[go: up one dir, main page]

RU2187403C2 - Method for making complex-profile axially symmetrical parts of hard-to-form multiphase alloys and apparatus for performing the same - Google Patents

Method for making complex-profile axially symmetrical parts of hard-to-form multiphase alloys and apparatus for performing the same Download PDF

Info

Publication number
RU2187403C2
RU2187403C2 RU2000106705A RU2000106705A RU2187403C2 RU 2187403 C2 RU2187403 C2 RU 2187403C2 RU 2000106705 A RU2000106705 A RU 2000106705A RU 2000106705 A RU2000106705 A RU 2000106705A RU 2187403 C2 RU2187403 C2 RU 2187403C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
workpiece
roller
peripheral part
local
mandrel
Prior art date
Application number
RU2000106705A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2000106705A (en
Inventor
Ф.З. Утяшев
О.А. Кайбышев
В.А. Плехов
В.А. Валитов
Original Assignee
Институт проблем сверхпластичности металлов РАН
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 Институт проблем сверхпластичности металлов РАН filed Critical Институт проблем сверхпластичности металлов РАН
Priority to RU2000106705A priority Critical patent/RU2187403C2/en
Priority to PCT/RU2001/000106 priority patent/WO2001068289A1/en
Priority to AU2001248940A priority patent/AU2001248940A1/en
Publication of RU2000106705A publication Critical patent/RU2000106705A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2187403C2 publication Critical patent/RU2187403C2/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21KMAKING FORGED OR PRESSED METAL PRODUCTS, e.g. HORSE-SHOES, RIVETS, BOLTS OR WHEELS
    • B21K21/00Making hollow articles not covered by a single preceding sub-group
    • B21K21/08Shaping hollow articles with different cross-section in longitudinal direction, e.g. nozzles, spark-plugs
    • B21K21/10Shaping hollow articles with different cross-section in longitudinal direction, e.g. nozzles, spark-plugs cone-shaped or bell-shaped articles, e.g. insulator caps
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21HMAKING PARTICULAR METAL OBJECTS BY ROLLING, e.g. SCREWS, WHEELS, RINGS, BARRELS, BALLS
    • B21H1/00Making articles shaped as bodies of revolution
    • B21H1/02Making articles shaped as bodies of revolution discs; disc wheels
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21KMAKING FORGED OR PRESSED METAL PRODUCTS, e.g. HORSE-SHOES, RIVETS, BOLTS OR WHEELS
    • B21K1/00Making machine elements
    • B21K1/28Making machine elements wheels; discs
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21HMAKING PARTICULAR METAL OBJECTS BY ROLLING, e.g. SCREWS, WHEELS, RINGS, BARRELS, BALLS
    • B21H1/00Making articles shaped as bodies of revolution
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21HMAKING PARTICULAR METAL OBJECTS BY ROLLING, e.g. SCREWS, WHEELS, RINGS, BARRELS, BALLS
    • B21H1/00Making articles shaped as bodies of revolution
    • B21H1/06Making articles shaped as bodies of revolution rings of restricted axial length
    • B21H1/10Making articles shaped as bodies of revolution rings of restricted axial length rims for pneumatic tyres

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Nitrogen And Oxygen Or Sulfur-Condensed Heterocyclic Ring Systems (AREA)
  • Shaping Metal By Deep-Drawing, Or The Like (AREA)

Abstract

FIELD: plastic metal working, possibly manufacture of precise blanks of such parts as complex-shape discs with significantly changed thickness and diameter and with deep non-formed undercuts from hard-to-form multiphase alloys, particularly from refractory nickel alloys. SUBSTANCE: method comprises steps of placing shaped blank with possibility of its fixation and rotation; subjecting its peripheral portion to local shaping at temperature values no higher than 0.4 of its melting temperature but lower than temperature of planned recrystallization at rate 10-3-102s-1 1/s; performing local shaping at squeezing peripheral part of blank at least by means of one roller in direction of its generatrix onto mandrel simultaneously used for fixing central portion; setting time period of blank rotation relative to local tool no less than time period of intensive relaxation of stresses in deformed zones. Apparatus for making parts includes units for axial fixation and rotation of blank provided with attachments for mounting mandrels; at least one roller with roller holder and working furnace. The last has in its walls openings for introducing part of unit for fixing rollers. Actuating mechanisms are designed for rotating and moving rollers. Walls of furnace have movable portion arranged around opening for introducing roller with possibility of axial motion together with roller along the whole length of its working stroke. EFFECT: enhanced efficiency, enlarged manufacturing possibilities of method, simplified design of apparatus. 25 cl, 23 dwg

Description

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, в частности к способам получения точных заготовок деталей типа дисков сложной формы со значительными перепадами по толщине и диаметру, с глубокими нештампуемыми поднутрениями, изготовляемых из труднодеформируемых многофазных сплавов, в частности из жаропрочных никелевых сплавов. The invention relates to the field of metal forming, in particular to methods for producing precise workpieces of parts such as disks of complex shape with significant differences in thickness and diameter, with deep non-stampable undercuts made from hard to deform multiphase alloys, in particular from heat-resistant nickel alloys.

Известен способ изготовления деталей из труднодеформируемых сплавов методом штамповки мелкозернистой заготовки в условиях сверхпластичности, известный как "Gatorizing ТM" [1]. На первом этапе методом интенсивной пластической деформации (экструзия с большими вытяжками) изготавливают сверхпластичный полуфабрикат, который на втором этапе подвергается штамповке. Данный способ позволяет получать осесимметричные детали относительно сложной формы, например диски небольших диаметров с лопатками. Однако его возможности весьма ограничены недостатком метода штамповки, заключающегося в том, что практически каждое изделие изготавливается в соответствующем штампе. Поэтому с увеличением номенклатуры изделий растет количество дорогостоящих штампов. Кроме того, для реализации способа необходимо мощное прессовое оборудование и массивная дорогостоящая штамповая оснастка.A known method of manufacturing parts from difficult to deform alloys by stamping a fine-grained workpiece in superplastic conditions, known as "Gatorizing TM" [1]. At the first stage, the method of intensive plastic deformation (extrusion with large hoods) produces a superplastic semi-finished product, which is stamped in the second stage. This method allows to obtain axisymmetric parts of relatively complex shape, for example, disks of small diameters with blades. However, its capabilities are very limited by the disadvantage of the stamping method, which consists in the fact that almost every product is made in the corresponding stamp. Therefore, with an increase in the product range, the number of expensive dies is growing. In addition, for the implementation of the method requires a powerful press equipment and massive expensive die tooling.

Наиболее близким по технической сущности является способ изготовления сложнопрофильных осесимметричных деталей из труднодеформируемых многофазных сплавов, имеющих центральную и периферийную, преимущественно в виде обода, части, включающий установку спрофилированной заготовки с возможностью ее фиксации и вращения и локальное формообразование периферийной части при температурах выше 0,4 температуры плавления, но ниже температуры собирательной рекристаллизации, со скоростью 10-3-102c-1 посредством инструмента для локальной деформации в виде ролика, имеющего по меньшей мере три степени свободы [2].The closest in technical essence is a method of manufacturing complex axisymmetric parts from difficult to deform multiphase alloys having a central and peripheral, mainly in the form of a rim, part, including installing a profiled workpiece with the ability to fix and rotate it and local shaping of the peripheral part at temperatures above 0.4 temperature melting, but lower than the temperature of collective recrystallization, at a rate of 10 -3 -10 2 s -1 using a tool for local deformation in the form of a roller having at least three degrees of freedom [2].

Данный способ позволяет изготавливать сложные по конструкции осесимметричные детали. This method allows to produce axisymmetric parts of complex design.

В обобщенном виде благоприятное распределение напряженного состояния в заготовке отражает следующее соотношение:
σs>q≥στ(1)
где στ - напряжение течения материала заготовки в деформируемой зоне периферийной части;
σs - - сопротивление деформации материала заготовки в продеформированных зонах периферийной и центральной частей;
q - давление (удельное усилие) инструмента на заготовку.
In a generalized form, the favorable distribution of the stress state in the workpiece reflects the following relationship:
σ s > q≥σ τ (1)
where σ τ is the stress of the flow of the workpiece material in the deformable zone of the peripheral part;
σ s - is the deformation resistance of the workpiece material in the deformed zones of the peripheral and central parts;
q is the pressure (specific force) of the tool on the workpiece.

Однако существует большой класс осесимметричных деталей с центральной и периферийной частями, у которых периферийная часть отличается не только сложным профилем и развитой поверхностью, но по объему и площади поверхности существенно превосходит центральную часть. Кроме того, часто форма периферийной части является нештампуемой, поскольку имеет сужающуюся или с поднутрениями полость. Прототип не позволяет решить задачу получения таких деталей потому, что для формирования сложной по форме и развитой по площади поверхностью периферийной части необходимо прокатать массивную периферийную часть заготовки с большими степенями деформации. Это можно сделать лишь в условиях горячей деформации, включая сверхпластические, обеспечивающие высокие пластические свойства материала. Несмотря на то что в этих условиях напряжение течения металла мало, для деформации (смещения) массивного объема периферийной части требуются большие нагрузки - усилия и удельные усилия, которые тем больше, чем больше так называемый "жесткий конец" у деформируемой заготовки. В сущности жесткий конец в рассматриваемой прокатке это зона (стесненной) затрудненной деформации, характеризуемая расстоянием между его внешним и внутренним диаметрами. Ролики при прокатке оказывают давление на внутреннюю поверхность обода, но для того, чтобы заготовка увеличивалась в диаметре, очаг деформации должен быть развит до внешней поверхности обода. Чем больше это расстояние, тем с большим давлением (удельным усилием) должен воздействовать инструмент на заготовку. Величину жесткого конца можно оценить отношением вышеуказанных диаметров. Если это отношение больше значения 1,5 -1,8, то требуется приложить такие давления и усилия, которые приведут к изменению размеров и формы также и в уже ранее сформированной прокаткой тонкой части диска - в полотне. Примерно таким же значением ограничено отношение осевых размеров центральной и периферийной части, т.е. прокатываемого обода и прокатанного полотна. Следовательно, объем и масса прокатываемой периферийной части диска в целом также ограничены. However, there is a large class of axisymmetric parts with central and peripheral parts, in which the peripheral part differs not only in a complex profile and developed surface, but significantly exceeds the central part in volume and surface area. In addition, often the shape of the peripheral part is non-stampable because it has a tapering or undercut cavity. The prototype does not allow us to solve the problem of obtaining such parts because in order to form a peripheral part that is complex in shape and has an extensive surface area, it is necessary to roll a massive peripheral part of the workpiece with large degrees of deformation. This can only be done under conditions of hot deformation, including superplastic, providing high plastic properties of the material. Despite the fact that under these conditions, the flow stress of the metal is small, deformation (displacement) of the massive volume of the peripheral part requires large loads — forces and specific forces, which are greater, the greater the so-called “hard end” of the deformable workpiece. In essence, the hard end in the rolling under consideration is a zone of (constrained) difficult deformation, characterized by the distance between its outer and inner diameters. During rolling, the rollers exert pressure on the inner surface of the rim, but in order for the workpiece to increase in diameter, the deformation zone must be developed to the outer surface of the rim. The greater this distance, the greater pressure (specific force) the tool must act on the workpiece. The value of the hard end can be estimated by the ratio of the above diameters. If this ratio is greater than the value of 1.5 -1.8, then it is necessary to apply such pressures and forces that will lead to a change in size and shape also in the thin disk part already formed by rolling — in the sheet. The ratio of the axial dimensions of the central and peripheral parts, i.e. rolled rim and rolled web. Therefore, the volume and mass of the rolled peripheral part of the disk as a whole is also limited.

Используемые в прототипе приемы предотвращения деформации полотна не обеспечивают решение задачи прокатки заготовки с более массивной, чем это допустимо, периферийной частью. Так, в прототипе повышают сопротивление полотна упрочнением материала в результате его подстуживания. Однако степень возможного подстуживания ограничена теплопроводностью материала и опасностью переохлаждения деформируемой части до критических температур, при которых снижается пластичность сплава, растут напряжения течения и это вновь приводит к росту усилий деформации. В иных случаях нерегламентированное охлаждение приводит к разнозернистости. Нельзя также существенно уменьшить радиальную скорость деформирования, т. к. при этом уменьшится пятно контакта инструмента с заготовкой, очаг деформации, что в большей мере усилит влияние жесткого конца. Used in the prototype methods of preventing deformation of the canvas do not provide a solution to the problem of rolling the workpiece with a more massive than acceptable peripheral part. So, in the prototype increase the resistance of the fabric by hardening the material as a result of its undermining. However, the degree of possible reinforcement is limited by the thermal conductivity of the material and the danger of overcooling of the deformable part to critical temperatures at which the alloy ductility decreases, flow stresses increase and this again leads to an increase in deformation forces. In other cases, unregulated cooling leads to heterogeneity. It is also impossible to significantly reduce the radial deformation rate, since this will reduce the contact spot of the tool with the workpiece, the deformation zone, which will increase the effect of the hard end to a greater extent.

Одним из условий реализации локального формообразования по способу прототипа является наличие заготовки с подготовленной для сверхпластической деформации структурой. Подготовка мелкозернистой структуры осуществляется по отдельному достаточно трудоемкому технологическому процессу, связанному с необходимостью проведения интенсивной деформации заготовки. One of the conditions for the implementation of local shaping by the prototype method is the presence of a workpiece with a structure prepared for superplastic deformation. The preparation of a fine-grained structure is carried out according to a separate rather labor-intensive technological process associated with the need for intensive deformation of the workpiece.

Таким образом, при изготовлении сложнопрофильных крупногабаритных осесимметричных деталей из труднодеформируемых многофазных сплавов существует проблема получения точных деталей со сложной по форме и развитой периферийной частью. Thus, in the manufacture of complex, large-sized axisymmetric parts from difficult to deform multiphase alloys, there is a problem of obtaining accurate parts with a complex shape and developed peripheral part.

Задачей данного изобретения является создание способа изготовления из многофазных сплавов сложнопрофильных осесимметричных деталей с центральной и развитой периферийной частями при обеспечении высокой производительности формообразования. The objective of the invention is to provide a method for manufacturing of multiphase alloys of complex axisymmetric parts with central and developed peripheral parts while ensuring high productivity of forming.

Кроме того, задачей способа является расширение технологических возможностей за счет использования как заготовок с мелкозернистой, так и с крупнозернистой структурой и соответствующего структуре режима деформации. In addition, the objective of the method is the expansion of technological capabilities through the use of both workpieces with a fine-grained and coarse-grained structure and the corresponding structure of the deformation mode.

