RU2738630C1 - Composite workpiece for forging residue - Google Patents

Composite workpiece for forging residue Download PDF

Info

Publication number
RU2738630C1
RU2738630C1 RU2019135099A RU2019135099A RU2738630C1 RU 2738630 C1 RU2738630 C1 RU 2738630C1 RU 2019135099 A RU2019135099 A RU 2019135099A RU 2019135099 A RU2019135099 A RU 2019135099A RU 2738630 C1 RU2738630 C1 RU 2738630C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
cylinder
shell
height
isosceles triangle
forging
Prior art date
Application number
RU2019135099A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Юрий Николаевич Логинов
Юлия Валентиновна Замараева
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина"
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 автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина"
Priority to RU2019135099A priority Critical patent/RU2738630C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2738630C1 publication Critical patent/RU2738630C1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21JFORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J1/00Preparing metal stock or similar ancillary operations prior, during or post forging, e.g. heating or cooling
    • B21J1/04Shaping in the rough solely by forging or pressing

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Forging (AREA)

Abstract

FIELD: metal forming.SUBSTANCE: invention relates to metal forming. Composite workpiece for forging draft is made in form of cylinder and enveloping it circular shell. Wall of shell has shape in form of isosceles triangle, base of which adjoins side surface of cylinder. In the vertex of the isosceles triangle, which is located in the middle of the height of the cylinder, the shell has maximum wall thickness. Height of the isosceles triangle is selected taking into account the diameter and height of the cylinder from the condition of obtaining, after the forging draft, the boundary between the annular shell and the deposited cylinder having the rectilinear generatrix.EFFECT: simplified separation of the workpiece from the shell.6 cl, 1 tbl, 11 dwg

Description

Предлагаемое устройство относится к области обработки металлов давлением, а точнее к конфигурации заготовок для кузнечной обработки металла. The proposed device relates to the field of metal forming, or rather to the configuration of blanks for forging metal.

Операция кузнечной осадки применяется для пластической деформации заготовок с целью изменения их формы и/или повышения механических свойств деформируемого материала. The operation of forging upsetting is used for plastic deformation of workpieces in order to change their shape and / or increase the mechanical properties of the deformable material.

Из уровня техники известны конфигурации заготовок для обработки давлением, их форма часто определяет улучшение показателей этапов последующей деформации [1]. Композиционная заготовка для деформации может включать плакировку или оболочку [2,3], защищающую основной металл от окисления или газонасыщения при нагреве. Сложное строение заготовки может предопределять получение композита как конечного изделия [4,5]. From the prior art, configurations of workpieces for forming are known, their shape often determines the improvement of the performance of the stages of subsequent deformation [1]. The composite billet for deformation may include a cladding or shell [2,3], which protects the base metal from oxidation or gas saturation when heated. The complex structure of the blank can predetermine the production of a composite as a final product [4,5].

Особую группу заготовок составляют объекты, предназначенные для кузнечной осадки, выполняемой на молотах или прессах. Боковая поверхность цилиндрических заготовок остается свободной от действия напряжений сжатия, поэтому легко может начать разрушаться с образованием трещин. Неоднократно предлагались приемы, с помощью которых уровень сжимающих напряжений в процессах, похожих на кузнечную осадку, мог бы быть повышен [6,7]. A special group of blanks is made up of objects intended for forging upsetting performed on hammers or presses. The lateral surface of cylindrical blanks remains free from the action of compressive stresses, therefore, it can easily begin to fracture with the formation of cracks. Techniques have been repeatedly proposed by which the level of compressive stresses in processes similar to forge sludge could be increased [6,7].

В том числе известен прием помещения цилиндрической заготовки в кольцевую оболочку. Кольцевая оболочка создает подпор пластическому течению основного металла, что позволяет повысить уровень напряжений сжатия и тем самым увеличить пластичность металла. Использование этого приема реализовано в описании к изобретению [8]. Сборка пластически деформируемых материалов в этом случае представляет собой цилиндрическую заготовку и кольцевую оболочку, охватывающую среднюю часть ее боковой поверхности. Осадку осуществляют приложением к торцам заготовки усилия сжатия с одновременным растяжением оболочки. Порядок действий включает три этапа. На первом этапе проводят осадку до достижения степени деформации, не превышающей предельно допустимого значения при осадке металла без оболочки. На втором этапе заготовку помещают в оболочку и продолжают нагружать сборку в области пластических деформаций. Наличие оболочки позволяет делать это без разрушения металла. На третьем этапе достигают такой степени деформации, при которой наступает разрыв оболочки. Тем самым достигается возможность удаления оболочки без применения специальных операций. In particular, there is a known method of placing a cylindrical blank into an annular shell. The annular shell creates a support for the plastic flow of the base metal, which makes it possible to increase the level of compressive stresses and thereby increase the plasticity of the metal. The use of this technique is implemented in the description of the invention [8]. In this case, the assembly of plastically deformable materials is a cylindrical blank and an annular shell covering the middle part of its lateral surface. Upsetting is carried out by applying a compression force to the ends of the workpiece with simultaneous stretching of the shell. The procedure includes three stages. At the first stage, upsetting is carried out until the degree of deformation is reached, which does not exceed the maximum permissible value when upsetting metal without a shell. At the second stage, the workpiece is placed in a shell and the assembly continues to be loaded in the area of plastic deformations. The presence of the shell allows you to do this without destroying the metal. At the third stage, a degree of deformation is reached at which the shell breaks. Thus, it is possible to remove the shell without the use of special operations.

