emphasis 6 interacting with the hollow punch 5. The matrix 1 and the hollow punch 5 are equipped with protrusions that reduce the gap between them when reaching the largest diameter of the upsetting workpiece.

Способ осуществляют следующим образом. Металлическую заготовку помещают в матрицу 1, пуансон 3 своим торцом упирается в заготовку, а полый пуансон 5 образует с матрицей 1 зазор Z и закрепляется от перемещения вверх, например, с помощью упоров 4 (фиг.1). Далее на пуансон 3 воздействует деформирующая сила P1, в результате чего происходит обратное выдавливание из матрицы 1 и угловое прессование в зазор Z между матрицей 1 и полым пуансоном 5. В процессе течения металла из матрицы в зазор происходит интенсивная пластическая деформация. При достижении заготовкой заданного наружного диаметра пуансон 3 своим фланцем 4 упирается в полый пуансон 5. В дальнейшем происходит движение одновременно обоих пуансонов, под действием силы P2, при этом пуансон 3 выдавливает металл в зазор между матрицей 1 и полым пуансоном 5, а сам полый пуансон 5 производит осадку металла в упомянутом зазоре (фиг.3). В процессе осадки происходит увеличение диаметра заготовки. При достижении наибольшей величины этого диаметра происходит течение металла в щель, образованную выступами на матрице 1 и полом пуансоне 5. При дальнейшей осадке в металле возникают наибольшие давления.The method is as follows. The metal billet is placed in the matrix 1, the punch 3 abuts against the billet with its end face, and the hollow punch 5 forms a gap Z with the matrix 1 and is fixed from moving upwards, for example, using the stops 4 (Fig. 1). Further, the punch 3 is affected by the deforming force P 1 , as a result of which there is a reverse extrusion from the matrix 1 and angular pressing into the gap Z between the matrix 1 and the hollow punch 5. In the process of metal flowing from the matrix into the gap, intense plastic deformation occurs. When the workpiece reaches the specified external diameter, the punch 3 with its flange 4 abuts against the hollow punch 5. Then both punches move simultaneously under the action of the force P 2 , while the punch 3 extrudes the metal into the gap between the die 1 and the hollow punch 5, and the hollow itself the punch 5 produces a metal deposit in said gap (FIG. 3). In the process of upsetting, an increase in the diameter of the workpiece occurs. When the largest value of this diameter is reached, the metal flows into the gap formed by the protrusions on the matrix 1 and the hollow punch 5. With further upsetting, the greatest pressures occur in the metal.

Источники информации:Information sources:

1. Граменицкий Е.Н., Котельникова А.Р., Батанова A.M., Щекина Т.И., Плечев П.Ю. Экспериментальная и техническая петрология, 1-3-8 Конструкционные приемы достижения сверхвысоких давлений. - М.: Научный мир, 2000, рис 111.1. Gramenitsky E.N., Kotelnikova A.R., Batanova A.M., Schekina T.I., Plechev P.Yu. Experimental and technical petrology, 1-3-8 Structural techniques for achieving ultrahigh pressures. - M.: Scientific World, 2000, Fig. 111.

2. Авторское свидетельство №1741960, кл. B21J 5/00. Способ пластического структурообразования и устройство для его осуществления.2. Copyright certificate No. 1741960, cl. B21J 5/00. The method of plastic structure formation and device for its implementation.

3. Авторское свидетельство №492780, кл. G01N 3/00. Устройство для упрочнения материала давлением.3. Copyright certificate No. 492780, cl. G01N 3/00. Device for hardening the material by pressure.

4. Патент России №2189883, кл. B21J 5/00, B21J 13/02, C21D 7/02. Способ пластического структурообразования металлов при интенсивной пластической деформации и устройство для его осуществления.4. Patent of Russia No. 2189883, cl. B21J 5/00, B21J 13/02, C21D 7/02. The method of plastic structure formation of metals with intense plastic deformation and a device for its implementation.

Claims (3)

1. Способ пластического структурообразования металлических заготовок методом объемной штамповки, включающий обратное выдавливание, угловое прессование и осадку заготовки, которые осуществляются посредством матрицы и двух пуансонов, один из которых выполнен полым, отличающийся тем, что первоначально путем приложения деформирующей силы к пуансону осуществляют обратное выдавливание из матрицы и угловое прессование в зазор между матрицей и полым пуансоном, а затем путем приложения деформирующей силы к обоим пуансонам осуществляют одновременно обратное выдавливание, угловое прессование и осадку.1. The method of plastic structure formation of metal billets by the method of die forging, including back extrusion, angular pressing and draft of the billet, which are carried out by means of a matrix and two punches, one of which is hollow, characterized in that, by applying a deforming force to the punch, reverse extrusion is carried out from matrix and angular pressing in the gap between the matrix and the hollow punch, and then by applying a deforming force to both punches carry out one squeezing the belt back, angular pressing and precipitation. 2. Устройство для пластического структурообразования металлических заготовок методом объемной штамповки, содержащее матрицу, в которой выполнена полость для расположения заготовки, и полый пуансон, внутри которого расположен другой пуансон, отличающееся тем, что полый пуансон образует с матрицей зазор, а другой пуансон выполнен с фланцем для взаимодействия с полым пуансоном.2. A device for the plastic structure formation of metal billets by the method of die forging, containing a matrix in which a cavity is made for arranging the billet, and a hollow punch, inside which there is another punch, characterized in that the hollow punch forms a gap with the matrix, and the other punch is made with a flange for interaction with a hollow punch. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что матрица и полый пуансон снабжены выступами для уменьшения величины зазора между ними при достижении наибольшего диаметра осаживаемой заготовки. 3. The device according to claim 2, characterized in that the matrix and the hollow punch are provided with protrusions to reduce the gap between them when reaching the largest diameter of the upsetting workpiece.
RU2012109656/02A 2012-03-15 2012-03-15 Method of metal plastic structure formation and device to this end RU2492957C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012109656/02A RU2492957C1 (en) 2012-03-15 2012-03-15 Method of metal plastic structure formation and device to this end