Поставленная задача решается тем, что в известном способе изготовления сложнопрофильных осесимметричных деталей из труднодеформируемых многофазных сплавов, имеющих центральную и периферийную, преимущественно в виде обода, части, включающем установку спрофилированной заготовки с возможностью ее фиксации и вращения и локальное формообразование периферийной части при температурах выше 0,4 температуры плавления, но ниже температуры собирательной рекристаллизации, со скоростью 10-3-102c-1 посредством инструмента для локальной деформации в виде ролика, имеющего по меньшей мере три степени свободы, локальное формообразование осуществляют обжатием периферийной части спрофилированной заготовки в направлении ее образующей посредством по меньшей мере одного ролика на оправке, служащей одновременно для фиксации центральной части спрофилированной заготовки, при этом период вращения заготовки относительно локального инструмента задают не меньшим времени интенсивной релаксации напряжений в деформируемых участках.The problem is solved in that in the known method of manufacturing complex axisymmetric parts from difficult to deform multiphase alloys having a central and peripheral, mainly in the form of a rim, part, including the installation of a profiled workpiece with the possibility of its fixation and rotation and local shaping of the peripheral part at temperatures above 0, 4 melting points, but lower than the temperature of collective recrystallization, at a rate of 10 -3 -10 2 s -1 using a tool for local deformation in the form of a roller having at least three degrees of freedom, local shaping is carried out by compressing the peripheral part of the profiled workpiece in the direction of its forming by means of at least one roller on a mandrel that serves simultaneously to fix the central part of the profiled workpiece, while the rotation period of the workpiece relative to the local tool set no less than the time of intense relaxation of stress in deformable areas.

Локальное формообразование осуществляют с помощью оправки, диаметр которой соответствует внутреннему диаметру периферийной части спрофилированной заготовки, при этом используют заготовку, по меньшей мере часть спрофилированной периферийной части которой имеет внешний диаметр, превышающий диаметр готовой детали. Local shaping is carried out using a mandrel, the diameter of which corresponds to the inner diameter of the peripheral part of the profiled workpiece, using a workpiece, at least part of the profiled peripheral part of which has an external diameter exceeding the diameter of the finished part.

Локальное формообразование осуществляют с помощью оправки, диаметр которой соответствует внешнему диаметру спрофилированной заготовки, при этом используют заготовку, по меньшей мере часть спрофилированной периферийной части которой имеет внутренний диаметр, меньший диаметра готовой детали:
период вращения заготовок из алюминиевых сплавов выбирают не более 0,25 с;
период вращения заготовок из титановых и жаропрочных никелевых сплавов выбирают в пределах 0,25-100 с;
период вращения для заготовок с крупнозернистой структурой выбирают в пределах 50-100 с;
период вращения для заготовок с мелкозернистой структурой выбирают в пределах 10-50 с;
период вращения для заготовок с субмикрокристаллической структурой выбирают в пределах 0,25-10 с;
локальное формообразование осуществляют за одну или несколько операций, количество которых выбирают в зависимости от предварительного профилирования исходной заготовки и ее структуры;
в качестве исходной берут заготовку с подготовленной для сверхпластической деформации структурой, спрофилированную в виде стакана, локальное формообразование выполняют за одну операцию;
в качестве исходной берут заготовку с подготовленной для сверхпластической деформации структурой, спрофилированную в виде центральной части и периферийного выступа, локальное формообразование выполняют за две операции, причем на первой операции получают заготовку в виде стакана;
в качестве исходной берут заготовку с крупнозернистой структурой, спрофилированную в виде центральной части и периферийного толстостенного выступа, локальное формообразование выполняют за две операции, причем на первой операции получают заготовку в виде стакана с обжатием периферийной части на 50-75% в температурно-скоростных условиях сверхпластичности;
первую операцию формообразования осуществляют за несколько переходов с использованием реверса перемещения ролика;
используют сборно-разборную оправку;
температуру на деформирующих поверхностях оправки поддерживают в температурном интервале сверхпластичности материала заготовки;
при получении детали типа стакан с монотонно сужающимся профилем осуществляют дополнительную операцию локального формообразования периферийной части заготовки с использованием одного ролика;
при получении детали типа стакан с монотонно сужающимся профилем локальное формообразование периферийной части осуществляют с использованием одного ролика и оправки с наружным диаметром, равным минимальному внутреннему диаметру периферийной части детали;
осуществляют дополнительную операцию локального формообразования периферийной части заготовки с использованием двух роликов, расположенных с разных сторон формируемой стенки;
осуществляют дополнительную операцию локального формообразования периферийной части заготовки с использованием двух роликов, расположенных с разных сторон формируемой стенки, и оправки, причем на первой операции с использованием ролика и оправки, а на последующей - роликов;
при локальном формообразовании деталей из жаропрочных никелевых сплавов обеспечивают температуру нагрева на деформируемой поверхности периферийной части заготовки в интервале от температуры деформации до температуры, превышающей нижний температурный порог сверхпластичности для мелкозернистого материала.
Local shaping is carried out using a mandrel, the diameter of which corresponds to the outer diameter of the profiled workpiece, using a workpiece, at least part of the profiled peripheral part of which has an inner diameter smaller than the diameter of the finished part:
the rotation period of the billets of aluminum alloys is selected no more than 0.25 s;
the rotation period of the workpieces made of titanium and heat-resistant nickel alloys is chosen in the range of 0.25-100 s;
the rotation period for preforms with a coarse-grained structure is selected within 50-100 s;
the rotation period for preforms with a fine-grained structure is selected within 10-50 s;
the rotation period for preforms with a submicrocrystalline structure is chosen within 0.25-10 s;
local shaping is carried out in one or more operations, the amount of which is selected depending on the preliminary profiling of the initial workpiece and its structure;
as the initial take a workpiece with a structure prepared for superplastic deformation, profiled in the form of a glass, local shaping is performed in one operation;
as the initial take a workpiece with a structure prepared for superplastic deformation, profiled in the form of a Central part and a peripheral protrusion, local shaping is performed in two operations, and in the first operation receive the workpiece in the form of a glass;
as the initial take a preform with a coarse-grained structure, profiled in the form of a central part and a peripheral thick-walled protrusion, local shaping is performed in two operations, and in the first operation, a preform is prepared in the form of a glass with compression of the peripheral part by 50-75% under temperature and speed conditions of superplasticity ;
the first shaping operation is carried out in several transitions using the reverse movement of the roller;
use a collapsible mandrel;
the temperature on the deforming surfaces of the mandrel is maintained in the temperature range of the superplasticity of the workpiece material;
upon receipt of a glass type part with a monotonously tapering profile, an additional operation of local shaping of the peripheral part of the preform is carried out using one roller;
upon receipt of a glass type part with a monotonously tapering profile, the local peripheral part is formed using one roller and a mandrel with an outer diameter equal to the minimum inner diameter of the peripheral part of the part;
carry out an additional operation of local shaping of the peripheral part of the workpiece using two rollers located on different sides of the formed wall;
carry out an additional operation of local shaping of the peripheral part of the workpiece using two rollers located on different sides of the formed wall and the mandrel, moreover, in the first operation using a roller and mandrel, and in the subsequent operation, rollers;
when forming parts from heat-resistant nickel alloys locally, they provide a heating temperature on the deformable surface of the peripheral part of the workpiece in the range from the deformation temperature to a temperature that exceeds the lower temperature threshold of superplasticity for fine-grained material.

Известно устройство для изготовления сложнопрофильных осесимметричных деталей, имеющих центральную и периферийную, преимущественно в виде обода, части из труднодеформируемых многофазных сплавов, содержащее узлы осевой фиксации и вращения заготовки, которые оснащены приспособлениями для установки оправок, и по меньшей мере один ролик с роликодержателем, рабочую печь с отверстиями в стенках для ввода части узла фиксации роликов и исполнительные механизмы для обеспечения вращения и перемещения роликов [2]. A device for the manufacture of complex axisymmetric parts having a central and peripheral, mainly in the form of a rim, parts of difficult to deform multiphase alloys, containing axial fixation and rotation of the workpiece, which are equipped with devices for installing mandrels, and at least one roller with a roller holder, a working furnace with holes in the walls to enter part of the fixing unit of the rollers and actuators to ensure rotation and movement of the rollers [2].

В данном устройстве используется большое число приводных роликов, любые движения, в том числе вращение, которые требуют согласования как между собой, так и с вращением детали. Последнее значительно усложняет конструкцию, увеличивает количество исполнительных механизмов, усложняет систему управления и контроля. Невозможно удовлетворительное согласование скоростей вращения роликов в случае раскатки заготовок, имеющих поднутрения, так называемые нештампуемые профили. This device uses a large number of drive rollers, any movements, including rotation, which require coordination both with each other and with the rotation of the part. The latter significantly complicates the design, increases the number of actuators, complicates the control and monitoring system. It is impossible to satisfactorily coordinate the speeds of rotation of the rollers in the case of rolling blanks having undercuts, the so-called non-stamped profiles.

Кроме того, для того чтобы осуществить деформацию центральной части - вала требуется введение в печь консольных роликов на большую глубину. Это возможно только для деталей очень простой конфигурации типа вала. In addition, in order to deform the central part - the shaft, the introduction of cantilever rollers into the furnace to a great depth is required. This is only possible for parts with a very simple shaft type configuration.

Устройство не может быть использовано для деталей, имеющих развитую периферийную часть в виде сложнопрофильного тонкостенного обода, имеющего поднутрения и значительные перепады по диаметру в осевом направлении. The device cannot be used for parts having a developed peripheral part in the form of a complex profile thin-walled rim having undercuts and significant differences in diameter in the axial direction.

Задачей изобретения является обеспечение возможности изготовления деталей типа диск, обечайка, имеющих развитую периферийную часть в виде сложнопрофильного тонкостенного обода, имеющего поднутрения и значительные перепады по диаметру в осевом направлении при одновременном упрощении устройства. The objective of the invention is to provide the possibility of manufacturing parts such as a disk, a shell having a developed peripheral part in the form of a complex thin-walled rim having undercuts and significant differences in diameter in the axial direction while simplifying the device.

Для решения поставленной задачи в известном устройстве для изготовления сложнопрофильных осесимметричных деталей, имеющих центральную и периферийную, преимущественно в виде обода, части из труднодеформируемых многофазных сплавов, содержащем узлы осевой фиксации и вращения заготовки, которые оснащены приспособлениями для установки оправок, и по меньшей мере один ролик с роликодержателем, рабочую печь с отверстиями в стенках для ввода части узла фиксации роликов и исполнительные механизмы для обеспечения вращения и перемещения роликов, стенки печи выполнены с подвижной частью, расположенной вокруг отверстия для ввода ролика с возможностью перемещения в осевом направлении вместе с роликом на всю длину заданного рабочего хода ролика. To solve the problem in a known device for the manufacture of complex axisymmetric parts having a central and peripheral, mainly in the form of a rim, parts of difficult to deform multiphase alloys containing axial fixation and rotation of the workpiece, which are equipped with devices for installing mandrels, and at least one roller with a roller holder, a working furnace with holes in the walls to enter part of the roller fixing unit and actuators to ensure rotation and movement of the roller in, the furnace wall formed with a movable portion disposed around the opening for the entry roller to be movable in the axial direction together with the roller over the entire length predetermined stroke video.

Узел фиксации оснащен приспособлениями для установки сборно-разборных оправок. The fixing unit is equipped with devices for installing collapsible mandrels.

Узел фиксации снабжен валом и втулками для передачи крутящего момента на заготовку. The fixing unit is equipped with a shaft and bushings for transmitting torque to the workpiece.

Роликодержатель дополнительно снабжен теплозащитным экраном. Рабочая печь дополнительно снабжена отдельной камерой для размещения в ней инструмента и предварительного его нагрева. The roller holder is additionally equipped with a heat shield. The working furnace is additionally equipped with a separate chamber for placing the tool in it and preheating it.

Камера совмещена с подвижной частью стенки печи. The chamber is combined with the movable part of the furnace wall.

В результате обеспечивается создание благоприятного распределения напряженно-деформированных состояний (НДС) в заготовке, при которых в деформируемой зоне напряжения достаточны для пластического течения материала в заданном инструментом направлении, а в остальных меньше уровня, вызывающего пластическую деформацию. При этом под благоприятным НДС понимается не только соответствие величин деформации приобретаемой форме, но также формирование или сохранение при этом необходимой деформационной структуры, в частности без накопления опасных для формообразования или эксплуатации дефектов и по возможности обеспечения ее однородности. The result is the creation of a favorable distribution of stress-strain states (SSS) in the workpiece, in which the stress in the deformable zone is sufficient for plastic flow of the material in the direction specified by the tool, and in the rest it is less than the level that causes plastic deformation. At the same time, favorable VAT means not only the compliance of the strain values with the acquired form, but also the formation or preservation of the necessary deformation structure, in particular, without accumulation of defects dangerous for shaping or operation and, if possible, ensuring its uniformity.

Оценим влияние геометрических факторов - размеров смещаемого объема заготовки и скорости деформации - на соотношение (1), отражающее в обобщенном виде благоприятное распределение НДС. Let us evaluate the influence of geometric factors - the dimensions of the displaced volume of the workpiece and the strain rate - on relation (1), which reflects in a generalized way the favorable distribution of VAT.

Средняя величина давления q, оказываемого роликом на заготовку, определяется как
q=F/S, (2)
где S - площадь контакта инструмента с заготовкой, F - полное усилие инструмента на заготовку в пятне контакта.
The average pressure q exerted by the roller on the workpiece is determined as
q = F / S, (2)
where S is the contact area of the tool with the workpiece, F is the total force of the tool on the workpiece in the contact spot.

Величину этого усилия можно представить также через внутренние напряжения в деформируемом теле
F = nσσiS, (3)
где nσ - коэффициент напряженного состояния. Он зависит от величины жесткого конца, σi - интенсивность внутренних напряжений.
The magnitude of this effort can also be represented through internal stresses in the deformable body.
F = n σ σ i S, (3)
where n σ is the stress coefficient. It depends on the value of the hard end, σ i is the intensity of internal stresses.

С достаточной корректностью для инженерного анализа можно принять, что деформация с заданной скоростью в деформируемой периферийной части происходит тогда, когда интенсивность напряжений σi достигнет некоторой величины στ - напряжения течения. Причем στ - зависит от скорости деформации ξ
στ = Kξm, (4)
где К - эмпирический коэффициент, m - скоростная чувствительность напряжения течения.
With sufficient accuracy for engineering analysis, it can be accepted that deformation with a given speed in the deformable peripheral part occurs when the stress intensity σ i reaches a certain value of σ τ - flow stress. Moreover, σ τ - depends on the strain rate ξ
σ τ = Kξ m , (4)
where K is the empirical coefficient, m is the velocity sensitivity of the flow stress.

Используя выражения (2), (3) и (4), получим
q = nσm. (5)
В последних уравнениях ξ - это средняя за один оборот (за период вращения заготовки относительно ролика) скорость деформации каждого локального участка. Мгновенную скорость ξm деформации участка можно определить как
ξm = V/L, (6)
где V - скорость набегания металла заготовки на инструмент, L - длина контакта заготовки с инструментом в направлении набегания.
Using expressions (2), (3) and (4), we obtain
q = n σm . (5)
In the latest equations, ξ is the average for one revolution (over the period of rotation of the workpiece relative to the roller) the strain rate of each local section. The instantaneous strain rate ξ m of the section can be defined as
ξ m = V / L, (6)
where V is the speed of run-up metal of the workpiece on the tool, L is the contact length of the workpiece with the tool in the run-in direction.