Из последнего примера видно, что существует стремление создать такие приемы обработки, при которых облегчен процесс удаления оболочки. В промышленности существует несколько вариантов ее удаления. Самый распространенный вариант – это удаление боковой поверхности в стружку на токарном оборудовании. Недостатком является необходимость частичного удаления самого материала цилиндрической заготовки из-за возникающей при кузнечной осадке неровности боковой поверхности, которую называют бочкообразованием. В другом варианте оболочку стравливают в растворах щелочей и кислот, подбирая их составы таким образом, чтобы они воздействовали на металл оболочки, но не воздействовали на металл цилиндрической заготовки. From the last example, it is clear that there is a desire to create processing techniques that facilitate the removal of the shell. There are several options in the industry for its removal. The most common option is to remove the flank into chips on a lathe. The disadvantage is the need for partial removal of the material of the cylindrical workpiece itself due to the unevenness of the lateral surface arising during the forging draft, which is called barrel formation. In another embodiment, the shell is etched in solutions of alkalis and acids, selecting their compositions so that they affect the metal of the shell, but do not affect the metal of the cylindrical workpiece.

В изобретении [9] в качестве приема удаления оболочки предлагался вариант изготовления самой оболочки путем навивки проволоки. После проведения операции кузнечной осадки проволоку можно было удалить путем размотки. In the invention [9], as a method of removing the shell, it was proposed to manufacture the shell itself by winding a wire. After the upsetting operation, the wire could be removed by unwinding.

Все эти дополнительные приемы удаления оболочки пришлось разрабатывать из-за искривления боковой поверхности. Если бы его не было, то разделить заготовку и оболочку удалось выпрессовыванием заготовки из оболочки. Поэтому недостатком аналогов является невозможность выпрессовывания заготовки из оболочки из-за искривления боковой поверхности. All these additional methods of removing the shell had to be developed due to the curvature of the lateral surface. If it did not exist, then it was possible to separate the workpiece and the shell by pressing the workpiece out of the shell. Therefore, the disadvantage of analogs is the impossibility of extruding the blank from the shell due to the curvature of the lateral surface.

По наибольшему количеству существенных признаков выявлен прототип, описанный в книге [10]. Объект по прототипу представляет собой композиционную заготовку для кузнечной осадки, состоящую из цилиндра и охватывающей его по боковой поверхности кольцевой оболочки, имеющей внутренний диаметр, равный диаметру цилиндра.The prototype described in the book [10] was identified by the greatest number of essential features. The prototype object is a composite blank for forging upsetting, consisting of a cylinder and enclosing it along the lateral surface of an annular shell having an inner diameter equal to the cylinder diameter.

Кольцевая оболочка имеет в поперечном сечении форму прямоугольника, при этом большее основание прямоугольника примыкает к боковой поверхности цилиндра. Таким образом, толщина стенки кольцевой оболочки имеет одинаковые по высоте размеры. При кузнечной осадке граница между заготовкой и оболочкой становится криволинейной из-за действия сил трения. В результате попытка выпрессовать цилиндр из оболочки приводит к отрицательному результату. Вторым недостатком является возможность образования зазора между поверхностью цилиндра и внутренней поверхностью оболочки. В результате теряется эффект подпора со стороны оболочки. The annular shell has a rectangular cross-section, with the larger base of the rectangle adjacent to the lateral surface of the cylinder. Thus, the wall thickness of the annular shell has the same height dimensions. During forging upsetting, the boundary between the workpiece and the shell becomes curved due to the action of friction forces. As a result, an attempt to extrude the cylinder from the shell leads to a negative result. The second disadvantage is the possibility of a gap formation between the surface of the cylinder and the inner surface of the shell. As a result, the backing effect from the shell side is lost.

Технической проблемой, на решение которой направлен заявляемый объект, является создание возможности применения достаточно простого метода разделения заготовки на цилиндр и оболочку в виде выпрессовывания цилиндра и оболочки. Другой технической проблемой, на решение которой направлен заявляемый объект, является стабилизация диаметра цилиндра, то есть ликвидации искривления границы между цилиндрической заготовкой и оболочкой, что мешает применить достаточно простые приемы разделения этих объектов после проведения операции кузнечной осадки. The technical problem to be solved by the claimed object is to create the possibility of using a fairly simple method of dividing the workpiece into a cylinder and a shell in the form of extrusion of the cylinder and shell. Another technical problem to be solved by the claimed object is the stabilization of the cylinder diameter, that is, the elimination of the curvature of the boundary between the cylindrical workpiece and the shell, which makes it difficult to apply fairly simple methods of separating these objects after the forging upset operation.

Предлагается композиционная заготовка для кузнечной осадки, состоящая из цилиндра и охватывающей его по боковой поверхности кольцевой оболочки, имеющую внутренний диаметр, равный диаметру цилиндра. A composite billet for forging upsetting is proposed, consisting of a cylinder and an annular shell enclosing it along the lateral surface of an annular shell, having an inner diameter equal to the cylinder diameter.

Заготовка отличается тем, что толщина стенки кольцевой оболочки имеет различные по высоте размеры, при этом максимальная толщина стенки расположена посередине высоты цилиндра. Увеличение толщины стенки в направлении середины высоты цилиндра обосновано тем, что при осадке создается наибольший подпор именно в области середины высоты, что мешает процессу бочкообразования. В результате вместо выпуклой наружной поверхности цилиндра возможно получить после осадки достаточно ровную цилиндрическую поверхность, и оболочку удастся отделить от цилиндра простой операцией выпрессовывания. Математическим моделированием профиль стенки оболочки может быть подобран таким образом, что он создаст необходимый подпор, причем для малопластичных сплавов этот подпор должен оказаться выше, чем для более пластичных сплавов. Профиль оболочки в данном случае может быть описан криволинейной образующей. The workpiece is characterized in that the wall thickness of the annular shell has different heights, with the maximum wall thickness located in the middle of the cylinder height. The increase in wall thickness in the direction of the middle of the height of the cylinder is justified by the fact that during upsetting the greatest backwater is created precisely in the region of the middle of the height, which interferes with the process of barrel formation. As a result, instead of a convex outer surface of the cylinder, it is possible to obtain a sufficiently flat cylindrical surface after upsetting, and the shell can be separated from the cylinder by a simple extrusion operation. By mathematical modeling, the profile of the shell wall can be selected in such a way that it will create the necessary support, and for low-plastic alloys this support should be higher than for more plastic alloys. The shell profile in this case can be described by a curved generatrix.

