RU2382687C1 - Способ деформирования заготовки с обеспечением интенсивной пластической деформации и устройство для его осуществления - Google Patents
Способ деформирования заготовки с обеспечением интенсивной пластической деформации и устройство для его осуществления Download PDFInfo
- Publication number
- RU2382687C1 RU2382687C1 RU2008144744/02A RU2008144744A RU2382687C1 RU 2382687 C1 RU2382687 C1 RU 2382687C1 RU 2008144744/02 A RU2008144744/02 A RU 2008144744/02A RU 2008144744 A RU2008144744 A RU 2008144744A RU 2382687 C1 RU2382687 C1 RU 2382687C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- workpiece
- punch
- deformation
- matrix block
- plastic deformation
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 22
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 26
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 11
- 239000002184 metal Substances 0.000 abstract description 7
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 abstract description 7
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 2
- 238000007654 immersion Methods 0.000 abstract 3
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 abstract 1
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 5
- 238000005242 forging Methods 0.000 description 3
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 2
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 238000000844 transformation Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Forging (AREA)
Abstract
Группа изобретений относится к обработке металлов давлением и предназначена для наноструктурирования материалов интенсивной пластической деформацией. Способ включает осадку и кручение заготовки, которая помещена в матричный блок. Осадку и кручение осуществляют с усилием и крутящим моментом соответственно по приведенным математическим выражениям. Устройство включает пуансон для осадки заготовки и матричный блок. Матричный блок установлен на упорном подшипнике с возможностью поворота относительно контактной поверхности пуансона и нижней опорной поверхности прессового устройства. Имеет профилированное сечение для поворота с помощью профилированного ключа. В результате обеспечивается повышение качества металла заготовки и упрощение технологии наноструктурирования материала заготовки. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.
Description
Группа изобретений относится к обработке металлов давлением и предназначена для наноструктурирования материалов интенсивной пластической деформацией.
Известен способ обработки металлов давлением, согласно которому осуществляют осадку цилиндрической заготовки, при которой заготовку устанавливают на нижнюю опорную поверхность и деформируют путем перемещения верхней траверсой пресса или молота. Операция осадки применяется как промежуточная, так и завершающая операция кузнечно-штамповочного производства. При этом уменьшается высота заготовки и увеличивается диаметр заготовки (см. Сторожев М.В., Попов Е.А. «Теория обработки металлов давлением». Учебное пособие для ВУЗов. - М.: Машиностроение, 1977, с.253).
Известный способ осуществляется на универсальном кузнечно-прессовом оборудовании типа молот или пресс. При этом используют, как правило, плоские бойки, являющиеся универсальным кузнечным инструментом.
Недостатком известных способа и устройства является невозможность получения наноструктуры из-за того, что известные способ и устройство обеспечивают деформацию только по направлению поступательного движения рабочих органов без возможности реализации деформации кручения.
Известен способ испытаний материалов на кручение, при котором образец цилиндрического сечения помещают в захваты устройства и закручивают относительно продольной оси (см. Биргер И.А., Мавлютов P.P. «Сопротивление материалов». Учебное пособие. - М.: Наука, 1986, с.183).
Известный способ осуществляется на испытательных машинах, включающих приспособления (захваты) для реализации деформации кручения поворотом вокруг продольной оси заготовки. Данное оборудование используется, как правило, при определении механических характеристик материалов.
Недостатком известных способа и устройства является невозможность получения наноструктуры, вследствие того, что известное устройство не обеспечивает интенсивную пластическую деформацию и формирование наноструктуры.
Наиболее близким способом того же назначения к заявленному способу в группе изобретений по совокупности признаков является способ интенсивной пластической деформации, включающий деформирование заготовки, помещенной в замкнутый объем матрицы, осадкой и кручением в условиях квазигидростатического давления. Использование данного способа позволяет за счет интенсивной пластической деформации получать наноструктурные материалы, к которым относят материалы с зернами структуры менее 100 нм. Следует отметить, что получение наноструктуры позволяет обеспечить уникальные свойства материалов по механической прочности и пластичности (см. Головин Ю.И. «Введение в нанотехнику». - М.: Машиностроение, 2007, с.240). Данный способ выбран в качестве прототипа.
