Способ прямого прессования изделий Советский патент 1991 года по МПК B21C23/00 

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к получению изделий методом прямого прессования из металлов и сплавов.

Цель изобретения - повышение выхода годного за счет уменьшения центральной пресс-утяжины.

Фактически причина развития центральной пресс-утяжины заложена в особенностях течения металла. При прессовании с трением по контейнеру у поверхности заготовки образуется слой интенсивных деформаций сдвига с застойным подслоем на стенке контейнера. При наличии захолажи- вания поверхности заготовки толщина застойного подслоя увеличивается и достигает 5-10 мм. Пресс-шайба при своем движении срезает этот подслой, заворачивает его и в этой области образуется кольцевая щелевая затопленная струя, направленная к оси прессования и далее к матрице.

Таким образом, радиальное течение под пресс-шайбой, известное как область прижимов, представляет собой дополнительный очаг деформации, а его интенсивность зависит прежде всего от пройденного пресс-шайбой пути (т.е. от отношения длины к диаметру заготовки) и толщины заторможенного и захоложенного подслоя у стенки контейнера.

Центральная пресс-утяжина является следствием исчерпания ресурса пластичности и представляет собой образование расслоений по линиям максимальных деформаций сдвига во втором очаге дефор- .мации. Решением задачи снижение интенсивности течения во втором очаге деформации и уменьшения пресс-угяжины является и зменение отношения длины заготовки к ее диаметру.

Способ осуществляется следующим образом.

со

с

о ю о

00

VI о

Вначале критическое отношение длины к диаметру заготовки, выше которого резко возрастает длина центральной пресс-утя- жины. Для этого по соотношению прочностных свойств поверхностного слоя заготовки и ее центральных слоев, которое остается практически неизменным в основное время цикла, определяют значение степени захолаживания

q

пов

Т 5

ентр енгр ,

где тЈов тГ8 тГнтр - соответственно пределы текучести на растяжение (а) и на сдвиг ( т)поверхносгных и центральных слоев заготовки,

Затем определяют длину заготовки, исходя из расчетной формулы

К

кр

0,5 f

1

ы

q

где КкР - критическое отношение длины заготовки к ее диаметру;

/I - коэффициент трения заготовки о контейнерам 0,5) для осесимметричного прессования);

g - степень захолаживания, определяемая как отношение предела текучести на поверхности заготовки к пределу текучести в центральной части заготовки;

q aSOB/Ј7S4el Tp

N - эмпирический коэффициент при прессовании прутков, N 7,2 (при прессовании труб и полых профилей N 9,5).

Температура захолаживания заготовки определяется как отношение температуры в центре заготовки (на практике - это температура прессования, так как за 10-20 с процесса истечения заготовка в области ее оси не успевает заметно остыть) к температуре стенки контейнера. При прессовании сплавов на основе меди температура прессования для различных марок сплавов колеблется в пределах 650-950°С, а температура контейнера 400-500°С и в каждом конкретном случае эти величины известны.

Далее в формулу подставляются когф- фициент трения fi и коэффициент N. При этом значения коэффициента трения могут изменяться от 0 до 0,5, поскольку трение ттр здесь выражено через сопротивление деформации TS( для простоты можно принимать Т3 тт , где от - предел текучести на растяжение).

Однако при/1 0,1 ценфальная закрытая пресс-утяжина в основной стадии прессования не возникает, так как длина

заготовки, определенная из ККр,при этом далеко выходит за пределы длин контейнеров, применяемых на практике. При fi 0,45 величины ККр также теряет смысл,

так как при таком трении пресс-утяжина может образовываться практически при любых длинах заготовок, применяемых на практике, Влияние значения коэффициента трения на ККр огромное, так как снижение

его в два раза со.значения /л 0,4 до fi 0,2 при прочих равных величинах дает увеличение ККр в 6 раз, и длина заготовки может тогда превысить длину контейнера, т.е. центральная пресс-утяжина не опасна и

выход годного высокий (порядка 80-90% , например, при прессовании меди М1 и МО ) для всех заготовок при данном коэффициенте трения /л 0,2 .

При прессовании с налипанием металла

на контейнер коэффициент трения fi 0,5 соответственно имеет место раннее развитие пресс-утяжины (течение под пресс-шайбой наступает сразу же). В этом случае раннее развитие течения от прессшайбы и образование расслоений неизбежны. Если эти расслоения не завариваются в зоне обжатия у матрицы (как у некоторых свариваемых давлением сплавов, например, при прессовании алюминия), то выход

годного низкий (50-70%).

Значения коэффициента трения материала заготовки о контейнер определяется из справочников. Эмпирический коэффици- ент N получен опытным путем и скорректирован с помощью методов математического моделирования. После подстановкид/ и N в формулу и с учетом того, что диаметр рас- прессованной заготовки равен диаметру контейнера, определяется критическая длина заготовки, превышение которой ведет к резкому увеличению длины пресс-утяжины. Далее заготовку с определенным отношением длины к диаметру (Ккр) помещают в контейнер с матрицей и выдавливают в

направлении к матрице,осуществляя ее перемещение относительно контейнера. Заготовка и контейнер могут при этом иметь одинаковые или различные температуры. При неизотермическом прессовании,

когда температура заготовки больше температуры контейнера, происходит захолажи- вание ее поверхностного слоя. Причем захолаживание во времени происходит не постоянно; в первую секунду поверхность

резко остывает, а затем в течение 10 и более секунд меняется незначительно (это время составляет основную часть рабочего цикла прессования в установившейся стадии).

