RU2713764C1

RU2713764C1 - Method of pressing metal ingots and press for its implementation

Info

Publication number: RU2713764C1
Application number: RU2019105054A
Authority: RU
Inventors: Владимир Григорьевич Дегтярь; Владимир Михайлович Грешнов; Николай Константинович Криони; Сергей Сергеевич Чернов; Александр Анатольевич Звонков; Андрей Николаевич Бедностин; Максим Сергеевич Мамонтов
Priority date: 2019-02-22
Filing date: 2019-02-22
Publication date: 2020-02-07

Abstract

FIELD: technological processes.

SUBSTANCE: invention relates to metal forming and can be used in production of workpiece with homogeneous fine-grained structure. Multiple direct extrusion and settling of the workpiece is performed with preservation of its initial shape and dimensions after each cycle of deformation. In each subsequent cycle direction of extrusion is changed to the opposite one. First, part of the workpiece is extruded through the working belt of the die, after which extrusion is stopped and the extruded part of the workpiece is deflected. After a number of cycles of direct extrusion with settling back extrusion of half of the collected volume of the workpiece is performed to obtain a shape of the workpiece in the form of a cup. Then the barrel walls are deposited to obtain the pre-extrusion configuration. Compression molding is carried out on press containing containers with die arranged between it, left and right main cylinders, left and right auxiliary cylinders, left and right main and auxiliary puncheons.

EFFECT: higher strength characteristics of large-size metal workpiece.

2 cl, 17 dwg, 1 ex

Description

Изобретение относится к металлургической обработке металлов давлением, а именно к прессованию металлов и предназначено для получения крупногабаритных заготовок, соизмеримых с металлическим слитком диаметром до 800 мм и высотой до 1500 мм, с однородной зернистой микрокристаллической структурой (размер зерен в поперечнике 0,2-15,0 мкм).The invention relates to metallurgical processing of metals by pressure, namely, metal pressing and is intended to produce large-sized workpieces commensurate with a metal ingot with a diameter of up to 800 mm and a height of up to 1500 mm, with a homogeneous granular microcrystalline structure (grain size across, 0.2-15, 0 μm).

После выплавки металла его разливают в чугунные или стальные изложницы (формы), где он остывает и кристаллизируется. Из-за особенностей остывания металла с изложницей после кристаллизации слиток имеет неоднородное (зонное) и дендритное строение. Такая литейная структура очень рыхлая (пористая), что обусловливает неудовлетворительные характеристики механических свойств металла - низкие прочность и пластичность. Чтобы металл стал удовлетворять требованиям, предъявляемым к конструкционным материалам, его подвергают пластической деформации. При этом в схеме напряженного состояния должны превалировать сжимающие напряжения. Для этой обработки в металлургии применяются технологические процессы свободной ковки, прокатки и прессования слитков (В.А. Мастеров, B.C. Берковский. «Теория пластической деформации и обработка металлов давлением». - М.: Металлургия, 1976., с. 191, 275, 309). При этом физический процесс пластической деформации используется в данных технологиях как способ изменения структуры металла. Эти технологии трансформируют исходную литую дендритную структуру слитка в плотную зернистую, которая обладает высокими характеристиками прочности и пластичности. Применяются машины-орудия: ковочные молоты (паровоздушные и гидравлические); прокатные станы и горизонтальные гидравлические прессы для прессования. Черные металлы, как правило, подвергают ковке и прокатке, цветные - ковке и прессованию.After the smelting of the metal, it is poured into cast iron or steel molds (forms), where it cools and crystallizes. Due to the peculiarities of cooling the metal with the mold after crystallization, the ingot has an inhomogeneous (zone) and dendritic structure. Such a casting structure is very loose (porous), which leads to unsatisfactory characteristics of the mechanical properties of the metal - low strength and ductility. To metal began to meet the requirements for structural materials, it is subjected to plastic deformation. In this case, compressive stresses should prevail in the stress state circuit. For this treatment in metallurgy, technological processes of free forging, rolling and pressing of ingots are used (V. A. Masterov, BC Berkovsky. "Theory of plastic deformation and metal processing by pressure." - M .: Metallurgy, 1976., S. 191, 275, 309). In this case, the physical process of plastic deformation is used in these technologies as a way to change the structure of the metal. These technologies transform the initial cast dendritic structure of the ingot into a dense granular one, which has high strength and ductility characteristics. Used machine tools: forging hammers (steam and hydraulic); rolling mills and horizontal hydraulic presses for pressing. Ferrous metals, as a rule, are forged and rolled, non-ferrous metals are forged and pressed.

