RU2848015C1

RU2848015C1 - Method for deforming low-plasticity materials

Info

Publication number: RU2848015C1
Application number: RU2024113063A
Authority: RU
Inventors: Ольга Анатольевна Казадаева; Алексей Викторович Пчельников; Виктория Александровна Филякова
Original assignee: Акционерное общество "Ступинская металлургическая компания"
Filing date: 2024-05-14
Publication date: 2025-10-16

Abstract

FIELD: metal processing.

SUBSTANCE: the invention relates to the field of metal forming and can be used in the stamping of blanks made of low-ductility alloys. The blank is placed in a shell whose height is less than the height of the blank. The blank and the shell are deformed in the die. A shell is used, the height of which is (0.6-0.9)h(_{0) ,}where h(₀₎ is the height of the blank. The die is made with a groove having recesses for the shell. The height of the groove at the recesses is (0.5-0.9)h(_{1) ,}where h₁ is the height of the forging rim. The shell is placed in the recesses of the die, ensuring that the shell is first deformed by pressing the blank with the shell, and then the blank is deformed with the shell material flowing into the flash. The shell is then removed from the forging.

EFFECT: the possibility of reducing the size and mass of the shell with a reduction in tensile stresses leading to the formation of cracks in the blank.

2 cl, 3 dwg

Description

Способ относится к области обработки металлов давлением и может быть использован при осадке заготовок и штамповке поковок из малопластичных сплавов. Способ осуществляется деформацией заготовки в оболочке с помощью открытого штампа, имеющего специальную площадку для деформации оболочки. Высота ручья штампа в месте площадки для оболочки равна (0,5-0,9)h₁, высота оболочки (0,6-0,9)h₀, где h₁ - высота обода заготовки после деформации, h₀ - высота заготовки под осадку. За счет охвата заготовки оболочкой в заготовке создается условие всестороннего сжатия, а охват оболочки штампом создает дополнительный подпор и увеличение сжимающих напряжений в заготовке. Металл оболочки в процессе деформации истекает в облой. Это позволяет применять оболочки небольших размеров и при осуществлении деформации в заготовке создаются большие сжимающие напряжения, что исключает ее разрушение.The method pertains to metal forming and can be used in upsetting blanks and stamping forgings from low-ductility alloys. It is accomplished by deforming a blank in a shell using an open die with a special platform for deforming the shell. The height of the die groove at the shell platform is (0.5-0.9)h ₁ , and the shell height is (0.6-0.9)h ₀ , where h ₁ is the height of the blank rim after deformation, and h ₀ is the height of the blank before upsetting. By enveloping the blank in the shell, a condition of all-round compression is created in the blank, and the enveloping of the shell by the die creates additional support and an increase in compressive stresses in the blank. The shell metal flows into flash during deformation. This allows the use of small shells, and during deformation, high compressive stresses are created in the blank, which eliminates its failure.

Известен способ изготовления поковок из малопластичных материалов (Авторское свидетельство СССР 648318, заявлено 14.12.1976), заключающийся в том, что заготовку для осадки выполняют в виде усеченного конуса. Плита со стороны широкого торца конуса выполняется с выступами, затрудняющими течение металла. В процессе осадки заготовка начинает деформироваться со стороны узкого торца, а коническая форма заготовки способствует уменьшению растягивающих напряжений и уменьшению разрушения заготовки на периферии в процессе осадки. Недостатком данного способа является сложность получения конической формы заготовки и связанные с этим затраты.A known method for producing forgings from low-ductility materials (USSR Author's Certificate 648318, filed December 14, 1976) involves making the upsetting blank in the shape of a truncated cone. The plate on the wide end of the cone has projections that impede metal flow. During upsetting, the blank begins to deform from the narrow end, and the conical shape of the blank helps reduce tensile stresses and minimizes fracture of the blank at the periphery during upsetting. A disadvantage of this method is the difficulty of achieving a conical shape and the associated costs.

