[go: up one dir, main page]

RU2414319C1 - Method of metal forming - Google Patents

Method of metal forming Download PDF

Info

Publication number
RU2414319C1
RU2414319C1 RU2010101089/02A RU2010101089A RU2414319C1 RU 2414319 C1 RU2414319 C1 RU 2414319C1 RU 2010101089/02 A RU2010101089/02 A RU 2010101089/02A RU 2010101089 A RU2010101089 A RU 2010101089A RU 2414319 C1 RU2414319 C1 RU 2414319C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
channel
workpiece
pressing
matrix
parallel channels
Prior art date
Application number
RU2010101089/02A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Валерий Алексеевич Полетаев (RU)
Валерий Алексеевич Полетаев
Анатолий Сергеевич Матвеев (RU)
Анатолий Сергеевич Матвеев
Роман Александрович Казаков (RU)
Роман Александрович Казаков
Original Assignee
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Рыбинская государственная авиационная технологическая академия имени П.А. Соловьева"
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 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Рыбинская государственная авиационная технологическая академия имени П.А. Соловьева" filed Critical Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Рыбинская государственная авиационная технологическая академия имени П.А. Соловьева"
Priority to RU2010101089/02A priority Critical patent/RU2414319C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2414319C1 publication Critical patent/RU2414319C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Forging (AREA)

Abstract

FIELD: process engineering. ^ SUBSTANCE: invention relates to metal forming with high-intensity plastic deformation and serves to produce nanocrystalline structure of materials with higher mechanical properties. Moulding is carried using die made up of two half-dies. Each half-die has one parallel channel and one intermediate channel. Intermediate semi-channel and semi-channel of another half die make common intermediate channel. At first moulding stage, prior to placing billet into die, half-dies are transferred unless axes of parallel channels are located on one straight line and they form common channel. Then, billet is place into said channel. Axial strain forces are applied simultaneously with lateral strain forces to both faces of the billet, and moving half-does are moved into initial position. Center of plastic deformation originates at biller medium part, and gets divided into two centers to be displaced toward billet ends. At second moulding stage, axial straining loads are removed to displace moving half-dies in opposite directions to form common straight channel. Intermediate channel length at all stages and in each moulding moment is taken to equal the distance between plastic deformation centers. Billet material is changed into stress-strain state by varying male die transfer speed-to-half die transfer speed ratio. ^ EFFECT: fine-grained structure of materials. ^ 11 cl, 9 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к обработке металлов давлением с использованием интенсивной пластической деформации и предназначено для получения нанокристаллической структуры материалов с увеличенным уровнем механических свойств.The present invention relates to the processing of metals by pressure using intense plastic deformation and is intended to obtain a nanocrystalline structure of materials with an increased level of mechanical properties.

Известен способ обработки металлов давлением, при котором устанавливают заготовку в матрицу с двумя параллельными каналами, соединенными промежуточным каналом, прикладывают к заготовке осевую нагрузку и осуществляют ее прессование путем последовательного проталкивания через каналы матрицы. Промежуточный канал полуматриц образует с параллельными каналами внутренние накрест лежащие углы больше 90°.A known method of processing metals by pressure, in which the workpiece is installed in a matrix with two parallel channels connected by an intermediate channel, an axial load is applied to the workpiece and it is pressed by successive pushing through the matrix channels. The intermediate channel of the semi-matrices forms, with parallel channels, internal crosswise lying angles greater than 90 °.

[Патент РФ 2181314, МПК B21D 25/02. «Устройство для обработки металлов давлением». Заявлен 09.06.2000 г., опубл. 20.04.2002 г.].[RF patent 2181314, IPC B21D 25/02. "Device for metal forming." Declared June 9, 2000, publ. April 20, 2002].

К недостаткам этого способа относится то, что при последовательном прохождении заготовкой колен матрицы происходит последовательное образование очагов деформации, что приводит к возникновению значительных сил трения между заготовкой и матрицей и требует наложения повышенных нагрузок для деформирования заготовки. Это ведет к увеличению энергоемкости процесса.The disadvantages of this method include the fact that during the sequential passage of the workpiece by the knees of the matrix, successive formation of deformation centers occurs, which leads to the emergence of significant friction forces between the workpiece and the matrix and requires the application of increased loads to deform the workpiece. This leads to an increase in the energy intensity of the process.

При таком способе обработки заготовки ее формоизменение в очагах пластической деформации осуществляется только за счет деформации сдвига при наложении на очаг пластической деформации только неравномерных сжимающих напряжений. Этот способ обработки не позволяет управлять схемой напряженно-деформированного состояния материала в очагах деформации и не позволяет ввести в процесс измельчения зерен (получения нанокристаллической структуры) новые, дополнительные плоскости скольжения в кристаллической структуре материала.With this method of processing a workpiece, its shaping in the foci of plastic deformation is carried out only due to shear deformation when only non-uniform compressive stresses are applied to the focal point of plastic deformation. This processing method does not allow controlling the scheme of the stress-strain state of the material in the deformation zones and does not allow introducing new, additional sliding planes into the crystal structure of the material in the grain grinding process (obtaining a nanocrystalline structure).

