Способ гидростатического деформирования изделий из упрочняющихся материалов и устройство для его осуществления Советский патент 1991 года по МПК B21J5/04 

Изобретение относится к обработке материалов давлением, а именно к обработке упрочняющихся, труднодеформируемых и хрупких материалов жидкостью высокого давления.

Целью изобретения является повышение качества изделий за счет улучшения механических свойств материала.

На чертеже изображено устройство для гидростатического деформирования.

Устройство, реализующее способ гидростатического деформирования изделий из упрочняющих материалов, содержит контейнер 1 с камерой высокого давления, внутри которого размещен упор 2 и плунжер 3. На торцах упора 2 и плунжера 3 выполнены цилиндрические расточки 4 ступенчатой формы, которые предназначены для плотного размещения в них торцов заготовки 5 и уплотнительных манжет 6, установленных в соосных расточках 4. Манжеты 6 изготовлены из эластичного материала. В теле упора 2 выполнен канал 7 для подвода рабочей жидкости от источника высокого давления (на чертеже не показан) в рабочую камер/. Плунжер 3 соединен с поршнем 8, который делит рабочий объем силового гидроцилиндра 9 обычного исполнения на две полости 10 и 11. Надпоршневая полость 11 гидроцилиндра запитана от источника низкого давления (не показан) через обратный кпапэн 12, к этой же полости 11 гидравлически подключен регулятор давления 13.

Способ гидравлического деформирования изделий из упрочняющихся материалов осуществляется следующим образом.

Оч

ю

N3 XI

гО

&

Приводят устройство в исходное положение, которое изображено на чертеже. Контейнер 1 перемещают влево специальным гидроцилиндром или каким-либо другим устройстром. Плунжер 3 при этом должен быть в твком полохении, чтобы расстояние между упором 2 и плунжером 3 позволяло установить заготовку 5 левым торцом в расточку А упоса 2 с манжетой 6. Для обеспечения соосной установки заготовки с плунжером и упором торцы заготоз- ки могут быть выполнены, например, ступенчатой формы. На правом конце заготовки также установлена манжета 6. Затем от источника низкого давления жидкость подается в надпоршневую полость 11 силового гидроциличдра 9, в результате чего поршень 8 и плунжер 3 перемещаются влево до установления правого торца заготовки 5 в расточке А плунжера А, и создает в заготовке осевые напряжения сжатия. При этом настройка предохранительного клапана источника низкого давления должна быть такой, чтобы заготовка 5 не потеряла устойчивости и не подверглась пластическому деформированию. Затем контейнер 1 необходимо переместить вправо до положения, изображенного на чертеже, после чего включить источник высокого давления. После этого жидкость по каналу 7 заполняет рабочую камеру контейнера 1.

Рост давления Р в рабочей камере контейнера 1 через преобразователь (не показан) приводит к изменению настройки регулятора давления 13, что обусловливает повышение давления Рц в полости 11. Характер повышения давления должен подчиняться следующей зависимости;

O-zo

do

+ P.2bj-i. (1)

DuzD /

где Gio - осевые напряжения в заготовке;

do - начальный диаметр заготовки;

Оц- диаметр цилиндра;

D -диаметр рабочей камеры. . Пластическое деформирование материала начинается при достижении величины давления

Р Ъ0 + OTO,(2)

где Oz0- напряжение текучести материала в исходном состоянии.

Текущее значение напряжения текучести материала (h при деформировании может быть определено зависимостью

15

20

45

50

V

d02-d2

(4)

10

где d - текущее значение диаметра деформируемой заготовки.

Уменьшение дигме-ра заготовки приводит к соответствующему удлинению заготовки и, следовательно, смещению плунжера 3 и поршня 8 впрчво, избыток жидкости из подпоршнеэой ПОЛРС И 11 дросселируется через регулятор давления 13.

Ввиду некоторой неоднородности материала деформирование матеоиала идет по- следовательно в разных сечениях, постепенно распространяясь на всю длину.