В частности, при горячем прессовании медных сплавов при 700-900°С и температуре контейнера 300-400°С Ккр имеет значение больше единицы и составляет 1,5-2,5.

При изотермическом прессовании, если считать, что упрочнение материала в процессе деформирования компенсируется деформационным разогревом и разупрочнением (например, при прессовании свинца и алюми- нияХд 1,0,

При прессовании с градиентным нагревом, когда температура поверхностных слоев выше температуры центральных слоев, имеют g 1, что наиболее благоприятно сказывается на величине Ккр. Таким образом, снижение величины захолаживания приводит к увеличению Ккр и соответственно расширяет диапазон размеров заготовки К, обеспечивающих прессование без преждевременного развития центральной пресс утяжины.

Для увеличения длины, а соответственно и веса заготовки можно увеличить значения ККр. Это делается с помощью посредника, нанесенного на поверхность контакта заготовки и контейнера. При этом посредник должен обеспечить сухое трение в пределах 0,1-0,45. При меньших значениях /г 0,1 обычно имеет место жидкостное трение и возможно образование боковой npecc-утяжины. Одновременно посредник может играть роль теплоизолято- ра, что служит снижению захолаживания g (теплоизолятор-посредник при этом может и не снижать трения). Значение Ккр при этом увеличивается.

Появление слоя посредника могут обеспечить специальные добавки и состав сплава, вызывающие окисление поверхности при нагреве. Можно непосредственно при нагреве нанести слой посредника, осажденного на заготовку, например, в виде сажи при газовом нагреве и т.д.

В тех случаях, когда нанесение посредника усложняет технологию и уже исчерпано значение Ккр при прессовании какого-либо сплава с заранее заданным весом заготовки, открывается другой путь влияния на Ккр - с помощью температуры прессования заготовки. При заданном Ккр можно определить критическое условие захолаживания qxp по выражению

/0,5 , N 9кр- (-JT 1 )

Соответственно по рассчитанной степени захолаживания подбирается температура заготовки и контейнера. Если дкр 1, необходимо применить градиентный на-

грев, т.е. температура нагрева заготовки больше, чем температура ее центра.

Пример осуществления способа применительно к изготовлению прутков из сплава 5 ЛС59-1 и БрОФ 7-0.2 на горизонтальных гидропрессах.

При прессовании по способу-прототипу выход годного при получении прутков из сплзва ЛС59-1 составляет 75-78%, и из

10 сплава БрОФ 7-0,2 - менее 50% при рекомендуемых размерах заготовки 150x300 мм (для контейнера диаметром 155 мм) и ф S:00x500-700 мм (для контейнера 205 мм). Отношение длины заготовки здесь состав15 пяет К 1,5-2,5. Температура прессования составляет соответственно 700-710° и 700- 730°.

При прессовании по данному способу предварительно по формуле определяют 2С . Для сплава латунь ЛС59 -1 берут коэффициент т рения// 0,4-0,45 , для бронзы ОФ« 032 0,35.Степень захолаживания для латуни принимают ,1. для бронзы ,7. Прессуют cnnTKi из сплава ЛС59-1

25 ф 180x480 мм на прессе 12,5 МН и слитки из сплава БрОФ 7-0,2 ф 150x390 мм (К имеет значение 2,6). Получают координатные сетки, показывающие различный характер течения. Затем прессуют более длинные и

30 более короткие слитки (+100-200 мм). Установлено, что второй очаг деформации при истечении ЛС59-1 практически не возникает при ККр 0,8, а при истечении БрОФ 7-0,2 при Ккр 2,6. Для увеличения длины

35 заготовки при прессовании Л С 59-1 наносят на заготовку равномерный слой посредника (порошок мела), что позволяет у этого сплава поднять Ккр до значения Ккр 3,5. Выход годного при этом у сплава ЛС 59-1

40 повышается до 85%.

Таким образом, способ прямого прессования обеспечивает увеличение выхода годного при прессовании.

Формула изобретения

45Способ прямого прессования изделий,

включающий нагрев исходной заготовки до температуры прессования и последующее выдавливание заготовки, отличающий- с я тем. что, с целью повышения выхода

50 годного за счет уменьшения центральной пресс-утяжины, в качестве исходной используют заготовку с отношением длины к диаметру (Ккр), определяемым из выражения

55

0.5

N

L - .

И . q

Ккр (где Ккр - критическое отношение длины готовки к ее диаметру;

N - эмпирический коэффициент (при g - степень захолаживания. определяе- прессовании прутков N 7,2, при прессова- ff n нии труб и полых профилей N - 9,5);мая из зависимости q , где (Js - и

0S

fi - коэффициент трения заготовки о 5 ст3 ц - пределы текучести соответственно контейнер;поверхностного слоя и центральной зоны

заготовки.

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к получению изделий методом прямого прессования из металлов и сплавов. Цель изобретения -- повышение выхода годного за счет уменьшения центральной пресс-утяжины. Для прессования заготовку нагревают до температуры деформирования и производят последующее выдавливание. Заготовку для прессования выбирают с отношением длины к диаметру, исходя из расчетной формулы.