Расположение промежуточного канала по отношению к параллельным каналам под углом больше 90° снижает степень упрочнения материала заготовки, т.к. чем больше угол, тем меньше степень упрочнения.The location of the intermediate channel in relation to parallel channels at an angle of more than 90 ° reduces the degree of hardening of the workpiece material, because the larger the angle, the lower the degree of hardening.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ обработки металлов давлением, при котором прессование осуществляют с помощью матрицы, содержащей две подвижные полуматрицы, в каждой из которых выполнен один из параллельных каналов и промежуточный полуканал, образующий с полуканалом другой полуматрицы единый промежуточный канал. Этот канал образует с параллельными каналами внутренние накрест лежащие углы больше 90°.The closest in technical essence and the achieved result is a method of processing metals by pressure, in which pressing is carried out using a matrix containing two movable half-matrixes, in each of which one of the parallel channels and an intermediate half-channel are formed, forming a single intermediate channel with the half-channel of the other half-matrix. This channel forms with parallel channels internal crosswise lying angles greater than 90 °.

Перед установкой заготовки в матрицу перемещают полуматрицы до расположения осей параллельных каналов на одной прямой и образования ими единого канала. Затем устанавливают в канал заготовку, прикладывают боковые деформирующие нагрузки и перемещают подвижные полуматрицы до возвращения осей параллельных каналов в первоначальное положение. При этом промежуточные полуканалы образуют единый промежуточный канал. Под воздействием усилий, развиваемых полуматрицами в средней части заготовки, возникает очаг пластической деформации, который разделяется на два очага, смещающиеся к концевым участкам заготовки. При этом формоизменение заготовки осуществляется преимущественно за счет деформации сдвига. (Экспресс-информация «Технология и оборудование кузнечно-штамповочного производства», ВИНИТИ, Москва, №26, 1982 г., стр.18).Before installing the workpiece in the matrix, half-matrices are moved until the axes of the parallel channels are located on one straight line and they form a single channel. Then, a workpiece is installed in the channel, lateral deforming loads are applied, and moving half-matrixes are moved until the axes of the parallel channels return to their original position. In this case, the intermediate half-channels form a single intermediate channel. Under the influence of the forces developed by the semi-matrices in the middle part of the workpiece, a plastic deformation zone occurs, which is divided into two centers, shifting to the end sections of the workpiece. In this case, the preform is modified mainly due to shear deformation. (Express information “Technology and equipment for forging and stamping”, VINITI, Moscow, No. 26, 1982, p. 18).

В таком способе силы трения между заготовкой и матрицами снижены за счет изменения последовательности образования очагов деформации - от середины заготовки к ее краям, что позволяет уменьшить нагрузки, требуемые для деформирования заготовки и, как следствие, снизить энергоемкость процесса.In this method, the friction forces between the workpiece and the matrices are reduced by changing the sequence of formation of the deformation zones - from the middle of the workpiece to its edges, which reduces the load required to deform the workpiece and, as a result, reduce the energy consumption of the process.

Однако такой способ не позволяет получить нанокристаллическую структуру материала заготовки вследствие как недостаточной интенсивности деформации сдвига в очагах деформации заготовки, так и однонаправленного характера сдвиговой деформации и, кроме того, не позволяет управлять схемой напряженно-деформированного состояния материала заготовки в очагах деформации путем создания в них не только деформаций сдвига, но и дополнительных деформаций растяжения или сжатия, что не позволяет ввести в процесс измельчения зерен (получения нанокристаллической структуры) новые дополнительные плоскости скольжения в кристаллической структуре материала и интенсифицировать процесс структурообразования материала.However, this method does not allow to obtain a nanocrystalline structure of the workpiece material due to both insufficient shear strain in the workpiece deformation centers and the unidirectional nature of shear deformation and, moreover, does not allow to control the stress-strain state of the workpiece material in the deformation centers by creating not not only shear deformations, but also additional tensile or compressive deformations, which does not allow introducing grains into the grinding process (obtaining nanocr crystalline structure) new additional sliding planes in the crystal structure of the material and to intensify the process of structure formation material.

Техническим результатом, на достижение которого направлено предлагаемое техническое решение, является устранение вышеуказанных недостатков, а именно: получение более мелкозернистой структуры материала за счет изменения направления сдвига и обеспечение возможности управления схемой напряженно-деформированного состояния материала заготовки в очагах деформации путем создания в них не только деформаций сдвига, но и дополнительных деформаций растяжения или сжатия, что позволит ввести в процесс измельчения зерен (получения нанокристаллической структуры) новые дополнительные плоскости скольжения в кристаллической структуре материала и позволит интенсифицировать процесс структурообразования материала.The technical result aimed at achieving the proposed technical solution is to eliminate the above disadvantages, namely: obtaining a finer-grained structure of the material by changing the direction of shear and providing the ability to control the stress-strain state of the workpiece material in the deformation zones by creating not only deformations in them shear, but also additional tensile or compression deformations, which will allow introducing grains into the grinding process (obtaining a nanocrystal structure) new additional slip planes in the crystalline structure of the material and will intensify the process of structure formation of the material.