Известен способ осадки заготовки с прокладками (Могучий Л.Н., «Обработка давлением труднодеформируемых материалов», М.: Машиностроение. 1976 г. стр. 35, рис. 15), который позволяет при осадке получить более однородную деформацию заготовки и уменьшить бочкообразование. При осуществлении такого способа на первой осадке между заготовкой и плоскими плитами помещают прокладки из пластичного материала. В результате заготовка имеет форму периферии близкую к цилиндрической. Вторую осадку проводят плоскими плитами без прокладок. Такой способ позволяет уменьшить растягивающие напряжения, приводящие к разрушению заготовки, однако отсутствие бокового подпора снижает эффективность метода при осадке малопластичных материалов.A method for upsetting a workpiece using spacers is known (L.N. Moguchiy, "Pressure Treatment of Difficult-to-Deform Materials," Moscow: Mashinostroenie. 1976, p. 35, Fig. 15), which allows for more uniform deformation of the workpiece during upsetting and reduces barreling. When implementing this method, spacers made of a plastic material are placed between the workpiece and flat plates during the first upsetting. As a result, the workpiece has a peripheral shape close to cylindrical. The second upsetting is carried out using flat plates without spacers. This method reduces tensile stresses that lead to workpiece failure; however, the lack of lateral support reduces the method's effectiveness when upsetting low-plasticity materials.

Известно устройство для деформирования малопластичных сплавов (Авторское свидетельство СССР 319371, заявлено 02.03.1970), содержащее контейнер, размещенную внутри него оболочку с устанавливаемой в нее заготовкой и расположенным между оболочкой и контейнером наполнитель из материала, сопротивление деформирования которого меньше сопротивления деформирования материала оболочки. За счет сжатия наполнителя вокруг заготовки, формируется всестороннее сжатие заготовки и предотвращается ее разрушение в процессе осадки. Существенным недостатком такого устройства является сложность конструкции, состоящей из большого количества деталей и сложной сборки устройства перед осадкой.A device for deforming low-plasticity alloys is known (USSR Author's Certificate 319371, filed March 2, 1970). It comprises a container, a shell containing a workpiece, and a filler material between the shell and container whose deformation resistance is lower than that of the shell material. By compressing the filler around the workpiece, all-round compression of the workpiece is achieved, preventing its fracture during upsetting. A significant drawback of this device is its complex design, consisting of a large number of parts and the difficult assembly of the device before upsetting.

Известно устройство для деформирования малопластичных заготовок (Авторское свидетельство СССР 528140, заявлено 07.04.1975), содержащее контейнер и установленную между двумя фигурными шайбами оболочку для размещения заготовки. Заготовка размещается в оболочке между шайбами и деформируется под действием пуансона, воздействующего на заготовку через шайбы. Шайбы имеют карманы, которые заполняются металлом оболочки заготовки в процессе деформации. За счет того, что оболочка полностью охватывает заготовку, заготовка деформируется в условиях всестороннего сжатия, что исключает ее разрушение в процессе деформации. Недостатком данного способа является необходимость применения фигурных шайб, что усложняет осуществление способа.A device for deforming low-plasticity workpieces (USSR Author's Certificate 528140, filed April 7, 1975) is known. It comprises a container and a shell for housing the workpiece, positioned between two shaped washers. The workpiece is placed in the shell between the washers and is deformed by a punch, which acts on the workpiece through the washers. The washers have pockets that are filled with the shell metal during deformation. Because the shell completely encloses the workpiece, the workpiece is deformed under omnidirectional compression, preventing its failure during deformation. A disadvantage of this method is the need for shaped washers, which complicates its implementation.

Известен способ осадки заготовок в оболочке (Авторское свидетельство СССР 124287, заявлено 21.03.1959), при котором заготовка помещается в оболочку, а усилие пуансона прикладывается только к заготовке. Данный способ позволяет уменьшить растягивающие напряжения на периферии заготовки при осадке, но давление обоймы на периферию заготовки будет ограничено лишь сопротивлением деформированию оболочки.A known method for upsetting blanks in a shell (USSR Author's Certificate 124287, filed March 21, 1959) involves placing the blank within the shell, and applying punch force only to the blank. This method reduces tensile stresses at the periphery of the blank during upsetting, but the pressure exerted by the shell on the periphery is limited only by the deformation resistance of the shell.

