СПОСОБ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ЗАГОТОВОК ДАВЛЕНИЕМ Советский патент 1994 года по МПК B21D35/00 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к способам обработки металлических заготовок давлением, и может найти применение в различных отраслях машиностроения.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатам к изобретению является способ обработки металлических заготовок давлением, в котором в целях улучшения качества обработки деталей путем повышения пластических свойств материала через зону обработки пропускают импульс тока с удельной энергией 1-6,6 х 10⁹ Дж/м³ за время 10^-5 с.

К числу недостатков известного способа относятся: отсутствие каких-либо указаний о момента подачи первого импульса тока после начала формообразования, не определена периодичность подачи последующих импульсов тока в зависимости от величины относительного перемещения деформирующего инструмента и заготовки, не указывается количество импульсов тока, необходимых для штамповки деталей.

Целью изобретения является повышение качества и расширение технологических возможностей при осуществлении операций листовой штамповки.

Это достигается тем, что в способе обработки металлических заготовок давлением путем введения в очаг деформации заготовки при штамповке серии импульсов тока с удельной энергией пластификации, обеспечивающей полное разупрочнение, согласно изобретению первый импульс вводят в момент, соответствующий перемещению деформирующего инструмента на величину h_i
h_i = (0,7 - 0,8)h_прo, (1) где h_прo - предельное перемещение деформирующего инструмента при штамповке без введения импульсного тока, соответствующее моменту разрушения заготовки или потере ею устойчивости. Все последующие импульсы вводят в моменты очередного перемещения инструмента на ту же величину h_i, а обработку током ведут с числом импульсов N_и, определяемым по формуле
N_и= -1 , (2) где h_Σ - суммарная величина перемещения деформирующего инструмента, необходимая для штамповки детали.

Первый и последующие импульсы тока обеспечивают разупрочнение материала после перемещения деформирующего инструмента на величину h_i, при которой полученная степень деформации является достаточно большой, но не приводит к разрушению или потере устойчивости заготовки. Эта величина хода h_i рассчитывается по формуле (1), в которой предельный ход h_пр0 определяется экспериментальной пробной штамповкой заготовки до момента ее разрушения или потери ею устойчивости. При значениях h_i<0,7h_пр0 импульсы тока повторяются достаточно часто, что приводит к перегреву заготовки и ухудшению технологических возможностей. При h_i>0,8h_пр0 импульсы тока повторяются реже, поэтому перегрева заготовки нет, однако происходит локализация пластической деформации в зоне действия наибольших растягивающих напряжений или потеря устойчивости в зоне наибольших сжимающих, что в обоих случаях приводит к браку деталей.

Общее число пластифицирующих импульсов N_и в серии определяется исходя из условия периодического разупрочнения очага деформации заготовки по ходу ее формоизменения за исключением последнего этапа, в конце которого пластифицирующий импульс не подается, что и отражено в формуле (2). Пластифицирующий импульс после окончания деформации не нужен, так как на последнем этапе требуется деформационное упрочнение, приводящее к выравниванию прочностных свойств материала в очаге деформации и в недеформированной части.

П р и м е р. Были проведены эксперименты по электроимпульсной интенсификации операции подсечки прессованных профилей из титанового сплава ОТ4 с размерами поперечного сечения 10х10х1,5 мм. Подсечку (длина сбега 14 мм, радиус закругления 3 мм) выполняли в универсальном штампе, установленном на гидравлический пресс усилием 300 кН. Скорость перемещения рабочей траверсы пресса регулировалась в диапазоне V = 0-20 см/мин.

Ток от источника питания, включавшего низковольтный трансформатор мощностью 180 кВт и прерыватель ПСЛТ-1200, подводили к подсекаемому профилю непосредственно через подсечные кулачки штампа, к которым крепили токоподводы от вторичной обмотки трансформатора.

Импульсы тока, вводимые в зону подсечки, имели удельную энергию q = 2,6 ˙ 10⁹ Дж/м³.

Целью экспериментов было выявление зависимости между максимальной высотой подсечки, получаемой при электроимпульсной интенсификации h_макси величиной хода инструмента (подсечных кулачков) h_i. Величину h_iварьировали в диапазоне h_i=(0,4-0,9)h_пр0. Каждый опыт дублировали три раза. Оценку результатов проводили по средним значениям.