Кованный, прокатанный и прессованный металл имеет волокнистое зернистое строение с линейным размером зерен от нескольких десятков до сотен микрометров. Этот металл используется как конструкционный и подвергается обработке на машиностроительных заводах с применением машиностроительных технологий.Forged, rolled and pressed metal has a fibrous granular structure with a linear grain size of several tens to hundreds of micrometers. This metal is used as structural and is processed at engineering plants using engineering technologies.

В последние десятилетия были разработаны и научно обоснованы способы пластического структурообразования металла. Сущностью способа является применение больших и интенсивных (интенсивность пластической деформации от 2 до 15) знакопеременных и немонотонных деформаций, которые обеспечивают измельчение структурных составляющих, в том числе зерен до нескольких микрометров и нескольких десятых долей микрометра. Такую структуру называют ультрамелкокристаллической или микрокристаллической. Эта структура, в соответствии с законом Холла-ПетчаIn recent decades, methods of plastic structure formation of metal have been developed and scientifically substantiated. The essence of the method is the use of large and intense (intensity of plastic deformation from 2 to 15) alternating and non-monotonic deformations, which provide grinding of structural components, including grains up to several micrometers and several tenths of a micrometer. Such a structure is called ultrafine crystalline or microcrystalline. This structure, in accordance with the law of Hall-Petch

σ=σ₀+K_yd^-1/2,σ = σ ₀ + K _y d ^-1/2 ,

где σ - предел текучести (характеристика прочности); σ₀ - предел текучести крупнозернистого металла; K_y - коэффициент; d - линейный размер зерен), обеспечивает повышение характеристик прочности при низких температурах на 20-50%, по сравнению с промышленным крупнозернистым состоянием металла. При этом характеристики пластичности остаются удовлетворительными (Валиев Р.З., Александров И.В. «Наноструктурные материалы, полученные интенсивной пластической деформацией». - М.: Логос, 2000. - 272 с).where σ is the yield strength (strength characteristic); σ ₀ - yield strength of coarse-grained metal; K _y is the coefficient; d - linear grain size), provides an increase in strength characteristics at low temperatures by 20-50%, compared with the industrial coarse-grained state of the metal. In this case, the plasticity characteristics remain satisfactory (Valiev RZ, Alexandrov IV “Nanostructured materials obtained by intense plastic deformation.” - M .: Logos, 2000. - 272 s).

Из уровня техники известны способы и устройства для получения микрокристаллического металла с использованием больших и интенсивных пластических деформаций. Например, известен способ пластического структурообразования, при котором заготовку подвергают закрытой осадке в канале матрицы и двухстороннему выдавливанию, при этом каждый цикл является многооперационным (патент РФ №2515705, МПК B21J 5/00, опубликовано 20.05.2014).The prior art methods and devices for producing microcrystalline metal using large and intense plastic deformations. For example, there is a known method of plastic structure formation, in which the preform is subjected to a closed deposit in the matrix channel and two-sided extrusion, each cycle being multioperative (RF patent No. 2515705, IPC B21J 5/00, published 05.20.2014).

Недостатком способа является высокая трудоемкость, обусловленная многоцикличностью обработки. Другим недостатком является сложность устройства для реализации способа, что не способствует его применению в промышленности.The disadvantage of this method is the high complexity due to the multi-cycle processing. Another disadvantage is the complexity of the device for implementing the method, which does not contribute to its application in industry.

Известен также способ пластического структурообразования для получения нанокристаллической структуры металла, при котором заготовку подвергают закрытой осадке и выдавливанию. Выдавливание осуществляют путем смещения объемов из периферийной части заготовки в виде полого цилиндра в центральную часть и обратно, при этом сохраняют форму и размеры заготовки (патент РФ №2458756, МПК B21J 5/00, опубликовано 20.08.2012).There is also known a method of plastic structure formation to obtain a nanocrystalline metal structure, in which the preform is subjected to closed sediment and extrusion. Extrusion is carried out by shifting volumes from the peripheral part of the workpiece in the form of a hollow cylinder to the central part and vice versa, while preserving the shape and dimensions of the workpiece (RF patent No. 2458756, IPC B21J 5/00, published on 08.20.2012).

Недостатком способа является высокая энергоемкость, обусловленная затратами энергии на работу сил контактного трения, что в том числе ограничивает размеры обрабатываемой заготовки.The disadvantage of this method is the high energy intensity due to energy costs for the work of contact friction forces, which also limits the size of the workpiece.