Признаки прототипа, совпадающие с признаками заявляемого способа, - осадка и кручение заготовки, помещенной в матричный блок.
Недостатком известного способа интенсивной пластической деформации, принятого за прототип, является сложность реализации деформации кручения, вследствие того, что в известном способе трудоемко в условиях квазигидростатического давления определить силу сжатия заготовки, достаточную для обеспечения сил трения между пуансоном и контактной поверхностью заготовки, необходимых для реализации кручения заготовки, в противном случае пуансон будет проскальзывать относительно заготовки без реализации деформации кручения. Также недостатком является трудоемкость выполнения операций обработки заготовки, так как в известном способе отсутствуют рекомендации о последовательности проведения операций осаживания и кручения заготовки в условиях квазигидростатического давления. Кроме того, в технической и патентной литературе отсутствуют конкретные рекомендации для выбора усилия осаживания и крутящего момента, обеспечивающих реализацию интенсивной пластической деформации и наноструктурирование материала заготовки.
Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному устройству в группе изобретений по совокупности признаков является устройство для интенсивной пластической деформации, включающее жестко соединенный с подвижной траверсой прессового устройства пуансон для осадки заготовки и матричный блок (см. Головин Ю.И. «Введение в нанотехнику». - М.: Машиностроение, 2007, с.240).
Признаки известного устройства, совпадающие с признаками заявляемого, - пуансон для осадки заготовки, жестко соединенный с подвижной траверсой прессового устройства; матричный блок.
Недостатком известного устройства для интенсивной пластической деформации, принятого за прототип, является сложность условий эксплуатации, вследствие того, что в известном устройстве крутящий момент обеспечивается вращением пуансона, при этом силы трения между боковой поверхностью заготовки и внутренней поверхностью силовой матрицы будут препятствовать реализации пластической деформации кручением. При определенных условиях пластическая деформация заготовки может оказаться вообще невозможной из-за заклинивания заготовки в полости матрицы вследствие радиальной деформации заготовки при действии осевой сжимающей силы и значительного увеличения крутящего момента. Кроме того, реализация кручения вращением пуансона относительно матричного блока затрудняет пластическую деформацию всего объема заготовки, что может привести к неравномерному распределению деформаций в заготовке и механических свойств по объему обрабатываемой заготовки.
Задачей, на решение которой направлена заявляемая группа изобретений, является повышение качества металла заготовки и упрощение технологии наноструктурирования материала заготовки, определение условий интенсивного пластического деформирования по всему объему обрабатываемой заготовки.
Поставленная задача была решена за счет того, что в известном способе интенсивной пластической деформации, включающем осадку и кручение заготовки, помещенной в матричный блок, осадку осуществляют с усилием (Р), определяемым по формуле
после чего осуществляют кручение заготовки с получением деформации сдвига путем вращения матричного блока с крутящим моментом (М), который определяют по формуле
где τs - предельное напряжение сдвига материала заготовки;
d - диаметр упрочняемой заготовки;
f - коэффициент трения на поверхности контакта пуансон - заготовка.
Поставленная задача также решается тем, что в известном устройстве для интенсивной пластической деформации, включающем жестко соединенный с подвижной траверсой прессового устройства пуансон для осадки заготовки и матричный блок, матричный блок установлен на упорном подшипнике с возможностью поворота относительно контактной поверхности пуансона и нижней опорной поверхности прессового устройства и имеет профилированное сечение для обеспечения поворота с помощью профилированного ключа.
