SE511173C2 - Förfarande för framställning av metallföremål genom fritt smide och sänksmide - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 511 175 2 och med mycket fin struktur från ett ämne härstammande fràn kontinuerlig smälta. Detta förfarande innefattar följande huvudfaser: - knådning av ämnet genom hoppressnings- och förlängnings- cykler; - uppkapning av ämnet i grovbearbetade ämnen avsedda att var och en bilda ett slutligt stycke; - bearbetning till dyna av de grovbearbetade ämnena vid rumstemperatur; och - värmebehandling för rekristallisation för att erhålla en kornstorlek lägre än 40 um.

Den första knådningsfasen innefattar speciellt en första hoppressning av ämnet, en första förlängning, en andra hop- pressning följt av en andra förlängning. Dessa fyra operatio- ner ástadkommes vid en temperatur inom området 400°C och 480°C.

Dessutom visar figurerna i denna patentansökan att de olika hoppressnings- och förlängningsfaserna hela tiden görs utmed samma begynnelseaxel hos ämnet, d.v.s. att hoppressningarna och förlängningarna utförs utmed samma axel hos ämnet.

Detta förfarande utför arbete av ämnets grundmaterial enbart utmed två dimensioner. Operation i den tredje riktningen utföres enbart under sänksmidet av stycket.

Sammanfattning av uppfinningen Huvudsyftet med uppfinningen är ett förfarande för tillverk- ning av metallstycken genom fritt smide och sänksmide under press, med utgångspunkt fràn ämnen, på vilka vart och ett ett oktogonalt tredimensionellt koordinatsystem är förbundet, varvid förfarandet innefattar följande etapper: - en första hoppressning utmed den första axeln; - en första förlängning; - en andra hoppressning; 10 15 20 25 30 35 ~'511 173 - en andra förlängning; - ett sänksmide; och - en värmebehandling för rekristallisation.

Enligt uppfinningen sker den första förlängningen utmed den andra axeln Y, den andra hoppressningen utmed den andra axeln Y och den andra förlängningen utmed den tredje axeln Z.

Förfarandet enligt uppfinningen är speciellt avsett att tillämpas på material med hög densitet; den utförs då vid omgivningstemperatur.

Härdning genom avkylningar kan utföras efter vissa etapper_ eller mellan vissa operationer i vissa etapper.

Företrädesvis sker den första hoppressningen utmed den första axeln X med en press och innefattar: - en enda hoppressningsoperation med ett dimensionsförhàllan- de T lägre än 2,3; och - en härdning.

Den första förlängningen utmed den andra axeln Y àstadkommes företrädesvis i pressen genom följande operationer: - fyrkantformningsprocedur genom press på ämnets 2, vinkelräta mot den första och den tredje axeln X och Z; - en första förlängning genom press på de kanter, som är parallella med axeln Y för att erhålla en oktogonal profil; 3 ytor - en härdning; - en förlängning genom press på ämnets mitt för att erhålla en liten urholkning i mitten; - en härdning; - en andra förlängning genom verkan på de ytor, som är paral- lella med den andra axeln Y för att erhålla ett ämne med oktogonal profil; - förlängning genom press på det oktogonala ämnets kanter för att erhålla en rundningsprocedur för denna, d.v.s. få en 10 15 20 25 30 35 511 173 extern, kvasicylindrisk yta; - en härdning.

Den andra hoppressningen utmed axeln Y utförs företrädesvis i pressen genom följande etapper: - smide av ändytorna för att bereda stödytorna för var och en av dessa; - hoppressning i en eller flera operationer med ett dimen- sionsförhàllande lägre än 2,3, var och en följd av en härd- ning.

Den andra förlängningen utmed axeln Z utförs företrädesvis i pressen genom följande operationer: - fyrkantformningsprocedur genom verkan pà de ytor som är vinkelräta mot den första och den andra axeln X och Y; - härdning; - förlängning genom press pà mitten för att erhàlla en liten urholkning vid ämnets mitt; - fyrkantformningsprocedur genom verkan på de ytor, vinkelräta mot den första och den andra axeln X och Y; - förlängning genom press pà mitten för att erhålla en liten som är fördjupning vid mitten av ämnet; - förlängning genom press på de ytor, som är vinkelräta mot den första och den andra axeln Z för att erhålla en oktogonal profil; - förlängning genom press på oktogonens kanter för att er- hålla en rundningsprocedur; och - härdning.

