RU2571974C2

RU2571974C2 - Female die for forming of semis from pelletised materials

Info

Publication number: RU2571974C2
Application number: RU2014115832/02A
Authority: RU
Inventors: Николай Дмитриевич Шанин; Игорь Викторович Рыжков; Владимир Ильич Орлов; Василий Владимирович Ключеров; Андрей Васильевич Каширских
Original assignee: Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Базальт" (АО "НПО "Базальт")
Priority date: 2014-04-21
Filing date: 2014-04-21
Publication date: 2015-12-27
Also published as: RU2014115832A

Abstract

FIELD: process engineering.

SUBSTANCE: invention relates to metal forming, particularly, to female dies for forming of semis from magnesium alloy pellets. Said female die has the elliptic inlet, forming section and outlet. Forming section surface is formed by twisting the generatrix inclined to the female die axis about said axis through twisting angle not over 360 degrees. Note here that said inclination angle varied from 40 to 45 degrees. The forming section cross-section area is reduced over the height of said section.

EFFECT: increased shear forces, hence, uniform interaction of the pellets, disintegration of intermetallide braches, production of semis of homogeneous structure.

2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано для прессования полуфабрикатов из гранулированных материалов. The invention relates to the processing of metals by pressure and can be used for pressing semi-finished products from granular materials.

Гранулированные материалы используются для получения металлических полуфабрикатов с улучшенной структурой и повышенными механическими свойствами.Granular materials are used to produce metal semi-finished products with improved structure and enhanced mechanical properties.

Известна матрица для прессования изделий (патент РФ №2092259, приоритет от 30.05.1995), выполненная с размещенными на ее формообразующем участке каналами переменной глубины. По одному варианту выполнения каналы имеют форму радиально ориентированных асимметричных клиновидных пазов. По другому варианту каналы выполнены в виде ориентированных пазов переменного профиля. Пазы имеют чашеобразную форму. Прессование через подобную матрицу обеспечивает достаточно высокий уровень сдвиговых деформаций сплошной среды, но при прессовании полуфабрикатов из гранулированных материалов данная матрица не позволит получить высокие механические свойства. Это обусловлено отсутствием эффекта взаимодействия (схватывания) гранул между собой в процессе прессования в слоях на границах вершин формообразующего конуса и участками в виде каналов переменной глубины.Known matrix for pressing products (RF patent No. 2092259, priority from 05/30/1995), made with channels of variable depth placed on its forming section. In one embodiment, the channels are in the form of radially oriented asymmetric wedge-shaped grooves. In another embodiment, the channels are made in the form of oriented grooves of variable profile. The grooves are cup-shaped. Pressing through a similar matrix provides a sufficiently high level of shear deformations of a continuous medium, but when pressing semi-finished products from granular materials, this matrix will not allow to obtain high mechanical properties. This is due to the absence of the effect of interaction (setting) of the granules with each other during pressing in layers at the boundaries of the vertices of the forming cone and sections in the form of channels of variable depth.

Наиболее близким аналогом является матрица для экструзии дискретных материалов (патент UA №35402, приоритет от 07.10.1999), выполненная с входным отверстием, формообразующим участком и выходным отверстием, при этом формообразующий участок выполнен либо с радиально ориентированными выступами клиновидной формы переменного сечения, либо с телами вращения в виде приводных или неприводных роликов с различными профилями поперечного сечения. При использовании такой матрицы обеспечивается высокий уровень деформаций, однако готовые изделия не обладают необходимыми механическими свойствами вследствие того, что выступы различной формы способствуют снижению сопротивления перемещению гранул по формообразующему участку (эффект шнека), что исключает возможность создания зоны дополнительных сдвиговых деформаций; а угол закручивания формообразующего участка до 90° не обеспечивает качественное взаимодействие гранул между собой и ведет к недостаточной проработке структуры материала части гранул вследствие незначительных деформационных изменений.The closest analogue is a matrix for extrusion of discrete materials (patent UA No. 35402, priority from 10/07/1999), made with an inlet, a forming section and an outlet, while the forming section is made either with radially oriented protrusions of a wedge-shaped shape of variable cross section, or rotation bodies in the form of drive or non-drive rollers with different cross-sectional profiles. When using such a matrix, a high level of deformations is ensured, however, the finished products do not have the necessary mechanical properties due to the fact that the protrusions of various shapes help to reduce the resistance to movement of the granules along the forming section (screw effect), which eliminates the possibility of creating a zone of additional shear deformations; and the angle of twist of the forming section to 90 ° does not provide high-quality interaction of the granules with each other and leads to insufficient study of the structure of the material of the part of the granules due to minor deformation changes.