Однако простейшей формой стенки оболочки является равнобедренный треугольник. Поэтому максимальная толщина стенки может быть достигнута в вершине равнобедренного треугольника, который описывает профиль стенки кольцевой оболочки, при этом основание треугольника примыкает к боковой поверхности цилиндра. Треугольная форма стенки оболочки в отличие от криволинейной предпочтительна тем, что выточить такую оболочку можно на простейшем токарном оборудовании. However, the simplest form of the shell wall is an isosceles triangle. Therefore, the maximum wall thickness can be reached at the apex of an isosceles triangle that describes the wall profile of the annular shell, with the base of the triangle adjacent to the lateral surface of the cylinder. The triangular shape of the shell wall, in contrast to the curvilinear one, is preferable in that such a shell can be turned on the simplest turning equipment.

Вместе с тем, наличие треугольной формы стенки предполагает появление ребер, в том числе с достаточно острыми углами, особенно при основании равнобедренного треугольника. Для снижения уровня концентрации напряжений предлагается снабдить ребра кольцевой оболочки радиусами скруглений. Наличие радиусов скруглений позволяет избежать концентрации напряжений не только в самих ребрах оболочки, но и в зонах заготовки, контактирующих с этими ребрами. Кроме того, наличие острых кромок не позволяет создать надежную опору оболочки на опорное кольцо при реализации приема выпрессовывания. Радиус закруглений позволяет вместо точечного контакта создать опорную площадку. At the same time, the presence of a triangular wall suggests the appearance of ribs, including those with rather sharp angles, especially at the base of an isosceles triangle. To reduce the level of stress concentration, it is proposed to equip the edges of the annular shell with fillet radii. The presence of fillet radii allows avoiding stress concentration not only in the shell edges themselves, but also in the workpiece zones in contact with these edges. In addition, the presence of sharp edges does not allow creating a reliable support of the shell on the support ring when implementing the pressing-out technique. The radius of the bends allows you to create a reference pad instead of a point contact.

Геометрические параметры стенки кольцевой оболочки подбираются из условия сохранения прямолинейности образующей цилиндра. Эти параметры будут зависеть от условий трения, режима обжатий, свойств материала. Возможность такого подбора будет доказана ниже. The geometric parameters of the wall of the annular shell are selected from the condition of maintaining the straightness of the generatrix of the cylinder. These parameters will depend on the friction conditions, compression mode, material properties. The possibility of such a selection will be proved below.

Одним из материалов, для которых нужна деформационная обработка, является магний и сплавы на его основе. Это предопределено низкой пластичностью металла в холодном состоянии. Для оболочек в этом случае часто применяется медь, как материал, обладающий повышенным уровнем пластичности, выдерживающий высокий уровень растягивающих напряжений без образования шейки. Поэтому предлагается в одном из вариантов цилиндр выполнять из магниевого сплава, а оболочка изготавливать из меди. One of the materials requiring deformation processing is magnesium and magnesium-based alloys. This is due to the low ductility of the metal in the cold state. For the shells in this case, copper is often used as a material with an increased level of ductility, withstanding a high level of tensile stresses without necking. Therefore, it is proposed, in one of the variants, to make the cylinder of magnesium alloy, and the shell to be made of copper.

На фиг. 1 отображена общая схема процесса осадки заготовки с оболочкой по прототипу перед деформацией, на фиг. 2 то же после деформации при идеализированной картине в отсутствие трения. На фиг. 3 показана схема деформации и продольное сечение заготовки и оболочки по прототипу после деформации при действии трения и образовании криволинейной границы между оболочкой и заготовкой. На фиг. 4 показано взаимное расположение заготовки и оболочки по предлагаемому техническому решению в виде оболочки с различными по высоте размерами, при этом максимальная толщина стенки расположена посередине высоты цилиндра. На фиг. 5 показан профиль заготовки после осадки при сохранении прямолинейности образующей цилиндра. На фиг. 6 показан профиль композиционной заготовки, где оболочка имеет профиль равнобедренного треугольника. На фиг. 7 изображена схема выпрессовывания цилиндра из оболочки при наличии прямолинейности образующей цилиндра. На фиг. 8 отображен вариант профиля боковой поверхности цилиндра после кузнечной осадки при отсутствии оболочки. На фиг. 9 отображен вариант профиля боковой поверхности цилиндра в составе композиционной заготовки после кузнечной осадки при наличии оболочки, но при слишком большом подпоре с ее стороны (получение вогнутой поверхности). На фиг. 10 отображен вариант профиля боковой поверхности цилиндра в составе композиционной заготовки после кузнечной осадки при наличии оболочки, но при слишком малом подпоре с ее стороны (получение выпуклой поверхности). На фиг. 11 отображен вариант профиля боковой поверхности цилиндра в составе композиционной заготовки после кузнечной осадки при наличии оболочки с параметрами по предлагаемому техническому решению. FIG. 1 shows a general diagram of the upsetting process of a preform with a shell according to the prototype before deformation, FIG. 2 the same after deformation with an idealized picture in the absence of friction. FIG. 3 shows a diagram of deformation and a longitudinal section of the workpiece and the shell according to the prototype after deformation under the action of friction and the formation of a curved boundary between the shell and the workpiece. FIG. 4 shows the relative position of the blank and the shell according to the proposed technical solution in the form of a shell with different heights of dimensions, with the maximum wall thickness located in the middle of the height of the cylinder. FIG. 5 shows the profile of the billet after upsetting while maintaining the straightness of the generatrix of the cylinder. FIG. 6 shows the profile of a composite blank where the shell has an isosceles triangle profile. FIG. 7 shows a diagram of extrusion of the cylinder from the shell in the presence of straightness of the generatrix of the cylinder. FIG. 8 shows a variant of the profile of the lateral surface of the cylinder after forging upsetting in the absence of a shell. FIG. 9 shows a variant of the profile of the lateral surface of the cylinder as part of a composite billet after forging upsetting in the presence of a shell, but with too much backing on its side (obtaining a concave surface). FIG. 10 shows a variant of the profile of the lateral surface of the cylinder as part of a composite billet after forging upsetting in the presence of a shell, but with too little backing on its side (obtaining a convex surface). FIG. 11 shows a variant of the profile of the lateral surface of the cylinder as part of a composite billet after forging upsetting in the presence of a shell with parameters according to the proposed technical solution.