Заявляемый технический результат достигается тем, что при реализации способа обработки металлов давлением осуществляют прессование с помощью матрицы, содержащей две подвижные полуматрицы, в каждой из которых выполнен один из параллельных каналов и промежуточный полуканал, образующий с полуканалом другой полуматрицы единый промежуточный канал. На первом этапе прессования перед установкой заготовки в матрицу перемещают полуматрицы до расположения осей параллельных каналов на одной прямой и образования ими единого канала. Затем устанавливают в него заготовку, прикладывают боковые деформирующие нагрузки и перемещают подвижные полуматрицы до возвращения осей параллельных каналов в первоначальное положение с образованием промежуточными полуканалами единого промежуточного канала и с возникновением при этом в средней части заготовки очага пластической деформации, разделением его на два очага и последующим их смещением к концевым участкам заготовки.The claimed technical result is achieved by the fact that when implementing the method of metal forming, pressing is performed using a matrix containing two movable half-matrixes, each of which has one of the parallel channels and an intermediate half-channel forming a single intermediate channel with the half-channel of the other half-matrix. At the first stage of pressing, before installing the workpiece into the matrix, half-matrices are moved until the axes of the parallel channels are located on one straight line and they form a single channel. Then the blank is installed in it, lateral deforming loads are applied and the movable half-matrixes are moved until the axes of the parallel channels return to their original position with the formation of a single intermediate channel by the intermediate half-channels and with the occurrence of a plastic deformation center in the middle of the workpiece, dividing it into two foci and then them offset to the end sections of the workpiece.

Новым в предлагаемом способе является то, что на первом этапе прессования одновременно с боковыми деформирующими нагрузками к обоим торцам заготовки прикладывают осевые деформирующие нагрузки, способ также содержит второй этап прессования, при котором снимают осевые деформирующие нагрузки, приложенные к торцам заготовки, и перемещают подвижные полуматрицы в противоположном направлении до расположения осей параллельных каналов на одной прямой и образования единого прямолинейного канала с перемещением очага пластической деформации к средней части заготовки. Длину промежуточного канала на всех этапах в каждый момент прессования выдерживают равной протяженности зоны между очагами пластической деформации. Кроме того, на всех этапах осуществляют управление процессом прессования путем создания требуемого напряженно-деформированного состояния материала заготовки за счет изменения соотношения скоростей перемещения пуансонов и полуматриц.New in the proposed method is that at the first stage of pressing simultaneously with lateral deforming loads, axial deforming loads are applied to both ends of the workpiece, the method also comprises a second stage of pressing, in which the axial deforming loads applied to the ends of the workpiece are removed and the movable half-matrixes are moved to opposite direction to the location of the axes of the parallel channels on one straight line and the formation of a single rectilinear channel with the movement of the focus of plastic deformation to the middle part of the workpiece. The length of the intermediate channel at all stages at each moment of pressing is maintained equal to the length of the zone between the centers of plastic deformation. In addition, at all stages, the pressing process is controlled by creating the required stress-strain state of the workpiece material by changing the ratio of the speeds of movement of the punches and half-dies.

Первый и второй этапы можно выполнять последовательно n-е количество раз и для облегчения извлечения заготовки из матрицы закончить прессование после четного этапа.The first and second stages can be performed sequentially the nth number of times and to facilitate the extraction of the workpiece from the matrix to finish pressing after an even stage.

Для более равномерного распределения нанокристаллической структуры после снятия деформирующих нагрузок заготовку перед дальнейшим прессованием поворачивают вокруг своей оси.For a more uniform distribution of the nanocrystalline structure after removing the deforming loads, the workpiece is rotated around its axis before further pressing.

При реализации способа деформирующую нагрузку прикладывают с помощью пуансонов, а соотношение скоростей перемещения пуансонов и подвижных полуматриц назначают в диапазоне 0,85…1,15.When implementing the method, a deforming load is applied using punches, and the ratio of the speeds of movement of the punches and movable half-matrices is assigned in the range of 0.85 ... 1.15.

Для увеличения степени упрочнения материала промежуточный канал полуматриц располагают так, что он образует с параллельными каналами внутренние накрест лежащие углы α, величина которых меньше 90°.To increase the degree of hardening of the material, the intermediate channel of the semi-matrices is positioned so that it forms, with parallel channels, internal crosswise lying angles α, the magnitude of which is less than 90 °.

На прилагаемых чертежах приведена сущность предложенного способа:The accompanying drawings show the essence of the proposed method:

фиг.1 - исходное положение прутковой заготовки в матрице перед выполнением первого (нечетного) этапа деформирования при внутренних накрест лежащих углах α между промежуточным и параллельными каналами, равных 90°;figure 1 - the initial position of the bar stock in the matrix before performing the first (odd) stage of deformation with internal crosswise lying angles α between the intermediate and parallel channels equal to 90 °;

фиг.2. - сечение I-I фиг.1;figure 2. - section I-I of figure 1;

фиг.3. - сечение II-II фиг.1;figure 3. - section II-II of figure 1;

фиг.4. - сечение III-III фиг.1;figure 4. - section III-III of figure 1;

фиг.5 - конечное положение первого (нечетного) этапа деформирования заготовки;figure 5 - the final position of the first (odd) stage of deformation of the workpiece;

фиг.6 - начальное положение второго (четного) этапа деформирования заготовки;6 - the initial position of the second (even) stage of deformation of the workpiece;

фиг.7. - конечное положение второго (четного) этапа деформирования заготовки;Fig.7. - the final position of the second (even) stage of deformation of the workpiece;

фиг.8 - деформированное положение заготовки при внутренних накрест лежащих углах α между промежуточным и параллельными каналами матрицы меньше 90°;Fig. 8 - deformed position of the workpiece with internal lying angles α between the intermediate and parallel channels of the matrix less than 90 °;

