UA16486U

UA16486U - Process of pressing of high-strength and low-plastic materials

Info

Publication number: UA16486U
Application number: UAU200601069U
Authority: UA
Inventors: Serhii Hryhorovych Synkov; Yakiv Yukhymovych Beihelzymer; Viktor Mykolaiovych Variukhin; Oleksii Valeriiovych Reshetov; Oleksandr Serhiiovych Synkov; Tetiana Pavlivna Zaika; Dmytro Valentynovych Orlov
Original assignee: O O Halkin Do Physical And Eng
Priority date: 2006-02-06
Filing date: 2006-02-06
Publication date: 2006-08-15

Abstract

A process of pressing of high-strength and low-plastic materials based on the extrusion of billet from the container through the opening of deforming tool with the use of quasi-hydrostatic working medium. In this case, the extrusion is conducted in the mode of ôwarmö extrusion at permissible temperature of heating the billet and deforming tool, andas working medium the mixture of fine-dispersed lamellar graphite with addition of lubricating oil is used, which ensures the quasi-hydrostatic condition and rational tribological characteristics of the extrusion of billet under isothermal conditions.

Description

Опис винаходуDescription of the invention

Пропонована корисна модель відноситься до галузі обробки металів тиском і може бути використана в 2 металургії, машинобудуванні, авіаційній та ін. галузях промисловості.The proposed useful model refers to the field of pressure metal processing and can be used in 2 metallurgy, mechanical engineering, aviation, etc. industries.

У більшості процесів обробки тиском потрібно ізолювати деформівний метал від металу інструмента, тому в процесах пресування завжди застосовуються речовини, що змазують. Вибір мастила визначають залежно від способу пресування, пресованого матеріалу та температури обробки. Трибологічні умови процесів пресування значно впливають на необхідне зусилля деформування й можуть виявитися вирішальними для здійснення 70 пресування, особливо важкодеформованих матеріалів. Так, навіть для свинцю при співвідношенні довжини заготівки до діаметра, рівному 10, зниження коефіцієнта тертя від 0,1 до 0,01 сприяє зменшенню необхідного зусилля при рівноканальному кутовому пресуванні в 14 разів |Сегал В.М., Резников В.И., Копьілов В.Й. и др.In most pressure treatment processes, it is necessary to isolate the deformable metal from the metal of the tool, therefore, in pressing processes, lubricating substances are always used. The choice of lubricant is determined depending on the method of pressing, pressed material and processing temperature. Tribological conditions of pressing processes significantly affect the required deformation effort and may be decisive for the implementation of 70 pressing, especially of hard-to-deform materials. Thus, even for lead with a ratio of the length of the workpiece to the diameter equal to 10, the reduction of the coefficient of friction from 0.1 to 0.01 contributes to the reduction of the required force during equal-channel angular pressing by 14 times |Segal V.M., Reznikov V.I., Kopyilov V.Y. and others

Процессьї пластического структурообразования. Киев: Наука и техника, 1994. 26с.)ї. При холодному пресуванні та гідропресуванні кольорових металів добре зарекомендували себе мастила на основі бджолиного воску з 72 добавками касторового масла й каніфолі, для пресування сталевих заготівок застосовують змащення на основі дісульфіду молібдену, графіту, фторопласта |Б.И.Береснев, К.Й.Езерский, Е.В.Трушин, Б.ЙИ.Каменецкий.Processes of plastic structure formation. Kyiv: Nauka i tekhnika, 1994. 26 p.)i. In cold pressing and hydropressing of non-ferrous metals, lubricants based on beeswax with 72 additives of castor oil and rosin have proven themselves well; for pressing steel blanks, lubricants based on molybdenum disulfide, graphite, fluoroplastic are used |B.I. Beresnev, K.Y. Ezersky, E.V.Trushin, B.YI.Kamenetskyi.