Методика выполнения экспериментов включала следующие этапы:
пробная подсечка профилей без введения тока до образования трещины на растянутом закруглении полки с фиксацией предельного хода h_пр0;
подсечка профилей с электроимпульсной интенсификацией по схеме: нагружение - импульс, нагружение - импульс и т.д. до начала разрушения заготовки или потере ею устойчивости, фиксировали число импульсов N_и и предельную высоту подсечки h_при выявляли оптимальный диапазон h_i;
подсечка профилей с электроимпульсной интенсификацией при оптимальных значениях h_i, но с количеством этапов деформирования и соответственно с числом импульсов тока, меньшим на один по сравнению с предельным количеством (на этом этапе получали качественные подсечки максимальной высоты h_макс);
исследования микротвердости материала в целях оценки характера изменения прочностных свойств в очаге деформации заготовки по сравнению с недеформированной зоной.

На первом этапе экспериментов было установлено, что максимальная высота качественной подсечки без введения тока h_макс=3 мм, а предельная высота в момент разрушения h_пр0=4 мм. Это значение h_пр0 было использовано при выполнении второго этапа методики, результаты которого приведены в таблице.

Анализ данных таблицы показывает, что оптимальный диапазон изменения h_i, при котором достигается наибольшая высота подсечки h_при, составляет h_i = (0,7-0,8) h_пр0, что подтверждает формулу (1).

При h_i=0,8h_пр0 можно получить качественную подсечку с максимальной высотой h_макс=10,2 мм. Таким образом, предложенный способ обработки позволяет увеличить предельные возможности операции подсечки в 2,56 раза, что свидетельствует об эффективности предложенного способа.

В зоне подсечки значения микротвердости соответствовали Н = 3042 МПа, а в других частях детали Н = 2905-3179 МПа. Таким образом видно, что значения микротвердости материала в очаге деформации и в недеформированной части отличаются не более чем на ± 4,5%. Это свидетельствует о практически равнопрочности указанных зон, получаемой вследствие деформационного упрочнения очага деформации на последнем этапе формоизменения, происходящем без введения импульса тока.

Полученные результаты показывают, что электроимпульсная интенсификация является эффективным средством повышения технологических возможностей. Она может быть использована взамен термической интенсификации (дифференцированного нагрева), обеспечивая при этом снижение энергозатрат на 1-2 порядка по сравнению с электронагревом штампов. Кроме того, из-за малой длительности импульсов тока и относительно невысокого интегрального разогрева деталей предлагаемый способ обработки металлов давлением можно успешно использовать при штамповке деталей, например, из титановых сплавов не в контролируемой среде (вакуум, аргон), а непосредственно на воздухе. Предлагаемый способ позволяет изготавливать качественные равнопрочные детали за один переход штамповки, исключая традиционные операции термообработки, существенно сокращая их производственный цикл. Это в совокупности показывает экономическую эффективность предложенного способа и открывает широкие перспективы для его использования при изготовлении деталей летательных аппаратов, эксплуатируемых под воздействием статических и динамических нагрузок.

Использование: технология обработки металлов давлением, листовая штамповка, машиностроение. Сущность изобретения: в очаг пластической деформации вводят импульсы тока с удельной энергией, обеспечивающей полное разупрочнение материала заготовки. Первый импульс вводят в момент времени, соответствующий перемещению инструмента на величину h_i=(0.7...0.8)h_про , где h_про - перемещение инструмента при штамповке без введения импульсов тока, соответствующее началу разрушения заготовки или потере ею устойчивости. Последующие импульсы вводят в момент очередного перемещения инструмента на величину h_i Число импульсов N_и=(h_е/h_i)-1 , где h_е - величина перемещения инструмента, необходимая для штамповки детали. 1 табл.

СПОСОБ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ЗАГОТОВОК ДАВЛЕНИЕМ, включающий введение в очаг пластической деформации серии импульсов тока с удельной энергией, обеспечивающей полное разупрочнение материала заготовки, отличающийся тем, что, с целью повышения качества и расширения технологических возможностей при осуществлении операций листовой штамповки, первый импульс вводят в момент, соответствующий перемещению деформирующего инструмента на величину h_i = (0,7 - 0,8)h_про, где h_про - предельное перемещение деформирующего инструмента при штамповке без введения импульсов тока, соответствующее началу разрушения заготовки или потере ею устойчивости, все последующие импульсы вводят в моменты очередного перемещения инструмента на ту же величину h_i, при этом число импульсов определяется из соотношения N_u= (h_Σ / h_i )-1 ,, где h_Σ - величина перемещения деформирующего инструмента, необходимая для штамповки детали.