Схема деформации кузнечной осадкой по прототипу приведена на фиг. 1. Здесь показано, что цилиндрическая заготовка 1 помещена в кольцевую оболочку 2 прямоугольной в сечении формы. Такая сборка размещается между бойками 3 и 4 и подвергается сжатию в направлении стрелок усилием пресса или молота. Если бы трение на поверхности инструмента отсутствовало, то после деформации диаметры заготовки и оболочки увеличились (фиг. 2) при сохранении прямолинейности границы между ними. Однако по прототипу из-за действия напряжений трения на контактной поверхности боковая поверхность как цилиндрической заготовки, так и оболочки приобретает криволинейную форму (фиг. 3). В результате их не удается разъединить простым методом выпрессовывания.The scheme of deformation by forging upset according to the prototype is shown in Fig. 1. It is shown here that the cylindrical blank 1 is placed in an annular shell 2 of rectangular cross-sectional shape. Such an assembly is placed between strikers 3 and 4 and is compressed in the direction of the arrows by the force of a press or hammer. If there was no friction on the surface of the tool, then after deformation the diameters of the workpiece and the shell increased (Fig. 2) while maintaining the straightness of the boundary between them. However, according to the prototype, due to the action of frictional stresses on the contact surface, the lateral surface of both the cylindrical blank and the shell acquires a curvilinear shape (Fig. 3). As a result, they cannot be separated by a simple pressing-out method.

По предлагаемому решению предлагается композиционная заготовка для кузнечной осадки, представляющая собой цилиндр 1 (фиг. 4) и охватывающую его по боковой поверхности кольцевую оболочку 5, имеющую внутренний диаметр, равный диаметру цилиндра. Толщина стенки кольцевой оболочки 5 имеет различные по высоте размеры, при этом максимальная толщина стенки расположена посередине высоты цилиндра. Это достигнуто применением криволинейной образующей для наружной поверхности оболочки. На рисунке высота оболочки обозначена как ho, а высота цилиндра как Ho. Здесь видно, что высота ho меньше высоты цилиндра, что обусловлено тем, что при последующей осадке высоты будут изменяться не одинаково. According to the proposed solution, a composite billet for forging upset is proposed, which is a cylinder 1 (Fig. 4) and an annular shell 5 covering it along the lateral surface, having an inner diameter equal to the diameter of the cylinder. The wall thickness of the annular shell 5 has different height dimensions, with the maximum wall thickness being located in the middle of the cylinder height. This is achieved by using a curved generatrix for the outer surface of the shell. In the figure, the shell height is denoted as h o , and the cylinder height as H o . It can be seen here that the height h o is less than the height of the cylinder, which is due to the fact that during the subsequent draft, the heights will not change equally.

На фиг. 5 показано, что при правильном подборе геометрических параметров оболочки после осадки до высоты H1 граница между цилиндром и внутренней поверхностью оболочки описывается прямолинейной образующей, что в будущем позволяет снять оболочку операцией прессования. FIG. 5 shows that with the correct selection of the geometrical parameters of the shell after upsetting to the height H 1, the boundary between the cylinder and the inner surface of the shell is described by a straight generatrix, which in the future allows the shell to be removed by pressing.

В более простом варианте максимальная толщина стенки кольцевой оболочки достигается в вершине равнобедренного треугольника, который описывает профиль стенки кольцевой оболочки 6 (фиг. 6), при этом основание треугольника примыкает к боковой поверхности цилиндра, а вершина треугольника и вершины при его основании образуют ребра кольцевой оболочки. Как и в предыдущем случае, высота оболочки обозначена как ho, а высота цилиндра как Ho, но в данном случае ho является основанием равнобедренного треугольника. In a simpler version, the maximum wall thickness of the annular shell is achieved at the apex of the isosceles triangle, which describes the profile of the wall of the annular shell 6 (Fig. 6), while the base of the triangle adjoins the lateral surface of the cylinder, and the apex of the triangle and the vertices at its base form the edges of the annular shell ... As in the previous case, the height of the shell is denoted as h o , and the height of the cylinder as H o , but in this case h o is the base of the isosceles triangle.

Схема операции выпрессовывания может включать применение опоры 7 (фиг. 7), на которую устанавливается кольцо 8, а на нем размещается композиционная заготовка, состоящая из цилиндра 1 и оболочки 5. Внутренний рабочий диаметр кольца 8 равен диаметру цилиндра 1. На торец цилиндра 8 устанавливается боек. Усилием пресса (белая стрелка) цилиндр 1 продавливается в отверстие кольца 8, при это оболочка остается неподвижной. Это действие удается совершить в том случае, если цилиндр 1 имеет прямолинейную образующую. The scheme of the extrusion operation can include the use of support 7 (Fig. 7), on which the ring 8 is installed, and on it is placed a composite workpiece consisting of a cylinder 1 and a shell 5. The inner working diameter of the ring 8 is equal to the diameter of the cylinder 1. On the end of the cylinder 8 is installed firing pin. The force of the press (white arrow) pushes the cylinder 1 into the hole of the ring 8, while the shell remains stationary. This action can be performed if cylinder 1 has a straight generatrix.

