RU87374U1

RU87374U1 - CAPSULE FOR HOT EXTRUSION OF BIMETALLIC BARS

Info

Publication number: RU87374U1
Application number: RU2009121222/22U
Authority: RU
Inventors: Владимир Леонидович Гиршов; Михаил Абасович Багиров; Сергей Александрович Мазуров
Priority date: 2009-06-03
Filing date: 2009-06-03
Publication date: 2009-10-10

Abstract

1. Капсула для горячей экструзии биметаллических прутков, включающая обечайку, нижнюю и верхнюю крышки, осевой стержень и геттер, отличающаяся тем, что в каждой крышке выполнена внутренняя полость с кольцевым выступом, опертым на торец осевого стержня, а в верхней крышке выполнены каналы, соединяющие ее полость с полостью, заполненной металлическим порошком, при этом геттер расположен во внутренней полости верхней крышки. ! 2. Капсула по п.1, отличающаяся тем, что высота внутренней полости каждой крышки определяется по формуле: ! h=0,005·θ·Н, где θ - пористость порошка, %, Н - высота полости, заполненной порошком. ! 3. Капсула по п.1, отличающаяся тем, что на внешней поверхности нижней крышки выполнена фаска с углом конусности, равным углу конусности входного отверстия матрицы прессовой оснастки. ! 4. Капсула по п.1, отличающаяся тем, что верхняя и нижняя крышки выполнены из материала, прочность которого при температуре горячей экструзии меньше прочности материала стержня. ! 5. Капсула по п.1, отличающаяся тем, что в качестве геттера используют титановую губку, например, марки ТГ-100 в виде гранул или брикета.1. Capsule for hot extrusion of bimetallic rods, including a shell, lower and upper covers, an axial rod and a getter, characterized in that each cover has an internal cavity with an annular protrusion supported on the end of the axial rod, and in the upper cover are channels connecting its cavity with a cavity filled with metal powder, while the getter is located in the inner cavity of the upper cover. ! 2. The capsule according to claim 1, characterized in that the height of the inner cavity of each lid is determined by the formula:! h = 0.005 · θ · N, where θ is the porosity of the powder,%, N is the height of the cavity filled with powder. ! 3. The capsule according to claim 1, characterized in that on the outer surface of the lower cover there is a chamfer with a taper angle equal to the taper angle of the inlet of the press tool matrix. ! 4. The capsule according to claim 1, characterized in that the upper and lower covers are made of a material whose strength at a temperature of hot extrusion is less than the strength of the core material. ! 5. The capsule according to claim 1, characterized in that a titanium sponge, for example, of the TG-100 brand in the form of granules or briquette, is used as a getter.

Description

Полезная модель относится к порошковой металлургии, в частности, к устройствам, используемым при изготовлении прутков с наружным слоем из порошкового и внутренним стержнем-сердечником из литого металла.The utility model relates to powder metallurgy, in particular, to devices used in the manufacture of rods with an outer layer of powder and an inner core core made of cast metal.

Известна капсула (заготовка) для получения биметаллических заготовок (авт. свид. СССР №988456, B22F 3/14, фиг.2), включающая обечайку, сердечник, нижнюю и верхнюю крышки, а также полость, заполненную металлическим порошком. Основным недостатком данного аналога является то, что в процессе горячей экструзии одновременно с уплотнением порошка начинается деформация стержня. Поскольку засыпанный в капсулу порошок имеет пористость в пределах 5-10%, то на первом этапе усилие деформации полностью воспринимает на себя стержень, в результате происходит его изгиб и/или образование в поперечном сечении стержня бочки. Это приводит к появлению разнотолщинности порошкового слоя в готовом прутке.Known capsule (blank) for bimetallic blanks (ed. Certificate. USSR No. 988456, B22F 3/14, figure 2), including a shell, core, lower and upper covers, as well as a cavity filled with metal powder. The main disadvantage of this analogue is that during the hot extrusion process, simultaneously with the compaction of the powder, the deformation of the rod begins. Since the powder poured into the capsule has a porosity in the range of 5-10%, then at the first stage the deformation force completely takes over the rod, as a result of which it bends and / or forms a barrel cross section. This leads to the appearance of thickness variations of the powder layer in the finished bar.