Технический результат заключается в увеличении сдвиговых деформаций при пластическом течении деформируемой среды, что ведет к равномерному взаимодействию гранул между собой за счет равномерного распределения частиц интерметаллидных фаз по объему, а также дроблению веточек интерметаллидов, что обеспечивает получение полуфабрикатов с однородной структурой и высокими механическими свойствами.The technical result consists in an increase in shear deformations during the plastic flow of a deformable medium, which leads to uniform interaction of granules with each other due to the uniform distribution of particles of intermetallic phases in volume, as well as crushing of branches of intermetallic compounds, which provides semi-finished products with a homogeneous structure and high mechanical properties.

Кроме того, снижается усилие прессования, а за счет возникновения благоприятных граничных условий при пластическом течении деформируемой среды снижается вероятность появления растягивающих напряжений на выходе из матрицы и образования дефектов в виде трещин, расслоений и утяжин, что повышает качество поверхности и выход годного.In addition, the pressing force is reduced, and due to the emergence of favorable boundary conditions during the plastic flow of the deformable medium, the likelihood of tensile stresses at the exit from the matrix and the formation of defects in the form of cracks, delaminations, and weights is reduced, which increases the surface quality and yield.

Технический результат достигается тем, что в матрице для прессования полуфабрикатов из гранулированных материалов с входным отверстием, формообразующим участком и выходным отверстием входное отверстие выполнено эллиптической формы, а поверхность формообразующего участка образована закручиванием расположенной под углом наклона к оси матрицы образующей вокруг упомянутой оси матрицы на угол закручивания, не превышающий 360°, с изменением угла наклона образующей в интервале от 40° до 45°, при этом формообразующий участок выполнен с уменьшением площади поперечного сечения по его высоте.The technical result is achieved by the fact that in the matrix for pressing semi-finished products from granular materials with an inlet, a shaping section and an outlet, the inlet is elliptical and the surface of the forming section is formed by twisting a generatrix around the axis of the matrix at an angle of inclination to the axis of twisting not exceeding 360 °, with a change in the angle of inclination of the generatrix in the range from 40 ° to 45 °, while the forming section is made with the variation of the cross-sectional area along its height.

Технический результат достигается также тем, что формообразующий участок выполнен с уменьшением площади поперечного сечения в 2,5÷3,0 раза, а угол закручивания составляет 270°.The technical result is also achieved by the fact that the forming section is made with a decrease in the cross-sectional area of 2.5 ÷ 3.0 times, and the twist angle is 270 °.

Изобретение поясняется графическими материалами, где на:The invention is illustrated by graphic materials, where:

Фиг. 1 изображена матрица (вид сверху);FIG. 1 shows a matrix (top view);

Фиг. 2 изображен продольный разрез матрицы.FIG. 2 shows a longitudinal section of a matrix.