При постоянной величине обжатия инструмента (в направлении к оси в предлагаемом способе и между роликами в прототипе) скорость V состоит из двух компонент: Vτ - окружной скорости вращения заготовки и Va - осевой скорости смещения инструмента (для прототипа это радиальная скорость - Vr). В скалярном виде уравнение линейных скоростей можно записать как V = (V 2 τ +V 2 a )1/2. С учетом последнего получим:
ξm = V/L = (V 2 τ +V 2 a )1/2/L (7)
Средняя скорость за оборот составит:
ξ = ξmΔt/T, (8)
где Δt - время нахождения локального участка (пятна контакта) под инструментом, Т - период вращения заготовки.
With a constant value of tool crimping (towards the axis in the proposed method and between the rollers in the prototype), the speed V consists of two components: V τ is the peripheral speed of rotation of the workpiece and V a is the axial velocity of the tool (for the prototype, this is the radial speed - V r ) In a scalar form, the linear velocity equation can be written as V = (V 2 τ + V 2 a ) 1/2 . Given the latter we get:
ξ m = V / L = (V 2 τ + V 2 a ) 1/2 / L (7)
The average speed per revolution will be:
ξ = ξ m Δt / T, (8)
where Δt is the time spent by the local area (contact spots) under the tool, T is the period of rotation of the workpiece.

В свою очередь T = Δt+τ, где τ - время холостого пробега деформируемого участка, причем τ>>Δt, поэтому можно принять, что T≅τ, тогда ξ≈ξmΔt/τ.
Используемые параметры между собой связаны так: -Δt = L/Vr; Vr = ωR; ω = 2π/T, где ω - угловая скорость, R - текущий радиус деформации периферийной части, π≈3,14.
Отсюда мгновенную и среднюю скорость можно соответственно представить как:

Figure 00000002

ξ≈τ-1•[1+(Va/Vτ)2]1/2. (10)
После подстановки выражения (10) в выражение (5) получим:
q≅K•nσ•τ-m•[1+(Va/Vτ)2]m/2, (11)
или, если учесть, что Vτ = ωR; а ω = 2π/T в другом виде:
q≅K•nσ•τ-m•[1+(Vaτ/2πR)2]m/2 (12)
Выражение (12) справедливо для предлагаемого способа и для прототипа, только в последнем случае вместо Va надо подставит скорость Vr.In turn, T = Δt + τ, where τ is the idle travel time of the deformable section, and τ >> Δt, therefore, we can assume that T≅τ, then ξ≈ξ m Δt / τ.
The parameters used are interconnected as follows: -Δt = L / V r ; V r = ωR; ω = 2π / T, where ω is the angular velocity, R is the current radius of deformation of the peripheral part, π≈3.14.
Hence, the instantaneous and average speeds can be respectively represented as:
Figure 00000002

ξ≈τ -1 • [1+ (V a / V τ ) 2 ] 1/2 . (10)
After substituting expression (10) into expression (5), we obtain:
q≅K • n σ • τ -m • [1+ (V a / V τ ) 2 ] m / 2 , (11)
or, taking into account that V τ = ωR; and ω = 2π / T in another form:
q≅K • n σ • τ -m • [1+ (V a τ / 2πR) 2 ] m / 2 (12)
Expression (12) is true for the proposed method and for the prototype, only in the latter case, instead of V a, it is necessary to substitute the speed V r .

В выражении (12) величина выражения, заключенная в квадратных скобках, близка к единице, поскольку при формообразовании крупногабаритных деталей длина окружности (2πR) существенно превосходит величину подачи инструмента за оборот (Vaτ) и, следовательно, отношение (Vaτ/2πR)2 это малая величина.In expression (12), the value of the expression, enclosed in square brackets, is close to unity, because when forming large parts, the circumference (2πR) significantly exceeds the tool feed per revolution (V a τ) and, therefore, the ratio (V a τ / 2πR ) 2 is a small quantity.

После упрощения (12) получим:
q≅K•nσ•τ-m (13)
Таким образом, общее для рассматриваемого способа и прототипа уравнение (13) показывает, что если не принимать во внимание коэффициенты К и m, отражающие влияние структуры, а это вполне допустимо при горячей деформации в условиях СПД, то давление зависит от периода -τ. Так как τ расположен в знаменателе, то с его ростом q - уменьшается, а при уменьшении q растет. Однако изменение периода неодинаково влияет на q для предлагаемого способа и прототипа из-за коэффициента nσ. Так уменьшение периода в предлагаемом способе ведет к обратно пропорциональному росту q, т.к. жесткий конец здесь не влияет на q и коэффициент nσ - это практически постоянное число, близкое по значению к единице.
After simplification (12) we get:
q≅K • n σ • τ -m (13)
Thus, the equation (13) common to the method and prototype under consideration shows that if we do not take into account the coefficients K and m, which reflect the influence of the structure, and this is quite acceptable for hot deformation under SPD conditions, then the pressure depends on the period -τ. Since τ is located in the denominator, with its growth q - decreases, and with decreasing q it grows. However, the change in the period does not equally affect q for the proposed method and prototype due to the coefficient n σ . So the reduction of the period in the proposed method leads to an inversely proportional increase in q, because the hard end here does not affect q and the coefficient n σ is an almost constant number close to unity in value.

В прототипе давление зависит от размеров жесткого конца и очага деформации. При этом коэффициент nσ нелинейным образом зависит от этих параметров. С ростом скорости деформации увеличивается значение напряжений, действующих в деформируемой области. В результате изменяется интенсивность этих напряжений σi, и для того чтобы она вновь достигла повышенного значения напряжения течения στ, соответствующей увеличенной скорости, необходимо дополнительно увеличить давление инструмента.In the prototype, the pressure depends on the dimensions of the rigid end and the deformation zone. The coefficient n σ nonlinearly depends on these parameters. With increasing strain rate, the value of stresses acting in the deformable region increases. As a result, the intensity of these stresses σ i changes, and in order for it to again reach the increased value of the flow stress σ τ corresponding to the increased speed, it is necessary to additionally increase the tool pressure.

Поэтому в итоге с увеличением скорости деформации давление увеличивается непросто вследствие увеличения напряжения течения, обусловленного этой скоростью, а также и из-за влияния жесткого конца. Это влияние и отражает коэффициент nσ, который изменяется в пределах от 2 до 5. Следовательно, одно и то же удельное усилие инструмента на заготовку, соответствующее условию (1), в предлагаемом способе обеспечивает больший уровень напряжения течения στ в периферийной части и соответственно большую скорость деформации и производительность по сравнению с прототипом.Therefore, as a result, with an increase in the strain rate, the pressure increases uneasyly due to an increase in the flow stress due to this speed, and also due to the influence of the hard end. This influence reflects the coefficient n σ , which varies from 2 to 5. Therefore, the same specific tool force on the workpiece corresponding to condition (1) in the proposed method provides a higher level of flow stress σ τ in the peripheral part and, accordingly, greater deformation rate and performance compared to the prototype.

Таким образом отсутствие взаимного влияния периода и коэффициента напряженного состояния позволяет существенно увеличить эффект повышения напряжения от уменьшения периода вращения в предлагаемом способе при соблюдении условия (1). Thus, the absence of the mutual influence of the period and the stress state coefficient can significantly increase the effect of increasing the voltage from reducing the rotation period in the proposed method, subject to condition (1).

При этом в предлагаемом способе производительность можно увеличить не только за счет уменьшения периода вращения заготовки, но за счет изменения соотношения между скоростями Va/Vτ. В прототипе этого сделать, как было отмечено ранее, нельзя, т.к. при уменьшении Vr. усиливается влияние схемы напряженного состояния, а при увеличении Vτ - возрастает, как будет показано ниже, момент, приводящий к деформации сформированной части.Moreover, in the proposed method, productivity can be increased not only by reducing the rotation period of the workpiece, but by changing the ratio between the speeds V a / V τ . In the prototype, this can not be done, as noted earlier, because with decreasing V r . the influence of the stress state scheme is enhanced, and with an increase in V τ , the moment leading to deformation of the formed part increases, as will be shown below.

Выбор периода вращения связан с особенностями деформации при локальном формообразовании периферийной части. The choice of the rotation period is associated with the features of deformation during local shaping of the peripheral part.

Характер деформации в предлагаемом решении таков, что каждый участок деформируемой периферийной части неоднократно подвергается циклическому воздействию инструмента вследствие того, что заготовка вращается относительно инструмента, а инструмент последовательно движется в направлении образующей периферийной части. Во время непосредственного воздействия инструмента в пределах локального очага деформации в нем действуют сдвигающие напряжения, смещающие материал заготовки в заданном инструментом направлении. После выхода любого участка из контакта с инструментом и в течение его холостого пробега до повторного воздействия инструмента происходит релаксация материала, и наведенные инструментом напряжения снижаются. На микроструктурном уровне во время релаксации уменьшается плотность дефектов, например, вследствие аннигиляции дислокаций. Поскольку очаг деформации на участке воздействия инструмента превышает, особенно для мелкозернистой структуры, зону непосредственного контакта заготовки с инструментом, т.е. протяженность очага в направлении образующей заметно больше, чем величина подачи инструмента за оборот, то часть материала при вращении заготовки относительно инструмента повторно вновь и вновь подвергается воздействию инструмента. При вращении заготовки с периодом, не превышающим время интенсивной релаксации, напряжения снижаются в несколько раз, и в материале не успевают накапливаться дефекты, существенно изменяющие его структурное состояние и механические свойства, в частности напряжение сдвига и пластичность. Доказательством этому являются специально выполненные эксперименты. В них определяли время интенсивной релаксации напряжений течения после разгрузки при растяжении образца. При этом также сопоставляли уровни пластичности и напряжений течения образцов, подвергнутых непрерывному растяжению и прерывистому (циклическому) растяжению. При этом прерывистое растяжение выполняли с разгрузкой образца с временем отдыха большим, чем время интенсивной релаксации напряжений. Было установлено, что в высокожаропрочном сплаве за время порядка 1-5 с напряжения падают в несколько раз. Кроме того, уровень напряжения у циклически деформированного с заданным периодом образца был примерно такой же, как и у подвергнутого непрерывной деформации, а относительное удлинение в 1,5-2 раза больше. The nature of the deformation in the proposed solution is such that each section of the deformable peripheral part is repeatedly subjected to cyclic action of the tool due to the fact that the workpiece rotates relative to the tool and the tool moves sequentially in the direction of the forming peripheral part. During the direct action of the tool within the local deformation zone, shear stresses act in it, displacing the workpiece material in the direction specified by the tool. After any area comes out of contact with the tool and during its idle run until the tool is exposed again, the material relaxes and the stresses induced by the tool are reduced. At the microstructural level, the density of defects decreases during relaxation, for example, due to annihilation of dislocations. Since the deformation zone at the tool impact area exceeds, especially for a fine-grained structure, the zone of direct contact of the workpiece with the tool, i.e. the length of the focus in the direction of the generatrix is noticeably greater than the feed rate of the tool per revolution, then part of the material when the workpiece rotates relative to the tool is repeatedly exposed to the tool again and again. When the workpiece rotates with a period not exceeding the time of intensive relaxation, the stresses decrease several times, and defects that significantly change its structural state and mechanical properties, in particular, shear stress and ductility, do not have time to accumulate in the material. Proof of this are specially performed experiments. They determined the time of intense relaxation of flow stresses after unloading under tension of the sample. At the same time, the levels of plasticity and flow stresses of the samples subjected to continuous stretching and intermittent (cyclic) stretching were compared. In this case, intermittent tension was performed with unloading the sample with a rest time longer than the time of intense stress relaxation. It was found that in a high-temperature-resistant alloy, stresses drop several times over a time of the order of 1-5 s. In addition, the stress level of a sample cyclically deformed with a given period was approximately the same as that of a subjected to continuous deformation, and the relative elongation was 1.5-2 times greater.

В прототипе при уменьшении периода вращения заготовки относительно детали возрастет тангенциальная компонента Fτ усилия, образующая момент. Этот момент вместе с радиальной компонентой Fr действуют в одной плоскости прокатки, соответственно скручивая и растягивая полотно в его минимальном сечении. Существенно уменьшить компоненту Fr нельзя, поскольку очаг деформации должен быть развитым. Поэтому при уменьшении периода возрастет сумма сил, действующих на продеформированную часть.In the prototype, with a decrease in the rotation period of the workpiece relative to the part, the tangential component F τ of the force will increase, forming the moment. This moment together with the radial component F r act in the same rolling plane, respectively twisting and stretching the sheet in its minimum section. It is impossible to significantly reduce the component F r , since the deformation zone must be developed. Therefore, with a decrease in the period, the sum of the forces acting on the deformed part will increase.

В предлагаемом способе увеличение Fτ из-за скоростного упрочнения не существенно сказывается на росте напряжений в сформированной части, т.к. это усилие меньше, чем в прототипе, поскольку меньше в соответствующем направлении площадь контакта. Другая компонента - осевое усилие Fa также не столь велика и может быть задана в пределах необходимой величины двумя приемами, причем первый за счет выбора q в соответствии с выше рассмотренными соотношениями, а второй прием за счет варьирования S, поскольку способ может реализовывается как за один переход (большое S), так и за несколько переходов (малое S), поскольку здесь нет влияния жесткого конца. Следовательно, в предлагаемом способе легче выполнить условие (1).In the proposed method, an increase in F τ due to high-speed hardening does not significantly affect the growth of stresses in the formed part, because this force is less than in the prototype, since the contact area is smaller in the corresponding direction. The other component, the axial force F a, is also not so large and can be set within the required value in two steps, the first one due to the choice of q in accordance with the above relations, and the second one due to the variation of S, since the method can be implemented in one transition (large S), and for several transitions (small S), since there is no influence of the hard end. Therefore, in the proposed method, it is easier to fulfill condition (1).

Таким образом, признак, заключающийся в том, что вращение заготовки осуществляется с периодом, не превышающим времени интенсивной релаксации деформированных участков, является одним из основных и достаточных для создания благоприятного деформированного состояния материала, позволяющего без накопления дефектов деформировать его с большими степенями деформации, и одним из необходимых для решения поставленной задачи. Thus, the sign that the workpiece is rotated with a period not exceeding the time of intensive relaxation of the deformed sections is one of the main and sufficient to create a favorable deformed state of the material that allows it to deform with large degrees of deformation without accumulating defects, and one from necessary to solve the problem.