В качестве прототипа принята капсула (контейнер) для прессования биметаллических изделий (авт. свид. СССР №954188, B22F 3/14), включающая обечайку, осевой стержень, крышки и геттер. Обе крышки (нижняя и верхняя) выполнены ступенчатыми с центральной частью, входящей в объем капсулы с возможностью контакта с торцевыми поверхностями стержня, а периферийные части крышек удалены от уровней торцов стержня на заданное расстояние в зависимости от высоты порошкового слоя и его коэффициента уплотнения в направлении оси капсулы. Данное устройство предназначено для получения биметаллических заготовок деформированием в гидростате с последующим спеканием в газостате. Конструкция прототипа не приспособлена для экструдирования, так как крышки и обечайка по периметру имеют отбортовки, затрудняющие установку капсулы в прессовую оснастку. Однако в случае экструдирования капсулы в начальной стадии начинают деформироваться вертикальные части ступенчатых крышек и стержень теряет устойчивость, что приводит к его смещению относительно оси капсулы и появлению разнотолщинности порошкового слоя заготовки. Кроме того конструкция прототипа усложнена тем, что под верхней крышкой установлен стакан для возможности заполнения порошка до уровня верхнего среза обечайки. Упомянутый стакан выполняет также функцию геттера, который изготовлен из алюминиевого сплава, что также является существенным недостатком, так как при использовании порошка инструментальных сталей, материал геттера при нагреве контейнера просто расплавится. Кроме того имеет место прямой контакт геттера с порошком, что приводит к образованию жидкой фазы в зоне контакта при нагреве и, как следствие, к появлению дефектов в виде трещин и пор в готовой заготовке.As a prototype, a capsule (container) was used for pressing bimetallic products (ed. Certificate of the USSR No. 954188, B22F 3/14), including a shell, an axial shaft, covers and a getter. Both caps (lower and upper) are made stepped with the central part included in the capsule volume with the possibility of contact with the end surfaces of the rod, and the peripheral parts of the caps are removed from the levels of the ends of the rod by a predetermined distance depending on the height of the powder layer and its compaction coefficient in the axis direction capsules. This device is designed to produce bimetallic billets by deformation in a hydrostat, followed by sintering in a gas bath. The design of the prototype is not suitable for extrusion, since the lids and the shell around the perimeter have flanges that make it difficult to install the capsule in the press tooling. However, in the case of extrusion of the capsule in the initial stage, the vertical parts of the stepped caps begin to deform and the core loses stability, which leads to its displacement relative to the axis of the capsule and the appearance of the thickness of the powder layer of the workpiece. In addition, the design of the prototype is complicated by the fact that a glass is installed under the top cover to allow filling of the powder to the level of the upper cut of the shell. The mentioned glass also performs the function of a getter, which is made of aluminum alloy, which is also a significant drawback, since when using tool steel powder, the getter material will simply melt when the container is heated. In addition, there is direct contact of the getter with the powder, which leads to the formation of a liquid phase in the contact zone during heating and, as a result, to the appearance of defects in the form of cracks and pores in the finished workpiece.

Задачей полезной модели является повышение качества биметаллических прутков за счет исключения разнотолщинности порошкового слоя и контакта геттера с порошком.The objective of the utility model is to improve the quality of bimetallic rods by eliminating the thickness variation of the powder layer and the contact of the getter with the powder.

Поставленная задача решается за счет того, что капсула, содержащая обечайку, нижнюю и верхнюю крышки, осевой стержень и геттер, характеризуется тем, что в каждой крышке выполнена внутренняя полость с кольцевым выступом, опертым на торец осевого стержня, а в верхней крышке выполнены каналы, соединяющие ее полость с полостью. заполненной металлическим порошком, при этом геттер расположен во внутренней полости верхней крышки. В частных случаях выполнения заявляемого устройства отличие заключается в том, что:The problem is solved due to the fact that the capsule containing the shell, the lower and upper covers, the axial rod and getter, is characterized in that each cover has an internal cavity with an annular protrusion supported on the end of the axial rod, and channels are made in the upper cover, connecting its cavity with the cavity. filled with metal powder, while the getter is located in the inner cavity of the top cover. In special cases, the implementation of the claimed device, the difference lies in the fact that:

- высота внутренней полости каждой крышки определяется по формуле: h=0,005·θ·Н, где θ - пористость порошка, %, Н - высота полости, заполненной порошком;- the height of the inner cavity of each cap is determined by the formula: h = 0.005 · θ · N, where θ is the porosity of the powder,%, N is the height of the cavity filled with powder;

- на внешней поверхности нижней крышки выполнена фаска с углом конусности, равным углу конусности входного отверстия матрицы прессовой оснастки;- on the outer surface of the bottom cover a chamfer is made with a taper angle equal to the taper angle of the inlet of the press tool matrix;

- верхняя и нижняя крышки выполнены из материала, прочность которого при температуре горячей экструзии меньше прочности материала стержня;- the upper and lower covers are made of material whose strength at hot extrusion temperature is less than the strength of the core material;

- в качестве геттера используют титановую губку, например, марки ТГ-100 в виде гранул или брикетов.- a titanium sponge, for example, TG-100 grade in the form of granules or briquettes, is used as a getter.

Наличие в каждой крышке внутренней полости заданной высоты обеспечивает предварительное сжатие порошка до 100% плотности и образование порошкового слоя, предотвращающего изгиб стержня и смещение его относительно оси контейнера при экструзии, а кольцевые выступы, контактирующие с торцами стержня, фиксируют его по высоте при сборке контейнера. Выполнение каналов в верхней крышке, соединяющих ее полость с полостью, заполненной порошком, устраняет прямой контакт материала порошка с геттером, расположенным в полости указанной крышки, так как в противном случае на границе геттер-порошок при нагреве образуется эвтектика, являющаяся причиной образования трещин и пор в готовой заготовке.The presence of a predetermined height in each lid of the inner cavity provides preliminary compression of the powder to 100% density and the formation of a powder layer that prevents the rod from bending and displacing it relative to the axis of the container during extrusion, and the annular protrusions in contact with the ends of the rod fix it in height when the container is assembled. The execution of channels in the upper lid connecting its cavity with the cavity filled with powder eliminates direct contact of the powder material with the getter located in the cavity of the specified lid, since otherwise a eutectic will form at the getter-powder interface during heating, which will cause cracks and pores in the finished workpiece.

Выполнение наружной фаски на нижней крышке уменьшает сопротивление при входе контейнера в очко-отверстие матрицы прессовой оснастки, что также способствует снижению усилия деформации на стержень. Выбор материала для крышек и стержня обусловлен необходимостью надежного среза кольцевых выступов во внутренних полостях крышек вначале деформации.Performing an external chamfer on the bottom cover reduces the resistance when the container enters the point-hole of the press tool matrix, which also helps to reduce the strain on the rod. The choice of material for the caps and the stem is due to the need for a reliable cut of the annular protrusions in the internal cavities of the caps at the beginning of deformation.

Заявляемое устройство поясняется чертежом, на котором изображен продольный разрез капсулы. Капсула включает обечайку 1, нижнюю 2 и верхнюю 3 крышки, осевой стержень 4, геттер 5, находящийся в одной из полостей 6, выполненных в крышках 2, 3 и имеющих кольцевые выступы 7, опирающиеся на торцы стержня 4. В верхней крышке выполнены каналы в виде выточки 8 и отверстий 9, соединяющих полость 6 с полостью, заполненной металлическим порошком 10. Буквами на чертеже обозначено: h - высота полости в крышке, Н - высота полости, заполненной порошком, α - угол конусности, Д - диаметр внутренней полости крышки, d - диаметр стержня, S - толщина кольцевого выступа.The inventive device is illustrated in the drawing, which shows a longitudinal section of the capsule. The capsule includes a shell 1, lower 2 and upper 3 covers, an axial rod 4, a getter 5, located in one of the cavities 6, made in the covers 2, 3 and having annular protrusions 7, based on the ends of the rod 4. In the upper cover, channels are made in in the form of a groove 8 and holes 9 connecting the cavity 6 with the cavity filled with metal powder 10. The letters in the drawing indicate: h - the height of the cavity in the lid, N - the height of the cavity filled with powder, α - the angle of taper, D - the diameter of the inner cavity of the cover, d is the diameter of the rod, S is the thickness of the annular protrusion.