Для доказательства достижения технического результата выполнены расчеты методом конечных элементов в программном модуле DEFORM осадки композиционной заготовки в нескольких вариантах.To prove the achievement of the technical result, calculations by the finite element method were performed in the DEFORM software module for the settlement of a composite workpiece in several versions.

Постановка задачи включала в себя описание геометрии очага деформации в исходном состоянии, описание физических и пластических свойств на основе справочных данных, задание граничных условий в перемещениях. Относительное обжатие – 50%. The formulation of the problem included a description of the deformation zone geometry in the initial state, a description of the physical and plastic properties based on reference data, and the setting of boundary conditions in displacements. The relative reduction is 50%.

Магниевый образец представлен в виде цилиндра диаметром D0 = 15 мм и высотой H0 = 15 мм (H0/D0 = 1), диаметром D0 = 7,5 мм и высотой H0 = 15 мм (H0/D0 = 2) и диаметром D0 = 30 мм и высотой H0 = 15 мм (H0/D0 = 0,5).The magnesium sample is presented in the form of a cylinder with a diameter D 0 = 15 mm and a height H 0 = 15 mm (H 0 / D 0 = 1), a diameter D 0 = 7.5 mm and a height H 0 = 15 mm (H 0 / D 0 = 2) and a diameter D 0 = 30 mm and a height H 0 = 15 mm (H 0 / D 0 = 0.5).

Показатель трения по Зибелю равен 0,1.The Siebel friction index is 0.1.

На фиг. 8 (параметр H0/D0 = 1) показано продольное сечение правой половины цилиндра 1, подвергнутого кузнечной осадке без оболочки (случай, характерный для аналогов). Здесь и далее на рисунках показана сетка конечных элементов.FIG. 8 (parameter H 0 / D 0 = 1) shows a longitudinal section of the right half of cylinder 1 subjected to forge upsetting without a shell (a case typical for analogs). Hereinafter, the figures show the finite element mesh.

Здесь видно, что вследствие действия сил трения на границе с инструментом боковая поверхность подверглась изгибу. Расчетами выявлено, что на середине поверхности среднее нормальное напряжение оказалось пониженным по модулю относительно центральных зон цилиндра. Это может явиться причиной разрушения периферийных слоев металла.It can be seen here that due to the action of frictional forces at the interface with the tool, the lateral surface underwent bending. Calculations revealed that in the middle of the surface, the average normal stress turned out to be reduced in absolute value relative to the central zones of the cylinder. This can cause destruction of the peripheral metal layers.

Далее расчеты выполнили при переменных значениях геометрических параметров: начальной высоты оболочки h0, начальной высоте равнобедренного треугольника s0, начальным высоте и диаметре цилиндра H0 и D0. Из этих размерных величин создан безразмерный параметр s0/D0. В функции этого параметра в результате решения задачи получали безразмерный параметр Dб/Dк, где Dб – наибольший диаметр цилиндра (по бочке), Dк – наименьший диаметр цилиндра (по контактной поверхности). При Dб/Dк, < 1 получали вогнутую боковую поверхность цилиндра, при Dб/Dк > 1 получали выпуклую боковую поверхность. Получение значения Dб/Dк, = 1,00 означало достижение технического результата – получение формы поверхности с образующей в виде прямой линии. Эти результаты отражены в таблице. Further, the calculations were carried out at variable values of the geometric parameters: the initial height of the shell h 0 , the initial height of the isosceles triangle s 0 , the initial height and diameter of the cylinder H 0 and D 0 . The dimensionless parameter s 0 / D 0 was created from these dimensional quantities. As a function of this parameter, as a result of solving the problem, the dimensionless parameter D b / D k was obtained, where D b is the largest diameter of the cylinder (along the barrel), D k is the smallest diameter of the cylinder (along the contact surface). At D b / D k , <1, a concave lateral surface of the cylinder was obtained, at D b / D k > 1, a convex lateral surface was obtained. Obtaining the value D b / D k , = 1.00 meant the achievement of the technical result - obtaining the shape of the surface with a generatrix in the form of a straight line. These results are shown in the table.

ТаблицаTable

Формоизменение цилиндра при наличии оболочки Shaping the cylinder in the presence of a shell

No. Размеры оболочки, ммSheath dimensions, mm H0/D0 H 0 / D 0 s0/D0 s 0 / D 0 Dб/Dк D b / D k h0 h 0 s0 s 0 1one 77 0,30.3 0,50.5 0,010.01 1,031.03 22 0,50.5 0,0160.016 1,011.01 33 0,70.7 0,0230.023 1,011.01 44 1,01.0 0,0330.033 1,011.01 55 1,51.5 0,050.05 1,001.00 66 2,02.0 0,0660.066 1,001.00 77 2,52.5 0,0830.083 1,001.00 88 3,03.0 0,10.1 0,990.99 9nine 3,53.5 0,1160.116 0,990.99 10ten 4,04.0 0,1330.133 0,990.99 11eleven 77 0,30.3 1one 0,020.02 1,031.03 1212 0,50.5 0,0330.033 1,001.00 1313 0,70.7 0,0460.046 1,001.00 1414 1,01.0 0,0660.066 1,001.00 1515 1,51.5 0,10.1 0,980.98 1616 2,02.0 0,1330.133 0,980.98 1717 2,52.5 0,1660.166 0,970.97 18eighteen 3,03.0 0,20.2 0,970.97 1919 3,53.5 0,2330.233 0,960.96 20twenty 4,04.0 0,2660.266 0,960.96 2121 77 0,10.1 2,02.0 0,0130.013 1,011.01 2222 0,150.15 0,020.02 1,001.00 2323 0,20.2 0,0270.027 1,001.00 2424 0,30.3 0,040.04 0,990.99 2525 0,50.5 0,0670.067 0,960.96 2626 0,70.7 0,0930.093 0,940.94 2727 1,01.0 0,1330.133 0,920.92 2828 1,51.5 0,20.2 0,880.88 2929 2,02.0 0,2670.267 0,880.88 30thirty 2,52.5 0,3330.333 0,870.87 3131 3,03.0 0,40,4 0,870.87 3232 3,53.5 0,4670.467 0,860.86