Признаки предлагаемого способа, отличительные от признаков способа по прототипу-осадку, осуществляют с усилием (Р), определяемым по приведенной выше формуле, после чего осуществляют кручение заготовки с получением деформации сдвига путем вращения матричного блока с крутящим моментом (М), который определяют по приведенной выше формуле.
Признаки предлагаемого устройства, отличительные от признаков устройства по прототипу: матричный блок установлен на упорном подшипнике с возможностью поворота относительно контактной поверхности пуансона и нижней опорной поверхности прессового устройства и имеет профилированное сечение для обеспечения поворота с помощью профилированного ключа.
Изобретения поясняются чертежами.
На фиг.1 приведена эпюра касательных напряжений.
На фиг.2 представлено устройство в заявленной группе изобретений.
На фиг.3 - сечение А-А.
При интенсивной пластической деформации сдвиговая деформация реализуется за счет приложенного при осевом сжатии крутящего момента. Крутящий момент должен обеспечить касательные напряжения, равные предельному напряжению сдвига τs материала заготовки по всему сечению заготовки. Только в этом случае пластическая деформация будет реализована во всем объеме заготовки. Эпюра касательных напряжений при этом будет иметь вид, представленный на фиг.1.
Результирующий крутящий момент, соответствующий переходу в пластическое состояние всего сечения образца (фиг.1), будет равен
после преобразований крутящий момент будет равен
Крутящий момент (1) обеспечивается за счет сил трения на контакте пуансон-заготовка, при этом касательное напряжение определяется законом Кулона:
где f - коэффициент трения на контакте;
р - удельное давление пуансона при осаживании.
Для предельного значения касательного напряжения (τ=τs) из соотношения (2) следует:
Тогда полное осевое усилие осаживания, обеспечивающее интенсивную пластическую деформацию, будет равно
Предлагаемое устройство для интенсивной пластической деформации содержит (фиг.2) подвижную траверсу 1 прессового устройства, с которой жестко соединен рабочий пуансон 2 для осаживания заготовки 3 и матричный блок 4. Матричный блок 4 имеет профилированное сечение для обеспечения поворота с помощью профилированного ключа. Матричный блок 4 установлен на упорном подшипнике 5 с возможностью поворота относительно контактной поверхности пуансона 2 и нижней опорной поверхности 6 прессового устройства.
Способ осуществляется с помощью устройства следующим образом.
Обрабатываемую заготовку 3 помещают в полость матричного блока 4 и сдавливают пуансоном 2, жестко соединенным с подвижной траверсой 1 прессового устройства. После достижения необходимого усилия осаживания матричный блок 4 с заготовкой 3 поворачиваются на заданный угол с помощью профилированного по форме сечения матричного блока 4 ключа. При повороте матричного блока 4 относительно пуансона 2 в заготовке 3 происходит интенсивная пластическая деформация сдвигом с наноструктурированнием металлом заготовки 3.
Claims (2)
1. Способ деформирования заготовки с обеспечением интенсивной пластической деформации, включающий осадку и кручение заготовки, помещенной в матричный блок, отличающийся тем, что осадку осуществляют с усилием (Р), определяемым по формуле
,
после чего осуществляют кручение заготовки с получением деформации сдвига путем вращения матричного блока с крутящим моментом (М), который определяют по формуле
,
где τs - предельное напряжение сдвига материала заготовки;
d - диаметр упрочняемой заготовки;
f - коэффициент трения на поверхности контакта пуансон-заготовка.
после чего осуществляют кручение заготовки с получением деформации сдвига путем вращения матричного блока с крутящим моментом (М), который определяют по формуле
где τs - предельное напряжение сдвига материала заготовки;
d - диаметр упрочняемой заготовки;
f - коэффициент трения на поверхности контакта пуансон-заготовка.