Для повышения производительности и соблюдения соотношения (1) - т.е. благоприятного НДС выгодно уменьшить период вращения заготовки до времени релаксации и уменьшить осевую скорость перемещения инструмента за период, т. е. подачу инструмента на каждый оборот заготовки. Линейная скорость перемещения инструмента при этом будет определяться произведением числа оборотов на подачу за оборот. Кроме того, при уменьшении осевой скорости также уменьшится соответствующая сила, которая действует как растягивающая по отношению к сформированной зоне периферийной части, т. е. улучшатся условия для выполнения соотношения (1). To increase productivity and comply with relation (1) - i.e. favorable VAT, it is advantageous to reduce the period of rotation of the workpiece to the relaxation time and to reduce the axial velocity of the tool over the period, i.e., the feed of the tool for each revolution of the workpiece. The linear tool speed will be determined by the product of the number of revolutions per feed per revolution. In addition, with a decrease in the axial velocity, the corresponding force, which acts as tensile with respect to the formed zone of the peripheral part, will also decrease, i.e., the conditions for fulfilling relation (1) will improve.

Использование в способе в качестве оправки пинолей улучшает НДС по крайней мере при деформировании периферийной части заготовок с крупнозернистой структурой, у которой напряжение течения больше, чем у мелкозернистой структуры. Этому способствуют силы трения, направленные в противоположную сторону вышерассмотренным силам, стремящимся изменить форму и размеры продеформированной периферийной части. The use of pins in the method as a mandrel improves the VAT at least when deforming the peripheral part of preforms with a coarse-grained structure, in which the flow stress is greater than that of a fine-grained structure. This is facilitated by friction forces directed in the opposite direction to the forces considered above, which tend to change the shape and dimensions of the deformed peripheral part.

Наконец отметим, что формирование периферийной части в направлении ее образующей прием не единственный и однозначно возможный для локального формообразования деталей с развитой периферийной частью. Такие детали могут быть изготовлены и по другой схеме и из заготовки спрофилированной иначе, чем в предлагаемом способе. В частности, из заготовки, периферийная часть которой спрофилирована в плоскости центральной части, которую затем ротационным обжатием можно "уложить" на оправку. Однако такой путь не обеспечивает решение задачи. Более того, в процессе предварительного формирования периферийной части, например той же прокаткой, до необходимых размеров этому помешают все недостатки, присущие прототипу. Finally, we note that the formation of the peripheral part in the direction of its generatrix is not the only and unequivocally possible for the local shaping of parts with a developed peripheral part. Such parts can be made according to another scheme and from a preform profiled differently than in the proposed method. In particular, from a workpiece, the peripheral part of which is profiled in the plane of the central part, which can then be "laid" on a mandrel by rotary compression. However, this way does not provide a solution to the problem. Moreover, in the process of preliminary formation of the peripheral part, for example by the same rolling, to the required size, all the disadvantages inherent in the prototype prevent this.

В дополнительных пунктах время релаксации зависит от ряда факторов, температуры, природы сплава, структуры. Чем выше температура сверхпластической деформации (СПД) и мельче размер зерен, тем быстрее протекают процессы релаксации напряжений. При этом, например, для жаропрочных сплавов при деформации при температуре, соответствующей нижнему интервалу СПД, требуется больший период, а для мелкозернистых обычных сплавов, деформируемых при высокой температуре СПД, короткий период - 5. Для титановых сплавов 5, а для алюминиевых сплавов 0,25. In additional points, the relaxation time depends on a number of factors, temperature, nature of the alloy, and structure. The higher the superplastic deformation temperature (SPD) and the smaller the grain size, the faster the stress relaxation processes. At the same time, for example, for heat-resistant alloys during deformation at a temperature corresponding to the lower SPD interval, a longer period is required, and for fine-grained ordinary alloys that are deformed at a high SPD temperature, a short period is 5. For titanium alloys 5, and for aluminum alloys 0, 25.

Относительно малые периоды повторных воздействий при формировании периферийной части являются особенно благоприятными для локальной деформации заготовок с мелкозернистой структурой, поскольку в ней быстро протекают процессы релаксации и такая структура обеспечивает высокую технологическую пластичность материала заготовки. Влияние природы сплава на период вращения и время релаксации неоднозначно, в многофазных жаропрочных сплавах на основе никеля или титана время релаксации больше, чем, например, в алюминиевых сплавах. Однако первые материалы имеют низкую теплопроводность по сравнению со вторым. Т. е. местное повышение температуры вследствие деформации может ускорить релаксацию, в то же время выделенное тепло не должно привести к недопустимому перегреву. Экспериментальная проверка показала, что период вращения при формообразовании титановых и жаропрочных заготовок должен быть не выше 100 с. Relatively small periods of repeated actions during the formation of the peripheral part are especially favorable for local deformation of workpieces with a fine-grained structure, since relaxation processes proceed rapidly in it and this structure provides high technological plasticity of the workpiece material. The influence of the nature of the alloy on the rotation period and relaxation time is ambiguous; in multiphase heat-resistant alloys based on nickel or titanium, the relaxation time is longer than, for example, in aluminum alloys. However, the first materials have low thermal conductivity compared to the second. That is, a local temperature increase due to deformation can accelerate relaxation, at the same time, the heat released should not lead to unacceptable overheating. Experimental verification showed that the rotation period during the shaping of titanium and heat-resistant billets should not be higher than 100 s.

Другие дополнительные существенные признаки также развивают и уточняют возможности решения поставленной задачи. Other additional significant features also develop and clarify the possibilities of solving the problem.

В соответствии со способом формообразование периферийной части производится посредством оправки. According to the method, the peripheral part is shaped by a mandrel.

Наличие трения на развитой контактной поверхности между заготовкой и оправкой в предлагаемом способе в отличие от прототипа позволяет при меньших контактных напряжениях (давлении прижатия) обеспечить вращение заготовки при локальном формообразовании. Более того, в предлагаемом способе только одна из тройки векторов сил деформации оказывает воздействие в виде момента на центральную часть. Однако напряжения в центральной части от этого момента небольшие, поскольку они в отличие от прототипа снижаются большим значением полярного момента сопротивления центрального сечения. The presence of friction on the developed contact surface between the workpiece and the mandrel in the proposed method, in contrast to the prototype, allows for lower contact stresses (pressing pressure) to ensure the rotation of the workpiece with local shaping. Moreover, in the proposed method, only one of the three vectors of strain forces exerts an impact in the form of a moment on the central part. However, the stresses in the central part from this moment are small, since they, in contrast to the prototype, are reduced by a large value of the polar moment of resistance of the central section.

При изготовлении деталей, периферийная зона которых образует форму сужающегося стакана относительно полотна, деформацию периферийной зоны выполняют за два этапа сначала с получением формы в виде несужающегося стакана с диаметром, не меньшим диаметра дна, а затем обжатием на разборной оправке или без оправки посредством вытяжки стенок до окончательных размеров. In the manufacture of parts whose peripheral zone forms the shape of a tapering glass relative to the web, the deformation of the peripheral zone is performed in two stages, first obtaining a shape in the form of a tapering glass with a diameter not less than the diameter of the bottom, and then crimping it on a collapsible mandrel or without a mandrel by stretching the walls to final sizes.

Локальное формообразование осуществляют за несколько операций, количество которых определяют в зависимости от степени предварительного профилирования заготовки и структуры. Это связано с тем, что исходная заготовка может быть получена различными металлургическими методами, например литьем, штамповкой, порошковой металлургией или их сочетанием. Local shaping is carried out in several operations, the amount of which is determined depending on the degree of preliminary profiling of the workpiece and structure. This is due to the fact that the initial billet can be obtained by various metallurgical methods, for example, casting, stamping, powder metallurgy, or a combination thereof.

В частности, если есть возможность использования заготовки, спрофилированной в виде стакана, с подготовленной для сверхпластической деформации структурой, то количество операций локального формообразования может быть сокращено практически до одной операции. In particular, if it is possible to use a billet profiled in the form of a glass with a structure prepared for superplastic deformation, the number of local shaping operations can be reduced to almost one operation.

В то же время способ осуществим, если использовать заготовку с подготовленной для сверхпластической деформации структурой, спрофилированную в виде центральной части и периферийного выступа. At the same time, the method is feasible if you use a workpiece with a structure prepared for superplastic deformation, profiled in the form of a central part and a peripheral protrusion.

Более того, использовать заготовку, спрофилированную вышеуказанным образом, целесообразно, если она имеет исходную крупнозернистую структуру. Здесь обязательным условием является наличие толстостенного выступа, обеспечивающего при последующей деформации преобразование микроструктуры в микро- или субмикрокристаллическую. Moreover, it is advisable to use a preform profiled in the above manner if it has an initial coarse-grained structure. Here, a prerequisite is the presence of a thick-walled protrusion, which, upon subsequent deformation, provides the transformation of the microstructure into micro- or submicrocrystalline.

Независимо от окончательного профиля детали рекомендуется на первой операции локального формообразования получать форму заготовки типа стакан с использованием оправки. В ряде случаев это может быть окончательной формой детали. Regardless of the final profile of the part, it is recommended that in the first operation of local shaping, a bead-shaped workpiece is obtained using a mandrel. In some cases, this may be the final form of the part.

При необходимости получения детали с протяженной, тонкостенной периферийной частью рекомендуется формообразование осуществлять постадийно за несколько переходов. При этом создаются оптимальные условия для приложения деформирующей нагрузки. За счет варьирования траекторией движения инструмента - ролика, изменения его наклона относительно оси вращения заготовки, а также глубины внедрения ролика удается в широких пределах регулировать степень деформации на каждом переходе и тем самым обеспечить наиболее благоприятные условия деформирования периферийной части. Данное обстоятельство весьма важно для случая использования заготовки, у которой в периферийной части в исходном состоянии сформирована крупнозернистая структура. Как известно [3], крупнозернистая структура характеризуется весьма ограниченным ресурсом технологической пластичности при горячей деформации, что может привести к нарушению сплошности материала при попытке изготовления из труднодеформируемых материалов осесимметричных деталей с развитой тонкостенной периферийной частью. Поэтому при использовании заготовки, в которой периферийная часть имеет крупнозернистую структуру, необходимо на первых переходах обеспечить ее трансформацию в микрокристаллическую с размером зерен 1-10 мкм или субмикрокристаллическую с размером зерен менее 1 мкм, т.е. подготовить структуру, способную к сверхпластической деформации. If it is necessary to obtain a part with an extended, thin-walled peripheral part, it is recommended that the shaping be carried out in stages in several transitions. This creates optimal conditions for the application of the deforming load. By varying the path of the tool - the roller, changing its inclination relative to the axis of rotation of the workpiece, as well as the depth of introduction of the roller, it is possible to widely control the degree of deformation at each transition and thereby provide the most favorable conditions for the deformation of the peripheral part. This circumstance is very important for the case of using a workpiece, in which a coarse-grained structure is formed in the peripheral part in the initial state. As is known [3], the coarse-grained structure is characterized by a very limited resource of technological plasticity during hot deformation, which can lead to disruption of the material continuity when trying to produce axisymmetric parts with developed thin-walled peripheral parts from hardly deformed materials. Therefore, when using a preform in which the peripheral part has a coarse-grained structure, it is necessary at the first transitions to ensure its transformation into microcrystalline with a grain size of 1-10 μm or submicrocrystalline with a grain size of less than 1 μm, i.e. prepare a structure capable of superplastic deformation.

Выбор конкретных значений степеней деформации и температурно-скоростных условий, по крайней мере на части переходов, необходимых для обеспечения подготовки структуры для сверхпластической деформации, определяется многими факторами: химическим и фазовым составом сплавов, конечным профилем периферийной части детали, требованиями по структуре и механическим свойствам конечной детали. Степень и температурно-скоростные условия деформации выбирают достаточными для прохождения в материале динамической рекристаллизации, в ходе которой формируется микрокристаллическая структура. Следует отметить, что микрокристаллическую структуру можно сформировать в периферийной части за несколько переходов. На первом переходе формируют частично рекристаллизованную структуру и затем на втором, который может быть и окончательным, формируют в периферийной части полностью рекристаллизованную структуру. Такой прием позволит существенно уменьшить величину удельных усилий, а также способствовать более полной релаксации напряжений. Это важно особенно для многофазных сплавов. В частности, например, в дисперсионно-твердеющих никелевых сплавах на первом этапе необходимо устранить упрочняющее влияние второй фазы за счет ее коагуляции, нарушения когерентной связи с матрицей и частичного ее растворения. Небольшая степень деформации на первом переходе существенно ускоряет процессы коагуляции второй фазы, а выбор максимальных значений периода вращения заготовки создает более благоприятные условия для релаксации напряжений за счет протекания процессов динамической полигонизации и рекристаллизации, приводящих к формированию частично рекристаллизованной структуры. The choice of specific values of the degrees of deformation and temperature and speed conditions, at least for the part of the transitions necessary to ensure the preparation of the structure for superplastic deformation, is determined by many factors: the chemical and phase composition of the alloys, the final profile of the peripheral part of the part, the requirements for the structure and mechanical properties of the final the details. The degree and temperature-speed conditions of deformation are chosen sufficient to undergo dynamic recrystallization in the material, during which a microcrystalline structure is formed. It should be noted that the microcrystalline structure can be formed in the peripheral part in several transitions. At the first transition, a partially recrystallized structure is formed and then at the second, which may be final, a completely recrystallized structure is formed in the peripheral part. This technique will significantly reduce the magnitude of the specific efforts, as well as contribute to a more complete relaxation of stresses. This is especially important for multiphase alloys. In particular, for example, in dispersion hardening nickel alloys at the first stage, it is necessary to eliminate the strengthening effect of the second phase due to its coagulation, violation of the coherent bond with the matrix and its partial dissolution. A small degree of deformation at the first transition significantly accelerates the coagulation processes of the second phase, and the choice of the maximum values of the workpiece rotation period creates more favorable conditions for stress relaxation due to the occurrence of dynamic polygonization and recrystallization processes leading to the formation of a partially recrystallized structure.

Кроме того, использование нескольких переходов позволяет снижать температуру от перехода к переходу и это способствует дополнительному измельчению микроструктуры в периферийной части до субмикронных размеров. Наличие в периферийной части заготовки субмикрокристаллической структуры позволяет существенно понизить период релаксации напряжений, тем самым повысить производительность процесса. In addition, the use of several transitions allows to reduce the temperature from the transition to the transition and this contributes to the additional refinement of the microstructure in the peripheral part to submicron sizes. The presence of a submicrocrystalline structure in the peripheral part of the preform makes it possible to significantly reduce the stress relaxation period, thereby increasing the productivity of the process.

Расширению технологических возможностей способа способствует прием, в котором формообразование осуществляют с использованием реверса перемещения ролика. В этом случае повторная деформация осуществляется по аналогии с обратным выдавливанием. За счет этого повышается производительность процесса. The technological capabilities of the method are enhanced by the technique in which shaping is carried out using the reverse movement of the roller. In this case, repeated deformation is carried out by analogy with reverse extrusion. Due to this, the productivity of the process increases.