Известен способ штамповки заготовок из малопластичных материалов (Авторское свидетельство СССР 164773, заявлено 27.03.1961) при осуществлении которого заготовка помещается в обойму и обойма с заготовкой деформируется в закрытом штампе под действием пуансона. Между пуансоном и штампом существует зазор, в который при деформации вытекает материал обоймы. Таким образом обеспечивается всесторонне сжатие заготовки, что исключает ее разрушение. Уменьшением зазора между пуансоном и штампом возможно увеличить давление на стенки заготовки и увеличить величину сжимающих напряжений. Недостатком такого способа является сложность конструкции штампа и сложность извлечения заготовки с обоймой из штампа, т.к. выпрессованная часть плотно охватывает пуансон.A known method for stamping blanks from low-plasticity materials (USSR Author's Certificate 164773, filed March 27, 1961) involves placing the blank in a ferrule, which is then deformed in a closed die by a punch. A gap exists between the punch and the die, allowing the ferrule material to flow into the gap during deformation. This ensures comprehensive compression of the blank, preventing its fracture. By reducing the gap between the punch and the die, it is possible to increase the pressure on the blank walls and enhance the compressive stress. The disadvantages of this method include the complexity of the die design and the difficulty of removing the blank and ferrule from the die, as the extruded portion tightly encloses the punch.

Известен способ осадки заготовок с короткой оболочкой (SU 1759512 А1, заявлено 26.12.1990) при котором на заготовку устанавливается оболочка высотой равной высоте осаженной заготовки. Заготовка осаживается до нужной высоты за несколько переходов, оболочка при этом натягивается вокруг бочки заготовки и разрушается в конце осадки. Данный способ позволяет уменьшить растягивающие напряжения в центральной части бочки заготовки является достаточно экономичным с точки зрения затрат материала на изготовление оболочек. Однако данный способ не может обеспечить обжатие заготовки больше, чем предел текучести оболочки и оболочка не полностью закрывает периферию заготовки, что негативно сказывается на тепловых потерях заготовки при деформации.A known method for upsetting blanks with a short shell (SU 1759512 A1, filed December 26, 1990) involves installing a shell equal in height to the upset blank. The blank is upset to the desired height in several steps, with the shell stretching around the blank body and breaking at the end of the upset process. This method reduces tensile stresses in the central portion of the blank body and is quite cost-effective in terms of shell material consumption. However, this method cannot ensure that the blank is compressed beyond the shell yield strength, and the shell does not completely cover the blank periphery, which negatively impacts the heat loss of the blank during deformation.

Известен способ деформирования малопластичных заготовок (Авторское свидетельство СССР 944718, заявлено 25.06.1980) при осуществлении которого периферия заготовки полностью охватывается оболочкой, а оболочка деформируется вместе с заготовкой и в процессе деформации разрушается, что облегчает извлечение заготовки из оболочки после деформации. Недостатком данного способа является большая металлоемкость при изготовлении оболочек, т.к. оболочка должна полностью закрывать заготовку по высоте.A known method for deforming low-plasticity workpieces (USSR Author's Certificate 944718, filed June 25, 1980) involves completely enclosing the workpiece's periphery within a shell, which deforms along with the workpiece and is destroyed during the deformation process, facilitating the removal of the workpiece from the shell after deformation. A disadvantage of this method is the high metal consumption required for shell manufacturing, as the shell must completely cover the workpiece's height.

Известен способ деформирования малопластичных материалов (Авторское свидетельство СССР 925505, заявлено 23.06.1980), включающий предварительную осадку в контейнере комплекта заготовок, состоящего из центральной заготовки и симметрично расположенных вокруг нее вспомогательных заготовок. Недостатком такого способа является сложность осуществления способа, при котором необходимо обеспечивать установку пакета заготовок и их симметричность.A known method for deforming low-plasticity materials (USSR Author's Certificate 925505, filed June 23, 1980) involves pre-settling a set of blanks in a container. The set consists of a central blank and auxiliary blanks symmetrically arranged around it. A disadvantage of this method is the complexity of implementation, which requires ensuring the installation of the blank stack and its symmetry.