2. Устройство для деформирования заготовки с обеспечением интенсивной пластической деформации, включающее жестко соединенный с подвижной траверсой прессового устройства пуансона для осадки заготовки и матричный блок, отличающееся тем, что матричный блок установлен на упорном подшипнике с возможностью поворота относительно контактной поверхности пуансона и нижней опорной поверхности прессового устройства и имеет профилированное сечение для обеспечения поворота с помощью профилированного ключа.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008144744/02A RU2382687C1 (ru) | 2008-11-12 | 2008-11-12 | Способ деформирования заготовки с обеспечением интенсивной пластической деформации и устройство для его осуществления |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008144744/02A RU2382687C1 (ru) | 2008-11-12 | 2008-11-12 | Способ деформирования заготовки с обеспечением интенсивной пластической деформации и устройство для его осуществления |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2382687C1 true RU2382687C1 (ru) | 2010-02-27 |
Family
ID=42127774
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2008144744/02A RU2382687C1 (ru) | 2008-11-12 | 2008-11-12 | Способ деформирования заготовки с обеспечением интенсивной пластической деформации и устройство для его осуществления |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2382687C1 (ru) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2547984C1 (ru) * | 2013-12-26 | 2015-04-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный университет" (СПбГУ) | Способ интенсивной пластической деформации кручением под высоким циклическим давлением |
| RU2586188C1 (ru) * | 2014-12-04 | 2016-06-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет" (СПбГУ) | Способ интенсивной пластической деформации кручением под высоким давлением при ступенчатом нагреве заготовок |
| RU2628594C2 (ru) * | 2015-11-24 | 2017-08-21 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет" (СПбГУ) | Способ повышения адгезионной прочности покрытия TiN и (Ti+V)N к подложке титанового сплава ВТ-6 |
| RU238612U1 (ru) * | 2024-04-23 | 2025-11-01 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Хабаровский Федеральный исследовательский центр Дальневосточного отделения Российской академии наук | Устройство для пластической деформации заготовки кручением под давлением |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1348048A1 (ru) * | 1985-11-18 | 1987-10-30 | Московский институт стали и сплавов | Способ изготовлени пресс-изделий |
| SU1379082A1 (ru) * | 1986-09-29 | 1988-03-07 | Г. В. Санников и О. В. Волков | Способ получени заготовок и устройство дл его осуществлени |
| SU1386349A1 (ru) * | 1986-06-23 | 1988-04-07 | Краматорский Индустриальный Институт | Штамп дл поперечного выдавливани |
| RU2159162C2 (ru) * | 1998-10-01 | 2000-11-20 | Институт проблем сверхпластичности металлов РАН | Способ обработки заготовок из металлов и сплавов |
| RU2193969C2 (ru) * | 2001-02-06 | 2002-12-10 | Московский государственный индустриальный университет | Пресс |
| RU2277992C2 (ru) * | 2004-09-06 | 2006-06-20 | Риф Гайзуллович Баймурзин | Способ получения заготовок с мелкозернистой структурой |
| JP2006305603A (ja) * | 2005-04-28 | 2006-11-09 | Toyota Motor Corp | 押出成形方法及び押出成形装置 |
-
2008
- 2008-11-12 RU RU2008144744/02A patent/RU2382687C1/ru active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1348048A1 (ru) * | 1985-11-18 | 1987-10-30 | Московский институт стали и сплавов | Способ изготовлени пресс-изделий |
| SU1386349A1 (ru) * | 1986-06-23 | 1988-04-07 | Краматорский Индустриальный Институт | Штамп дл поперечного выдавливани |
| SU1379082A1 (ru) * | 1986-09-29 | 1988-03-07 | Г. В. Санников и О. В. Волков | Способ получени заготовок и устройство дл его осуществлени |
| RU2159162C2 (ru) * | 1998-10-01 | 2000-11-20 | Институт проблем сверхпластичности металлов РАН | Способ обработки заготовок из металлов и сплавов |
| RU2193969C2 (ru) * | 2001-02-06 | 2002-12-10 | Московский государственный индустриальный университет | Пресс |