Из таблицы видно, что для H0/D0 = 0,5 значение Dб/Dк, = 1,00 достигается при выполнении неравенства 0,050 < s0/D0 < 0,083, то есть такой диапазон начальных геометрических параметров позволяет решить техническую проблему стабилизации диаметра цилиндра после процесса осадки. Соответственно, для H0/D0 =1 значение Dб/Dк, = 1,00 достигается в диапазоне 0,033 < s0/D0 < 0,066, а для H0/D0 = 2,0 при 0,020 < s0/D0 < 0,027. It can be seen from the table that for H 0 / D 0 = 0.5, the value of D b / D k , = 1.00 is achieved when the inequality 0.050 <s 0 / D 0 <0.083 is fulfilled, that is, such a range of initial geometric parameters allows solving the technical the problem of stabilizing the cylinder diameter after the upsetting process. Accordingly, for H 0 / D 0 = 1, the value of D b / D k , = 1.00 is achieved in the range 0.033 <s 0 / D 0 <0.066, and for H 0 / D 0 = 2.0 at 0.020 <s 0 / D 0 <0.027.

Таким образом, здесь показано, что для диапазона 0,5 < H0/D0 < 2,00, при котором обычно осуществляют кузнечную осадку, удается найти такое соотношение s0/D0, при котором боковая стенка цилиндра описывается прямолинейной образующей. Thus, it is shown here that for the range 0.5 <H 0 / D 0 <2.00, at which the forging upset is usually carried out, it is possible to find such a ratio s 0 / D 0 in which the lateral wall of the cylinder is described by a straight generatrix.

На фиг. 9 показано продольное сечение правой половины композиционной заготовки с параметром цилиндра 1, равном H0/D0 = 1, подвергнутой кузнечной осадке с оболочкой 2 со слишком толстой стенкой. Здесь видно, что образующая цилиндра получила слишком сильное искривление и приобрела вогнутой форму. На фиг. 10 показано продольное сечение правой половины композиционной заготовки при том же соотношении H0/D0, подвергнутой кузнечной осадке с оболочкой 2 со слишком тонкой стенкой. Здесь видно, что образующая цилиндра 1 получила слишком сильное искривление и приобрела выпуклую форму. На фиг. 11 показано, что возможно получение образующей цилиндра 1, близкой к прямой линии (параметр H0/D0 = 1), осаживаемого в оболочке 2, что доказывает возможность реализации технического решения. FIG. 9 shows a longitudinal section of the right half of a composite billet with a cylinder parameter 1 equal to H 0 / D 0 = 1, subjected to forge upsetting with a shell 2 with a too thick wall. It can be seen here that the generatrix of the cylinder has received a too strong curvature and has acquired a concave shape. FIG. 10 shows a longitudinal section of the right half of a composite blank with the same ratio H 0 / D 0 , subjected to forge upsetting with a shell 2 with too thin a wall. It can be seen here that the generatrix of cylinder 1 has received too much curvature and has acquired a convex shape. FIG. 11 shows that it is possible to obtain a generatrix of the cylinder 1 close to a straight line (parameter H 0 / D 0 = 1), deposited in the shell 2, which proves the possibility of implementing the technical solution.

Для приведенных примеров ребра кольцевой оболочки имеют радиусы скруглений, равные 0,1 мм.For the given examples, the edges of the annular shell have radii of rounding equal to 0.1 mm.

Технический результат заключается в решении поставленной технической проблемы: создание возможности применения достаточно простого метода разделения заготовки на цилиндр и оболочку в виде выпрессовывания цилиндра и оболочки. Эта проблема решается одновременно с решением другой проблемы стабилизации диаметра цилиндра, то есть ликвидации искривления границы между цилиндрической заготовкой и оболочкой, что мешает применить достаточно простые приемы разделения этих объектов после проведения операции кузнечной осадки. Если в конце технологического цикла требуется получить правильный цилиндр, то получение такой формы уже на стадии кузнечной осадки, снижает отходы металла в виде стружки при операции обточки боковой поверхности.The technical result consists in solving the technical problem posed: creating the possibility of using a fairly simple method of dividing the workpiece into a cylinder and a shell in the form of extrusion of the cylinder and the shell. This problem is solved simultaneously with solving another problem of stabilizing the diameter of the cylinder, that is, eliminating the curvature of the boundary between the cylindrical workpiece and the shell, which makes it difficult to apply fairly simple methods of separating these objects after the forging upsetting operation. If at the end of the technological cycle it is required to obtain the correct cylinder, then obtaining such a shape already at the stage of forging upsetting reduces metal waste in the form of chips during the lateral surface turning operation.

Источники информацииInformation sources

1. Патент на полезную модель RU 170655. Заготовка для прокатки круглого сортового профиля /Логинов Ю.Н., Постыляков А.Ю., Инатович Ю.В. МПК B21B 1/16. Заявка 2016108073 от 04.03.2016. Опубл. 03.05.2017. Бюл. № 13.1. Patent for utility model RU 170655. Blank for rolling of round section profile / Loginov Yu.N., Postylyakov A.Yu., Inatovich Yu.V. IPC B21B 1/16. Application 2016108073 dated 03/04/2016. Publ. 05/03/2017. Bul. No. 13.