Вьісокие давления в современньїх технологиях обработки материалов. М., Наука, 1988, 245с.. У способі гідропресування використано принцип видавлювання матеріалу через матрицю рідиною високого тиску, тим самим, усуваючи контакт заготівки зі стінками контейнера й знижуючи поверхню тертя заготівки з інструментом.High pressures in modern materials processing technologies. M., Nauka, 1988, 245 p.. The hydropressing method uses the principle of extruding the material through the matrix with a high-pressure liquid, thereby eliminating the contact of the workpiece with the walls of the container and reducing the friction surface of the workpiece with the tool.

Як відомо, холодна пластична деформація дозволяє одержувати високоміцні нагартовані вироби при збереженні на достатньому рівні їхніх пластичних властивостей. Однак є широкий клас матеріалів таких, як титан і його сплави, жароміцні сплави на нікелевій основі, які мають у холодному стані високі міцності властивості та низьку пластичність. Деформування пресуванням або гідропресуванням таких матеріалів у холодному стані реалізувати вкрай складно через їхнє руйнування в процесі холодної деформації.As is known, cold plastic deformation allows obtaining high-strength annealed products while preserving their plastic properties at a sufficient level. However, there is a wide class of materials such as titanium and its alloys, heat-resistant nickel-based alloys, which have high strength properties and low plasticity in the cold state. Deformation by pressing or hydropressing of such materials in a cold state is extremely difficult to implement due to their destruction in the process of cold deformation.

Такі матеріали деформують гарячим пресуванням або гідропресуванням. Відома технологія, прийнята за в прототип, описана в роботі |Коллашников А.Й., Федоров А.А., Колесников Р.П. Новая технология изготовления прутков малого диаметра из сплава ЖС6-КП. "ДЦветная металлургия," 1972, Мо5, с.36-39).Such materials are deformed by hot pressing or hydropressing. The well-known technology adopted as a prototype is described in the work | Kollashnikov A.Y., Fedorov A.A., Kolesnikov R.P. A new technology for manufacturing small-diameter rods from the ZhS6-KP alloy. "Non-ferrous metallurgy," 1972, Mo5, pp. 36-39).

Суть цієї технології полягає в наступному: перед пресуванням на заготівку наносили шар скломастила, поміщали в графітову оболонку, виконану у вигляді склянки із кришкою, потім нагрівали в камерній електропечі ее, опору без захисної атмосфери до температури 11002С протягом ЗОхв. Гаряче пресування здійснювали на пресі сThe essence of this technology is as follows: before pressing, a layer of glass lubricant was applied to the workpiece, it was placed in a graphite shell made in the form of a glass with a lid, then it was heated in a chamber electric furnace ee, the support without a protective atmosphere to a temperature of 11002С during ЗОхв. Hot pressing was carried out on the press of

КГШП зусиллям 1500т. Відсутність контакту нагрітого металу з інструментом приводила до зниження коефіцієнта тертя, а висока швидкість видавлювання давала можливість створювати умови, близькі до ізотермічних, які т сприяють поліпшенню якості прутків. (Се)KGSHP with an effort of 1500t. The absence of contact between the heated metal and the tool led to a decrease in the friction coefficient, and the high speed of extrusion made it possible to create conditions close to isothermal, which contribute to the improvement of the quality of the bars. (Se)