Известен также способ пластического структурообразования металлов и устройство для его осуществления (патент РФ №2515705, МПК B21J 5/00, опубликовано 20.05.2014). Способ включает закрытую осадку заготовки в канале матрицы и двухстороннее выдавливание заготовки в верхнюю и нижнюю клиновые полости, образованные верхним и нижним клиновыми пуансонами, после чего упомянутые верхний и нижний клиновые пуансоны извлекают из канала матрицы, поворачивают вокруг оси на угол 180°, посредством них производят следующее нагружение заготовки с заполнением верхней и нижней клиновых полостей с другой стороны, и цикл повторяют, после чего клиновые пуансоны заменяют на пуансоны с торцевой поверхностью, расположенной перпендикулярно оси заготовки, и производят закрытую осадку с приданием заготовке первоначальной формы.There is also a known method of plastic structuring of metals and a device for its implementation (RF patent No. 2515705, IPC B21J 5/00, published on 05/20/2014). The method includes a closed blank of the preform in the channel of the matrix and two-sided extrusion of the preform into the upper and lower wedge cavities formed by the upper and lower wedge punches, after which the aforementioned upper and lower wedge punches are removed from the channel of the matrix, rotated around an axis through an angle of 180 °, whereby the next loading of the workpiece with filling the upper and lower wedge cavities on the other hand, and the cycle is repeated, after which the wedge punches are replaced by punches with an end surface located second perpendicular axis of the workpiece, and produce a closed precipitate to impart original shape workpiece.

Устройство для пластического структурообразования металлов содержит матрицу с каналом и верхний и нижний клиновые пуансоны круглой формы, выполненные с возможностью образования в канале матрицы верхней и нижней клиновых полостей для двухстороннего выдавливания в них заготовки, поворота вокруг оси на угол 180° после извлечения из канала матрицы и образования расположенных с другой стороны верхней и нижней клиновых полостей для двухстороннего выдавливания заготовки, и пуансоны с торцевой поверхностью, расположенной перпендикулярно оси заготовки, выполненные с возможностью размещения в канале матрицы после извлечения из него верхнего и нижнего клиновых пуансонов, при этом матрица выполнена с каналом круглой формы.The device for plastic structuring of metals contains a matrix with a channel and round upper and lower wedge punches made with the possibility of forming an upper and lower wedge cavities in the matrix channel for two-sided extrusion of a workpiece in them, rotation around the axis through an angle of 180 ° after removing the matrix from the channel and the formation of upper and lower wedge cavities located on the other side for two-sided extrusion of the workpiece, and punches with an end surface located perpendicular to the preform capable of placing in a channel matrix after removal therefrom of the upper and lower punches wedge, wherein the matrix is formed with a circular shape channel.

Недостатком способа является высокая трудоемкость, обусловленная многоцикличностью обработки. Недостатком устройства для реализации способа является сложность конструкции, что затрудняет его применение в промышленности.The disadvantage of this method is the high complexity due to the multi-cycle processing. The disadvantage of the device for implementing the method is the design complexity, which makes it difficult to use in industry.

Известно устройство для обработки металлов давлением (патент РФ №2415730, МПК B21J 5/06, опубликовано 10.04.2011), содержащее узел нагружения и матрицу, включающую две полу матрицы. В каждой полуматрице выполнен один из параллельных каналов и промежуточный полуканал. На каждой полуматрице выполнен выступ, установленный в части промежуточного полуканала противоположной полуматрицы по скользящей посадке. Полуматрицы установлены с возможностью перемещения. Свободные части полуканалов при их совмещении образуют промежуточный канал матрицы. Промежуточный канал матрицы образует с параллельными каналами острые внутренние накрест лежащие углы. Устройство снабжено основанием и подвижной в вертикальном направлении траверсой с установочной поверхностью. Узел нагружения выполнен в виде двух телескопических цилиндров, состоящих из наружного цилиндра с поршнем и штоком. В поршне наружного цилиндра размещен внутренний цилиндр с поршнем и штоком. Внутренний цилиндр выполнен в виде осевого пуансона. Одна из полуматриц установлена на основании, а другая -на установочной поверхности траверсы. Один из наружных цилиндров жестко связан с основанием, а другой - с траверсой.A device for metal forming is known (RF patent No. 2415730, IPC B21J 5/06, published April 10, 2011), comprising a loading unit and a matrix including two half-matrixes. In each half-matrix, one of the parallel channels and an intermediate half-channel are made. A protrusion is made on each half-matrix, which is installed in the part of the intermediate half-channel of the opposite half-matrix in a sliding fit. Half-matrixes are installed with the possibility of movement. The free parts of the semi-channels, when combined, form an intermediate channel of the matrix. The intermediate channel of the matrix forms with parallel channels sharp internal crosswise lying corners. The device is equipped with a base and a movable in the vertical direction traverse with a mounting surface. The loading unit is made in the form of two telescopic cylinders consisting of an outer cylinder with a piston and a rod. An inner cylinder with a piston and a rod is placed in the piston of the outer cylinder. The inner cylinder is made in the form of an axial punch. One of the half-matrixes is installed on the base, and the other is on the mounting surface of the beam. One of the outer cylinders is rigidly connected to the base, and the other to the traverse.