Известен способ осадки заготовок (Авторское свидетельство СССР 1007803, заявлено 02.02.1981) при осуществлении которого подпор боковой поверхности заготовки создают за счет намотки на нее гибкого элемента. Гибкий элемент удаляют после осадки заготовки. Данный способ обладает хорошей универсальностью, однако недостаток заключается в небольшом подпоре боковой поверхности, который будет ограничен сопротивлением деформированию пластичного элемента, что может быть недостаточно для исключения разрушения заготовки при осадке.A known method for upsetting blanks (USSR Author's Certificate 1007803, filed February 2, 1981) involves creating support on the side surface of the blank by winding a flexible element around it. The flexible element is removed after the blank is upset. This method offers good versatility, but its drawback is the small amount of support on the side surface, which is limited by the deformation resistance of the flexible element, which may not be sufficient to prevent failure of the blank during upsetting.

Известен способ осадки малопластичных заготовок в оболочках (Могучий Л.Н., «Обработка давлением труднодеформируемых материалов», М.: Машиностроение. 1976 г., стр. 91) (выбран в качестве прототипа), заключающийся в том, что осаживаемую заготовку помещают в оболочку из пластичного материала, которая препятствует разрушению осаживаемой заготовки. Оболочка при осадке заготовки уменьшает растягивающие напряжения в заготовке, что позволяет избежать разрушения малопластичной заготовки, и уменьшает остывание заготовки, что так же дает положительный эффект при осадке малопластичной заготовки. Однако недостатком такого способа являются затраты на изготовление оболочки и необходимость изготавливать толстостенные оболочки для исключения образования складки на внутренней поверхности оболочки при осадке и отслаивания оболочки от заготовки. Высота оболочки, как правило, должна быть не меньше высоты заготовки. Возможно применение коротких оболочек (Могучий Л.Н., «Обработка давлением труднодеформируемых материалов», М.: Машиностроение, 1976, стр. 97-98), высота которых меньше высоты заготовки, но в данном случае применение оболочки становится менее эффективным, так как такая оболочка хуже снижает растягивающие напряжения в заготовке из-за небольшой ширины и закрепление такой оболочки на заготовке становиться более трудоемким. Применение комбинированных оболочек (Могучий Л.Н., «Обработка давлением труднодеформируемых материалов», М.: Машиностроение, 1976, стр. 102-103) значительно увеличивает затраты на их изготовление.A known method for upsetting low-plasticity workpieces in shells (Moguchiy L.N., "Pressure Treatment of Difficult-to-Deform Materials," Moscow: Mashinostroenie. 1976, p. 91) (selected as a prototype) consists of placing the workpiece being upset in a shell made of a plastic material, which prevents its fracture. During upsetting, the shell reduces tensile stresses in the workpiece, thereby preventing fracture of the low-plasticity workpiece, and reduces the cooling of the workpiece, which also has a positive effect on upsetting low-plasticity workpieces. However, the disadvantage of this method is the cost of manufacturing the shell and the need to manufacture thick-walled shells to prevent folds on the inner surface of the shell during upsetting and peeling of the shell from the workpiece. The height of the shell, as a rule, should not be less than the height of the workpiece. It is possible to use short shells (Moguchy L.N., "Pressure Treatment of Difficult-to-Deform Materials", Moscow: Mashinostroenie, 1976, pp. 97-98), the height of which is less than the height of the workpiece, but in this case the use of the shell becomes less effective, since such a shell is less effective in reducing tensile stresses in the workpiece due to its small width, and fastening such a shell to the workpiece becomes more labor-intensive. The use of combined shells (Moguchy L.N., "Pressure Treatment of Difficult-to-Deform Materials", Moscow: Mashinostroenie, 1976, pp. 102-103) significantly increases the costs of their manufacture.