Масса геттера, размеры выточки 8 и суммарная площадь отверстий 9 выбирается в зависимости от массы порошка и содержания кислорода в нем. Диаметр Д определяется из условия свободного перемещения крышек относительно стержня на стадии уплотнения порошка по формуле:The mass of the getter, the size of the groove 8 and the total area of the holes 9 is selected depending on the mass of the powder and the oxygen content in it. The diameter D is determined from the condition of free movement of the covers relative to the rod at the stage of compaction of the powder according to the formula:

Д=k·(d+2S), где k - коэффициент, учитывающий температурно-скоростные параметры деформации и механические свойства материала стержня и крышек.D = k · (d + 2S), where k is a coefficient that takes into account the temperature and speed parameters of deformation and the mechanical properties of the material of the rod and caps.

Капсула собирается следующим образом. Обечайку 1 приваривают к нижней крышке 2, устанавливают стержень 4 и в образовавшуюся между обечайкой и стержнем полость засыпают порошок 10. Сверху устанавливают крышку 3 и приваривают ее к обечайке 1, затем проводят вакуумирование капсулы, герметизацию, нагрев и подачу на экструзию. Для изготовления капсулы применяются, в частности, следующие материалы: для стержня и крышек - Сталь 40 и Сталь 15 по ГОСТ 1050-88 соответственно, для обечайки - Ст5сп по ГОСТ 380-2005, а в качестве порошка используют мелкодисперсные порошки из инструментальных сталей, например, марки Р6М5.The capsule is assembled as follows. The casing 1 is welded to the bottom cover 2, the rod 4 is installed and powder 10 is poured into the cavity formed between the casing and the rod. The cover 3 is mounted on top and welded to the casing 1, then the capsule is evacuated, sealed, heated and fed to the extrusion. For the manufacture of the capsule, in particular, the following materials are used: for the core and caps - Steel 40 and Steel 15 in accordance with GOST 1050-88, respectively, for the shell - St5sp in accordance with GOST 380-2005, and fine powders from tool steels are used as a powder, for example , brand P6M5.

Усилие деформации со стороны пуансона пресса и матрицы передается на крышки, которые перемещаются навстречу друг другу и осевой стержень 4 своими торцами срезает кольцевые выступы 7. Высота внутренних полостей крышек обеспечивает уплотнение порошкового материала, который препятствует изгибу, смещению, а также бочкообразованию стержня в процессе экструзии. В результате получают биметаллические прутки с отсутствием в них разнотолщинности порошкового слоя как в продольном так и в поперечном сечениях.The deformation force from the side of the press and die punch is transmitted to the covers, which move towards each other and the axial rod 4 cuts off the annular projections 7 with their ends 7. The height of the inner cavities of the covers provides a seal of the powder material, which prevents bending, displacement, and barrel forming of the rod during extrusion . As a result, bimetallic rods are obtained with no thickness thickness of the powder layer in both longitudinal and transverse sections.

Claims

1. Capsule for hot extrusion of bimetallic rods, including a shell, lower and upper covers, an axial rod and a getter, characterized in that each cover has an internal cavity with an annular protrusion supported on the end of the axial rod, and in the upper cover are channels connecting its cavity with a cavity filled with metal powder, while the getter is located in the inner cavity of the upper cover.

2. The capsule according to claim 1, characterized in that the height of the inner cavity of each lid is determined by the formula:

h = 0.005 · θ · N, where θ is the porosity of the powder,%, N is the height of the cavity filled with powder.

3. The capsule according to claim 1, characterized in that on the outer surface of the lower cover there is a chamfer with a taper angle equal to the taper angle of the inlet of the press tool matrix.

4. The capsule according to claim 1, characterized in that the upper and lower covers are made of a material whose strength at a temperature of hot extrusion is less than the strength of the core material.

5. The capsule according to claim 1, characterized in that a titanium sponge, for example, of the TG-100 brand in the form of granules or briquette, is used as a getter.