Недостатком устройства является ограниченная область применения т.к. оно предназначено для обработки преимущественно заготовок цилиндрической формы малого диаметра. Устройство не позволяет обрабатывать заготовки с размерами, соизмеримыми с размерами слитка.The disadvantage of this device is its limited scope. it is intended for processing predominantly cylindrical billets of small diameter. The device does not allow processing workpieces with dimensions commensurate with the dimensions of the ingot.

Наиболее близким техническим решением является способ пластического структурообразования высокопрочных материалов (патент РФ №2116155, МПК B21J 5/00, опубликовано 27.07.1998), включающий многократное выдавливание и осадку заготовки с сохранением ее первоначальной формы и размеров после каждого цикла деформации, при этом в каждом последующем цикле направление выдавливания меняют на противоположное относительно направления выдавливания в предыдущем цикле. В каждом цикле деформации сначала производят выдавливание части заготовки через рабочий поясок матрицы, выдавливание прекращают, осаживают выдавленную часть заготовки, затем повторяют поочередно выдавливание части заготовки и ее осадку до тех пор, пока вся заготовка не будет продеформирована, при этом длина выдавленной части заготовки составляет не более 2,5 диаметра рабочего пояска матрицы.The closest technical solution is the method of plastic structure formation of high-strength materials (RF patent No. 2116155, IPC B21J 5/00, published July 27, 1998), including repeated extrusion and settlement of the workpiece with preservation of its original shape and size after each deformation cycle, with each in the next cycle, the direction of extrusion is reversed relative to the direction of extrusion in the previous cycle. In each cycle of deformation, the part of the workpiece is extruded through the working belt of the matrix, the extrusion is stopped, the extruded part of the workpiece is deposited, then the part of the workpiece and its draft are pressed alternately until the entire workpiece is deformed, while the length of the extruded part of the workpiece is not more than 2.5 diameter of the working belt of the matrix.

Недостатком способа является неоднородность распределения деформации по объему заготовки, обусловленная известным торможением металла в приконтактных со стенками матрицы слоях. При этом, эта неоднородность не ликвидируется при обработке из-за незначительного «перемешивания» металла. Концевые части заготовки практически совсем не деформируются, что еще больше усугубляет неоднородность деформации. Неоднородная деформация обуславливает неоднородность структуры по объему заготовки, что резко снижает ее качество. При этом, с увеличением размеров обрабатываемой заготовки неоднородность увеличивается. Поэтому не удается получить микрокристаллическую заготовку с размерами слитка и однородной структурой.The disadvantage of this method is the heterogeneity of the distribution of deformation over the volume of the workpiece, due to the known braking of the metal in layers that are in contact with the matrix walls. Moreover, this heterogeneity is not eliminated during processing due to insignificant "mixing" of the metal. The end parts of the workpiece are practically not deformed at all, which further aggravates the heterogeneity of the deformation. Inhomogeneous deformation causes the heterogeneity of the structure in terms of the volume of the workpiece, which sharply reduces its quality. Moreover, with an increase in the size of the workpiece, the heterogeneity increases. Therefore, it is not possible to obtain a microcrystalline preform with ingot dimensions and a homogeneous structure.

Задачей изобретения является упрочнение металла крупных заготовок, соизмеримых по размерам с размерами слитка.The objective of the invention is the hardening of metal of large workpieces, commensurate in size with the dimensions of the ingot.

Техническим результатом изобретения является повышение прочностных характеристик за счет однородности и дисперсности микрокристаллической структуры по всему объему слитка.The technical result of the invention is to increase the strength characteristics due to the uniformity and dispersion of the microcrystalline structure throughout the volume of the ingot.