| RU2277992C2 (ru) * | 2004-09-06 | 2006-06-20 | Риф Гайзуллович Баймурзин | Способ получения заготовок с мелкозернистой структурой |
| JP2006305603A (ja) * | 2005-04-28 | 2006-11-09 | Toyota Motor Corp | 押出成形方法及び押出成形装置 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ГОЛОВИН Ю.И. Введение в нанотехнику. - М.: Машиностроение, 2007. * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2547984C1 (ru) * | 2013-12-26 | 2015-04-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный университет" (СПбГУ) | Способ интенсивной пластической деформации кручением под высоким циклическим давлением |
| RU2586188C1 (ru) * | 2014-12-04 | 2016-06-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет" (СПбГУ) | Способ интенсивной пластической деформации кручением под высоким давлением при ступенчатом нагреве заготовок |
| RU2628594C2 (ru) * | 2015-11-24 | 2017-08-21 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет" (СПбГУ) | Способ повышения адгезионной прочности покрытия TiN и (Ti+V)N к подложке титанового сплава ВТ-6 |
| RU238612U1 (ru) * | 2024-04-23 | 2025-11-01 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Хабаровский Федеральный исследовательский центр Дальневосточного отделения Российской академии наук | Устройство для пластической деформации заготовки кручением под давлением |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Nowak et al. | Recent development in orbital forging technology | |
| Zhbankov et al. | Rational parameters of profiled workpieces for an upsetting process | |
| RU2382687C1 (ru) | Способ деформирования заготовки с обеспечением интенсивной пластической деформации и устройство для его осуществления | |
| Ma et al. | Forward extrusion through steadily rotating conical dies. Part I: experiments | |
| Akbarzadeh et al. | Investigation of mechanical and microstructural properties of pure copper processed by combined extrusion-equal channel angular pressing (C-Ex-ECAP) | |
| Volokitin et al. | Strain state and microstructure evolution of AISI-316 austenitic stainless steel during high-pressure torsion (HPT) process in the new stamp design | |
| Bay et al. | A friction model for cold forging of aluminum, steel and stainless steel provided with conversion coating and solid film lubricant | |
| Ishkina et al. | Eccentric rotary swaging | |
| Kajtoch | Strain in the upsetting process | |
| Panin et al. | Theoretical grounds of the combined rolling-equal-channel step pressing process | |
| EP2239071A3 (en) | Ceracon forging of L1(sub 2) aluminum alloys | |
| Kumar et al. | Numerical simulation of Al1070 alloy through hybrid SPD process | |
| Lontos et al. | Effect of extrusion parameters and die geometry on the produced billet quality using finite element method | |
| Zhang et al. | Recess swaging method for manufacturing the internal helical splines | |
| RU2354486C1 (ru) | Способ интенсивной пластической деформации плоских заготовок круглой формы | |
| Matsumoto | Ductility improvement methods for commercial AZ31B magnesium alloy in cold forging | |
| Han et al. | Study on the progressive forming mechanism of multi-step shafts based on convex-end billet in the cross wedge rolling technology | |
| RU2528302C1 (ru) | Способ прессования биметаллических заготовок | |
| Altinbalik et al. | An approach for calculation of press loads in closed–die upsetting of gear blanks of gear pumps | |
| Venugopal et al. | Simulation studies on tube end expansion of AA2014 alloy tubes | |
| RU2534471C1 (ru) | Способ оптимизации конструкции поводковой части заготовки-трубы под радиальное обжатие | |
| Mulidrán et al. | The Influence of Numerical Parameters on the Springback Prediction of U-Shaped Part | |
| Szymczyk et al. | Comparison of the dynamic riveting process of a rivet with and without a compensator | |
| Reche et al. | Damage mechanisms of ultrahigh strength steels in bending application to a trip steel | |
| Sharma et al. | Preparation of rivet shape head from sintered aluminum specimen at varying strain rates by cold forging |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE Effective date: 20120116 Free format text: LICENCE Effective date: 20120118 |