способ прессования биметаллических заготовок

Классы МПК:B21C23/08 изготовление проволоки, прутков, труб 
Автор(ы):, ,
Патентообладатель(и):федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2013-04-19
публикация патента:

Изобретение предназначено для снижения усилия прессования и энергоемкости процесса прессования биметаллических прутков и проволоки из биметаллических заготовок. Способ включает помещение биметаллической заготовки, состоящей из сердечника и оболочки, в замкнутый контейнер и выдавливание заготовки через отверстие конической матрицы с приложением усилия к заднему торцу прессуемой биметаллической заготовки. Снижение усилия прессования за счет оптимизации угла наклона образующей конического канала матрицы обеспечивается посредством того, что используют матрицу, угол наклона образующей конического канала к оси прессования которой регламентирован математической зависимостью, 1 ил. способ прессования биметаллических заготовок, патент № 2528302

способ прессования биметаллических заготовок, патент № 2528302

Формула изобретения

Способ прессования биметаллических прутков и проволоки, включающий помещение биметаллической заготовки, состоящей из сердечника и оболочки, в замкнутый контейнер и выдавливание заготовки через канал конической матрицы с приложением усилия к заднему торцу прессуемой биметаллической заготовки, отличающийся тем, что используют матрицу, угол наклона образующей конического канала к оси прессования которой рассчитывают по формуле:

способ прессования биметаллических заготовок, патент № 2528302 ,

где f - коэффициент трения в зоне деформации;

способ прессования биметаллических заготовок, патент № 2528302 - вытяжка при прессовании;

R0 и R 1 - внешний радиус биметаллической заготовки до и после деформации соответственно;

Rc - радиус сердечника заготовки;

способ прессования биметаллических заготовок, патент № 2528302 - сопротивление деформации металла сердечника;

способ прессования биметаллических заготовок, патент № 2528302 - сопротивление деформации металла оболочки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к обработке металлов давлением и предназначено для прессования биметаллической заготовки, состоящей из разнородных материалов.

Известно, что при производстве биметаллических прутков и проволоки на начальном этапе деформируют биметаллическую заготовку прессованием с последующим волочением биметаллической заготовки. При этом в процессе прессования формируются свойства биметаллических прутковых и проволочных изделий.

Известен способ обработки металлов прессованием, включающий помещение биметаллической заготовки в замкнутый контейнер и выдавливание заготовки через отверстие конической матрицы приложением усилия к заднему торцу прессуемой заготовки (см. Суворов И.К. Обработка металлов давлением: Учебник для вузов. - М.: Высш. школа, 1980, с. 289).

Недостатком известного способа, принятого за прототип, является то, что процесс прессования имеет повышенные усилия и энергоемкость, вследствие того, что известный способ не учитывает геометрические характеристики конической матрицы и технологические особенности процесса прессования. Данный способ принят в качестве прототипа.

Признаки прототипа, совпадающие с признаками заявляемого изобретения - помещение биметаллической заготовки в замкнутый контейнер и выдавливание заготовки через отверстие конической матрицы приложением усилия к заднему торцу прессуемой биметаллической заготовки.

Задачей изобретения является снижение усилия прессования и энергоемкости процесса прессования за счет оптимизации угла наклона образующей конического канала матрицы. Снижение усилия прессования обеспечит повышение единичных обжатий, стойкости технологического инструмента и качества поверхности прессуемых изделий.

Поставленная задача была решена за счет того, что в известном способе прессования биметаллических заготовок, включающем помещение биметаллической заготовки в замкнутый контейнер и выдавливание заготовки через отверстие конической матрицы приложением усилия к заднему торцу прессуемой биметаллической заготовки, используют матрицу, угол наклона образующей конического канала к оси прессования которой рассчитывают по формуле:

способ прессования биметаллических заготовок, патент № 2528302

где f - коэффициент трения в зоне деформации;

способ прессования биметаллических заготовок, патент № 2528302 =способ прессования биметаллических заготовок, патент № 2528302 - вытяжка при прессовании;

R0 и R1 - внешний радиус биметаллической заготовки до и после деформации соответственно;

Rc - радиус сердечника;

способ прессования биметаллических заготовок, патент № 2528302 - сопротивление деформации металла сердечника;

способ прессования биметаллических заготовок, патент № 2528302 - сопротивление деформации металла оболочки.

Признаки предлагаемого способа, отличительные от прототипа, - использование матрицы, угол наклона образующей конического канала к оси прессования которой определяется вышеприведенной математической зависимостью (1).

Способ поясняется чертежом, на котором приведена схема деформации прессованием биметаллической заготовки, состоящей из сердечника и оболочки. На чертеже показаны: 1 - матрица; 2 - оболочка; 3 - сердечник.

При прессовании биметаллической заготовки коэффициент вытяжки является одним и тем же и для сердечника, и для оболочки. Пластическая деформация в процессах обработки металлов давлением характеризуется степенью деформации. Для центральной части (сердечника) степень деформации равна [Колмогоров Г.Л. Гидродинамическая смазка при обработке металлов давлением. - М.: Металлургия, 1986, 168 с]:

способ прессования биметаллических заготовок, патент № 2528302

где способ прессования биметаллических заготовок, патент № 2528302 - угол наклона образующей сердечника к оси прессования;

способ прессования биметаллических заготовок, патент № 2528302 - вытяжка.

Из геометрических соотношений (см. чертеж) следует:

способ прессования биметаллических заготовок, патент № 2528302

где Rc - радиус сердечника;

R0 - наружный радиус заготовки.