Задача решается и технический результат достигается способом прессования металлических слитков, включающим многократное прямое выдавливание и осадку заготовки с сохранением ее первоначальной формы и размеров после каждого цикла деформации, при этом в каждом последующем цикле направление выдавливания меняют на противоположное относительно направления выдавливания в предыдущем цикле, и в каждом цикле деформации сначала производят выдавливание части заготовки через рабочий поясок матрицы, выдавливание прекращают, осаживают выдавленную часть заготовки, затем повторяют поочередно выдавливание следующей части заготовки и ее осадку до тех пор, пока вся заготовка не будет продеформирована. В отличие от прототипа после выполнения ряда циклов прямого выдавливания с осадкой осуществляют обратное выдавливание половины набранного объема с получением конфигурации обрабатываемого конца заготовки в форме стакана и последующую осадку стенок стакана до получения конфигурации, имевшей место до обратного выдавливания, затем аналогично деформируют вторую половину набранного объема заготовки.The problem is solved and the technical result is achieved by the method of pressing metal ingots, including multiple direct extrusion and settlement of the workpiece with preservation of its original shape and size after each deformation cycle, and in each subsequent cycle, the extrusion direction is reversed relative to the extrusion direction in the previous cycle, and each cycle of deformation, first extrude part of the workpiece through the working belt of the matrix, extrusion is stopped, and extruded is extruded hydrochloric portion of the preform is then repeated alternately squeezing the next portion of the workpiece and its draft until until the whole workpiece will not be deformed. In contrast to the prototype, after performing a series of direct extrusion cycles with sediment, half of the accumulated volume is back-pressed to obtain the configuration of the workpiece-shaped end to be processed and then the walls of the glass are upset to the configuration that took place before the back extrusion, then the second half of the accumulated volume of the workpiece is deformed similarly .

Технический результат достигается также прессом для прессования металлических слитков, содержащим рабочую зону, образованную левым и правым контейнерами с размещенной между ними матрицей, имеющей рабочий поясок, симметрично расположенные относительно рабочей зоны левый и правый главные цилиндры с главными плунжерами и подвижными траверсами, две неподвижные поперечины с закрепленными на них главными цилиндрами и возвратными цилиндрами с возвратными плунжерами, стяжные колонны и раму, при этом к подвижным траверсам прикреплены левые главный и вспомогательный пуансоны и правые главный и вспомогательный пуансоны с возможностью перемещения внутри соответственно левого и правого контейнеров, а в плунжерах левого и правого главных цилиндров размещены вспомогательные цилиндры с вспомогательными плунжерами, причем контейнеры с матрицей соединены с силовыми цилиндрами для удаления из рабочей зоны пресса и возвращения в нее.The technical result is also achieved by a press for pressing metal ingots, containing a working area formed by left and right containers with a matrix placed between them, having a working belt, left and right main cylinders symmetrically located relative to the working area, with main plungers and movable traverses, two fixed cross members with main cylinders fixed on them and return cylinders with return plungers, tie-rods and a frame, while left-hand traverses are attached the main and auxiliary punches and the right main and auxiliary punches with the possibility of movement inside the left and right containers, respectively, and in the plungers of the left and right main cylinders, auxiliary cylinders with auxiliary plungers are placed, and the containers with the matrix are connected to the power cylinders to remove the press and return to her.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан разрез общего вида пресса для прессования металлических слитков; на фиг. 2 показано исходное положение слитка и деформирующих деталей пресса перед началом обработки; на фиг. 3-10 показаны последовательные этапы прессования слитка; на фиг. 11-16 показано распределение интенсивности деформации по объему слитка в последовательных этапах прессования; на фиг. 17 показано распределение размера зерен по объему слитка после обработки.The invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a sectional view of a general view of a press for pressing metal ingots; in FIG. 2 shows the initial position of the ingot and the deforming parts of the press before processing; in FIG. 3-10 show successive steps of pressing an ingot; in FIG. 11-16 show the distribution of strain intensity over the volume of the ingot in successive stages of pressing; in FIG. 17 shows the distribution of grain size over the volume of the ingot after processing.