Одним из рекомендуемых условий при получении детали со значительными перепадами по толщине и диаметру в соседних сечениях является осуществление локального формообразования периферийной части с использованием оправки. При этом облегчается соблюдение условия (1), что в конечном счете увеличивает точность изготовления детали по геометрии и размерам. One of the recommended conditions for obtaining parts with significant differences in thickness and diameter in adjacent sections is the implementation of local shaping of the peripheral part using a mandrel. This facilitates compliance with condition (1), which ultimately increases the accuracy of manufacturing parts in geometry and dimensions.

Конструктивно оправка может быть выполнена цельной или сборно-разборной. Выбор того или иного исполнения оправки определяется профилем периферийной части детали. В тех случаях, когда периферийная часть детали имеет профиль с уменьшающимся наружным диаметром и заканчивается образованием фланца, т.е. когда после формообразования не удается удалить оправку из внутренней полости детали, используют сборно-разборный вариант оправки. Structurally, the mandrel can be made integral or collapsible. The choice of one or another design of the mandrel is determined by the profile of the peripheral part of the part. In those cases when the peripheral part of the part has a profile with a decreasing outer diameter and ends with the formation of a flange, i.e. when after forming it is not possible to remove the mandrel from the internal cavity of the part, a collapsible version of the mandrel is used.

Оправка может быть как наружной, так и внутренней в зависимости от профиля внутренней и наружной поверхности. The mandrel can be both external and internal, depending on the profile of the inner and outer surfaces.

Оправка изготавливается обычно из более жаропрочного материала, например из литого высоколегированного никелевого сплава. Для обеспечения конструкционной прочности оправка изготавливается также более массивной, чем заготовка. Поскольку оправка постоянно находится в непосредственном контакте с деформируемой заготовкой, то имеет место интенсивная теплопередача, особенно, если используется локальное подстуживание оправки через узел фиксации центральной заготовки с оправкой. В этом случае рекомендуется строго контролировать температуру нагрева оправки таким образом, чтобы температура на деформирующих поверхностях оправки соответствовала температурному интервалу сверхпластичности материала заготовки. The mandrel is usually made of a more heat-resistant material, for example, of cast high-alloy nickel alloy. To ensure structural strength, the mandrel is also made more massive than the workpiece. Since the mandrel is constantly in direct contact with the deformable workpiece, intense heat transfer takes place, especially if local mandreling of the mandrel through the fixation unit of the central workpiece with the mandrel is used. In this case, it is recommended to strictly control the heating temperature of the mandrel so that the temperature on the deforming surfaces of the mandrel corresponds to the temperature range of the superplasticity of the workpiece material.

При изготовлении тонкостенных деталей типа стакан с монотонно изменяющимся профилем локальное формообразование периферийной части возможно с использованием одного ролика либо одного ролика и оправки. Причем в ряде случаев оправка конструктивно может быть выполнена таким образом, что не повторяет внутренний профиль периферийной части заготовки, а имеет размеры, достаточные для фиксации заготовки и для поддержания сформировавшейся консольной части заготовки и предотвращения ее коробления. Поэтому она выполняется конструктивно с наружным диаметром, равным минимальному внутреннему диаметру периферийной части. In the manufacture of thin-walled parts such as a glass with a monotonously changing profile, local shaping of the peripheral part is possible using one roller or one roller and a mandrel. Moreover, in some cases, the mandrel can be structurally designed in such a way that it does not repeat the inner profile of the peripheral part of the workpiece, but has dimensions sufficient to fix the workpiece and to maintain the formed cantilever part of the workpiece and prevent its warping. Therefore, it is carried out structurally with an outer diameter equal to the minimum inner diameter of the peripheral part.

При изготовлении деталей больших диаметров с развитой периферийной частью рекомендуется локальное формообразование периферийной части осуществлять с использованием двух роликов, расположенных с разных сторон формируемой стенки, либо на предыдущем переходе с использованием ролика и оправки. When manufacturing parts of large diameters with a developed peripheral part, it is recommended that the peripheral part is formed locally using two rollers located on different sides of the formed wall, or at the previous transition using a roller and a mandrel.

Изготовление деталей с двухсторонней, относительно центральной, периферийной частью целесообразно осуществлять путем локального формообразования ее периферийной части одновременно двумя роликами с их перемещением в противоположные стороны от центральной части. Использование такого приема позволяет существенно повысить производительность процесса. Или можно локальное формообразование периферийной части вести последовательно одним роликом с использованием реверса его перемещения. Выбор одного из двух указанных приемов определяется как экономической целесообразностью их применения, так и формой получаемой детали. It is advisable to manufacture parts with a bilateral, relatively central, peripheral part by local shaping of its peripheral part simultaneously by two rollers with their movement in opposite directions from the central part. Using this technique can significantly improve the performance of the process. Or, it is possible to conduct local shaping of the peripheral part sequentially with one roller using the reverse of its movement. The choice of one of the two indicated techniques is determined both by the economic feasibility of their application, and by the form of the resulting part.

При локальном формообразовании деталей из жаропрочных сплавов с целью повышения стойкости инструмента и жесткости оправки возможно их подстуживание. Однако вследствие этого может иметь место перепад температур между нагретой до температуры деформации заготовкой и менее нагретыми роликом и оправкой. Поэтому в таких случаях необходимо поддерживать температуру нагрева на деформируемой поверхности периферийной части в интервале от температуры деформации до температуры, превышающей нижний температурный порог сверхпластичности для мелкозернистого материала. В противном случае при заданной скорости деформации поверхностные захоложенные слои будут деформироваться в неоптимальных условиях сверхпластичности. Вследствие этого после локального формообразования в поверхностных слоях периферийной части детали будет иметь место наклеп. При окончательной термообработке такой детали с целью укрупнения на 1-2 порядка размера зерен будет иметь место развитие зональной разнозернистости, резко ухудшающей механические свойства готовой детали. With local shaping of parts made of heat-resistant alloys in order to increase tool life and rigidity of the mandrel, it is possible to reinforce them. However, as a result of this, there may be a temperature difference between the preform heated to the deformation temperature and the less heated roller and mandrel. Therefore, in such cases, it is necessary to maintain the heating temperature on the deformable surface of the peripheral part in the range from the deformation temperature to a temperature exceeding the lower temperature threshold of superplasticity for fine-grained material. Otherwise, at a given strain rate, the superficial surface layers will deform under non-optimal conditions of superplasticity. As a result of this, after local shaping in the surface layers of the peripheral part of the part, riveting will take place. At the final heat treatment of such a part in order to enlarge it by 1-2 orders of grain size, there will be a development of zonal heterogeneity, which sharply worsens the mechanical properties of the finished part.

Известно, что при деформации заготовки, особенно из никелевых сплавов, даже в самых благоприятных условиях при релаксации напряжений могут сохраниться остаточные напряжения, связанные с изменением геометрии, которые не влияют на процесс формобразования детали, но при последующем высокотемпературном нагреве могут привести к развитию зональной разнозернистости. Для полного устранения остаточных напряжений и исключения возможности развития разнозернистости после формообразования деталей из никелевых сплавов рекомендуется проводить предварительный нагрев от температуры старения сплава до температуры ниже температуры полного растворения упрочняющей фазы и выдержку в течение 1-24 ч. It is known that during the deformation of a workpiece, especially from nickel alloys, even under the most favorable conditions during stress relaxation, residual stresses associated with a change in geometry that do not affect the forming process of a part can remain, but with subsequent high-temperature heating can lead to the development of zonal grain size distribution. In order to completely eliminate residual stresses and to exclude the possibility of development of heterogeneity after forming parts from nickel alloys, it is recommended to pre-heat from the aging temperature of the alloy to a temperature below the temperature of complete dissolution of the hardening phase and holding for 1-24 hours.

Для получения деталей с максимальной точностью и стабильностью формы и размеров детали рекомендуется также последний переход операции окончательного формообразования периферийной части совмещать с операцией калибровки, которая проводится при температуре деформации с внедрением роликов в деталь на величину, не превышающую величины допуска по размерам готовой детали. To obtain parts with maximum accuracy and stability in the shape and dimensions of the part, it is also recommended that the final transition of the final shaping of the peripheral part be combined with the calibration operation, which is carried out at a temperature of deformation with the introduction of rollers into the part, by an amount not exceeding the tolerance on the dimensions of the finished part.

На фиг. 1 приведена схема устройства, предназначенного для реализации способа. In FIG. 1 shows a diagram of a device designed to implement the method.

На фиг. 2-11 приведены типы деталей, которые позволяет получить предлагаемый способ. In FIG. 2-11 shows the types of parts that allows you to get the proposed method.

На фиг. 12 приведены фотографии деталей, типы которых представлены соответственно на фиг.3,7,9. In FIG. 12 shows photographs of parts whose types are presented respectively in FIGS. 3,7,9.

На фиг. 13 приведена фотография детали, тип которой представлен на фиг. 11. In FIG. 13 is a photograph of a part of the type shown in FIG. eleven.

На фиг.14 приведена фотография, на которой отражен момент завершения технологического процесса изготовления детали (верхняя часть печи удалена). On Fig shows a photograph showing the moment of completion of the technological process of manufacturing parts (the upper part of the furnace is removed).

На фиг. 15 приведена фотография, на которой показана непосредственно рабочая зона в процессе изготовления детали (верхняя часть печи удалена). In FIG. 15 is a photograph showing directly the working area during the manufacturing process of the part (the upper part of the furnace is removed).

На фиг. 16 приведена схема выполнения преимущественно первой операции формообразования детали типа стакан с использованием одного ролика и оправки. In FIG. 16 is a flowchart illustrating a predominantly first shaping operation of a glass type part using a single roller and mandrel.

Пунктиром показаны исходный профиль периферийной части детали и начальное положение ролика. The dotted line shows the initial profile of the peripheral part of the part and the initial position of the roller.

На фиг.17 приведена схема окончательной операции формообразования детали типа стакан с монотонно изменяющимся профилем с использованием одного ролика. On Fig shows a diagram of the final operation of forming parts like glass with a monotonously changing profile using a single roller.

Пунктиром показано начальное положение ролика. The dotted line shows the initial position of the roller.

На фиг.18 приведена схема формообразования детали типа стакан с монотонно изменяющимся конусообразным профилем с использованием одного ролика и оправки. On Fig shows a diagram of the formation of the details of the type of glass with a monotonically changing conical profile using a single roller and mandrel.

Пунктиром показано начальное положение ролика. The dotted line shows the initial position of the roller.

На фиг. 19 показан эскиз детали после формообразования со сборно-разборной оправкой. In FIG. 19 shows a sketch of a part after shaping with a collapsible mandrel.

На фиг.20 приведена схема операции формообразования фланца в периферийной части детали типа стакан с монотонно изменяющимся профилем с использованием одного ролика и сборно-разборной оправки. Пунктиром показано начальное положение ролика. On Fig shows a diagram of the operation of forming the flange in the peripheral part of the details of the type glass with a monotonously changing profile using a single roller and collapsible mandrel. The dotted line shows the initial position of the roller.

На фиг.21 приведена схема операции формообразования детали с двухсторонней относительно центральной периферийной частью с монотонно изменяющимся профилем с использованием одного ролика и сборно-разборных оправок. Пунктиром показано начальное положение ролика. On Fig shows a diagram of the operation of forming parts with bilateral relative to the Central peripheral part with a monotonously changing profile using a single roller and collapsible mandrels. The dotted line shows the initial position of the roller.

На фиг. 22 приведена схема операции формообразования типа стакан с монотонно изменяющимся профилем с использованием наружной оправки и одного ролика. Пунктиром показано начальное положение ролика. In FIG. 22 is a flowchart of a glass-type shaping operation with a monotonously varying profile using an external mandrel and one roller. The dotted line shows the initial position of the roller.

На фиг. 23 приведена схема операции формообразования типа стакан с монотонно изменяющимся профилем с использованием роликов, расположенных с разных сторон периферийной части. In FIG. 23 is a flowchart of a glass-type shaping operation with a monotonously varying profile using rollers located on opposite sides of the peripheral part.

На фиг.16-23 позицией 5 показана заготовка. Позицией 11 показан ролик, а позициями 19 показана цельная, а позициями 20,21 и 22 части сборно-разборной оправки. 16-23, reference numeral 5 shows the blank. Position 11 shows the roller, and positions 19 show the whole, and positions 20,21 and 22 of the collapsible mandrel.

Изогнутыми стрелками на фиг.16-22 показаны направления вращения заготовки и роликов. The curved arrows in FIGS. 16-22 show the rotation directions of the workpiece and rollers.

Примеры осуществления способа
Устройство для осуществления способа (фиг.1) содержит узлы фиксации 1 и 2, которые соосны и снабжены приводами (на фиг.1 не показаны) для их относительного осевого перемещения по направляющим 3 и 4, выполненным на станине (на фиг. 1 не показана), и вращения заготовки 5, включая реверсивное. Узлы фиксации связаны валом 6 с установленными на нем втулками 7, посредством которых осуществляется передача крутящего момента на заготовку 3. На станине также установлена каретка 8, снабженная приводом (на фиг.1 показан) для ее перемещения вдоль направляющей 9 станины, т. е. вдоль оси вращения заготовки. На каретке 8 смонтирован роликодержатель 10 с роликом 11. Приводы для перемещения ролика на фиг. 1 не показаны. Позицией 12 показана высокотемпературная печь для нагрева и поддержания заданной температуры в заготовке во время деформации. Печь снабжена подвижной шторкой 13 с отверстием 14 для ввода ролика. Печь имеет также отверстия 15 и 16 для ввода частей узлов фиксации 1 и 2. Роликодержатель 10 оснащен теплозащитным экраном 17. Устройство также дополнительно снабжено отдельной камерой 18 с возможностью размещения в ней инструмента в нерабочем положении и предварительного нагрева.
Examples of the method
The device for implementing the method (Fig. 1) contains fixing units 1 and 2, which are coaxial and equipped with drives (not shown in Fig. 1) for their relative axial movement along the guides 3 and 4, made on the frame (in Fig. 1 not shown ), and rotation of the workpiece 5, including reverse. The fixing nodes are connected by a shaft 6 with bushings 7 mounted on it, by means of which torque is transmitted to the workpiece 3. A carriage 8 is also installed on the bed, equipped with a drive (shown in Fig. 1) for its movement along the guide 9 of the bed, i.e. along the axis of rotation of the workpiece. A roller holder 10 with a roller 11 is mounted on the carriage 8. Drives for moving the roller in FIG. 1 are not shown. Position 12 shows a high-temperature furnace for heating and maintaining a predetermined temperature in the workpiece during deformation. The furnace is equipped with a movable shutter 13 with a hole 14 for inputting a roller. The furnace also has openings 15 and 16 for introducing parts of the fixing units 1 and 2. The roller holder 10 is equipped with a heat shield 17. The device is also additionally equipped with a separate chamber 18 with the possibility of placing the tool in the inoperative position and preheating.

Для формообразования заготовки 3, показанной на фиг.1, устройство дополнительно содержит оправки 19, 20. For shaping the workpiece 3, shown in figure 1, the device further comprises a mandrel 19, 20.