Före etappen med sänksmide av små stycken följande förfa- ringssteg utföres företrädesvis: - en uppskärning av ämnet för erhållande av skivor; och - en plansvarvning genom svarvning av skivornas plana änd- ytor.

Sänksmidet innefattar följande etapper: - sänksmide med sluten utrustning i pressen; 10 15 20 25 30 35 ;a';5 11 173 - kalibrering med fallhammare; - härdning.

Vid fall där ämnet är av tantal àstadkommes värmebehandlingen före kristallisation vid en temperatur, ungefär lika med 970°C under en timme, i vakuum.

Listning av figurer Uppfinningen och dess olika karakteristikor beskrives närmare nedan under hänvisning till de bifogade ritningarna, i vilka: fig. 1 visar den första hoppressningen i förfarandet enligt uppfinningen; fig. 2A-2F visar den första förlängningen i förfarandet enligt uppfinningen; fig. 3 visar den andra hoppressningen i förfarandet enligt uppfinningen; fig. 4A-4G visar den andra förlängningen i förfarandet enligt uppfinningen; fig. 5 visar kapningen i förfarandet enligt uppfinningen; fig. 6A-68 visar matrisborrningen i förfarandet enligt upp- finningen.

Detaljerad beskrivning av en utföringsform enligt uppfin- ningen Förfarandet enligt uppfinningen är i synnerhet genomförbart med olika material och med ämnen av olika dimensioner, men speciellt med ämnen av tantal med en diameter pà 70 mm och en höjd på 140 mm.

Ett dylikt ämne visas i fig. 1. Ett oktogonalt koordinatsys- tem med tre axlar X, Y och Z är associerat med ämnet och kommer att bli förbundet med det under hela beskrivningen av förfarandet. Detta medger en bättre definition av de olika riktningar, i vilka de olika deformationerna av ämnet utförs. 10 15 20 25 30 35 511 173 6 Detta koordinatsystem kommer att visas på ämnet för att underlätta utförandet av förfarandet.

Första etappen: första hoppressningen utmed den första axeln X.

Den första etappen i förfarandet innefattar åstadkommandet av en första hoppressning utmed den första axeln X, placerad vertikalt i fig. 1. I enlighet med dimensionen och materialet àstadkommes denna hoppressning i en eller flera operationer i en press. Dimensionsförhâllandet T, d.v.s. förhållandet mellan begynnelsedimensionen utmed den avsedda axeln och den slutliga dimensionen, är av storleksordningen 2. För ämnen av tantal kan den uppgå till 2,3. över detta värde uppträder böjningsproblem.

Operationen utförs vid omgivningstemperatur vid fall av tan- tal. En härdning kan eventuellt åstadkommas efter varje successiv operation. I själva verket, eftersom deformationen av ämnets form är relativt viktig, äger de motsvarande in- terna uppvärmningarna rum i det inre av materialmassan.

I fall av ett ämne av tantal med en höjd på 140 mm och en diameter på 70 mm kan denna första operation åstadkommas med en enda deformation med en press på 1200 ton, med en hastig- het på 5 mm/s. Vid slutet på deformationen härdas företrädes- vis ämnet; dess yttemperatur kan överskrida l00°C.

Andra etappen: första förlängningen utmed den andra axeln Y.

I enlighet med fig. 2A-ZF innefattar den andra etappen av förfarandet en första dragning eller förlängning. Enligt uppfinningen àstadkommes denna förlängning utmed den andra axeln Y. För att åstadkomma detta sätts ämnet 2 pà kant pà sådant sätt att den första axeln X blir horisontell, den andra axeln Y horisontell och vetter mot smeden, och den 10 15 20 25 30 35 ~"511 173 7 tredje axeln Z blir vertikal. De olika operationerna i denna etapp åstadkommes likaså företrädesvis med pressen.