Пресс (фиг. 1) содержит рабочую зону, образованную левым и правым контейнерами 1 с размещенной между ними матрицей 2, имеющей рабочий поясок. Относительно рабочей зоны симметрично расположены левый и правый главные цилиндры 3 с главными плунжерами 4, которые соединены с подвижными траверсами 5. Главные цилиндры 3 закреплены в двух неподвижных поперечинах 6, которые стянуты колоннами 7 в единую конструкцию, установленную на раме (на чертеже не показана). В поперечинах 6 размещены также по два в каждой возвратные цилиндры 8 с возвратными плунжерами, штоки 9 которых соединены с подвижными траверсами 5. Главные плунжеры 4 одновременно являются корпусами вспомогательных плунжеров 10. К подвижным траверсам 5 прикреплены левый и правый главные пуансоны 11 и левый и правый вспомогательные пуансоны 12 с возможностью перемещения внутри соответственно левого и правого контейнеров 1 в двух противоположных направлениях под действием главных плунжеров 4 и возвратных плунжеров 9.The press (Fig. 1) contains a working area formed by the left and right containers 1 with a matrix 2 placed between them and having a working belt. Regarding the working area, the left and right main cylinders 3 with the main plungers 4, which are connected to the movable traverses 5, are symmetrically located. The main cylinders 3 are fixed in two fixed cross members 6, which are pulled together by columns 7 in a single structure mounted on the frame (not shown in the drawing) . In the cross members 6, there are also two return cylinders 8 each with return plungers, the rods 9 of which are connected to the movable traverses 5. The main plungers 4 are simultaneously the bodies of the auxiliary plungers 10. The left and right main punches 11 are attached to the movable traverses 5 and the left and right auxiliary punches 12 with the ability to move inside, respectively, the left and right containers 1 in two opposite directions under the action of the main plungers 4 and return plungers 9.

Подлежащий пластическому структурообразованию слиток 13 помещается в один из контейнеров 1, когда контейнеры с матрицей находятся вне рабочей зоны. Контейнеры с матрицей устанавливаются силовыми цилиндрами 14 в рабочую зону пресса, и слиток деформируется главными 11 и вспомогательными пуансонами 12, которые перемещаются по определенной программе.The ingot 13 to be plastic structured is placed in one of the containers 1 when the containers with the matrix are outside the working area. The containers with the matrix are installed by the power cylinders 14 in the working area of the press, and the ingot is deformed by the main 11 and auxiliary punches 12, which are moved according to a specific program.

Способ и работа пресса осуществляются следующим образом. В исходном состоянии главные 4 и вспомогательные 10 плунжеры выдвинуты из контейнеров 1 и находятся в крайних положениях. Контейнеры 1 с матрицей 2 выдвигаются из рабочей зоны пресса силовыми цилиндрами 14. Металлический слиток 13 помещается в один из контейнеров 1, и главные 11 и вспомогательные 12 пуансоны занимают исходные положения, как показано на фиг. 2. Далее главные 11 и вспомогательные 12 пуансоны попарно работают как два единых пуансона (фиг. 3). Левые пуансоны порционно осуществляют прямое выдавливание металла через рабочий поясок матрицы 2 из левого контейнера в правый (фиг. 3). Правые пуансоны осуществляют осадку выдавленной порции в правом контейнере (фиг. 3).The method and operation of the press are as follows. In the initial state, the main 4 and auxiliary 10 plungers are extended from the containers 1 and are in extreme positions. The containers 1 with the matrix 2 are pulled out of the press working area by the force cylinders 14. The metal ingot 13 is placed in one of the containers 1, and the main 11 and auxiliary 12 punches take their initial positions, as shown in FIG. 2. Next, the main 11 and auxiliary 12 punches work in pairs as two single punches (Fig. 3). The left punches portionally directly extrude the metal through the working belt of the matrix 2 from the left container to the right (Fig. 3). The right punches settle the squeezed portion in the right container (Fig. 3).

Чередование выдавливания и осадки продолжается до тех пор, пока половина объема заготовки не переместится из левого контейнера в правый (фиг. 3). Деформация металла в этом процессе протекает как знакопеременная, немонотонная и в условиях сложного нагружения. Это способствует перемешиванию металла и измельчению структурных составляющих.The alternation of extrusion and sediment continues until half of the volume of the workpiece does not move from the left container to the right (Fig. 3). The deformation of the metal in this process proceeds as alternating, nonmonotonic, and under complex loading. This contributes to the mixing of the metal and the grinding of structural components.