Пример 1. Ставилась задача получения детали типа стакан с двусторонним сужающимся в направлении от центральной части конусообразным профилем периферийной части из титанового сплава BT25(Ti-6,5Al-4Zr-2Mo-l,5Sn-lW). Локальное формообразование осуществляли, используя спрофилированную заготовку, имеющую центральную и периферийную часть в виде двустороннего выступа. Заготовка с наружным диаметром 450 мм и толщиной одного выступа 25 мм и другого выступа - 30 мм была получена штамповкой, при этом в ней была сформирована однородная глобулярная микрокристаллическая структура типа микродуплекс (5 мкм). В качестве исходной под штамповку была использована цилиндрическая заготовка, вырезанная из отливки диаметром 390 мм. Заготовка с литой структурой была подвергнута многостадийной деформации с поворотом направления деформирования на 90o в двухфазной области на прессе усилием 1600 тс в квазиизотермических условиях. В результате такой обработки в осаженной шайбе была сформирована микрокристаллическая структура, которая затем была продеформирована с использованием изотермического штампового блока при 950oС. Перед локальным формообразованием штамповка была подвергнута черновой механической обработке с целью удаления окисленного слоя и изготовления центровочного отверстия.Example 1. The task was to obtain a glass type part with a two-sided tapering profile of the peripheral part made of titanium alloy BT25 (Ti-6.5Al-4Zr-2Mo-l, 5Sn-lW) tapering from the central part. Local shaping was carried out using a profiled blank having a central and peripheral part in the form of a bilateral protrusion. A workpiece with an outer diameter of 450 mm and a thickness of one protrusion of 25 mm and another protrusion of 30 mm was obtained by stamping, and a uniform globular microcrystalline micro-duplex structure (5 μm) was formed in it. A cylindrical billet cut from a casting with a diameter of 390 mm was used as the initial stamping. A blank with a cast structure was subjected to multistage deformation with a rotation direction of rotation of 90 ° in a two-phase region on a press with a force of 1600 tf under quasi-isothermal conditions. As a result of this treatment, a microcrystalline structure was formed in the deposited washer, which was then deformed using an isothermal die block at 950 ° C. Before local shaping, the stamping was subjected to rough machining in order to remove the oxidized layer and make a centering hole.

Схема формообразования детали типа стакан с двусторонним сужающимся в направлении от центральной части конусообразным профилем периферийной части из титанового сплава ВТ25 приведена на фиг.3. A schematic diagram of the formation of a glass-type part with a two-sided tapering conical profile of the peripheral part of titanium alloy VT25 tapering from the central part is shown in FIG. 3.

Локальное формообразование детали осуществляли в устройстве, принципиальная схема которого приведена на фиг.1. Заготовку вместе с оправками закрепляли в узле фиксации. Затем закрывали печь и осуществляли нагрев печи до температуры деформации (950oС). Одновременно через втулки, установленные на валу узла фиксации заготовки, обеспечили вращение заготовки с целью обеспечения ее равномерного прогрева. Первую операцию локального формообразования периферийной части осуществляли с использованием оправок и одного ролика, выполненных из сплава ЖС6У (Ni-9Cr-10Co-9,7W-5,5Al-2,6Ti-l,6Mol,lV). Температура нагрева заготовки и оправок в рабочей печи составляла 950oС. Ролик нагревался в камере предварительного нагрева до температуры на 100-200oС ниже указанной. Ролик вводился в рабочую печь вместе с роликодержателем через окно, выполненное в подвижной стенке печи. При этом узел крепления ролика к роликодержателю подстуживался посредством сжатого воздуха, пропускаемого через каналы, выполненные в роликодержателе. Локальное формообразование осуществляли за несколько операций с использованием одного ролика и оправки. Период вращения заготовки относительно ролика составлял 25 с.Local shaping of the part was carried out in the device, the circuit diagram of which is shown in figure 1. The workpiece, together with the mandrels, was fixed in the fixing unit. Then the furnace was closed and the furnace was heated to a deformation temperature (950 ° C). At the same time, through the bushings mounted on the shaft of the workpiece fixation unit, the workpiece was rotated to ensure its uniform heating. The first operation of local forming of the peripheral part was carried out using mandrels and one roller made of ZhS6U alloy (Ni-9Cr-10Co-9.7W-5.5Al-2.6Ti-l, 6Mol, lV). The heating temperature of the workpiece and mandrels in the working furnace was 950 o C. The roller was heated in the preheating chamber to a temperature of 100-200 o C below that indicated. The roller was introduced into the working furnace together with the roller holder through a window made in the movable wall of the furnace. In this case, the attachment point of the roller to the roller holder was stimulated by means of compressed air passing through the channels made in the roller holder. Local shaping was carried out in several operations using a single roller and mandrel. The rotation period of the workpiece relative to the roller was 25 s.

На первой операции осуществляли локальное формообразование первого выступа на профиль типа цилиндрический стакан. На первом проходе толщина первого выступа была уменьшена с 25 мм до 15 мм. Аналогичным образом осуществляли локальное формообразование второго выступа за два перехода до толщины 12 мм с использованием реверса перемещения ролика. При этом использовалась другая оправка, поскольку внутренний диаметр второго выступа несколько меньше, чем второго. In the first operation, the first protrusion was localized to a cylindrical glass type profile. In the first pass, the thickness of the first protrusion was reduced from 25 mm to 15 mm. In a similar manner, the second protrusion was locally formed in two transitions up to a thickness of 12 mm using the reverse movement of the roller. In this case, another mandrel was used, since the inner diameter of the second protrusion is slightly smaller than the second.

Затем произвели замену цилиндрических оправок на сборно-разборные, соответствующие внутреннему профилю периферийной части, и произвели локальное формообразование стенок стаканов, полученных на первой операции с использованием двух инструментов: сборно-разборных оправок и ролика по температурно-скоростным режимам, указанным выше. Сначала производили окончательное формообразование первого выступа, а затем с использованием того же ролика - второго выступа. Then, the cylindrical mandrels were replaced with collapsible mandrels corresponding to the internal profile of the peripheral part, and the walls of the cups obtained in the first operation were locally formed using two tools: collapsible mandrels and a roller according to the temperature and speed regimes indicated above. First, the final shaping of the first protrusion was performed, and then using the same roller, the second protrusion.

Фотография готовой детали приведена на фиг.12. Как видно на фиг. 12, макроструктура детали непосредственно после окончательного формообразования однородная мелкозернистая по всему сечению детали. A photograph of the finished part is shown in Fig. 12. As seen in FIG. 12, the macrostructure of the part immediately after the final shaping is uniform fine-grained over the entire section of the part.

Пример 2. Для формообразования детали типа стакан с двусторонним сужающимся в направлении от центральной части конусообразным профилем периферийной части из титанового сплава ВТ25 использовали такую же заготовку и те же режимы деформации, как и в примере 1. Example 2. For shaping a glass-like part with a two-sided tapering conical profile of the peripheral part made of titanium alloy VT25, the same workpiece and the same deformation modes were used as in example 1.

Операция локального формообразования осуществлялась следующим образом. The operation of local shaping was carried out as follows.

Использовались два ролика и две оправки. На первой операции осуществлялось локальной формообразование выступов на форму типа цилиндрический стакан с одновременным внедрением роликов и их перемещением в противоположные стороны от центральной части заготовки. На второй операции с использованием сборно-разборных оправок осуществлялось окончательное локальное формообразование выступов детали одновременно двумя роликами. Two rollers and two mandrels were used. In the first operation, the local projection of the protrusions into a cylindrical glass type was carried out with the simultaneous introduction of rollers and their movement in opposite directions from the central part of the workpiece. In the second operation using collapsible mandrels, the final local shaping of the projections of the part was carried out simultaneously by two rollers.

В результате была получена деталь, аналогичная по форме и структуре, как в примере 1. As a result, a part was obtained that was similar in shape and structure, as in example 1.

Пример 3. Ставилась задача получения детали типа стакан с односторонним сужающимся в направлении от центральной части конусообразным профилем периферийной части из титанового сплава ВТ25. Локальное формообразование осуществляли, используя спрофилированную заготовку, имеющую центральную и периферийную часть в виде одностороннего выступа. Заготовки с наружным диаметром 450 мм и толщиной выступа - 25 мм была получена штамповкой, при этом в ней была сформирована однородная глобулярная микрокристаллическая структура типа микродуплекс (5 мкм). Режимы подготовки структуры и окончательного формообразования аналогичны, как в примере 1. Example 3. The task was to obtain a glass type part with a one-sided tapering profile of the peripheral part of VT25 titanium alloy tapering in the direction from the central part. Local shaping was carried out using a profiled blank having a central and peripheral part in the form of a one-sided protrusion. Billets with an outer diameter of 450 mm and a protrusion thickness of 25 mm were obtained by stamping, and a uniform globular microcrystalline micro-duplex structure (5 μm) was formed in it. The modes of preparation of the structure and final shaping are similar, as in example 1.

Схема формообразования детали типа стакан с односторонним сужающимся в направлении от центральной части конусообразным профилем периферийной части из титанового сплава ВТ25 приведена на фиг.7. A shaping diagram of a glass-type part with a one-sided tapering conical profile of the peripheral part of the titanium alloy VT25 tapering from the central part is shown in Fig. 7.

Операцию локального формообразования осуществляли следующим образом. На первой операции формообразование проводили с использованием одного ролика и оправки, на второй операции использовали только ролик. The operation of local shaping was carried out as follows. In the first operation, shaping was carried out using one roller and a mandrel, in the second operation, only the roller was used.

Заключительная стадия локального формообразования была совмещена с операцией калибровки. При этом осуществлялась обкатка по профилю периферийной части диска при удельных усилиях в пятне контакта, вызывающих пластическую деформацию заготовки с величиной, не превышающей пределы допуска по чертежу. Проведение такой операции позволило стабилизировать размеры и форму готовой детали и способствовало практически полной релаксации в ней остаточных напряжений. The final stage of local shaping was combined with the calibration operation. In this case, a run was carried out along the profile of the peripheral part of the disk with specific forces in the contact spot, causing plastic deformation of the workpiece with a value not exceeding the tolerance limits according to the drawing. Such an operation made it possible to stabilize the size and shape of the finished part and contributed to the almost complete relaxation of residual stresses in it.

Пример 4. Первую операцию локального формообразования детали осуществляли аналогичным образом, как и в примере 3. В то же время вторую операцию проводили с использованием сборно-разборной оправки и ролика. Схема формообразования диска по данному варианту приведена на фиг.18. Example 4. The first operation of local shaping of the part was carried out in a similar manner as in example 3. At the same time, the second operation was carried out using a collapsible mandrel and a roller. The disk shaping diagram of this embodiment is shown in Fig. 18.

Пример 5. Первую операцию локального формообразования детали осуществляли аналогичным образом, как и в примере 3. Вторую операцию проводили с использованием оправки с наружным диаметром, равным минимальному внутреннему диаметру периферийной части. Example 5. The first operation of local forming of the part was carried out in a similar manner as in example 3. The second operation was carried out using a mandrel with an outer diameter equal to the minimum inner diameter of the peripheral part.

В результате обработки по всем трем вариантам (примеры 3, 4, 5) были изготовлены диски с однородной микрокристаллической структурой, полностью удовлетворяющей по форме и размерам требованиям чертежа. As a result of processing for all three options (examples 3, 4, 5), disks with a homogeneous microcrystalline structure were completely manufactured that completely meet the shape and size requirements of the drawing.

Пример 6. Ставилась задача получения детали из титанового сплава ВТ25 типа стакан с односторонним расширяющимся в направлении от центральной части конусообразным профилем периферийной части. Первую операцию локального формообразования осуществляли с использованием одного ролика и внутренней оправки аналогично, как в примере 3. После первой операции толщина периферийной части составила 12 мм. Затем произвели смену внутренней оправки на наружную. Одновременно заменили ролик, а также изменили угол его наклона относительно оси вращения заготовки таким образом, чтобы можно было осуществить локальное формообразование внутренней поверхности периферийной части. Example 6. The task was to obtain parts from titanium alloy VT25 type glass with a one-sided expanding in the direction from the Central part of the conical profile of the peripheral part. The first operation of local shaping was carried out using a single roller and an inner mandrel in the same manner as in Example 3. After the first operation, the thickness of the peripheral part was 12 mm. Then they changed the inner mandrel to the outer. At the same time, the roller was replaced, and the angle of its inclination relative to the axis of rotation of the workpiece was changed so that it was possible to carry out local shaping of the inner surface of the peripheral part.

В результате обработки по данному варианту удалось получить деталь с развитой внутренней и внешней поверхностями периферийной части детали. As a result of processing according to this option, it was possible to obtain a part with developed internal and external surfaces of the peripheral part of the part.

Пример 7. Ставилась задача получить деталь, аналогичную, как в примере 6. Первую операцию локального формообразования осуществить таким же образом, как и в примере 6. В отличие от примера 6 вторую операцию локального формообразования осуществляли двумя роликами, которые были расположены с разных сторон формируемой стенки периферийной части. В результате обработки по данному варианту удалось получить деталь с развитой внутренней поверхностью периферийной части. Example 7. The task was to obtain a part similar to that in Example 6. The first local shaping operation was carried out in the same manner as in Example 6. In contrast to Example 6, the second local shaping operation was carried out by two rollers that were located on different sides of the formed walls of the peripheral part. As a result of processing according to this option, it was possible to obtain a part with a developed inner surface of the peripheral part.

Пример 8. Ставилась задача получения детали типа стакан с односторонним сужающимся в направлении от центральной части конусообразным профилем периферийной части из титанового сплава ВТ25 с исходной крупнозернистой структурой. Example 8. The task was to obtain a glass-like part with a one-sided tapering conical profile of the peripheral part of VT25 titanium alloy with the initial coarse-grained structure.