Inom arbetsramen för ämnen av tantal med den ovan beskrivna dimensionen kan de olika operationerna vara de följande. a - En fyrkantformningsprocedur åstadkommas först för att erhålla ett ämne med en sida på 70 mm. För att åstadkomma denna operation kan ämnet vridas flera gånger 90° omkring den andra axeln Y för att denna fyrkantformning skall kunna åstadkommas alternativt utmed de första och tredje axlarna X och Z, såsom visas i fig. ZA och 2B. En härdning kan åstad- komas vid slutet av denna fyrkantformningsprocedur för att kyla av ämnet 3. b - Såsom visas i fig. 2C dras ämnet 4, hela tiden i den andra axelns Y riktning, men på sådant sätt att dess sektion vinkelrätt mot den andra axeln Y är oktogonal. Den på detta sätt erhållna oktogonen kan ha en sida ungefär lika med 40 mm. Denna form erhålles genom att verka på de kanter, som är vinkelräta mot den första och den tredje axeln X och Z erhållna efter den ovan nämnda kantställningen. En härdning kan naturligtvis avsluta denna oktogonalförlängningsopera- tion. c - Med hänsyn tagen till längden på det på detta sätt er- hållna ämnet 4, med hänvisning till fig. 2B, prövas behovet att utföra en liten urholkning vid mitten av ämnet. Denna operation innefattar åstadkommandet av en förlängning genom pressning på mitten av ämnet 5. I själva verket repellerar de ovan nämnda förlängningsoperationerna icke alltid materialet på jämnt sätt utmed den andra axeln Y. speciellt vid mitten av ämnet 5 har denna massa en tendens att vara något för omfattande. Den lilla urholkningen medger emellertid en uniformisering av materialets fördelning utmed förläng- ningsaxeln, i det här fallet den andra axeln Y. 10 15 20 25 30 35 511 173 d - Med referens till fig. 2E, förlängningen utmed den andra axeln Y fortsättes genom minskning av den på detta sätt erhållna oktogonen för att erhålla en oktogonal stav 6, där sidan är ungefär 65 mm. Man använder hela tiden pressen för att verka pá de olika faserna hos oktogonen parallellt med den andra axeln Y. e - Denna förlängning utmed den andra axeln_f kan avslutas medelst en rundningsprocedur för ämnet 6 för att erhålla en cylindrisk stav 7, såsom visas i fig. 2F. En härdning kan naturligtvis avsluta denna förlängning utmed axeln Y.

Man bestämmer att i fall av ämnen av tantal är det fördel- aktigt att arbeta i omgivningstemperatur.

Under denna förlängning är dimensionsförhållandet ungefär lika med 2. Det kan vara något högre (2,3) och naturligtvis väl under.

Tredje etappen: andra hoppressningen utmed den andra axeln Y.

Såsom visas i fig. 3 innefattar förfarandet enligt uppfin- ningen hoppressning utmed den andra axeln Y av den cylind- riska staven 7 likaså erhållen genom en förlängning utmed samma axel Y. Ändytorna 7A på den cylindriska staven 7 är relativt ofta icke plana. I själva verket tenderar de olika ovan angivna operationerna att deformera dessa båda ändytor 7A. I detta fall kan ändarna 7A iordningställas av smeden vid pressen för att omforma ändytorna. Slutligen ställs staven 7 på kant och hoppressas med pressen till ett förhållande 2, d.v.s. att staven 7 reduceras till sin halva längd, under det att dess diameter ökar för att ge ett cylindriskt ämne 8.

Med hänsyn tagen till den mycket långsträckta formen på staven 7 kan denna hoppressning enbart åstadkommas efter en styrning av vertikaliteten av den andra axeln Y. 10 15 20 25' 30 35 *S511 175 Denna tredje etapp avslutas företrädesvis genom en vatten- härdning.

Fjärde etappen: förlängning utmed den tredje axeln Z.