После деформирования на самом слабом участке заготовки материал ее в этом месте упрочняется и условие текучести в этом месте приобретает следующий вид:

+ ОтоХ

Р CTZ + От Ого

х- + А1Г,(5)

гдеОг + Ог -текущие значения соответству25 ющих напряжений.

Для того, чтобы не происходило, перекусывания материала в одном месте, т.е. образования и увеличения шейки, упрочняющий материал должен иметь определен30 ные свойства (коэффициенты А, п), чтобы при увеличении выполнялось неравенство

о .(6)

35 Неравенство (6) позволяет определить диапазон изменения степени деформаций без образования шейки в заготовке.

Дальнейшее повышение давления в камере вызывает пластичесхие деформации

40 на соседних участках заготовки. Давление в надпоршневой полости 11 гидроцилиндра 9 должно изменяться при этом следующим образом:

Рц (h

+ Р

D

2-н2

(7)

Оц Оц

где 7Z - текущее значение осевых сжимающих напряжений в заготовке.

Давление в цилиндре Рц, определяемое по формуле (7), в зависимости от Р тождественно совпадает со значением Рц, получаемым по формуле (1), а если выразить величину давления Р в рабочей камере через степень деформации $ то это давление Рц определяется следующим образом:

V

d02-d2

(4)

где d - текущее значение диаметра деформируемой заготовки.

Уменьшение дигме-ра заготовки приводит к соответствующему удлинению заготовки и, следовательно, смещению плунжера 3 и поршня 8 впрчво, избыток жидкости из подпоршнеэой ПОЛРС И 11 дросселируется через регулятор давления 13.

Ввиду некоторой неоднородности материала деформирование матеоиала идет по- следовательно в разных сечениях, постепенно распространяясь на всю длину.

После деформирования на самом слабом участке заготовки материал ее в этом месте упрочняется и условие текучести в этом месте приобретает следующий вид:

+ ОтоХ

Р CTZ + От Ого

Рц (h

+ Р

D

2-н2

(7)

Оц Оц

где 7Z - текущее значение осевых сжимающих напряжений в заготовке.

Давление в цилиндре Рц, определяемое по формуле (7), в зависимости от Р тождественно совпадает со значением Рц, получаемым по формуле (1), а если выразить величину давления Р в рабочей камере через степень деформации $ то это давление Рц определяется следующим образом:

Изобретение относится к-обработке металлов давлением, а именно изделий из упрочняющихся, труднодеформируемых и хрупких материалов жидкостью высокого давления. Цель- повышение качества изделий за счет улучшения механичесм х свойств материала. От источника низкого давления жидкость подается в надпоршне- вую полость 1 I силового гидроцилиндоа 8 и создает в заготовке осевые напряжения сжатия. Рост давления в рабочей камере контейнера 1 приводит к повышению давления в полости 11. Уменьшение диаметра заготовки приводит к соответствующему удлинению заготовки 5 и смещению плунжера 3 и поршня 8 вправо. Избыток жидкости из полости 11 дросселируется через регулятор давления 13. Деформирование материала идет последовательно в разных сечениях, постепенно распространяясь на всю длину. Деформирование осуществляют при давлении Р Gz +G-r, где Gz - осевые напряжения в заготовке, GT - текущее значение нэп ряжений текучести материала. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 2 табл. сл

с ОТО+А /;П , где А, п - константы материала;

-степень деформации материала заготовки;

(3)

(7ro(l-V) + Оц

D2-d 2

Ч-AV Р

DL

Текущее значение длины загогозки определяется следующим оорззом:

Г Ь(Q}

1-V. W

Соотношения (1) или (8) с (9) задают закон, по которому рчботзэт задзтчик давления, воздействующий на клапан 12, который поддерживает необходимое для работы давление в кадпоршневой «1 полости силового гидре цилиндра 9. Входным параметром для задатчика давления явпяется либо давление Р в камере контейнера 1, либо текущее значение длины прессуемой заготовки.