Локальное формообразование осуществляли, используя спрофилированную заготовку, имеющую центральную и периферийную часть в виде одностороннего выступа. Заготовка с наружным диаметром 450 мм и толщиной выступа - 50 мм была получена штамповкой, при этом в ней была сформирована крупнозернистая структура с размером зерен 200-500 мкм. Первую операцию локального формообразования периферийной части осуществляли с использованием оправки и одного ролика, нагретых в рабочей печи до 990-960oС. Локальное формообразование периферийной части на профиль типа стакан с постоянным наружным диаметром осуществляли за три перехода с использованием реверса перемещения ролика. На первом переходе толщина периферийной части уменьшилась до 35 мм. На втором и третьем переходах температура деформации уменьшалась на 10-20oС. Период вращения заготовки относительно ролика составлял 100 с на первом переходе, на втором и третьем переходах соответственно 25 и 10 с. При этом толщина периферийной части уменьшилась соответственно до 25 и 12 мм. Анализ микроструктуры периферийной части заготовки, проведенный после третьего перехода, показал, что в периферийной части сформирована микрокристаллическая структура с размером зерен 5-7 мкм, аналогичная как в примере 1. Далее производили замену цилиндрических оправок на сборно-разборные, соответствующие внутреннему профилю периферийной части, и производили обжим стенок стаканов, полученных на первой операции, на сборно-разборные оправки по тем же режимам. Сначала произвели замену оправки на сборно-разборную и осуществили окончательное формообразование периферийной части так же, как и в примере 4. Окончательную операцию локального формообразования осуществляли за два перехода, причем на первом переходе период вращения заготовки относительно ролика составлял 25 с, а на втором переходе - 5 с. На первой операции период вращения заготовки относительно ролика был больше, чем на второй операции. Это связано с тем, что в крупнозернистом состоянии требуется более длительное время для релаксации напряжений, чем в мелкозернистом состоянии. В последнем случае существенно увеличивается протяженность границ зерен, способствующая активизиции процесса зернограничного проскальзывания, способствующего эффективной релаксации напряжений при сверхпластической деформации.Local shaping was carried out using a profiled blank having a central and peripheral part in the form of a one-sided protrusion. A workpiece with an outer diameter of 450 mm and a protrusion thickness of 50 mm was obtained by stamping, and a coarse-grained structure with a grain size of 200-500 μm was formed in it. The first operation of local shaping of the peripheral part was carried out using a mandrel and one roller heated in a working furnace to 990-960 o C. Local shaping of the peripheral part on a glass-type profile with a constant outer diameter was carried out in three transitions using the reverse movement of the roller. At the first transition, the thickness of the peripheral part decreased to 35 mm. At the second and third transitions, the deformation temperature decreased by 10-20 ° C. The period of rotation of the workpiece relative to the roller was 100 s at the first transition, at the second and third transitions, respectively, 25 and 10 s. In this case, the thickness of the peripheral part decreased to 25 and 12 mm, respectively. An analysis of the microstructure of the peripheral part of the preform, carried out after the third transition, showed that a microcrystalline structure with a grain size of 5-7 μm was formed in the peripheral part, similar to that in Example 1. Next, cylindrical mandrels were replaced with collapsible mandrels corresponding to the internal profile of the peripheral part, and crimped the walls of the glasses obtained in the first operation to collapsible mandrels in the same modes. First, the mandrel was replaced with a collapsible one and the final shaping of the peripheral part was carried out as in Example 4. The final local shaping was carried out in two transitions, with the rotation period of the workpiece relative to the roller at the first transition being 25 s, and at the second transition 5 sec In the first operation, the rotation period of the workpiece relative to the roller was longer than in the second operation. This is due to the fact that in the coarse-grained state, a longer time is required for stress relaxation than in the fine-grained state. In the latter case, the length of the grain boundaries increases significantly, which contributes to the activation of the process of grain boundary slippage, which contributes to the effective relaxation of stresses during superplastic deformation.

Пример 9. Ставилась задача получения детали типа стакан с односторонним сужающимся в направлении от центральной части конусообразным профилем периферийной части из порошкового никелевого сплава ЭП962 (Ni-13Cr-10,lCo-4,3Mo-3,2Al-2,6Ti-3,4Nb-2,8W). Форма готовой детали и заготовки для формообразования аналогичны, как в примере 3. Для локального формообразования использовали заготовку с подготовленной для сверхпластической деформации микрокристаллической структурой типа микродуплекс с размером зерен 2-3 мкм, полученную методом порошковой металлургии. При этом ее периферийная часть спрофилирована на форму типа стакан, с толщиной стенки 12 мм, готовую для окончательного локального формообразования, которое осуществляли с использованием одного ролика аналогично, как на второй операции в примере 3. Температура нагрева заготовки с оправкой составляла 1050oС. Ролик использовался такой же, как и в примере 1.Example 9. The task was to obtain a glass type part with a one-sided tapering conical profile of the peripheral part made of powder nickel alloy EP962 (Ni-13Cr-10, lCo-4,3Mo-3,2Al-2,6Ti-3,4Nb -2.8W). The shape of the finished part and the blank for shaping are similar to that in Example 3. For local shaping, a blank with a microcrystalline microcrystalline structure prepared for superplastic deformation with a grain size of 2-3 μm obtained by powder metallurgy was used. Moreover, its peripheral part is profiled into a glass-like shape with a wall thickness of 12 mm, ready for final local shaping, which was carried out using one roller in the same way as in the second operation in example 3. The heating temperature of the workpiece with the mandrel was 1050 o C. Roller used the same as in example 1.

В результате обработки по данному варианту практически за одну операцию локального формообразования была получена деталь с односторонним сужающимся в направлении от центральной части конусообразным профилем периферийной части из труднодеформируемого никелевого сплава ЭП962. As a result of processing according to this option, a part with a one-sided tapering profile of the peripheral part from the hardly deformed nickel alloy EP962 tapering in the direction from the central part of the peripheral part was obtained in practically one single operation of local shaping.

В результате обработки по данному варианту была получена деталь по форме, аналогичной, как и в примере 4. As a result of processing according to this option, the part was obtained in a form similar to that in Example 4.

Пример 10. Ставилась задача получения детали типа стакан из никелевого сплава состава (Ni-16Cr-13Co-4Mo-4W-2,lAl-3,7Ti) c сужающимся в направлении от центральной конусообразным профилем периферийной части. Локальное формообразование осуществляли, используя спрофилированную заготовку, имеющую центральную и периферийную часть в виде одностороннего выступа. Заготовка с наружным диаметром 410 мм и толщиной выступа 25 мм была получена штамповкой, при этом в ней была сформирована однородная микрокристаллическая структура типа микродуплекс (5 мкм). В качестве исходной под штамповку была использована цилиндрическая заготовка, вырезанная из горячепрессованного прутка диаметром 230 мм. Штамповку осуществляли на прессе усилием 1600 тс в квазиизотермических условиях. Заготовка была нагрета до температуры 1050oС, штамп нагревался до 950oС.Example 10. The task was to obtain a part such as a glass from a nickel alloy of composition (Ni-16Cr-13Co-4Mo-4W-2, lAl-3,7Ti) with tapering in the direction from the central conical profile of the peripheral part. Local shaping was carried out using a profiled blank having a central and peripheral part in the form of a one-sided protrusion. A workpiece with an outer diameter of 410 mm and a protrusion thickness of 25 mm was obtained by stamping, and a uniform microcrystalline micro-duplex structure (5 μm) was formed in it. A cylindrical billet cut from a hot-pressed rod with a diameter of 230 mm was used as the initial one for stamping. Stamping was carried out on a press with a force of 1600 tf under quasi-isothermal conditions. The workpiece was heated to a temperature of 1050 o C. the stamp was heated to 950 o C.

Операции локального формообразования периферийной части осуществляли с использованием оправки и одного ролика аналогично, как в примере 3. Температура нагрева заготовки и оправки в рабочей печи составляла 1050oС. Ролик нагревался в камере предварительного нагрева до температуры на 100-200oС ниже указанной. Ролик вводился в рабочую печь вместе с роликодержателем, при этом узел крепления ролика к роликодержателю подстуживался посредством сжатого воздуха, пропускаемого через каналы, выполненные в роликодержателе. В результате локального формообразования была получена деталь заданной конфигурации с толщиной периферийной части 12 мм. Анализ микроструктуры периферийной части показал, что непосредственно после ротационного выдавливания микроструктура в периферийной части сохранилась мелкозернистой с размером зерен ~5 мкм. С целью устранения остаточных внутренних напряжений, вызванных изменением геометрии, был проведен отжиг диска в двухфазной γ+γ′-области по режиму: нагрев диска до 850oС, выдержка в течение 1 ч, далее нагрев до 950oС, выдержка в течение 2 ч, подъем температуры до 1050oС, выдержка в течение 8 ч. При необходимости получения в детали более крупнозернистой однородной по всему сечению структуры далее осуществляют подъем температуры до 1150oС, выдержку в течение 2 ч, охлаждение до комнатной температуры. В результате такой термообработки в периферийной части была сформирована однородная структура с размером зерен 20-30 мкм. Таким образом, при использовании охлаждаемого инструмента проведение дополнительного регламентированного отжига в двухфазной γ+γ′-области исключает возможность развития разнозернистости в периферийной части детали.The operations of local forming of the peripheral part were carried out using a mandrel and one roller in the same manner as in Example 3. The heating temperature of the workpiece and mandrel in the working furnace was 1050 ° C. The roller was heated in the preheating chamber to a temperature of 100-200 ° C lower than indicated. The roller was introduced into the working furnace together with the roller holder, while the attachment point of the roller to the roller holder was reinforced by compressed air passing through the channels made in the roller holder. As a result of local shaping, a part of a given configuration with a thickness of the peripheral part of 12 mm was obtained. An analysis of the microstructure of the peripheral part showed that immediately after rotational extrusion, the microstructure in the peripheral part remained fine-grained with a grain size of ~ 5 μm. In order to eliminate residual internal stresses caused by a change in geometry, the disk was annealed in a two-phase γ + γ′-region according to the regime: heating the disk to 850 ° C, holding for 1 h, then heating to 950 ° C, holding for 2 h, raising the temperature to 1050 o C, holding for 8 hours. If it is necessary to obtain a coarse-grained structure homogeneous over the entire cross section in the part, then raising the temperature to 1150 o C, holding for 2 hours, cooling to room temperature. As a result of such heat treatment, a homogeneous structure with a grain size of 20-30 μm was formed in the peripheral part. Thus, when using a cooled tool, conducting additional regulated annealing in a two-phase γ + γ′-region excludes the possibility of development of different grain size in the peripheral part of the part.

Источники информации
1. Патент США 3519503, кл. С 22 F 1/10, 1970.
Sources of information
1. US patent 3519503, CL. C 22 F 1/10, 1970.

2. Патент РФ 2119842, кл. В 21 К 1/32, С 22 F 1 /10, 1998. 2. RF patent 2119842, cl. B 21 K 1/32, C 22 F 1/10, 1998.

3. О.А. Kaibyshev, Superplasticity of alloys, Intermetallides and Ceramics, Springer Verlag, Berlin (1992). 3. O.A. Kaibyshev, Superplasticity of alloys, Intermetallides and Ceramics, Springer Verlag, Berlin (1992).

Claims (26)