фиг.9 - деформированное положение заготовки при внутренних накрест лежащих углах α между промежуточным и параллельными каналами матрицы больше 90°;Fig.9 - the deformed position of the workpiece with internal crosswise lying angles α between the intermediate and parallel channels of the matrix is greater than 90 °;

Прессование заготовки осуществляют с помощью матрицы с параллельными каналами 1 и 2 (фиг.1), соединенными промежуточным каналом и направленными от него в противоположные стороны. Матрица содержит подвижную полуматрицу 3, в которой выполнен параллельный канал 1 и промежуточный полуканал 4, и полуматрицу 5 с параллельным каналом 2 и промежуточным полуканалом 6. Полуканалы 4 и 6 при совмещении образуют единый промежуточный канал 7 (фиг.2). Промежуточный канал 7 образует с параллельными каналами 1, 2 внутренние накрест лежащие углы α, равные 90°.Pressing the workpiece is carried out using a matrix with parallel channels 1 and 2 (figure 1), connected by an intermediate channel and directed from it in opposite directions. The matrix contains a movable half-matrix 3, in which a parallel channel 1 and an intermediate half-channel 4 are made, and a half-matrix 5 with a parallel channel 2 and an intermediate half-channel 6. When combined, the half-channels 4 and 6 form a single intermediate channel 7 (Fig. 2). The intermediate channel 7 forms with parallel channels 1, 2 internal crosswise lying angles α equal to 90 °.

Способ обработки металлов давлением реализуется следующим образом.The method of metal forming is implemented as follows.

Перед установкой заготовки 8 (фиг.1) в матрицу перемещают полуматрицы 3 и 5 до расположения осей параллельных каналов 1, 2 на одной прямой и образования ими единого прямолинейного канала. Затем в указанный канал устанавливают заготовку 8. Заготовка 8 при этом может находиться в холодном или нагретом до ковочных температур состоянии, а также выполненной из сплошного металла или предварительно спрессованного брикета из порошковых и гранулированных металлов и сплавов или в виде трубной или трубчатой заготовки, заполненной пластичным наполнителем. К торцам заготовки 8 подводят пуансоны 9 и 10. При этом заготовка 8 является полностью охваченной поверхностями пуансонов 9, 10 и полуматриц 3, 5 (фиг.3, 4). Затем сообщают пуансонам 9, 10 (фиг.1) встречное синхронное перемещение. Пуансоны 9, 10 накладывают на торцы заготовки 8 силы Р, достаточные для перевода материала заготовки 8 в пластическое состояние и создания в ней схемы объемного неравномерного сжатия.Before installing the workpiece 8 (Fig. 1), half-matrices 3 and 5 are moved into the matrix until the axes of parallel channels 1, 2 are located on one straight line and they form a single rectilinear channel. Then, the blank 8 is installed in the specified channel. The blank 8 may be in a cold or heated condition for forging, as well as made of solid metal or pre-pressed briquette from powder and granular metals and alloys, or in the form of a tube or tubular blank filled with plastic filler. To the ends of the workpiece 8, the punches 9 and 10 are brought. In this case, the workpiece 8 is completely covered by the surfaces of the punches 9, 10 and half-matrices 3, 5 (Figs. 3, 4). Then, the punches 9, 10 (FIG. 1) are informed of the counter synchronous movement. The punches 9, 10 impose forces P on the ends of the workpiece 8, sufficient to transfer the material of the workpiece 8 into a plastic state and create a volumetric uneven compression scheme in it.

Одновременно прикладывают к заготовке 8 боковые деформирующие нагрузки путем перемещения подвижных полуматриц 3 и 5 в противоположные стороны по стрелкам А, выбирая при этом такое соотношение скоростей перемещения пуансонов 9, 10 и подвижных полуматриц 3,5, оказывающих также силовое воздействие на обрабатываемую заготовку 8, которое позволяет достигнуть требуемого напряженно-деформируемого состояния материала заготовки 8 в ее очагах деформации.At the same time, lateral deforming loads are applied to the workpiece 8 by moving the movable half-matrices 3 and 5 in opposite directions along arrows A, choosing at the same time the ratio of the speeds of movement of the punches 9, 10 and the moving half-matrices 3.5, which also exert a force on the workpiece 8, which allows you to achieve the desired stress-strain state of the material of the workpiece 8 in its foci of deformation.

При перемещении полуматриц 3, 5 (фиг.5) происходит смещение осей параллельных каналов 1 и 2 с образованием промежуточными полуканалами 4, 6 единого промежуточного канала 7, и параллельные каналы 1, 2 располагаются по обе стороны от единого промежуточного канала 7. В начальный момент деформирования заготовки 8 в ее средней части возникает мгновенный очаг пластической деформации, расположенный в плоскости пересечения параллельных и промежуточного каналов, который затем разделяется на два очага пластической деформации 11 и 12. В эти очаги входит материал заготовки 8 из зон, примыкающих к торцам пуансонов 9, 10. При этом очаги деформации 11 и 12 смещаются к концевым участкам заготовки 8. Длину промежуточного канала 7 в каждый момент прессования выдерживают равной протяженности зоны между очагами пластической деформации 11 и 12. При этом материал заготовки 8 в очагах пластической деформации получает однонаправленные деформации сдвига, приводящие к разориентировке зерен и дроблению его кристаллической структуры.When moving the semi-matrices 3, 5 (Fig. 5), the axes of the parallel channels 1 and 2 are displaced to form the intermediate half channel 7 by the intermediate half-channels 4, 6, and the parallel channels 1, 2 are located on both sides of the single intermediate channel 7. At the initial moment deformation of the workpiece 8 in its middle part there is an instant center of plastic deformation, located in the plane of intersection of parallel and intermediate channels, which is then divided into two centers of plastic deformation 11 and 12. These centers include ma the series of the workpiece 8 from the zones adjacent to the ends of the punches 9, 10. In this case, the deformation zones 11 and 12 are shifted to the end sections of the workpiece 8. The length of the intermediate channel 7 is maintained equal to the length of the zone between the centers of plastic deformation 11 and 12. At the same time, the material of the workpiece 8 in the foci of plastic deformation receives unidirectional shear deformation, leading to misorientation of the grains and crushing of its crystalline structure.