Såsom illustreras i fig. 4A-4G innefattar denna fjärde etapp förlängning av ämnet i den riktning, i vilken det ännu icke har arbetats, d.v.s. utmed den tredje axeln Z. De olika operationerna i denna etapp kan vara de följande, i fall av ämnen av tantal beskrivna ovan i föreliggande utföringsform. a - Såsom framgår av fig. 4A och 4B innefattar den första operationen en fyrkantformningsprocedur på det cylindriska ämnet 8. Detta senare är dock placerat med sin andra axel Y horisontellt och sin första axel X vertikalt. Ämnet 8 hop- pressas följaktligen för att antaga formen av ett tillplattat ämne 9 i form av en parallellepiped.

Såsom visas i fig. 4B vänds det på detta sätt erhållna ämnet 9 omkring sin tredje axel Z för att placera den första axeln X horisontellt och den andra axeln Y vertikalt. Man erhåller på detta sätt ett ämne 10 med fyrkantig sektion, där sidan är ungefär lika med 70 mm.

En härdning kan avsluta denna första operation med fyrkant- formningsprocedur. b - Såsom visas i fig. 4C utföres en urholkningsoperation vid mitten av det på detta sätt erhållna, fyrkantiga ämnet 10.

Man utför följaktligen en partiell hoppressning av materialet mitt på detta av skäl, som redan har förklarats ovan. Vid mitten av staven kan den fyrkantiga sektionen likaså ha en sida lika med cirka 60 mm. 10 15 20 25 30 35 511 173 10 c - Såsom visas i fig. 4D uniformiseras den fyrkantiga sek- tionen av ämnet 10 med en fyrkantformningsprocedur erhàllen medelst en förlängning utmed den tredje axeln Z. En regelbun- den parallellepiped ll och med fyrkantig sektion erhålles på detta sätt genom att verka utmed den första och den andra axeln X och Y på sätt analogt med de övriga operationerna för fyrkantsformning. d - För att förbättra materialfördelningen, speciellt vid mitten av ämnet ll, åstadkommas en liten urholkning pà de långsträckta kanterna 11A hos detta ämne ll. För att utföra detta placeras ämnet ll successivt pà de fyra långsträckta kanterna llA, vilka den ena efter den andra underkastas en demolering. Varje diagonal kan på detta sätt reduceras till ett värde på 65 mm. e - Såsom visas i fig. 4F förlöper förlängningen utmed den tredje axeln Z genom verkan på de fyra kanterna llA hos ämnet ll för att erhålla en oktogonal stav med en sidlängd ungefär lika med 65 mm.

Under denna fjärde etapp med förlängning utmed den tredje axeln Z, kan dimensionsförhàllandet närma sig 2,3.

En härdning kan naturligtvis avsluta denna förlängningscykel.

Under dessa senare kan fenomen uppträda, såsom smideskrök- ning. Dessa elimineras emellertid systematiskt genom en hyvling. Det är likadant för den föregående förlängningen.

Såsom visas i fig. 4G kan denna förlängning eventuellt komp- letteras med en rundningsprocedur av det ovan erhållna, oktogonala ämnet 12. Man åstadkommer sålunda en cylindrisk stav 13 för att direkt utnyttjas för tillverkningen av rund- stycken. 10 15 20 25 30 35 i "511 173 11 Denna cylindriska form kan likaså erhållas genom en finbear- betning runt omkring det oktogonala ämnet 12 i fig. 4F. Vid tiden för denna svarvning kan ett område på 5 mm skonas på kanterna av de två plana ytorna hos det cylindriska ämnet 13.

Femte etappen: sänksmide.

Enligt formen hos de stycken, som skall tillverkas, kan det ämne 13, som erhålles efter den fjärde förlängningsetappen utmed den tredje axeln Z delas upp i ett stort antal cylind- riska stycken. Såsom visas i fig. 5, för tillverkningen av hàlrumsladdningsbeklädnader, med tantal, är det fördelaktigt att skära upp ämnet i ett stort antal skivor 14. Det är för övrigt möjligt att underlätta denna operation att ställa upp ytorna hos det svarvade ämnet 13 parallellt.