2. A.c. SU 1358231. Заготовка для изготовления плакированных листов прокаткой и способ прокатки плакированных листов / Король В.К., Поляков Е.А., Попов В.И. и др. Заявка 853980856 от 20.11.1985. МПК B23K 20/00. 2. A.c. SU 1358231. Blank for the manufacture of clad sheets by rolling and the method of rolling clad sheets / VK Korol, EA Polyakov, VI Popov. and other Application 853980856 from 20.11.1985. IPC B23K 20/00.

3. Патент на изобретение RU 2220850. Композиционная заготовка для горячей деформации /Тетюхин В.В., Альтман П.С., Полянский С.Н. и др. МПК B32B 15/00. Заявка 2002103559 от 08.02.2002. Опубл. 10.01.2003. Бюл. № 1.3. Patent for invention RU 2220850. Composite billet for hot deformation / Tetyukhin VV, Altman PS, Polyansky SN et al. IPC B32B 15/00. Application 2002103559 dated 02/08/2002. Publ. 10.01.2003. Bul. No. 1.

4. Патент US8980439. Bimetallic forging and method / Carlson Blair, Krajewski Paul. МПК B21J 5/02, B32B15/01. Заявка US2012088116 от 2012-04-12. Опубл. 2015-03-17. 4. Patent US8980439. Bimetallic forging and method / Carlson Blair, Krajewski Paul. IPC B21J 5/02, B32B15 / 01. Application US2012088116 from 2012-04-12. Publ. 2015-03-17.

5. Патент на полезную модель RU 178157. Многослойная заготовка для горячей прокатки /Крамер А.А. Заявка 2016126384 от 30.06.2016. МПК B23K 20/00, B32B 15/01. Опубл. 26.03.2018. Бюл. № 9.5. Patent for utility model RU 178157. Multilayer billet for hot rolling / Kramer A.A. Application 2016126384 dated 06/30/2016. IPC B23K 20/00, B32B 15/01. Publ. 26.03.2018. Bul. No. 9.

6. Каменецкий Б.И., Логинов Ю.Н., Кругликов Н.А. Влияние условий бокового подпора на пластичность магния при холодной осадке. Технология легких сплавов. 2012. № 1. С. 86-92. 6. Kamenetsky BI, Loginov Yu.N., Kruglikov N.A. Influence of lateral backwater conditions on the plasticity of magnesium during cold draft. Light alloy technology. 2012. No. 1. S. 86-92.

7. Каменецкий Б.И., Логинов Ю.Н., Волков А.Ю. Методы и устройства для повышения пластичности хрупких материалов при холодной осадке с боковым подпором. Заготовительные производства в машиностроении. 2013. № 9. С. 15-22. 7. Kamenetsky BI, Loginov Yu.N., Volkov A.Yu. Methods and devices for increasing the ductility of brittle materials during cold settlement with lateral support. Blank production in mechanical engineering. 2013. No. 9. S. 15-22.

8. А.с. SU 1759512. Способ осадки цилиндрических заготовок из малопластичных материалов /Логинов Ю.Н.. МПК B21J 1/04. Заявка 4896490 от 26.12.1990. Опубл. 07.09.1992. Бюл. № 33.8.A.S. SU 1759512. Method of upsetting cylindrical billets from low-plastic materials / Loginov Yu.N .. IPC B21J 1/04. Application 4896490 dated 26.12.1990. Publ. 09/07/1992. Bul. No. 33.

9. А.с. SU 1007803. Способ осадки заготовок /Логинов Ю.Н., Хайкин Б.Е. МПК B21J 5/00. Заявка 3242034 от 02.02.1981. Опубл. 30.03.1983. Бюл. № 12.9.A.S. SU 1007803. Method of upsetting blanks / Loginov Yu.N., Khaikin BE. IPC B21J 5/00. Application 3242034 dated 02.02.1981. Publ. 03/30/1983. Bul. No. 12.

10. Могучий Л.Н. Обработка давлением труднодеформируемых материалов. М.: Машиностроение, 1976. 272 с. 10. The mighty L.N. Pressure treatment of hard-to-form materials. Moscow: Mashinostroenie, 1976.272 p.

Claims (6)

1. Композиционная заготовка для кузнечной осадки, выполненная в виде цилиндра и охватывающей его по боковой поверхности кольцевой оболочки, внутренний диаметр которой равен диаметру цилиндра, отличающаяся тем, что кольцевая оболочка выполнена с профилем стенки в форме равнобедренного треугольника, основание которого примыкает к боковой поверхности цилиндра, при этом в вершине равнобедренного треугольника, которая расположена посередине высоты цилиндра, кольцевая оболочка имеет максимальную толщину стенки, а высота равнобедренного треугольника s0 выбрана с учетом диаметра D0 и высоты цилиндра H0 из условия получения после осуществления кузнечной осадки границы между кольцевой оболочкой и осаженным цилиндром, имеющей прямолинейную образующую.1. Composite blank for forging upset, made in the form of a cylinder and encompassing it along the lateral surface of the annular shell, the inner diameter of which is equal to the diameter of the cylinder, characterized in that the annular shell is made with a wall profile in the form of an isosceles triangle, the base of which adjoins the lateral surface of the cylinder , while at the apex of the isosceles triangle, which is located in the middle of the height of the cylinder, the annular shell has the maximum wall thickness, and the height of the isosceles triangle s 0 is selected taking into account the diameter D 0 and the height of the cylinder H 0 from the condition of obtaining the boundary between the annular shell and upset cylinder having a straight generatrix. 2. Заготовка по п.1, отличающаяся тем, что при H0/D0=0,5 высота равнобедренного треугольника s0 выбрана из диапазона 0,050 < s0/D0 < 0,083. 2. A workpiece according to claim 1, characterized in that when H 0 / D 0 = 0.5, the height of the isosceles triangle s 0 is selected from the range 0.050 <s 0 / D 0 <0.083. 3. Заготовка по п.1, отличающаяся тем, что при H0/D0=1 высота равнобедренного треугольника s0 выбрана из диапазона 0,033 < s0/D0 < 0,066. 3. A workpiece according to claim 1, characterized in that when H 0 / D 0 = 1, the height of the isosceles triangle s 0 is selected from the range 0.033 <s 0 / D 0 <0.066. 4. Заготовка по п.1, отличающаяся тем, что при H0/D0=2 высота равнобедренного треугольника s0 выбрана из диапазона 0,020 < s0/D0 < 0,027. 4. A workpiece according to claim 1, characterized in that when H 0 / D 0 = 2, the height of the isosceles triangle s 0 is selected from the range 0.020 <s 0 / D 0 <0.027. 5. Заготовка по любому из пп. 1-4, отличающаяся тем, что ребра кольцевой оболочки, образованные вершинами равнобедренного треугольника, выполнены скругленными по радиусу. 5. Blank according to any one of paragraphs. 1-4, characterized in that the edges of the annular shell, formed by the vertices of the isosceles triangle, are rounded along the radius. 6. Заготовка по любому из пп. 1-5, отличающаяся тем, что цилиндр выполнен из магниевого сплава, а оболочка – из меди.6. Blank according to any one of paragraphs. 1-5, characterized in that the cylinder is made of magnesium alloy, and the shell is made of copper.
RU2019135099A 2019-11-01 2019-11-01 Composite workpiece for forging residue RU2738630C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019135099A RU2738630C1 (en) 2019-11-01 2019-11-01 Composite workpiece for forging residue