После проталкивания заготовки 8 через каналы 1, 2, 7 матрицы выполняют второй этап прессования, при котором снимают деформирующие нагрузки, приложенные к торцам заготовки 8 (фиг.6), и синхронно перемещают полуматрицы 3, 5 в противоположном направлении (по стрелкам Д), создавая деформирующие усилия, достаточные для перевода материала заготовки 8 в пластическое состояние. При этом в коленных зонах заготовки 8 вновь образуются два очага пластической деформации 14 и 15. Под действием приложенных нагрузок очаги пластической деформации начинают сближаться, протяженность вертикальных зон заготовки 8 увеличивается и в конечном положении полуматриц 3, 5 (фиг.7) оси параллельных каналов 1 и 2 располагаются на одной прямой, и параллельные каналы образуют единый прямолинейный канал с перемещением очага пластической деформации к срединной части заготовки 8. Заготовка 8 приобретает исходную прямолинейную форму. В процессе деформирования материал заготовки 8 в очагах пластической деформации 14, 15 (фиг.6) вновь получает деформации сдвига, направленные в противоположную, по сравнению с первым этапом деформирования, сторону. В материале заготовки 8 наряду с изменением направления деформации сдвига нарастает величина накопленной деформации сдвига, приводящая, в итоге, к дальнейшему дроблению кристаллической структуры материала.After pushing the workpiece 8 through the channels 1, 2, 7 of the matrix, the second pressing stage is performed, in which the deforming loads applied to the ends of the workpiece 8 are removed (Fig.6), and the half-matrix 3, 5 are synchronously moved in the opposite direction (along arrows D), creating deforming forces sufficient to transfer the material of the workpiece 8 into a plastic state. Moreover, in the knee zones of the workpiece 8, two centers of plastic deformation 14 and 15 are formed again. Under the action of the applied loads, the centers of plastic deformation begin to approach each other, the length of the vertical zones of the workpiece 8 increases and in the final position of the half-matrices 3, 5 (Fig. 7) of the axis of parallel channels 1 and 2 are located on one straight line, and parallel channels form a single rectilinear channel with the displacement of the focus of plastic deformation to the middle part of the workpiece 8. The workpiece 8 acquires the original rectilinear shape. In the process of deformation, the material of the workpiece 8 in the centers of plastic deformation 14, 15 (Fig.6) again receives shear deformations directed in the opposite direction compared to the first stage of deformation. In the material of the workpiece 8, along with a change in the direction of shear strain, the value of the accumulated shear strain increases, leading, as a result, to further crushing of the crystalline structure of the material.

При реализации описанного этапа обработки заготовки 8 к осевым пуансонам 9, 10 могут быть приложены нагрузки, направленные навстречу друг другу (не показано), смягчающие схему напряженного состояния в очагах пластической деформации заготовки 8.When implementing the described stage of processing the workpiece 8, axial punches 9, 10 can be applied loads directed towards each other (not shown), softening the stress state in the centers of plastic deformation of the workpiece 8.

Для обеспечения более равномерного распределения нанокристаллической структуры материала по объему заготовки, подвергаемому обработке, после снятия деформирующих нагрузок заготовку 8, перед последующим этапом деформирования, поворачивают вокруг своей оси.To ensure a more uniform distribution of the nanocrystalline structure of the material over the volume of the workpiece to be processed, after removing the deforming loads, the workpiece 8, before the next stage of deformation, is rotated around its axis.

При обработке заготовок из малопластичных в обычных условиях материалов скорости перемещения полуматриц 3 и 5 (Vполум) устанавливают по зависимости:When processing workpieces from materials that are low-plastic under normal conditions, the movement speeds of half-matrices 3 and 5 (V half ) are set according to:

Vполум=(0,8…1,0)Vос,V half = (0.8 ... 1.0) V OS ,

где Voc - скорости перемещения осевых пуансонов.where V oc - the speed of movement of the axial punches.

Это позволяет наложить на очаги пластической деформации материала заготовки 8 дополнительные сжимающие напряжения и, тем самым, создать в них более мягкую схему напряженного состояния, повышающую пластичность материала, вовлекая в процесс его структурообразования дополнительные плоскости скольжения с увеличением при этом степени разориентировки межзеренных границ.This makes it possible to impose additional compressive stresses on the plastic deformation centers of the workpiece 8 and, thereby, create a softer stress state scheme in them, which increases the ductility of the material, involving additional slip planes in the process of its structure formation with an increase in the degree of misorientation of grain boundaries.