Однак така технологія має й ряд недоліків. Основним недоліком є висока температура розм'якшення відомих 32 скляних мастил, що становить 5002 і більше. При більш низьких температурах такі мастила поводяться як -- абразивні матеріали й дають зворотний ефект. Другий істотний недолік-це висока трудомісткість за рахунок необхідності виготовлення графітової склянки для кожної заготівки яка деформується. Крім того, при застосуванні інтенсивних методів пресування, таких як рівноканальне кутове пресування (РККП), гвинтове « дю пресування з метою одержання наноструктури, наприклад, у титані ВТ 1-0, верхнє значення температурного -о інтервалу деформації, встановлене експериментальне, становить 4502С. Вибір нижньої границі температурного с інтервалу при РККП залежить від сукупності кількості циклів, маршруту пресування, геометрії оснащення й :з» становить 4002С Г|Г.И.Рааб, Р.3.Валиев "Металловедение и термическая обработка металлов". Ме9, 2000г). При гвинтовому пресуванні верхня межа температурного інтервалу, визначеного експериментальним шляхом становить 4502, нижня межа визначається тільки силовими параметрами процесу й становить 300 2С. При - цьому, до таких же температур можна нагрівати й деформівний інструмент, створюючи ізотермічні умови деформації, що сприяють поліпшенню якості оброблюваного матеріалу.However, this technology has a number of disadvantages. The main disadvantage is the high softening temperature of the known 32 glass lubricants, which is 5002 and more. At lower temperatures, such lubricants behave as abrasive materials and have the opposite effect. The second significant disadvantage is the high labor intensity due to the need to manufacture a graphite glass for each deformable blank. In addition, when using intensive pressing methods, such as equal-channel angular pressing (EKKP), screw pressing with the aim of obtaining a nanostructure, for example, in titanium VT 1-0, the upper value of the temperature range of deformation, established experimentally, is 4502С. The choice of the lower limit of the temperature c interval at RKKP depends on the totality of the number of cycles, the pressing route, the geometry of the equipment, and "c" is 4002С G|G.Y. Raab, R.3. Valiev "Metallovedenie i trmicheskaya obradka metallov". Me9, 2000). During screw pressing, the upper limit of the experimentally determined temperature interval is 4502, the lower limit is determined only by the force parameters of the process and is 300 2С. At the same time, the deforming tool can be heated to the same temperatures, creating isothermal deformation conditions that contribute to improving the quality of the processed material.

Ме В основу корисної моделі поставлена задача удосконалення процесу деформування екструзією високоміцних ї5» та низькопластичних матеріалів у процесах інтенсивної пластичної деформації, наприклад, гвинтової екструзії, за рахунок виключення високотемпературного нагрівання заготівки та застосування графітової склянки, со забеспечення ізотермічних умов пресування, при яких заготівка та деформівний інструмент разогріваються доThe useful model is based on the task of improving the process of deformation by extrusion of high-strength and low-plastic materials in processes of intense plastic deformation, for example, screw extrusion, due to the exclusion of high-temperature heating of the workpiece and the use of graphite glass, ensuring isothermal pressing conditions, in which the workpiece and deformable the tool is warmed up to

Ф однакової температури, не вище 4502 за рахунок підбору необхідного мастила та робочого середовища, що дозволить формувати в оброблюваному матеріалі нанокристаллічну структуру, знизити робочий тиск у процесі екструзії на 25-3095 та забезпечити якість поверхні заготівки.F of the same temperature, not higher than 4502 due to the selection of the necessary lubricant and working medium, which will allow forming a nanocrystalline structure in the processed material, reduce the working pressure during the extrusion process by 25-3095 and ensure the quality of the surface of the workpiece.

Зазначена задача досягається тим, що процес пресування високоміцних та низькопластичних матеріалів, заснований на екструзії заготівки із контейнера через отвір деформівного інструменту з використанням с квазігідростатичного робочого середовища, який відрізняється тим, що пресування проводять в режимі "теплого" пресування при допустимій температурі нагрівання заготівки та деформівного інструменту не більше 4502С, а в якості робочого середовища беруть суміш дрібнодисперсного пластинчатого графіту з добавкою мастила, яке бор забеспечує квазігідростатичність та раціональні трибологічні характеристики пресування заготівки в ізотермічних умовах в діапазоні температур 300-4502С, для чого на поверхню заготівки наносять шар мастила, установлюють заготівку в контейнер і отвір деформівного інструменту, засипають у канал контейнера з заготівкою робочу суміш дрібнодисперсного графіту з мастилом таким чином, щоб заготівка була покрита робочою сумішшю шаром висотою 20-25 міліметрів та пресують пуансоном. 65 Перераховані ознаки становлять сутність корисної моделі на процес і є необхідними в будь-яких варіантах реалізації й достатніми для досягнення поставленого завдання.The specified task is achieved by the fact that the pressing process of high-strength and low-plastic materials is based on the extrusion of the blank from the container through the opening of the deformable tool using a quasi-hydrostatic working medium, which is characterized by the fact that the pressing is carried out in the "warm" pressing mode at the permissible temperature of heating the blank and the deformable the tool is not more than 4502С, and as a working medium they take a mixture of finely dispersed lamellar graphite with the addition of lubricant, which provides quasi-hydrostaticity and rational tribological characteristics of pressing the workpiece in isothermal conditions in the temperature range of 300-4502С, for which a layer of lubricant is applied to the surface of the workpiece, the workpiece is installed into the container and the opening of the deformable tool, fill the channel of the container with the workpiece with a working mixture of finely dispersed graphite with lubricant in such a way that the workpiece is covered with the working mixture with a layer 20-25 millimeters high and press the punch no. 65 The listed features constitute the essence of a useful model for the process and are necessary in any implementation options and sufficient to achieve the set task.