Выполнение поверхности формообразующего участка матрицы путем закручивания образующей вокруг оси матрицы на угол закручивания, не превышающий 360°, с углом наклона образующей в интервале от 40° до 45° и выполнение формообразующего участка с уменьшением площади поперечного сечения по его высоте от входного отверстия, выполненного в форме эллипса до выходного отверстия, форма которого соответствует форме полуфабриката, позволяет обеспечить различную степень закручивания сплошной среды относительно продольной оси матрицы. Постепенная трансформация эллиптического сечения на входе в формообразующий участок матрицы к сечению, соответствующему форме прессованного полуфабриката на выходе, приводит к пластическому течению деформируемой среды с закручиванием в сходящемся канале и созданию напряженно-деформированного состояния, близкого к напряженно-деформированному состоянию «чистый сдвиг», создает дополнительные деформации сдвига при прессовании, позволяет управлять напряженно-деформированным состоянием сплошной среды при ее пластическом течении. Увеличение сдвиговых деформаций при пластическом течении деформируемой среды за счет выполнения угла наклона образующей в интервале от 40° до 45° значительно снижает вероятность появления растягивающих напряжений на выходе из матрицы.Performing the surface of the forming section of the matrix by twisting the generatrix around the axis of the matrix by a twisting angle not exceeding 360 ° with an angle of inclination of the generatrix in the range from 40 ° to 45 ° and performing the forming section with decreasing cross-sectional area along its height from the inlet made in the shape of the ellipse to the outlet, the shape of which corresponds to the shape of the semi-finished product, allows you to provide a different degree of twisting of a continuous medium relative to the longitudinal axis of the matrix. The gradual transformation of the elliptical section at the entrance to the forming section of the matrix to the section corresponding to the shape of the pressed semi-finished product at the exit leads to a plastic flow of the deformable medium with twisting in the converging channel and the creation of a stress-strain state close to the stress-strain state “pure shift”, which creates additional shear deformation during pressing, allows you to control the stress-strain state of a continuous medium during its plastic flow. An increase in shear deformations during the plastic flow of a deformable medium due to the angle of inclination of the generatrix in the range from 40 ° to 45 ° significantly reduces the likelihood of tensile stresses emerging from the matrix.

При этом равномерное взаимодействие гранул между собой, благодаря равномерному распределению частиц интерметаллидных фаз по объему и дроблению веточек интерметаллидов, обеспечивает получение прессованных полуфабрикатов с однородной структурой, снижает вероятность образования дефектов в виде трещин, расслоений, утяжин, в результате чего повышается качество готового полуфабриката.Moreover, the uniform interaction of granules with each other, due to the uniform distribution of particles of intermetallic phases in volume and crushing of branches of intermetallic compounds, ensures the production of pressed semi-finished products with a homogeneous structure, reduces the likelihood of defects in the form of cracks, delaminations, and weights, resulting in an increase in the quality of the finished semi-finished product.

В частном случае выполнения матрицы, для создания дополнительных деформаций сдвига при прессовании, формообразующий участок матрицы выполнен с уменьшением площади поперечного сечения в 2,5÷3,0 раза, а угол закручивания составляет 270°. Увеличение сдвиговых деформаций обеспечивает уменьшение усилия прессования и благоприятные граничные условия при пластическом течении деформируемой среды, что значительно снижает вероятность появления растягивающих напряжений на выходе из матрицы.In the particular case of matrix execution, to create additional shear deformations during pressing, the forming section of the matrix is made with a decrease in the cross-sectional area by 2.5–3.0 times, and the twist angle is 270 °. An increase in shear deformations provides a reduction in the pressing force and favorable boundary conditions during the plastic flow of the deformable medium, which significantly reduces the likelihood of tensile stresses emerging from the matrix.

В качестве гранулированных материалов используются, в том числе, гранулы сплавов на основе различных цветных металлов.As granular materials are used, including granules of alloys based on various non-ferrous metals.

Матрица состоит из корпуса 1, входного эллиптического отверстия 2, формообразующего участка 3 с углом закручивания 4 и выходного отверстия 5. При этом угол закручивания 4 (угол γ на Фиг. 1) не превышает 360°. В случае уменьшения площади поперечного сечения формообразующего участка 3 в 2,5÷3,0 раза угол закручивания 4 составляет 270°.The matrix consists of a housing 1, an input elliptical hole 2, a forming section 3 with a twist angle 4 and an outlet 5. In this case, the twist angle 4 (angle γ in Fig. 1) does not exceed 360 °. In the case of reducing the cross-sectional area of the forming section 3 by 2.5 ÷ 3.0 times, the twist angle 4 is 270 °.