После деформирования заготовки на заданную степень сбрасывают давление в рабочей камерз контейнера 1 и попости 11 гидроцилиндра 8 смещают контейнер 1 влево, перемещают поршень 8 вправо путем подачи жидкости от источника низкого давления в полость 10 силового гидроцилиндра 9 для освобождения торцов изделия 5, которое удаляют. Установка готова к следующему циклу.

Деформированию были подвергнуты образцы из стапи 45 диаметром 24 мм со следующими исходными свойствами:

30«31%,

среднеквадратичное от- ютонение млкротвердости по сечению образца). В качестве смазки использован воск с дисульфидом молибдена для гидроэкструзии и гидроэкструзии с противодавлением использована матрица с углом конуса 30°. Во всех случаях образцы продеформирова- ны до- диаметра 20,3мм (Ј 40% 28,5%). Гидроэкструзия осуществлена при давлении в рабочей камере МПа 2700 ат., при этом по грубой оценке контакные напряжения на входе в очаг деформа-. ции 7к.Бх. «- Pi+ Ото 620 МПа. а на выходе из очага деформации равным Ок.вх. -От- 865 МПа. Гидроэкструзия заготовки с противодавлением осуществлена на вух режимах:

МПа и МПа, при этом k.Bx. «730 МПа, 7к.вых 1000 МПа; Рг 720 МПа и МПа, при этом сгк.вх. 1070 МПа; ак.вых 1220 МПз.

Гидростатическое обжатие заготовки по предлагаемому способу реализовано на стройстве, имеющем контейнер с внутренним диаметром мм. диаметром цилинра 9, создающего осевое поджатие, г5ц 200 мм. Обжатие проведено на двух реимах. 3 обоих случаях перед заполнением рабочей камеры жидкостью было осуществ- ено осевое поджатие заготовки путем подачи давления в полость гидроцилиндра

UJI IVf Щ И l wyvUM т lw) vi

МПэ, МПа, Hyu -5% (Hyu среднеквад|

5

агм --3,6 МПа, при этом в заготоике осевые напряжения составляли сгг 250 МПа. Далее деформирование осуществлялось разными путями.

Второй образец продеформирован пои начальных значениях параметров МПа,

0 Рц° 12 МПа И GZ° 380 МПа и конечных значениях параметров МПэ, ,7 МПа, Огк 380 МПа.

Механические свойства образцов, про- деформированных методом гидроэкструзии

к и гидроэкструзии с противодавлением, приведены в та5л 1.

Механические свойства образцов, про- деформировзнных предлагаемым способом, приведены в табл.2.

QСравнение механических свойств изделий, полученных двумя способами, показывает, что повышение От и ав практически одинаково. Но изделия, полученные предлагаемым способом, имеют более однородные

с свойства, и, по-видимому, в связи с этим несколько более высокий запас пластичности.

Использование способа гидростатического деформирования упрочняющихся маQ териалов и устройства для его реализации обеспечивает создание благоприятного напряженного состояния материала во всем его объеме, что ведет к улучшению механических свойств материала, а именно увеличивается запас пластичности при

5

одновременном повышении предела прочности и текучести.

Формула изобретения 1. Способ гидростатического деформирования изделий из упрочняющихся материалов в камере высокого давления путем воздействия в осевом и радиальном направлении жидкости на заготовку, о т л и ч a toЩ и и с я тем, что, с целью повышения качества изделий за счет улучшения механических свойств их материала, оба торца заготовки изолируют от воздействия жидкости высокого давления, а деформирование осуществляют при давлении

P + 0т, где Oz осевые напряжения в заготовке;

От - текущее значение напряжения текучести материала.

0

и в плунжере выполнены сооснь,е расточки, в которых установлены уплотнения торцов заготовка, выполненные из упругого эластичного материала.

15

Таблица 1

Таблица 2