Для более равномерного распределения деформации по всему объему слитка и более интенсивного перемешивания металла реализуется следующая программа деформирования. Правый главный пуансон 11 перемещается вправо, а правый вспомогательный пуансон перемещается влево, осуществляя обратное выдавливание материала слитка с образованием конфигурации в форме стакана (фиг. 4). При этом левые пуансоны, работая как единый пуансон, поджимают металл, не давая ему перемещаться в левый контейнер.For a more uniform distribution of deformation over the entire volume of the ingot and more intensive mixing of the metal, the following deformation program is implemented. The right main punch 11 moves to the right, and the right auxiliary punch moves to the left, reverse extruding the material of the ingot with the formation of a configuration in the form of a glass (Fig. 4). At the same time, the left punches, working as a single punch, compress the metal, preventing it from moving into the left container.

Далее, правый главный пуансон 11 трубчатой формы перемещается влево и выдавливает стенки «стакана» через рабочий поясок матрицы в левый контейнер. Левые главный 11 и вспомогательный 12 пуансоны в это время перемещаются влево, давая возможность металлу перетекать в левый контейнер 1 (фиг. 5).Further, the right main tubular-shaped punch 11 moves to the left and squeezes the walls of the “glass” through the working belt of the matrix into the left container. The left main 11 and auxiliary 12 punches at this time move to the left, allowing the metal to flow into the left container 1 (Fig. 5).

На этом один полуцикл обработки слитка заканчивается. Далее пуансоны работают как целое, и часть металла порционно перемещается из левого контейнера в правый (как показано на фиг. 6). Эта ситуация аналогична показанной на фиг. 3. Затем вспомогательный левый пуансон осуществляет обратное выдавливание (но на этот раз в левый контейнер) с образованием конфигурации «стакан» (фиг. 7). В это время левый главный пуансон 12 перемещается влево, давая место для выдавливаемых стенок стакана (фиг. 7). Правые пуансоны 11 и 12 поджимают металл 13, не давая ему перетекать в правый контейнер. Воздействием левого главного пуансона 11 на стенки «стакана» металл перемещается в правый контейнер. Правые главный 11 и вспомогательный 12 пуансоны перемещаются вправо и, периодически передвигаясь влево на небольшое расстояние, осаживают порцию выдавленного металла (фиг. 8). На этом заканчивается один цикл обработки слитка.This ends one half cycle of ingot processing. Further, the punches work as a whole, and part of the metal is portionwise moved from the left container to the right (as shown in Fig. 6). This situation is similar to that shown in FIG. 3. Then, the auxiliary left punch performs reverse extrusion (but this time into the left container) with the formation of the “glass” configuration (Fig. 7). At this time, the left main punch 12 moves to the left, giving room for extruded walls of the glass (Fig. 7). The right punches 11 and 12 press metal 13, preventing it from flowing into the right container. By the action of the left main punch 11 on the walls of the “glass”, the metal moves into the right container. The right main 11 and auxiliary 12 punches move to the right and, periodically moving to the left a small distance, precipitate a portion of the extruded metal (Fig. 8). This ends one ingot processing cycle.

Циклы могут повторяться необходимое количество раз, определяемое получением требуемого структурного и механического состояния металла.Cycles can be repeated as many times as needed, determined by obtaining the desired structural and mechanical state of the metal.

Удаление металла из зоны обработки осуществляется следующим образом. Матрица 2 с рабочим пояском образует с правым контейнером 1 пару ножей (фиг. 9). Левые главный 11 и вспомогательный 12 пуансоны перемещаются влево и выводятся из левого контейнера 1. Перемещением матрицы совместно с левым контейнером с помощью силового цилиндра 14 происходит отделение материала слитка, находящегося в правом контейнере 1 от небольшого объема материала, находящегося в рабочем пояске матрицы 2 (пресс-остаток) (фиг. 9). Далее, главный 11 и вспомогательный 12 пуансоны выталкивают обработанную заготовку 13 из рабочей зоны (фиг. 10).The removal of metal from the processing zone is as follows. Matrix 2 with a working belt forms a pair of knives with the right container 1 (Fig. 9). The left main 11 and auxiliary 12 punches move to the left and are removed from the left container 1. By moving the matrix together with the left container using the power cylinder 14, the ingot material located in the right container 1 is separated from a small volume of material located in the working belt of the matrix 2 (press the remainder) (Fig. 9). Further, the main 11 and auxiliary 12 punches push the processed workpiece 13 out of the working area (Fig. 10).