Den första operationen hos sänksmidesetappen innefattar deformering av ämnet medelst en press. För tillverkningen av hålrumsladdningar med tantal, på basis av de redan beskrivna ämnena, kan en press på 2000 ton användas med en kolvsänk- hastighet på 5 mm/s. Det använda verktyget är företrädesvis slutet och odeformerbart. Dynan 17 och kolven 16 kan vara smorda med volframbisulfid. Det slutna verktyget visat i fig. 6A innefattar en fast dyna 17 och en kolv 16, som när de väl en gång har sammanförts efter kolvens nedsänkning bildar ett inhägnat utrymme, i vars inre ämnet 13 deformeras för att anta en nedan bestämd form.

En andra sänksmidesoperation innefattar att åstadkomma av- slutningen av smidet genom en exakt kalibrering med fall- hammare (fig. 6B). Denna användes framförallt i fall av stycken med stor kaliber. Den använda fallhammaren i fall av ämnen avsedda att bilda hàlrumsladdningar av tantal har en kraft på ungefär 9000 kgm. 10 15 20 25 30 35 511 173 12 I denna operation, efter öppningen av verktyget, måste styc- ket härdas.

Under alla dessa operationer är arbetstemperaturen för styc- ken av tantal avsedda att åstadkomma hàlrumsladdningsbekläd- nader omgivningstemperaturen. Detta termiska förhållande är icke begränsande, men det utgör en utföringsform.

Sjätte etappen: termisk rekristallisationsbehandling.

Denna termiska behandling är avsedd att befrämja storleks- enheten hos konen, som bildar den slutliga beklädnaden. Det bör observeras att för ämnen av tantal àstadkommes en rekris- tallisation vid 970°C under cirka en timme under sekundärt vakuum och medger erhàllandet av en mycket homogen och mycket fin (G<30) materialstruktur. Dessutom medger en dylik struk- tur att man får en homogenitet i mitten vid det erhållna ämnets kanter allt under det att en mycket markerad deforma- tionsstruktur bibehàlles. Detta exempel på termisk rekristal- lisationsbehandling är speciellt väl anpassad till tillverk- ning av beklädnader av tantal för hàlrumsladdningar. Detta exempel är emellertid på intet sätt begränsande. För att underlätta alla dessa dimensions- och smidesoperationer är det mycket användbart att visualisera de tre axlarna X, Y och Z pà var och en av ytorna hos det ämne, man startar med.

Likasà kan de olika smidesoperatörerna, som kommer att arbeta med detta ämne, enkelt placera detta utmed den bestämda axel, utmed vilken de skall dras eller pressa ihop ämnet.

De olika i denna beskrivning beskrivna operationerna för de olika etapperna är givna såsom exempel, varvid huvudkonceptet för uppfinningen är att pressa ihop och draga ämnet utmed de tre vinkelräta riktningarna, som är definierade vid början av det ortogonala referenskoordinatsystemet hörande till ämnet, såsom förklarats vid inledningen av beskrivningen.

Claims (11)

10 15 20 30 '4'511 173 13 Patentkrav

1. Förfarande för tillverkning av metallstycken av material med hög densitet, såsom tantal genom fritt smide och sänk- smide under press, med utgångspunkt från ämnen, pà vilka vart och ett ett tredimensionellt koordinatsystem (X, Y, Z) med en en andra och en tredje axel (X, Y, Z), vilka är orto- är förbundet, varvid förfarandet inne- första, gonala mot varandra, fattar följande etapper: - en första hoppressning utmed den första axeln (X) - en första förlängning (fig. 2A-2F); - en andra hoppressning (fig. 3); - en andra förlängning (fig. 4A-4G); - ett sänksmide (fig. 6A-6B); - en värmebehandling för rekristallisation, varvid förfaran- (fig. 1): och det kännetecknas av att; - den första förlängningen sker utmed den andra axeln (Y); - den andra hoppressningen sker utmed den andra axeln (Y); - den andra förlängningen sker utmed den tredje axeln (Z).

2. Tillverkningsförfarande enligt krav 1, kännetecknat av att den utförs vid omgivningstemperatur.

3. Tillverkningsförfarande enligt krav 1 eller 2, känneteck- nat av att den innefattar härdning genom avkylning efter vissa etapper eller vissa operationer i vissa etapper.