При обработке материалов заготовок с высоким пределом текучести или из сильноупрочняющихся материалов при их холодном деформировании в осевых пуансонах 9, 10 могут быть наведены чрезмерно высокие напряжения сжатия, приводящие к их разрушению. Для уменьшения величины сжимающих напряжений, возникающих в осевых пуансонах 9, 10 при обработке заготовки 8, скорости перемещения подвижных полуматриц (Vполум) могут быть увеличены в соответствии с выражениемWhen processing workpieces materials with a high yield strength or from highly hardening materials during their cold deformation in the axial punches 9, 10, excessively high compression stresses can be induced, leading to their destruction. To reduce the magnitude of the compressive stresses arising in the axial punches 9, 10 when processing the workpiece 8, the moving speeds of the moving half-matrix (V half ) can be increased in accordance with the expression

Vполум=(1,0…1,15)Voc V half = (1.0 ... 1.15) V oc

При этом долю энергетических затрат на формоизменение заготовки 8 принимают на себя подвижные полуматрицы 3, 5, разгружая тем самым осевые пуансоны 9, 10. Дополнительно, наложение при этом на очаги пластических деформаций заготовки 8 растягивающих напряжений способствует «расшатыванию» субкристаллической структуры материала.In this case, the movable half-matrix 3, 5 take on the share of energy costs for shaping the workpiece 8, thereby unloading the axial punches 9, 10. Additionally, the application of tensile stresses to the centers of plastic deformation of the workpiece 8 contributes to “loosening” of the subcrystalline structure of the material.

Наложение на очаги пластической деформации заготовки сжимающих напряжений на одном из этапов прессования и растягивающих напряжений на другом позволяет повысить эффективность формирования нанокристаллической структуры материала обрабатываемой заготовки.The application of compressive stresses at one of the pressing stages and tensile stresses at the other to the sites of plastic deformation of the workpiece makes it possible to increase the formation efficiency of the nanocrystalline structure of the material of the workpiece.

В зависимости от требуемой степени измельчения зерен материала или получения требуемой степени разориентировки межзеренных границ материала заготовки 8 или иных задач первый и второй этапы деформирования заготовки могут быть последовательно повторены n-е число раз.Depending on the required degree of grinding material grains or obtaining the required degree of misorientation of grain boundaries of the workpiece material 8 or other tasks, the first and second stages of deformation of the workpiece can be repeated n-th number of times.

При этом целесообразно обработку материала заготовки 8 закончить на четном этапе деформирования, когда она приобретает прямолинейную форму, облегчающую ее извлечение из полуматриц.In this case, it is advisable to finish the workpiece material 8 at an even stage of deformation, when it acquires a rectilinear shape that facilitates its extraction from the semi-matrix.

За счет обеспечения одинаковых суммарных степеней деформаций материала по всей площади очагов пластической деформации, получаемых заготовкой за несколько этапов деформирования, обеспечивается более равномерное распределение нанокристаллической структуры по радиальным сечениям деформируемой зоны заготовки.By ensuring the same total degrees of deformation of the material over the entire area of the foci of plastic deformation obtained by the preform during several stages of deformation, a more uniform distribution of the nanocrystalline structure along the radial sections of the deformable zone of the preform is ensured.

При реализации данного способа можно также использовать матрицу с промежуточным каналом 7, который образует с параллельными каналами 1, 2 полуматриц 3, 5 внутренние накрест лежащие углы α больше или меньше 90°.When implementing this method, it is also possible to use a matrix with an intermediate channel 7, which forms parallel angles α greater or less than 90 ° with parallel channels 1, 2 of half-matrices 3, 5.

Поскольку степень упрочнения материала зависит от величины угла α, причем, чем меньше этот угол, тем больше степень упрочнения металла, то промежуточный канал 7 (фиг.8) полуматриц 3 и 5 целесообразно располагать так, чтобы он образовывал с параллельными каналами 1 и 2 внутренние накрест лежащие углы α меньше 90°.Since the degree of hardening of the material depends on the angle α, and the smaller this angle, the greater the degree of hardening of the metal, it is advisable to arrange the intermediate channel 7 (Fig. 8) of the half-matrices 3 and 5 so that it forms internal parallel channels 1 and 2 crosswise angles α less than 90 °.

При величине угла α больше 90° (фиг.9), по сравнению с предыдущими вариантами выполнения матрицы, этот вариант, хотя и обладает пониженной эффективностью структурообразования, зато требует меньших нагрузок для своей реализации по сравнению с наиболее близким аналогом, и, следовательно менее энергоемок и позволяет минимизировать габариты устройств для его реализации.When the angle α is greater than 90 ° (Fig. 9), in comparison with the previous matrix execution options, this option, although it has a reduced structure formation efficiency, but requires lower loads for its implementation in comparison with the closest analogue, and, therefore, less energy-intensive and allows you to minimize the dimensions of the devices for its implementation.

Применение предложенного способа позволяет интенсифицировать процесс структурообразования материала за счет изменения направления сдвига за первый (нечетный) и второй (четный) этапы деформирования заготовки и обеспечения возможности управления схемой напряженно-деформированного состояния материала заготовки в очагах пластической деформации путем создания в них не только деформаций сдвига, но и дополнительных деформаций растяжения или сжатия, что позволяет ввести в процесс измельчения зерен (получения нанокристаллической структуры) новые дополнительные плоскости скольжения в кристаллической структуре материала.The application of the proposed method allows to intensify the process of structure formation of the material by changing the direction of shear for the first (odd) and second (even) stages of deformation of the workpiece and providing the ability to control the stress-strain state of the workpiece material in the centers of plastic deformation by creating not only shear deformations in them, but also additional tensile or compression strains, which allows introducing into the process of grain grinding (obtaining a nanocrystalline structure s) New additional sliding planes in the crystal structure of the material.