Предлагаемое изобретение направлено на уменьшения размеров и массы с уменьшением растягивающих напряжений, приводящих к образованию трещин.The proposed invention is aimed at reducing dimensions and weight while reducing tensile stresses that lead to the formation of cracks.

Штамп для штамповки поковок в оболочках (фиг. 1) состоит из нижней 1 и верхней 2 половины. Ручьи штампа имеют форму, которую должна принять поковка после штамповки, а также в ручьях выполнены специальные углубления 3 для оболочки 4. Высота углублений меньше высоты обода готовой поковки и выбирается равной (0,5-0,9)h₁.The die for stamping forgings in shells (Fig. 1) consists of a lower 1 and an upper 2 half. The die grooves have the shape that the forging should take after stamping, and special recesses 3 are made in the grooves for the shell 4. The height of the recesses is less than the height of the rim of the finished forging and is selected equal to (0.5-0.9)h ₁ .

Способ штамповки поковок в оболочке в штампе заключается в том, что при осадке и штамповке заготовки 5 в оболочке, оболочка и заготовка помещаются в штамп, в ручье которого имеется специальное углубление для оболочки (фиг. 1). Заготовка помещается в ручей штампа, а оболочка в специальное углубление. Оболочка 4 имеет высоту (0,6-0,9)h₀. В процессе штамповки в первую очередь деформируется оболочка (фиг. 2). Оболочка в процессе осадки обжимает заготовку. Далее начинает деформироваться и сама заготовка. Последующая штамповка приводит к увеличению давления оболочки на заготовку за счет образования облоя 6 и истечению оболочки в облой (фиг. 3). После деформации оболочку удаляют механическим способом или выдавливанием поковки из нее.The method of stamping forgings in a shell in a die consists in the fact that during upsetting and stamping of the blank 5 in the shell, the shell and the blank are placed in a die, in the groove of which there is a special recess for the shell (Fig. 1). The blank is placed in the groove of the die, and the shell in a special recess. The shell 4 has a height of (0.6-0.9)h ₀ . During the stamping process, the shell is primarily deformed (Fig. 2). During the upsetting process, the shell compresses the blank. Then the blank itself begins to deform. Subsequent stamping leads to an increase in the pressure of the shell on the blank due to the formation of flash 6 and the flow of the shell into the flash (Fig. 3). After deformation, the shell is removed mechanically or by extruding the forging from it.

Таким образом, предложенный способ, позволяет использовать оболочки меньшей высоты и толщины и обеспечивает начало осадки оболочки с обжатием оболочкой заготовки до начала деформации самой заготовки, что благоприятно сказывается на уменьшении растягивающих напряжений, приводящих к образованию трещин на заготовке. Величину сжимающих напряжений возможно увеличить за счет уменьшения высоты тормозящего мостика штампа.Thus, the proposed method allows for the use of shells of smaller height and thickness and ensures that the shell begins to upset and compress the blank before the blank itself begins to deform, which has a beneficial effect on reducing tensile stresses that lead to cracking in the blank. Compressive stresses can be increased by reducing the height of the die's braking bridge.

Claims

1. A method for deforming low-plasticity materials, which includes placing a workpiece in a shell, the height of which is less than the height of the workpiece, placing the workpiece in a die, deforming the workpiece and shell, and removing the shell from the resulting forging, characterized in that a shell is used, the height of which is (0.6-0.9)h ₀ , where h ₀ is the height of the workpiece, and a die made with a groove having recesses for the shell, wherein the height of the groove at the location of the recesses is (0.5-0.9) h ₁ , where h ₁ is the height of the rim of the forging, when placing the workpiece with the shell in the die, the shell is positioned in the recesses, ensuring first the deformation of the shell with the compression of the workpiece by the shell and then the deformation of the workpiece with the outflow of the shell material into flash, after which the shell is removed from the forging.

2. The method according to paragraph 1, characterized in that a shell is used consisting of separate parts connected to each other.