- Робоча температура початку розм'якшення мастила, яким мастять заготівку та, яке додають у порошок графіту дозволяє істотно знизити температуру нагрівання й деформації оброблюваних сплавів, наприклад, титана, що дає можливість проводити накопичення деформації в заготівках методами інтенсивних пластичних деформацій, наприклад, гвинтовим або РКК пресуванням при температурах нижче температури рекристалізації, в інтервалі термостабільності наноструктури; - У звичайних умовах порошок графіту поводиться подібно в'язкої рідини, однак при високих тисках і підвищених температурах його міцність зростає, а плинність падає, тому введення мастила підвищує гідростатичність такого робочого середовища в умовах високих тисків й при зазначених температурах; 70 - Застосування суміші дрібнодисперсного графіту з мастилом і змащення заготівки істотно усувають тертя деформованої заготівки об стінки контейнера, а висока в'язкість мастила дозволяє проникати їй у середовище деформації, істотно знижуючи силові параметри процесу, що, в свою чергу дозволяє проводити деформацію високоміцних сплавів при температурах 300-4502С і підвищити при цьому стійкість інструменту; - Використання квазігідростатичного середовища, що оточує заготівку в контейнері, дозволяє створити при 7/5 пресуванні гідростатичний тиск перед простором й в просторі деформації, що приводить до усунення напруг, які розтягують, й осадження заготівки, створює сприятливу схему напруженого стану; особливо важливо це при гвинтовому пресуванні, коли в циліндричному каналі контейнера розміщують заготівку, що має форму призми.- The working temperature of the beginning of the softening of the lubricant, which is used to lubricate the workpiece and which is added to the graphite powder, allows you to significantly reduce the temperature of heating and deformation of the processed alloys, for example, titanium, which makes it possible to carry out the accumulation of deformation in the workpieces by methods of intensive plastic deformation, for example, screw or RCC by pressing at temperatures below the recrystallization temperature, in the range of thermal stability of the nanostructure; - Under normal conditions, graphite powder behaves like a viscous liquid, however, at high pressures and elevated temperatures, its strength increases, and fluidity decreases, therefore, the introduction of lubricant increases the hydrostaticity of such a working medium under conditions of high pressures and at the specified temperatures; 70 - The use of a mixture of finely dispersed graphite with lubricant and lubrication of the workpiece significantly eliminates the friction of the deformed workpiece against the walls of the container, and the high viscosity of the lubricant allows it to penetrate into the deformation environment, significantly reducing the force parameters of the process, which, in turn, allows deformation of high-strength alloys at at temperatures of 300-4502C and at the same time increase the stability of the tool; - The use of a quasi-hydrostatic environment surrounding the workpiece in the container allows creating hydrostatic pressure in front of the space and in the deformation space during 7/5 pressing, which leads to the elimination of tensile stresses and the deposition of the workpiece, creates a favorable stress state scheme; this is especially important during screw pressing, when a prism-shaped workpiece is placed in the cylindrical channel of the container.