1. Способ изготовления сложнопрофильных осесимметричных деталей из труднодеформируемых многофазных сплавов, имеющих центральную и периферийную, преимущественно, в виде обода, части, включающий установку спрофилированной заготовки с возможностью ее фиксации и вращения и локальное формообразование периферийной части при температурах, выше 0,4 температуры плавления, но ниже температуры собирательной рекристаллизации, со скоростью 10-3-102 c-1 посредством инструмента для локальной деформации в виде ролика, имеющего по меньшей мере три степени свободы, отличающийся тем, что локальное формообразование осуществляют обжатием периферийной части спрофилированной заготовки в направлении ее образующей посредством по меньшей мере одного ролика на оправке, служащей одновременно для фиксации центральной части спрофилированной заготовки, при этом период вращения заготовки относительно локального инструмента задают не меньшим времени интенсивной релаксации напряжений в деформируемых участках.1. A method of manufacturing complex axisymmetric parts from difficult to deform multiphase alloys having a central and peripheral, mainly in the form of a rim, parts, including installing a profiled billet with the possibility of fixing and rotation and local shaping of the peripheral part at temperatures above 0.4 melting point, but below the recrystallization temperature at a rate of 10 -3 to 10 2 c -1 tool by local deformation of a roller having at least three step no freedom, characterized in that the local shaping is carried out by compressing the peripheral part of the profiled workpiece in the direction of its forming by means of at least one roller on the mandrel, which serves simultaneously to fix the central part of the profiled workpiece, while the rotation period of the workpiece relative to the local tool is set not less than the intensive time stress relaxation in deformable areas. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что локальное формообразование осуществляют с помощью оправки, диаметр которой соответствует внутреннему диаметру периферийной части спрофилированной заготовки, при этом используют заготовку, по меньшей мере часть спрофилированной периферийной части которой имеет внешний диаметр, превышающий диаметр готовой детали. 2. The method according to claim 1, characterized in that the local shaping is carried out using a mandrel, the diameter of which corresponds to the inner diameter of the peripheral part of the profiled workpiece, while using a workpiece, at least part of the profiled peripheral part of which has an external diameter exceeding the diameter of the finished part . 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что локальное формообразование осуществляют с помощью оправки, диаметр которой соответствует внешнему диаметру спрофилированной заготовки, при этом используют заготовку, по меньшей мере часть спрофилированной периферийной части которой имеет внутренний диаметр, меньший диаметра готовой детали. 3. The method according to claim 1, characterized in that the local shaping is carried out using a mandrel, the diameter of which corresponds to the outer diameter of the profiled workpiece, using a workpiece, at least part of the profiled peripheral part of which has an inner diameter smaller than the diameter of the finished part. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что период вращения заготовок из алюминиевых сплавов выбирают не более 0,25 с. 4. The method according to p. 1, characterized in that the rotation period of the billets of aluminum alloys is selected no more than 0.25 s. 5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что период вращения заготовок из титановых и жаропрочных никелевых сплавов выбирают в пределах 0,25-100 с. 5. The method according to p. 1, characterized in that the rotation period of the workpieces of titanium and heat-resistant nickel alloys is selected in the range of 0.25-100 s. 6. Способ по п.2, отличающийся тем, что период вращения для заготовок с крупнозернистой структурой выбирают в пределах 50-100 с. 6. The method according to claim 2, characterized in that the rotation period for blanks with a coarse-grained structure is selected within 50-100 s. 7. Способ по п.2, отличающийся тем, что период вращения для заготовок с мелкозернистой структурой выбирают в пределах 10-50 с. 7. The method according to claim 2, characterized in that the rotation period for preforms with a fine-grained structure is selected within 10-50 s. 8. Способ по п.2, отличающийся тем, что период вращения для заготовок с субмикрокристаллической структурой выбирают в пределах 0,25-10 с. 8. The method according to claim 2, characterized in that the rotation period for preforms with a submicrocrystalline structure is selected within 0.25-10 s. 9. Способ по п.1, отличающийся тем, что локальное формообразование осуществляют за одну или несколько операций, количество которых выбирают в зависимости от предварительного профилирования исходной заготовки и ее структуры. 9. The method according to claim 1, characterized in that the local shaping is carried out in one or more operations, the number of which is selected depending on the preliminary profiling of the original workpiece and its structure. 10. Способ по п.9, отличающийся тем, что в качестве исходной берут заготовку с подготовленной для сверхпластической деформации структурой, спрофилированную в виде стакана, а локальное формообразование выполняют за одну операцию. 10. The method according to claim 9, characterized in that as the initial take a workpiece with a structure prepared for superplastic deformation, profiled in the form of a glass, and local shaping is performed in one operation. 11. Способ по п.9, отличающийся тем, что в качестве исходной берут заготовку с подготовленной для сверхпластической деформации структурой, спрофилированную в виде центральной части и периферийного выступа, локальное формообразование выполняют за две операции, причем на первой операции получают заготовку в виде стакана. 11. The method according to claim 9, characterized in that the preform is prepared with a structure prepared for superplastic deformation, profiled in the form of a central part and a peripheral protrusion, local shaping is performed in two operations, and in the first operation, a preform is prepared in the form of a glass. 12. Способ по п.9, отличающийся тем, что в качестве исходной берут заготовку с крупнозернистой структурой, спрофилированную в виде центральной части и периферийного толстостенного выступа, локальное формообразование выполняют за две операции, причем на первой операции получают заготовку в виде стакана с обжатием периферийной части на 50-75% в температурно-скоростных условиях сверхпластичности. 12. The method according to claim 9, characterized in that as the initial take a preform with a coarse-grained structure, profiled in the form of a central part and a peripheral thick-walled protrusion, local shaping is performed in two operations, and in the first operation, a preform is obtained in the form of a glass with peripheral compression parts by 50-75% in temperature and speed conditions of superplasticity. 13. Способ по любому из пп.11 и 12, отличающийся тем, что первую операцию формообразования осуществляют за несколько переходов с использованием реверса перемещения ролика. 13. The method according to any one of paragraphs.11 and 12, characterized in that the first shaping operation is carried out in several transitions using the reverse movement of the roller. 14. Способ по п.11, отличающийся тем, что используют сборно-разборную оправку. 14. The method according to claim 11, characterized in that use collapsible mandrel. 15. Способ по любому из пп.1 и 11, отличающийся тем, что температуру на деформирующих поверхностях оправки поддерживают в температурном интервале сверхпластичности материала заготовки. 15. The method according to any one of claims 1 and 11, characterized in that the temperature on the deforming surfaces of the mandrel is maintained in the temperature range of the superplasticity of the workpiece material. 16. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при получении детали типа стакан с монотонно сужающимся профилем осуществляют дополнительную операцию локального формообразования периферийной части заготовки с использованием одного ролика. 16. The method according to p. 1, characterized in that upon receipt of the details such as a glass with a monotonously tapering profile, an additional operation of local shaping of the peripheral part of the workpiece using a single roller. 17. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при получении детали типа стакан с монотонно сужающимся профилем осуществляют дополнительную операцию локального формообразования с использованием одного ролика и оправки с наружным диаметром, равным минимальному внутреннему диаметру периферийной части детали. 17. The method according to p. 1, characterized in that upon receipt of a glass-like part with a monotonously tapering profile, an additional local shaping operation is performed using one roller and a mandrel with an outer diameter equal to the minimum inner diameter of the peripheral part of the part. 18. Способ по п.1, отличающийся тем, что осуществляют дополнительную операцию локального формообразования периферийной части заготовки с использованием двух роликов, расположенных с разных сторон формируемой стенки. 18. The method according to claim 1, characterized in that they perform an additional operation of local shaping of the peripheral part of the workpiece using two rollers located on different sides of the formed wall. 19. Способ по п.1, отличающийся тем, что осуществляют дополнительную операцию локального формообразования периферийной части заготовки с использованием двух роликов, расположенных с разных сторон формируемой стенки, и оправки, причем на первой операции с использованием ролика и оправки, а на последующей - роликов. 19. The method according to claim 1, characterized in that they perform an additional operation of local shaping of the peripheral part of the workpiece using two rollers located on different sides of the formed wall and the mandrel, moreover, in the first operation using a roller and mandrel, and in the subsequent operation, rollers . 20. Способ по п.1, отличающийся тем, что при локальном формообразовании деталей из жаропрочных никелевых сплавов обеспечивают температуру нагрева на деформируемой поверхности периферийной части заготовки в интервале от температуры деформации до температуры, превышающей нижний температурный порог сверхпластичности для мелкозернистого материала. 20. The method according to claim 1, characterized in that in the local forming of parts made of heat-resistant nickel alloys, a heating temperature is provided on the deformable surface of the peripheral part of the workpiece in the range from the deformation temperature to a temperature exceeding the lower temperature threshold of superplasticity for fine-grained material. 21. Устройство для изготовления сложнопрофильных осесимметричных деталей, имеющих центральную и периферийную, преимущественно, в виде обода, части из труднодеформируемых многофазных сплавов, содержащее узлы осевой фиксации и вращения заготовки, которые оснащены приспособлениями для установки оправок, и по меньшей мере один ролик с роликодержателем, рабочую печь с отверстиями в стенках для ввода части узла фиксации и роликов и исполнительные механизмы для обеспечения вращения и перемещения роликов, отличающееся тем, что стенки печи выполнены с подвижной частью, расположенной вокруг отверстия для ввода ролика с возможностью перемещения в осевом направлении вместе с роликом на всю длину заданного рабочего хода ролика. 21. A device for manufacturing complex axisymmetric parts having a central and peripheral, mainly in the form of a rim, parts of hard-deformed multiphase alloys containing axial fixation and rotation of the workpiece, which are equipped with devices for installing mandrels, and at least one roller with a roller holder, a working furnace with holes in the walls to enter part of the fixing unit and the rollers and actuators to ensure rotation and movement of the rollers, characterized in that the walls of the furnace ying the movable portion situated around a hole for inputting a roller movable in the axial direction together with the roller over the entire length predetermined stroke video. 22. Устройство по п. 21, отличающееся тем, что узел фиксации оснащен приспособлениями для установки сборно-разборных оправок. 22. The device according to p. 21, characterized in that the fixing unit is equipped with devices for installing collapsible mandrels. 23. Устройство по п.21, отличающееся тем, что узел фиксации снабжен валом и втулками для передачи крутящего момента на заготовку. 23. The device according to item 21, wherein the fixing unit is provided with a shaft and bushings for transmitting torque to the workpiece. 24. Устройство по п.21, отличающееся тем, что роликодержатель дополнительно снабжен теплозащитным экраном. 24. The device according to item 21, wherein the roller holder is additionally equipped with a heat shield. 25. Устройство по п.21, отличающееся тем, что рабочая печь дополнительно снабжена отдельной камерой для размещения в ней инструмента и предварительного его нагрева. 25. The device according to item 21, wherein the working furnace is additionally equipped with a separate chamber for placing the tool in it and pre-heating it. 26. Устройство по п.25, отличающееся тем, что камера совмещена с подвижной частью стенки печи. 26. The device according A.25, characterized in that the chamber is combined with the movable part of the furnace wall.
RU2000106705A 2000-03-15 2000-03-15 Method for making complex-profile axially symmetrical parts of hard-to-form multiphase alloys and apparatus for performing the same RU2187403C2 (en)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2000106705A RU2187403C2 (en) 2000-03-15 2000-03-15 Method for making complex-profile axially symmetrical parts of hard-to-form multiphase alloys and apparatus for performing the same
PCT/RU2001/000106 WO2001068289A1 (en) 2000-03-15 2001-03-13 Method for producing configurated axisymmetric parts made of difficult-to-form multi-phase alloys and a device for carrying out said method
AU2001248940A AU2001248940A1 (en) 2000-03-15 2001-03-13 Method for producing configurated axisymmetric parts made of difficult-to-form multi-phase alloys and a device for carrying out said method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2000106705A RU2187403C2 (en) 2000-03-15 2000-03-15 Method for making complex-profile axially symmetrical parts of hard-to-form multiphase alloys and apparatus for performing the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2000106705A RU2000106705A (en) 2001-11-20
RU2187403C2 true RU2187403C2 (en) 2002-08-20

Family

ID=20232034

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2000106705A RU2187403C2 (en) 2000-03-15 2000-03-15 Method for making complex-profile axially symmetrical parts of hard-to-form multiphase alloys and apparatus for performing the same

Country Status (3)

Country Link
AU (1) AU2001248940A1 (en)
RU (1) RU2187403C2 (en)
WO (1) WO2001068289A1 (en)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2254195C1 (en) * 2004-01-30 2005-06-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Московское машиностроительное производственное предприятие "САЛЮТ" (ФГУП "ММПП "САЛЮТ") Axially symmetrical part forming method
RU2271261C1 (en) * 2004-06-17 2006-03-10 Риф Гайзуллович Баймурзин Process for forming rings of fine-grain structure blanks
RU2329116C2 (en) * 2002-11-12 2008-07-20 Дженерал Электрик Компани Method of item production from titanium alpha-beta-alloy by means of forging
RU2419675C1 (en) * 2010-02-08 2011-05-27 Открытое акционерное общество "Всероссийский институт легких сплавов" (ОАО "ВИЛС") Procedure for thermal treatment of disk blanks out of granulated high alloyed nickel alloys with base micro-crystal structure micro-duplex
RU2506135C1 (en) * 2012-07-02 2014-02-10 Владислав Владимирович Синица Method of manufacturing u-shape long sections with mount flanges for attachment of various devices
RU2548349C2 (en) * 2013-06-24 2015-04-20 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем сверхпластичности металлов Российской академии наук (ИПСМ РАН) Manufacturing method of axisymmetrical parts like discs
RU2584103C2 (en) * 2014-07-01 2016-05-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Государственный универстет-учебно-научно-производственный комплекс" (ФГБОУ ВПО "Госуниверситет-УНПК") Hardening of metal sleeve at heating
RU2650462C1 (en) * 2017-01-09 2018-04-13 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем сверхпластичности металлов Российской академии наук (ИПСМ РАН) Method of manufacturing by rotational emission with thinning of wall of hollow axisymmetric detail from hard-to-deform multiphase alloy

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0451268A1 (en) * 1989-10-30 1991-10-16 Asahi Tec Corporation Spin molding apparatus
RU2031753C1 (en) * 1992-07-21 1995-03-27 Всероссийский научно-исследовательский институт технической физики Device to roll out
RU2089321C1 (en) * 1994-05-11 1997-09-10 Всероссийский федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт технической физики Rolling off apparatus
RU2093294C1 (en) * 1994-03-29 1997-10-20 Институт проблем сверхпластичности металлов РАН Method of making parts such as discs of motor vehicle wheels
US5740609A (en) * 1995-12-08 1998-04-21 Motor Wheel Corporation Method of making one-piece vehicle wheels and the like
RU2119842C1 (en) * 1996-06-21 1998-10-10 Институт проблем сверхпластичности металлов РАН Method for manufacturing axially symmetrical parts and blank making process for performing the same

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0451268A1 (en) * 1989-10-30 1991-10-16 Asahi Tec Corporation Spin molding apparatus
RU2031753C1 (en) * 1992-07-21 1995-03-27 Всероссийский научно-исследовательский институт технической физики Device to roll out
RU2093294C1 (en) * 1994-03-29 1997-10-20 Институт проблем сверхпластичности металлов РАН Method of making parts such as discs of motor vehicle wheels
RU2089321C1 (en) * 1994-05-11 1997-09-10 Всероссийский федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт технической физики Rolling off apparatus
US5740609A (en) * 1995-12-08 1998-04-21 Motor Wheel Corporation Method of making one-piece vehicle wheels and the like
RU2119842C1 (en) * 1996-06-21 1998-10-10 Институт проблем сверхпластичности металлов РАН Method for manufacturing axially symmetrical parts and blank making process for performing the same

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2329116C2 (en) * 2002-11-12 2008-07-20 Дженерал Электрик Компани Method of item production from titanium alpha-beta-alloy by means of forging
RU2254195C1 (en) * 2004-01-30 2005-06-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Московское машиностроительное производственное предприятие "САЛЮТ" (ФГУП "ММПП "САЛЮТ") Axially symmetrical part forming method
RU2271261C1 (en) * 2004-06-17 2006-03-10 Риф Гайзуллович Баймурзин Process for forming rings of fine-grain structure blanks
RU2419675C1 (en) * 2010-02-08 2011-05-27 Открытое акционерное общество "Всероссийский институт легких сплавов" (ОАО "ВИЛС") Procedure for thermal treatment of disk blanks out of granulated high alloyed nickel alloys with base micro-crystal structure micro-duplex
RU2506135C1 (en) * 2012-07-02 2014-02-10 Владислав Владимирович Синица Method of manufacturing u-shape long sections with mount flanges for attachment of various devices
RU2548349C2 (en) * 2013-06-24 2015-04-20 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем сверхпластичности металлов Российской академии наук (ИПСМ РАН) Manufacturing method of axisymmetrical parts like discs
RU2584103C2 (en) * 2014-07-01 2016-05-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Государственный универстет-учебно-научно-производственный комплекс" (ФГБОУ ВПО "Госуниверситет-УНПК") Hardening of metal sleeve at heating
RU2650462C1 (en) * 2017-01-09 2018-04-13 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем сверхпластичности металлов Российской академии наук (ИПСМ РАН) Method of manufacturing by rotational emission with thinning of wall of hollow axisymmetric detail from hard-to-deform multiphase alloy

Also Published As

Publication number Publication date
WO2001068289A1 (en) 2001-09-20
AU2001248940A1 (en) 2001-09-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2119842C1 (en) Method for manufacturing axially symmetrical parts and blank making process for performing the same
EP1391255A2 (en) Method for producing blanks having a fine-grain structure
RU2146571C1 (en) Method for deformation working of materials and apparatus for performing the same
CN1253258C (en) Method for rolling and forming rectangular section aluminium alloy ring piece
RU2187403C2 (en) Method for making complex-profile axially symmetrical parts of hard-to-form multiphase alloys and apparatus for performing the same
Mohebbi et al. A novel spin-bonding process for manufacturing multilayered clad tubes
WO2000018973A1 (en) Method for processing billets out of metals and alloys and the article
Pater et al. Producing hollow drive shafts by rotary compression
US20110192509A1 (en) Method for forging a titanium alloy thermomechanical part
Cleaver et al. Incremental profile ring rolling with axial and circumferential constraints
Pacheco et al. Numerical simulation of electric hot incremental sheet forming of 1050 aluminum with and without preheating
NL192671C (en) Method for manufacturing tubular molds.
US6718809B1 (en) Method for processing billets out of metals and alloys and the article
US20040134249A1 (en) Method and device for making intricately-shaped axisymmetric parts from hardly deformable polyphase alloys
RU2055719C1 (en) Method of forming internal cylindrical surfaces in metallic blanks having through hole
JP2007245156A (en) Hollow material manufacturing apparatus and hollow material manufacturing method
Kuhfuss et al. Micro forming processes
RU2000106705A (en) METHOD FOR PRODUCING COMPLEX PROFILE AXISYMMETRIC PARTS FROM DIFFICULTY DEFORMABLE MULTIPHASE ALLOYS AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION
RU2202434C2 (en) Method for deformation working of materials and apparatus for performing the same
RU2000109802A (en) METHOD FOR PROCESSING METAL AND ALLOYS Billets
Tomczak et al. A theoretical and experimental analysis of rotary compression of hollow forgings formed over a mandrel
RU2246556C1 (en) Method for production of strained feed from titanium-based alloy and product made from the same
RU2262408C1 (en) Hollow article hot forging method
RU2831802C1 (en) Method of making shells from thin-sheet workpieces
RU2548349C2 (en) Manufacturing method of axisymmetrical parts like discs

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20140316