Claims (11)

1. Способ обработки металлов давлением, включающий прессование заготовки с помощью матрицы, содержащей две подвижные полуматрицы, в каждой из которых выполнен один из параллельных каналов и промежуточный полуканал, образующий с полуканалом другой полуматрицы единый промежуточный канал, причем на первом этапе прессования перед установкой заготовки в матрицу перемещают полуматрицы из первоначального положения до расположения осей параллельных каналов на одной прямой и образования ими единого канала, устанавливают в него заготовку, прикладывают боковые деформирующие нагрузки и перемещают подвижные полуматрицы до возвращения осей параллельных каналов в первоначальное положение с образованием промежуточными полуканалами единого промежуточного канала и с возникновением при этом в средней части заготовки очага пластической деформации, разделением его на два очага и последующим их смещением к концевым участкам заготовки, отличающийся тем, что на первом этапе прессования одновременно с боковыми деформирующими нагрузками к обоим торцам заготовки прикладывают осевые деформирующие нагрузки, на втором этапе прессования снимают осевые деформирующие нагрузки, приложенные к торцам заготовки, и перемещают подвижные полуматрицы в противоположном направлении до расположения осей параллельных каналов на одной прямой и образования единого прямолинейного канала с перемещением очага пластической деформации к средней части заготовки, причем на всех этапах управляют процессом прессования путем создания требуемого напряженно-деформированного состояния материала заготовки за счет изменения соотношения скоростей перемещения пуансонов и полуматриц, а длину промежуточного канала в каждый момент прессования выдерживают равной протяженности зоны между очагами пластической деформации.1. A method of processing metals by pressure, comprising pressing the workpiece using a matrix containing two movable half-matrixes, each of which has one of the parallel channels and an intermediate half-channel, forming a single intermediate channel with the half-channel of the other half-matrix, and at the first stage of pressing before installing the workpiece in the matrix is moved half-matrix from the initial position to the location of the axes of the parallel channels on one straight line and the formation of a single channel, they set the workpiece in it, with lay lateral deforming loads and move the movable half-matrixes until the axes of the parallel channels return to their original position with the formation of a single intermediate channel by the intermediate half-channels and with the occurrence of a plastic deformation center in the middle of the workpiece, dividing it into two foci and then shifting them to the end sections of the workpiece, characterized in that in the first stage of pressing simultaneously with lateral deforming loads axial axial forces are applied to both ends of the workpiece forming loads, at the second stage of pressing, they remove axial deforming loads applied to the ends of the workpiece and move the movable half-matrix in the opposite direction until the axes of the parallel channels are located on one straight line and a single rectilinear channel is formed with the focus of plastic deformation moving to the middle part of the workpiece, the stages control the pressing process by creating the required stress-strain state of the workpiece material by changing the speed ratio awns displacement plungers and jaws, and the intermediate length of the channel at each moment of pressing is maintained equal to the length between the centers of the zone of plastic deformation. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при прессовании первый и второй этапы выполняют последовательно n раз.2. The method according to claim 1, characterized in that when pressing the first and second stages are performed sequentially n times. 3. Способ по п.2, отличающийся тем, что заканчивают прессование после четного этапа прессования.3. The method according to claim 2, characterized in that the pressing is completed after an even stage of pressing. 4. Способ по п.1, или 2, или 3, отличающийся тем, что после снятия деформирующих нагрузок заготовку поворачивают вокруг своей оси.4. The method according to claim 1, or 2, or 3, characterized in that after removing the deforming loads, the workpiece is rotated around its axis. 5. Способ по п.1, или 2, или 3, отличающийся тем, что осевую деформирующую нагрузку прикладывают с помощью пуансонов.5. The method according to claim 1, or 2, or 3, characterized in that the axial deforming load is applied using punches. 6. Способ по п.4, отличающийся тем, что осевую деформирующую нагрузку прикладывают с помощью пуансонов.6. The method according to claim 4, characterized in that the axial deforming load is applied using punches. 7. Способ по п.5, отличающийся тем, что соотношение скоростей перемещения пуансонов и подвижных полуматриц задают в диапазоне 0,85…1,15.7. The method according to claim 5, characterized in that the ratio of the speeds of movement of the punches and the movable half-matrix set in the range of 0.85 ... 1.15. 8. Способ по п.6, отличающийся тем, что соотношение скоростей перемещения осевых пуансонов и подвижных полуматриц задают в диапазоне 0,85…1,15.8. The method according to claim 6, characterized in that the ratio of the speeds of movement of the axial punches and the movable half-matrix is set in the range of 0.85 ... 1.15. 9. Способ по п.1, или 2, или 3, или 6, или 7, или 8, отличающийся тем, что промежуточный канал полуматриц располагают так, что он образует с параллельными каналами внутренние накрест лежащие углы α меньше 90°.9. The method according to claim 1, or 2, or 3, or 6, or 7, or 8, characterized in that the intermediate channel of the semi-matrices is positioned so that it forms with parallel channels internal crosswise lying angles α less than 90 °. 10. Способ по п.4, отличающийся тем, что промежуточный канал полуматриц располагают так, что он образует с параллельными каналами внутренние накрест лежащие углы α меньше 90.10. The method according to claim 4, characterized in that the intermediate channel of the semi-matrices is positioned so that it forms, with parallel channels, internal crosswise lying angles α of less than 90. 11. Способ по п.5, отличающийся тем, что промежуточный канал полуматриц располагают так, что он образует с параллельными каналами внутренние накрест лежащие углы α меньше 90. 11. The method according to claim 5, characterized in that the intermediate channel of the semi-matrices is positioned so that it forms, with parallel channels, internal crosswise lying angles α of less than 90.
RU2010101089/02A 2010-01-14 2010-01-14 Method of metal forming RU2414319C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010101089/02A RU2414319C1 (en) 2010-01-14 2010-01-14 Method of metal forming