Процес, що заявляється, може бути реалізований у такий спосіб.The claimed process can be implemented as follows.

Схема пристрою для здійснення процесу пресування високоміцних та низькопластичних матеріалів, показана на Фіг. Наведена схема показана для реалізації пропонованого процесу при гвинтовому пресуванні.The scheme of the device for carrying out the pressing process of high-strength and low-plastic materials is shown in Fig. The given scheme is shown for the implementation of the proposed process during screw pressing.

Пристрій складається з контейнера 1 для розміщення заготівки, пуансона 2, заготівки що деформується 3, робочого середовища 4, що складається з дрібнодисперсного графіту з доданням до 595 низькотемпературного мастила на основі скла, гвинтової матриці 5 для накопичення деформації багатоперехідним гвинтовим пресуванням, нагрівача 6 й опори 7.The device consists of a container 1 for placing the workpiece, a punch 2, a deformable workpiece 3, a working medium 4 consisting of finely dispersed graphite with the addition of up to 595 low-temperature lubricant based on glass, a screw matrix 5 for accumulating deformation by multipass screw pressing, a heater 6 and a support 7.

Спосіб реалізують так.The method is implemented as follows.

Заготівку З нагрівають в електропечі до температури пресування (300-4502С) і, вийнявши з печі, прокочують в) по листу, на якому розсипане мастило. Мастило налипає на поверхню заготівки, що завантажують у робочий канал контейнера 1, розігрітий до температури пресування, і засипають підготовлену робочу суміш із дрібнодисперсного графіту та мастила 4 таким чином, щоб робоча суміш покрила верхній торець заготівки «о шаром 20-25мм. Потім заводять пуансон і пресують заготівку, після чого пуансон витягають із каналу й завантажують наступну заготівку. соThe blank C is heated in an electric furnace to the pressing temperature (300-4502C) and, after removing it from the furnace, it is rolled c) on a sheet on which grease is spilled. Lubricant sticks to the surface of the workpiece, which is loaded into the working channel of the container 1, heated to the pressing temperature, and the prepared working mixture of finely dispersed graphite and lubricant 4 is poured in such a way that the working mixture covers the upper end of the workpiece with a layer of 20-25 mm. Then the punch is introduced and the workpiece is pressed, after which the punch is pulled out of the channel and the next workpiece is loaded. co

Конкретний приклад реалізації. «ІA concrete example of implementation. "AND

Гвинтове пресування заготівок проводили в установці, змонтованой на пресі зусиллям 2500КН із діаметром контейнера 28мм і гвинтовою матрицею із вхідною прямою частиною розміром 28хХ18, кутом підйому гвинтової і-й 3з5 Лінії 0-459 і вихідним розміром, що калібрує, перетину матриці 27,5х17,5мм. Заготівки з технічного титана че марки ВТ1-0 розміром перетину 27,5х17,5 висотою 100мм пресували за традиційною технологією й по пропонованому процесу.The screw pressing of the blanks was carried out in an installation mounted on a press with a force of 2500 KN with a container diameter of 28 mm and a screw matrix with an input straight part of size 28xX18, an angle of elevation of the screw and 3z5 of Line 0-459 and an output size that calibrates the cross section of the matrix 27.5x17, 5 mm. Blanks from technical titanium grade VT1-0 with a cross-section size of 27.5x17.5 and a height of 100 mm were pressed according to the traditional technology and according to the proposed process.