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012109656/02A RU2492957C1 (en) 2012-03-15 2012-03-15 Method of metal plastic structure formation and device to this end

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2492957C1 true RU2492957C1 (en) 2013-09-20

Family

ID=49183297

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012109656/02A RU2492957C1 (en) 2012-03-15 2012-03-15 Method of metal plastic structure formation and device to this end

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2492957C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104723041A (en) * 2015-04-07 2015-06-24 张国君 Manufacture method for novel venturi valves

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1741960A1 (en) * 1989-12-04 1992-06-23 Уфимский авиационный институт им.Серго Орджоникидзе Method and apparatus for plastic structure formation
RU2116155C1 (en) * 1997-04-16 1998-07-27 Уфимский государственный авиационный технический университет Method for plastic structurization of high-strength materials
RU2189883C1 (en) * 2001-02-21 2002-09-27 Камский политехнический институт Method for structure formation of metals at intensive plastic deformation and apparatus for performing the same
UA68674A (en) * 2003-09-25 2004-08-16 Yakiv Yukhymovych Beihelzimer Method for plastic structure formation of materials
US6895795B1 (en) * 2002-06-26 2005-05-24 General Dynamics Ots (Garland), L.P. Continuous severe plastic deformation process for metallic materials
UA43585U (en) * 2009-03-16 2009-08-25 Восточноукраинский Национальный Университет Имени Владимира Даля method of plastic structurization of metals
RU2424076C1 (en) * 2009-12-16 2011-07-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Уральский государственный университет" ГОУ ВПО "ЮрГУ" Method of metal plastic structure formation and device to this end

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1741960A1 (en) * 1989-12-04 1992-06-23 Уфимский авиационный институт им.Серго Орджоникидзе Method and apparatus for plastic structure formation
RU2116155C1 (en) * 1997-04-16 1998-07-27 Уфимский государственный авиационный технический университет Method for plastic structurization of high-strength materials
RU2189883C1 (en) * 2001-02-21 2002-09-27 Камский политехнический институт Method for structure formation of metals at intensive plastic deformation and apparatus for performing the same
US6895795B1 (en) * 2002-06-26 2005-05-24 General Dynamics Ots (Garland), L.P. Continuous severe plastic deformation process for metallic materials
UA68674A (en) * 2003-09-25 2004-08-16 Yakiv Yukhymovych Beihelzimer Method for plastic structure formation of materials
UA43585U (en) * 2009-03-16 2009-08-25 Восточноукраинский Национальный Университет Имени Владимира Даля method of plastic structurization of metals
RU2424076C1 (en) * 2009-12-16 2011-07-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Уральский государственный университет" ГОУ ВПО "ЮрГУ" Method of metal plastic structure formation and device to this end

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104723041A (en) * 2015-04-07 2015-06-24 张国君 Manufacture method for novel venturi valves
CN104723041B (en) * 2015-04-07 2019-09-13 张国君 The production method of venturi valve

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zhang et al. Recent developments in sheet hydroforming technology
Shatermashhadi et al. Development of a novel method for the backward extrusion
Khandeparkar et al. Hydromechanical deep drawing of cups with stepped geometries
Liu et al. Evaluation of sheet metal formability, viscous pressure forming (VPF) dome test
Dmitriev et al. Expanding field of application of cold die forging by inducing active contact friction forces
CN103894436A (en) Reciprocating extruding device and machining method of reinforced magnesium alloy tube
Zhbankov et al. Rational parameters of profiled workpieces for an upsetting process
Zhu et al. Thickening of cup sidewall through sheet-bulk forming with controllable deformation zone
Jamali et al. Hydrostatic radial forward tube extrusion as a new plastic deformation method for producing seamless tubes
Kong et al. Analysis and reduction of wrinkling defects for tube-hydroforming magnesium alloy components at elevated temperatures
RU2491147C2 (en) Method of forging large-sized half-bodies of ball valves with throat and spherical part
CN105414233A (en) Backward extrusion die with back pressure and processing technology adopting same
RU2492957C1 (en) Method of metal plastic structure formation and device to this end
CN101856678A (en) Device capable of realizing accurate control of equal-channel angular extrusion processing route
RU2189883C1 (en) Method for structure formation of metals at intensive plastic deformation and apparatus for performing the same
Ma et al. Forming of hollow gear-shafts with pressure-assisted injection forging (PAIF)
Matsumoto Ductility improvement methods for commercial AZ31B magnesium alloy in cold forging
US3750442A (en) Compressive forming
RU164760U1 (en) STAMP FOR HOT COMBINED EXPLOSION OF A CYLINDRICAL HOLLOW PRODUCT WITH A FLANGE ON A HYDRAULIC PRESS FOR DOUBLE ACTION
Wang et al. Investigation of the shear-zone length in fine hydromechanical blanking
RU2424076C1 (en) Method of metal plastic structure formation and device to this end
Zhu et al. Investigation of a tailored blank for the elimination of forging laps during cup sidewall upsetting
Yang et al. Precision forging of spur gear by flow control forming method
RU2450882C2 (en) Method of hardening annular billet by channel-angular forming and device to this end
RU2657274C1 (en) Method of plastic structural formation of cylindrical measuring workpieces

Legal Events

Date Code Title Description
PC43 Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions

Effective date: 20161114

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180316