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010101089/02A RU2414319C1 (en) 2010-01-14 2010-01-14 Method of metal forming

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2414319C1 true RU2414319C1 (en) 2011-03-20

Family

ID=44053620

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2010101089/02A RU2414319C1 (en) 2010-01-14 2010-01-14 Method of metal forming

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2414319C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111985139A (en) * 2020-08-28 2020-11-24 燕山大学 A Method for Predicting Large Strain Data of Sheet Metal Using Small Punch Bulge Data
CN114030217A (en) * 2021-11-29 2022-02-11 航天特种材料及工艺技术研究所 Cylindrical nano heat-insulating material and preparation method thereof

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1750829A1 (en) * 1990-03-21 1992-07-30 Институт физики металлов Уральского отделения АН СССР Method for processing metals by pressure and device
US5904062A (en) * 1998-05-11 1999-05-18 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Equal channel angular extrusion of difficult-to-work alloys
RU2139164C1 (en) * 1998-05-12 1999-10-10 Уфимский государственный авиационный технический университет Method for deforming blanks in crossing ducts
RU2315117C2 (en) * 2005-08-18 2008-01-20 Институт физики прочности и материаловедения Сибирское отделение Российской академии наук (ИФПМ СО РАН) Method of deformation treatment of materials and device for realization of this method

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1750829A1 (en) * 1990-03-21 1992-07-30 Институт физики металлов Уральского отделения АН СССР Method for processing metals by pressure and device
US5904062A (en) * 1998-05-11 1999-05-18 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Equal channel angular extrusion of difficult-to-work alloys
RU2139164C1 (en) * 1998-05-12 1999-10-10 Уфимский государственный авиационный технический университет Method for deforming blanks in crossing ducts
RU2315117C2 (en) * 2005-08-18 2008-01-20 Институт физики прочности и материаловедения Сибирское отделение Российской академии наук (ИФПМ СО РАН) Method of deformation treatment of materials and device for realization of this method

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111985139A (en) * 2020-08-28 2020-11-24 燕山大学 A Method for Predicting Large Strain Data of Sheet Metal Using Small Punch Bulge Data
CN111985139B (en) * 2020-08-28 2023-03-24 燕山大学 Method for predicting large strain data of plate by using small punch bulging data
CN114030217A (en) * 2021-11-29 2022-02-11 航天特种材料及工艺技术研究所 Cylindrical nano heat-insulating material and preparation method thereof
CN114030217B (en) * 2021-11-29 2023-06-20 航天特种材料及工艺技术研究所 A kind of tubular nano heat insulation material and preparation method thereof

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Shirdel et al. Experimental and finite element investigation of semi-constrained groove pressing process
Ma et al. Damage evaluation in tube spinnability test with ductile fracture criteria
Shahbaz et al. A novel single pass severe plastic deformation technique: Vortex extrusion
CN109047364B (en) Circular extrusion die and method for preparing block ultrafine crystal material
CN103331582A (en) Method for preparing metal thin-wall microtubes
CN105396888B (en) A kind of ultrasonic wave and the equal channel angular pressing pressure device under back pressure synergy
Zhu et al. Thickening of cup sidewall through sheet-bulk forming with controllable deformation zone
RU2414319C1 (en) Method of metal forming
CN108480397B (en) Equidistant spiral rolling method for large-size 45-steel ultrafine-grained bar
Winiarski et al. Numerical and experimental study of producing two-step flanges by extrusion with a movable sleeve
CN108580548A (en) A kind of equidistant milling method of helical tapered roll of 45 steel ultra fine grained steel bar of large scale
RU2491147C2 (en) Method of forging large-sized half-bodies of ball valves with throat and spherical part
CN108326041A (en) A kind of equidistant milling method of helical tapered roll of large-scale titanium alloy ultra fine grained steel bar
RU2451570C1 (en) Method of producing variable-corrugation elements
Bruder et al. Severe plastic deformation by equal channel angular swaging
Rosochowski et al. Double-billet incremental ECAP
CN102615236A (en) Cold precision forming device for asymmetric cylindrical gear
JP4944598B2 (en) Integrated crankshaft forging device
RU2402618C1 (en) Procedure for metal structural crumbling
RU2315117C2 (en) Method of deformation treatment of materials and device for realization of this method
Samadpour et al. Experimental and finite element analyses of the hydrostatic cyclic expansion extrusion (HCEE) process with back-pressure
RU2440865C1 (en) Method of plastic structurisation of long billet material and device to this end
RU2403206C1 (en) Method for obtaining nanocrystalline structure of material in pipe workpieces and device for its implementation
RU2415730C1 (en) Metal forming device
RU2422226C1 (en) Device to forge tee from tubular billets

Legal Events

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

Effective date: 20130115