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019135099A RU2738630C1 (en) 2019-11-01 2019-11-01 Composite workpiece for forging residue

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2738630C1 true RU2738630C1 (en) 2020-12-15

Family

ID=73834960

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019135099A RU2738630C1 (en) 2019-11-01 2019-11-01 Composite workpiece for forging residue

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2738630C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU212110U1 (en) * 2021-06-07 2022-07-06 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" (УрФУ) COMPOSITE BLANK FOR FORGING DISCHARGE

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3335589A (en) * 1964-10-29 1967-08-15 Cefilac Hot working of materials
SU846029A1 (en) * 1979-04-04 1981-07-15 Предприятие П/Я В-8857 Workpiece for upsetting
SU871958A1 (en) * 1980-01-17 1981-10-15 Уфимский авиационный институт им.С.Орджоникидзе Arrangement upsetting works of hard-deformable steels and alloys
SU1042864A1 (en) * 1981-04-02 1983-09-23 Ордена Трудового Красного Знамени Институт Физики Высоких Давлений Ан Ссср Apparatus for upsetting blanks of hard-to-deform materials
US4867807A (en) * 1985-12-05 1989-09-19 Agency Of Industrial Science & Technology, Ministry Of International Trade & Industry Method for superplastic warm-die and pack forging of high-strength low-ductility material
SU1759512A1 (en) * 1990-12-26 1992-09-07 Уральский политехнический институт им.С.М.Кирова Method of upsetting cylindrical blanks from low-ductile materials

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3335589A (en) * 1964-10-29 1967-08-15 Cefilac Hot working of materials
SU846029A1 (en) * 1979-04-04 1981-07-15 Предприятие П/Я В-8857 Workpiece for upsetting
SU871958A1 (en) * 1980-01-17 1981-10-15 Уфимский авиационный институт им.С.Орджоникидзе Arrangement upsetting works of hard-deformable steels and alloys
SU1042864A1 (en) * 1981-04-02 1983-09-23 Ордена Трудового Красного Знамени Институт Физики Высоких Давлений Ан Ссср Apparatus for upsetting blanks of hard-to-deform materials
US4867807A (en) * 1985-12-05 1989-09-19 Agency Of Industrial Science & Technology, Ministry Of International Trade & Industry Method for superplastic warm-die and pack forging of high-strength low-ductility material
SU1759512A1 (en) * 1990-12-26 1992-09-07 Уральский политехнический институт им.С.М.Кирова Method of upsetting cylindrical blanks from low-ductile materials

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU212110U1 (en) * 2021-06-07 2022-07-06 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" (УрФУ) COMPOSITE BLANK FOR FORGING DISCHARGE

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI711498B (en) Formed material manufacturing method and formed material
RU2738630C1 (en) Composite workpiece for forging residue
RU212110U1 (en) COMPOSITE BLANK FOR FORGING DISCHARGE
RU2317170C2 (en) Method for making deep cylindrical products of square blanks
RU2126731C1 (en) Article drawing method
JP6704319B2 (en) Steel pipe expansion method
JP4798875B2 (en) Method for expanding metal pipe end
RU2461436C1 (en) Method of producing variable cross-section thin-wall shells
RU2502574C2 (en) Method of forging bellows form tube billets
RU2626253C2 (en) Method of shaping bicurved sheet parts
RU2070467C1 (en) Method of conical pieces production
RU2194588C2 (en) Method for shaping double-curvature sheet parts
SU1616746A1 (en) Method of shaping articles of double-curvature from sheet
RU2319559C1 (en) Wire production method
RU2755137C1 (en) Method for obtaining diamond-shaped riffles on the outer and inner surfaces of a cylindrical shell
SU825260A1 (en) Method of upsetting long ingots
JPH04200833A (en) Production of cold forged product
RU2690766C1 (en) Method of forming pipes with conical ends
RU1492558C (en) Tube bending method
RU2235614C1 (en) Method for making calibrated hexahedral section
RU2744804C1 (en) Method for manufacturing hollow bottle-shaped part
RU2706395C1 (en) Method of manufacturing large-size forgings of half-cases of ball valves
RU2638720C1 (en) Method for air extraction with severe plastic deformation and device for its implementation
US3577761A (en) Method of manufacturing components from a part projecting from a larger part, having slim and/or elongated form
SU978996A1 (en) Method of forged and welded articles