С учетом соотношения (3) степень деформации сердечника равна:

способ прессования биметаллических заготовок, патент № 2528302

Для усредненного значения сопротивления деформации сердечника составляющая напряжения, связанная с пластической деформацией сердечника, с учетом соотношения (4) составит:

способ прессования биметаллических заготовок, патент № 2528302

Напряжению (5) соответствует доля полного усилия прессования центральной части (сердечника) биметаллической заготовки [Перлин И.Л., Райтбарг Л.Х. Теория прессования металлов. - М.: Металлургия. 1975, 448 с.]:

способ прессования биметаллических заготовок, патент № 2528302

где Fc - площадь сердечника на входе в очаг деформации. После подстановки из соотношения (5) получим:

способ прессования биметаллических заготовок, патент № 2528302

Аналогичный расчет выполнен для наружной части (оболочки) биметаллической заготовки.

Напряжение прессования оболочки для усредненного значения степени деформации (4) составит:

способ прессования биметаллических заготовок, патент № 2528302

где способ прессования биметаллических заготовок, патент № 2528302 - значение сопротивления деформации материала оболочки.

Соответственно доля общего усилия прессования, пошедшего на деформацию оболочки, равна:

способ прессования биметаллических заготовок, патент № 2528302

При пластической деформации биметаллической заготовки в общее усилие прессования входит составляющая, учитывающая действие сил трения в очаге деформации. Результирующая сил трения при этом равна:

способ прессования биметаллических заготовок, патент № 2528302

где Fk - площадь контакта биметаллической заготовки и рабочей поверхности матрицы, которая представляет собой боковую поверхность усеченного конуса.

Из геометрических соотношений следует:

способ прессования биметаллических заготовок, патент № 2528302

где R1 - наружный радиус биметаллической заготовки на выходе из очага деформации.

С учетом соотношения (11) составляющая, связанная с преодолением сил трения в очаге деформации, равна:

способ прессования биметаллических заготовок, патент № 2528302

В общее напряжение прессования вклад от преодоления сил трения в очаге деформации составит:

способ прессования биметаллических заготовок, патент № 2528302

Оптимальный угол наклона образующей матрицы к оси прессования определяется из условия минимума полного напряжения прессования. При этом способ прессования биметаллических заготовок, патент № 2528302 м зависит лишь от способ прессования биметаллических заготовок, патент № 2528302 поэтому условие минимума усилия

прессования определим из условия:

способ прессования биметаллических заготовок, патент № 2528302

Суммарное напряжение прессования, включающее величины, зависящие от способ прессования биметаллических заготовок, патент № 2528302 м, равно:

способ прессования биметаллических заготовок, патент № 2528302

Подстановки соотношений (5), (8), (13) в (14) дифференцирования по tgспособ прессования биметаллических заготовок, патент № 2528302 M, преобразований и упрощений получим:

способ прессования биметаллических заготовок, патент № 2528302

где f - коэффициент трения в зоне деформации;

способ прессования биметаллических заготовок, патент № 2528302 - вытяжка при прессовании;

R0 и R1 - внешний радиус биметаллической заготовки до и после деформации соответственно;

Rc - радиус сердечника;

способ прессования биметаллических заготовок, патент № 2528302 - сопротивление деформации металла сердечника;

способ прессования биметаллических заготовок, патент № 2528302 - сопротивление деформации металла оболочки.

Пример конкретной реализации.

Прессовали сборную биметаллическую заготовку, состоящую из ниобиевого сердечника и медной оболочки, соотношение способ прессования биметаллических заготовок, патент № 2528302 составляло 0,5 с вытяжкой способ прессования биметаллических заготовок, патент № 2528302 =10, при этом способ прессования биметаллических заготовок, патент № 2528302 =1,5. Для прессования применили стандартную матрицу с способ прессования биметаллических заготовок, патент № 2528302 м=40°. Для приведенного сопротивления деформации напряжение прессования составило 359,03 МПа.

В соответствии с формулой (1) оптимальным углом наклона образующей конического канала матрицы оказался угол равный 30,4°, которому соответствует напряжение прессования способ прессования биметаллических заготовок, патент № 2528302 пр=340,7 МПа.

Таким образом, оптимизация угла наклона образующей конического канала матрицы привела к снижению напряжения прессования на 18,3 МПа, что составляет 5,1%.

Предлагаемый способ прессования биметаллических заготовок позволяет выбрать оптимальный угол наклона образующей конического канала матрицы к оси прессования. В результате обеспечивается минимальное значение усилия прессования, минимальная энергоемкость процесса прессования. При снижении усилия прессования появляется возможность повышения обжатий при прессовании, применения менее энергоемкого технологического оборудования. При этом повышается износостойкость матриц и качество поверхности прессуемых изделий.

Класс B21C23/08 изготовление проволоки, прутков, труб 

способ получения изделия в форме неограниченно протяженного прутка из дистиллированного кальция -  патент 2527547 (10.09.2014)
способ прессования заготовок -  патент 2526346 (20.08.2014)
способ получения металлических изделий полого профиля -  патент 2509617 (20.03.2014)
способ изготовления труб из труднодеформируемых металлов -  патент 2486980 (10.07.2013)
инструмент для прессования труб на вертикальном прессе -  патент 2479371 (20.04.2013)
способ прокатки и прессования полых профилей и устройство для его осуществления -  патент 2457051 (27.07.2012)
способ объемного выдавливания деталей типа стакана концентричным угловым прессованием на горизонтальном экструзионном гидравлическом прессе -  патент 2451569 (27.05.2012)
способ и устройство для горячего прессования точных труб -  патент 2448792 (27.04.2012)
устройство для горячего прессования точных труб -  патент 2448791 (27.04.2012)
устройство для прессования полых профилей -  патент 2443485 (27.02.2012)
Наверх