Пресс-остаток, оставшийся в рабочем пояске матрицы 2 (фиг. 10) при обработке следующего и последующих слитков играет роль постоянной пресс-шайбы, предназначенной для уменьшения потерь металла.The press residue remaining in the working belt of the matrix 2 (Fig. 10) during the processing of the next and subsequent ingots plays the role of a constant press washer, designed to reduce metal loss.

В качестве примера реализации способа и устройства представлены результаты математического моделирования процесса прессования слитка сплава 1570Р, который после затвердевания имеет размеры: диаметр 370 мм; высота 750 мм. Эти слитки из нового перспективного алюминиевого сплава системы Al-Mg-Sc производит ОАО «Всероссийский институт легких сплавов».As an example of the implementation of the method and device, the results of mathematical modeling of the process of pressing an ingot of an alloy 1570Р are presented, which after solidification has dimensions: diameter 370 mm; height is 750 mm. These ingots from a promising new aluminum alloy of the Al-Mg-Sc system are produced by the All-Russian Institute of Light Alloys OJSC.

Моделировали деформирование слитка в изотермических условиях при температуре 350°С и скоростях деформирования 10 мм/с с использованием программного продукта DEFORM-3D в последовательности, представленной на фигурах 2-10.The deformation of the ingot was simulated under isothermal conditions at a temperature of 350 ° C and strain rates of 10 mm / s using the DEFORM-3D software product in the sequence shown in figures 2-10.

На фиг. 11-16 показано распределение интенсивности деформаций по объему обрабатываемой заготовки в последовательности операций прессования, показанных на фиг. 3-8. На фиг. 17 приведено распределение линейного размера зерен d по объему слитка после завершения обработки.In FIG. 11-16 show the distribution of strain intensity over the volume of the workpiece in the sequence of pressing operations shown in FIG. 3-8. In FIG. 17 shows the distribution of the linear grain size d over the volume of the ingot after processing.

Из приведенных результатов следует, что способ прессования слитков и пресс для его осуществления обеспечивают достижение технического результата изобретения - накопленная средняя интенсивность деформации по объему слитка равна 10,0 (фиг. 16). При этой интенсивной деформации по всему объему слитка образуется микрокристаллическая структура с размерами зерен d=0,15 мкм. Это структурное состояние сплава 1570Р обеспечивает повышение предела текучести материала до σ=360 МПа.From the above results it follows that the method of pressing the ingots and the press for its implementation ensure the achievement of the technical result of the invention — the cumulative average strain rate over the volume of the ingot is 10.0 (Fig. 16). With this intense deformation, a microcrystalline structure with grain sizes d = 0.15 μm is formed over the entire volume of the ingot. This structural state of the 1570P alloy provides an increase in the yield strength of the material to σ = 360 MPa.

Таким образом, предложенное изобретение позволяет повысить прочностные характеристики крупногабаритных металлических заготовок за счет получения однородной мелкокристаллической структуры.Thus, the proposed invention improves the strength characteristics of large-sized metal billets by obtaining a homogeneous fine-crystalline structure.

Claims

1. The method of pressing metal ingots, including multiple direct extrusion and sediment of the workpiece with preservation of its original shape and size after each deformation cycle, in each subsequent cycle, the extrusion direction is reversed relative to the extrusion direction in the previous cycle, in each deformation cycle, first produce extruding part of the workpiece through the working belt of the matrix, and the extrusion is stopped, the extruded part of the workpiece is deposited, then repeated alternately extrusion of the next part of the preform and its upset before deformation of the entire preform, characterized in that after performing direct extrusion cycles with upset, reverse half of the accumulated volume of the preform is extruded to obtain a configuration of the workpiece end being processed in the form of a cup and subsequent settlement of the walls of the cup to obtain the configuration that has taken place before the reverse extrusion, and then the second half of the accumulated volume of the workpiece is likewise deformed.

2. Press for pressing metal ingots, containing a working area formed by left and right containers with a matrix placed between them, having a working belt, left and right main cylinders symmetrically located relative to the working area, with main plungers and movable traverses, two fixed cross members fixed to them with master cylinders and return cylinders with return plungers, coupling columns and a frame, characterized in that it is equipped with left and right auxiliary punches, auxiliary cylinders with auxiliary plungers and a power cylinder, while the left main and auxiliary punches and the right main and auxiliary punches are attached to movable traverses with the possibility of moving inside the left and right containers in two opposite directions, auxiliary cylinders with auxiliary plungers are placed in the main plungers of the left and the right master cylinders, and the containers with the matrix are connected to the power cylinder to remove from the working area of the press and return into her.