Войдя в соприкосновение с корпусом матрицы 1, гранулы под действием усилия пресса начинают вовлекаться через отверстие 2 в формообразующий участок 3. По мере продвижения гранул по формообразующему участку 3 одновременно с поступательным движением начинается их закручивание, при этом гранулы поворачиваются и перемещаются относительно друг друга, в результате чего происходит увеличение плотности их укладки. На определенном этапе гранулы начинают схватываться между собой и деформироваться.Having come into contact with the matrix body 1, the granules under the action of the press force begin to be drawn through the hole 2 into the forming section 3. As the granules move along the forming section 3, they are twisted simultaneously with the translational motion, while the granules rotate and move relative to each other, in resulting in an increase in their density. At a certain stage, the granules begin to seize together and deform.

Под действием значительной пластической деформации гранул плотная и прочная, но при этом хрупкая оксидная пленка, толщина которой зависит от скорости кристаллизации, легко разрушается, обнажая неокисленные металлические контактные поверхности гранул, по которым происходит схватывание гранул с образованием компактного материала. Раздробленные мелкие оксидные частицы, внедряясь в поверхностные слои гранул, создают армирующий эффект, что положительно влияет на физико-механические характеристики сплава.Under the influence of significant plastic deformation of the granules, a dense and strong, but brittle oxide film, the thickness of which depends on the crystallization rate, is easily destroyed, exposing the unoxidized metal contact surfaces of the granules, on which the granules set, with the formation of a compact material. Crushed small oxide particles, penetrating into the surface layers of granules, create a reinforcing effect, which positively affects the physicomechanical characteristics of the alloy.

В ходе перемещения прессуемых гранул к выходному отверстию 5 происходит постепенное формирование готового полуфабриката.During the movement of the pressed granules to the outlet 5, the finished product is gradually formed.

Проведенные структурные и физико-механические исследования полученных готовых полуфабрикатов подтверждают их мелкодисперсную изотропную структуру и высокие механические свойства.Conducted structural and physico-mechanical studies of the resulting finished semi-finished products confirm their finely divided isotropic structure and high mechanical properties.

При использовании изобретения не требуются какие-либо конструктивные изменения в традиционном оборудовании, а кроме того, значительно снижаются энергосиловые и температурные параметры прессования.When using the invention does not require any structural changes in traditional equipment, and in addition, significantly reduced power and temperature parameters of pressing.

Высокая дисперсность интерметаллидных фаз, полученная за счет пресыщения твердого раствора переходными металлами, в несколько раз выше их равновесной растворимости, в процессе деформации позволяет обеспечить получение высоких значений предела прочности прессованных полуфабрикатов при высоком уровне их относительного удлинения.The high dispersion of the intermetallic phases, obtained due to the supersaturation of the solid solution with transition metals, is several times higher than their equilibrium solubility, and during deformation, it is possible to obtain high tensile strengths of pressed semi-finished products at a high level of their elongation.

Реализация изобретения, подтвержденная результатами испытаний, позволяет повысить производительность труда, улучшить качество прессованных полуфабрикатов в виде труб, прутков и полос с одновременным повышением механических и физических свойств.The implementation of the invention, confirmed by the test results, can improve labor productivity, improve the quality of pressed semi-finished products in the form of pipes, rods and strips with a simultaneous increase in mechanical and physical properties.

Claims

1. The matrix for pressing semi-finished products from granular materials, made with an inlet, a shaping section and an outlet, characterized in that the inlet is elliptical and the surface of the forming section is formed by twisting a generatrix around the matrix axis a twisting angle not exceeding 360 °, with a change in the angle of inclination of the generatrix in the range from 40 to 45 °, while the forming section is made with decreasing shards of cross section along its height.

2. The matrix according to claim 1, characterized in that the forming section is made with a decrease in the cross-sectional area of 2.5 ÷ 3.0 times, and the twist angle is 270 °.