Традиційний метод. «Traditional method. "

Заготівки змазувалися мастилом, що складається із графіту, дісульфіду молібдену й мінерального масла нагрівали в печі до температури 300-3202С, установлювали в робочий канал контейнера, попередньо розігрітого - с до 3002, засипали заготівку порошком графіту й проводили пресування через гвинтову матрицю. Тиск на "» пуансоні становив 2600-2700МПа. Заготівку з матриці повністю випресовували графітом, оскільки при способі " пресування "заготівка за заготівкою" тиск на пуансоні ще більше зростає, тому наступну заготівку можна пресувати після повної випресовки графітом попередньої заготівки. Крім того, пресовані заготівки мають дефекти поверхні у вигляді раковин. Ці дефекти виникають внаслідок ушкодження високоміцним графітом, що - проникає із заготівкою в простір деформації.The blanks were lubricated with grease consisting of graphite, molybdenum disulfide, and mineral oil, heated in a furnace to a temperature of 300-3202C, placed in the working channel of a container preheated to 3002C, filled with graphite powder, and pressed through a screw die. The pressure on the "" punch was 2600-2700 MPa. The blank from the matrix was completely pressed with graphite, because with the method of "pressing" blank after blank, the pressure on the punch increases even more, so the next blank can be pressed after the previous blank has been completely pressed with graphite. In addition, pressed blanks have surface defects in the form of shells. These defects arise as a result of damage by high-strength graphite, which penetrates with the workpiece into the deformation space.

Ф Пропонований процес.F Proposed process.

Розігріті в камерній електропечі до 3002 заготівки титана ВТ 1-0 прокочували по листу з розсипаним те порошком мастила після чого заготівку завантажували в контейнер, попередньо розігрітий до температури о 20 3002С, і засипали робочу суміш із дрібнодисперсного графіту з додаванням мастила. Робоча суміш покривала верхній торець заготівки шаром х"20мм. У робочий канал вводили пуансон і проводили пресування заготівки. с Робочий тиск на пуансоні становило 1850-4900МПа. Процес проходив плавно, без ривків й "відстрілів". Пуансон витягли з каналу контейнера й завантажили в канал розігріту й змазану наступну заготівку. Цикл повторювали.VT 1-0 titanium blanks heated to 3002 in a chamber electric furnace were rolled on a sheet with powdered lubricant, after which the blank was loaded into a container preheated to a temperature of 20 3002С, and a working mixture of finely dispersed graphite with the addition of lubricant was poured. The working mixture covered the upper end of the workpiece with a layer of x"20 mm. A punch was inserted into the working channel and the workpiece was pressed. The working pressure on the punch was 1850-4900 MPa. The process proceeded smoothly, without jerks and "shots". The punch was removed from the container channel and loaded into the channel of the heated and lubricated next workpiece.The cycle was repeated.

Тиск на пуансоні не перевищувало 1900МПа. При повторному пресуванні цих же заготівок у другому, третьому й 99 четвертому проходах тиск пресування не перевищував 2000МПа. Поверхня пресованих заготівок без дефектів. с Наведені дані свідчать про безумовну ефективність запропонованого процесу високоміцних та низькопластичних матеріалів. боThe pressure on the punch did not exceed 1900 MPa. When re-pressing the same blanks in the second, third and fourth passes, the pressing pressure did not exceed 2000 MPa. The surface of the pressed blanks is without defects. c The given data testify to the unconditional effectiveness of the proposed process of high-strength and low-plasticity materials. for

Claims

The formula of the invention

The pressing process of high-strength and low-plasticity materials is based on the extrusion of the blank from the container through the opening of the deformable tool using a quasi-hydrostatic working environment, which is distinguished by the fact that the pressing is carried out in the "warm" pressing mode at an acceptable temperature, because the heating of the blank and the deformable tool is no more than 4502C, and as a working medium, a mixture of finely dispersed lamellar graphite with an additive of lubricant is taken, which ensures quasi-hydrostaticity and rational tribological characteristics of pressing the workpiece in isothermal conditions in the temperature range of 300-4502C, for which a layer of lubricant is applied to the surface of the workpiece, the workpiece is placed in the container and the opening of the deformation tool, and covered into the channel of the container with the workpiece, the working mixture of finely dispersed graphite with lubricant in such a way that the workpiece is covered with the working mixture in a layer 20-25 millimeters high and pressed with a punch. that 2 (Se) (ee) « (Se) yo

- and? - (o) sh» (ee) 4) 60 b5