4. Tillverkningsförfarande enligt krav 1 eller 2, känneteck- nat av att den första hoppressningen utmed den första axeln (X) àstadkommes med en press och innefattar följande opera- tioner: - en eller flera hoppressningsoperationer av ämnet (1) med ett dimensionsförhàllande TS2,3 (fig. 1); - en härdning. 10 15 20 25 30 511 173 14

5. Tillverkningsförfarande enligt något av föregående krav, kânnetecknat av att den första förlängningen utmed den andra axeln (Y) åstadkommes i pressen genom följande operationer: - fyrkantsformningsprocedur genom press på ämnets (2,3) ytor vinkelräta mot den första och den tredje axeln (X) och (Z) (fig. 2A och 2B); - en härdning; - en förlängning genom press på de kanter, som är parallella med den andra axeln (Y) för att erhålla ett ämne (4) med or- togonal profil (fig. 2C); - en härdning; - en förlängning genom press på ämnets (5) mitt för att er- hälla en liten urholkning i mitten (fig. 2D); - en härdning; - en andra förlängning genom verkan pà de ytor, som är paral- lella med den andra axeln (Y) för att erhålla ett ämne med (fig. 2E); - förlängning genom press pà det ortogonala ämnets (6) kanter ortogonal profil (6) för att erhålla en rundningsprocedur för denna (fig. 2F); - en härdning.

6. Tillverkningsförfarande enligt något av föregående krav, kânnetecknat av att den andra hoppressningen utmed den andra axeln (Y) utförs i pressen genom följande operationer: - smide av ändytorna för att bereda stödytorna för var och en av dessa; - hoppressning i en eller flera operationer med ett dimen- sionsförhàllande TS2,3 (fig. 3 ), var och en följd av en härdning.

7. Tillverkningsförfarande enligt nàgot av föregående krav, kânnetecknat av att den andra förlängningen utmed den tredje axeln (Z) utförs i pressen genom följande operationer: 10 15 20 30 *511 173 15 - fyrkantformningsprocedur genom verkan på de ytor, som är vinkelräta mot den första och den andra axeln (X) och (Y) (fig. 4A och 4B); - härdning; - förlängning genom press på mitten för att erhålla en liten urholkning vid mitten (fig. 4C); - fyrkantformningsprocedur genom verkan på de ytor, som är vinkelräta mot den första och den andra axeln (X) och (Y) (fig. 4D); - förlängning genom press pà mitten av fyrkantämnets (ll) kanter (1lA) för att erhålla en liten fördjupning vid mitten av ämnet (11) (fig. 4E); - förlängning genom press på de kanter, som är parallella med den tredje axeln (Z) för att erhålla en ortogonal profil (fig. 4F); och - härdning.

8. Tillverkningsförfarande enligt krav 7, kânnetecknat av att under den andra etappen med förlängning utmed den tredje ax- eln (Z), åstadkommas en förlängning genom press på det orto- gonala ämnets (12) kanter för erhållande av en rundningspro- cedur (fig. 4G) av denna (13), efter dragningsoperationen ge- nom press på de kanter, som är parallella med den tredje ax- eln (Z) och före den slutliga härdningen.

9. Tillverkningsförfarande för små stycken enligt något av föregående krav, kânnetecknat av att före etappen med sänk- smide följande förfaringssteg utföres: - en uppskärning av ämnet (13) för erhållande av skivor (14) (fig. 5); och - en plansvarvning genom svarvning av skivornas (14) plana ändytor. 10 511 173 16

10. Tillverkningsförfarande för stycken av tantal enligt nà- got av föregående krav, kännetecknat av att etappen med sänk- smide innefattar följande operationer: - sänksmide med sluten utrustning i pressen (fig. - kalibrering med fallhammare (fig. 6B); 6A); - härdning.

11. ll. Tillverkningsförfarande enligt något av föregående krav tillämpat pà ämnen av tantal, kännetecknat av att värmebe- handlingen àstadkommes vid en temperatur, ungefär lika med 970°C under en timme, under vakuum.