Способ изготовления изделий Советский патент 1980 года по МПК B21J1/06 B21J5/00 

1

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при получении изделий из малопластичннх и труди од ефО1 1Ируемых сплавов объемной штамповкой, в том числе осадкой.

Известен способ изготовления изделий изотермической штамповкой, (в частности осадкой), в процессе которой дополнительно осуществляют электроконтактный нагрев заготовки, при котором непрерывно изменяют силу тока в зависимости от усилия и температуры штамповки.

Недостатком этого способа является низкое качество получаемых изделий. Это объясняется следующим. Рабочая поверхность штампа имеет температуру теплового фона. Температура фона может быть на несколько десятков или сотен градусов ниже требуемой для пластического деформирования заготовки. Следовательно, торцы заготовки, соприкасаясь во время деформации с более холодным инструментом, остывают быстрее основной массы заготовки. При длительном процессе деформирования разность температур торцов заготовки и ее центра являет ся значительной. Особенно ярко это

проявляется при дефор 1ировании жаропрочных или титановых сплавов. Разница в температуре по объему деформируемого металла приводит к неравномерной деформации, неоднородной структуре и в некоторых случаях даже к термическим трещинам. Креме того, приосадке заготовок в известном способе не удается устранить или хотя бы зна0чительно уменьшить трение на контактных поверхностях. Это также приводит к неравномерной деформации и неоднородной структуре по объему заготовки.

Кроме того, недостатком известно5го способа является значительная энергоемкость процесса в связи с необходимостью постоянного подогрева заготовки, контактирукщей с более холодным инструментом (за счет поддер0жания постоянной температуры теплового фона).

Цель изобретения - повы1иение качества изделий и снижение энергоем5кости процесса.

Поставленная цель достигается тем, что перед штамповкой между поверхностью заготовки и рабочей поверхностью штампа помещают нагретые до

0 температуры заготовки прокладки из

материала, выделяющего тепло под действием электрического тока.

Такие прокладки препятствуют передаче тепла от горячей заготовки к более холодному инструменту. При протекании электрического тока в заготовке и прокладках вьщеляется тепло, и таким образам в процессе деформации осуществляется дополнительный нагрев прокладок совместно с заготовкой. Причем тепла в прокладке выделяется во столько раз большер во скольko раз электросопротивление материала прокладки, выполненной, например, из графита, больше сопротивления заготовки. Но прокладка в то же время интенсивнее охлаждается за счет контакта с холодным инструментом. Поэтому избыточное количество тепла, выделенное в прокладке при протекании электрического тока, компенсирует тепло, теряемое за счет контакта с холодным инструментом. Заготовка же в процессе всей деформации контактирует с нагретой до температуры деформации прокладкой. Поэтому температура ее в течение всего процесса деформирования будет постоянной. Таким образом , прокладки являются, термокомпенсаторами. Помимо этого, они служат пластичными прокладками между заготовкой и рабочей поверхностью бойка. Применяя пластичные прокладки при осадке жаропрочных сталей и сплавов, удается почти полностью исключить трение по контактным поверхностям. Прокладки увеличивают равномерность деформации и снижают неравномерность течения металла.

Температуру заготовки и прокладкитермокомпенсатора устанавливают путем регулировки по любому из выбранных параметров процесса. Достигается это применением ионных или полупроводниковых преобразователей в сочетании с известным управляющим, устройством, позволяющим изменять время прохождения тока в течение каждого полупериода. При характерном для изотермической штамповки условии постоянства скорости движения инструмента за счет управляющего, устройства можН.О обеспечить саморегулирование процесса электроконтактного нагрева.

Высоту прокладок-термокомпенсаторов (графитовых пластин) выбирают равной 10-12% от высоты осаживаемой заготовки. Перед деформацией заготовку р расположенными по торцам прокладками -терм окомпенс а торам и нагревают в печи до температуры деформации. Затем устанавливают ее на нижне бойке и осуществляют деформацию. Технологический ток включают в момент касания верхнего бойка с прокладкойтермоксяу1пенсатором.

Прокладки являются термокомпенсаторами разового Пользования. После деформации заготовки их выбрасьшают.

Таким образом, для каждой заготовки используют свои прокладки.

Пример . Предлагаемым способом была осажена заготовка из жаропрочного сплава ЭИ698 ВД диаметром

80 мм и высотой 150 мм. В качестве прокладок-термокомпенсаторов использованы графитовые пластинки диаметром 80 мм и высотой 15 мм. Деформацию производили в изотермических условиях с дополнительным алектроконтактным нагревом. Сила тока 3---140 А. Температура теплового фона 900 С. Заготовку и теЕ 1окомпенсаторы нагревали в печи до температуры деформации

1160°С. Температуру заготовки и термокомпенсаторов фиксировали в процессе деформации съемкой на цветную спектрозональную фотопленку.

Количество тепла д., , теряемое одним торцом заготовки в единицу времени при стационарном теплообмене с холодным инструментом, определяют по формуле

Ч, (t, - t,) F,

где F 0,005 м -площадь торца заготовки;

А 22 ккал/м-г-град - коэффициент теплопроводности при 900°С; 0,28 м - приведенная толщина

стенки, м;

t 11бО°С - температура деформации,

tg 400°С - температура наружной стенки. 22

(1160-40)- О,,7ккал/ч

Ч.

И 0,28

или О,122 ккал/с.

Количество тепла q, выделяемое в однсм термокомпенс;аторе (графитовой пластине) в единицу времени при протекании электрического тока, определяют по формуле

R,

q 0,24:;

где R 9с-4

9 9-10 ом см - удельное

де

электросопротивление графита - 1,5 см - высота термокомпен

сатора (прокладки) ; S - 50,24 см - площадь поперечного сечения;

d 8

см - диаметр тер окоипенсатора (прокладки); 3 . 140 А сила тока.

1 ,126 ккал/с.

9-10

,0,24

Согласно расчету, количество тепла, выделяемое при протекании электрического тока в единицу времени в прокладке-тер окомпенсаторе, равно количеству тепла, расходуемому в единицу времени при контакте нагретой заготовки с более холодным инструментом . Следовательно, в процес65 сё деформации температура заготовки

остается постоянной. Экспериментальные данные подтверждают это.

Предлагаемый способ позволит улучшить анизотропию механических свойст по всему объему металла, получить изделия с однородной структурой. Применяя пластичные прокладки при осадке труднодеформируачых малопластичных металлов и сплавов, удается почти полностью исключить трение по контактным поверхностям. Прокладки увеличивают равнсмерность деформации и снижают неравномерность течения металла. При этом почти полностью отсутствуют сдвиговые процессы. Металл течет в радиальном направлении параллельными слоями, причем бокЪвая поверхность не переходит на торцы, отсутствуют компоненты вращения элементарных объемов. Существенное снижение контактного трения в.сочетании с однородностью температурного поля заготовки вызывает резкое повышение, равномерности дефо лации, повышение . пластичности обрабатываемого материала, снижаются потребные усилия.

Предлагае.1ый способ позволит улуч1яить качество выпускаегч1ых изделий за рчет создания и сохранения в процессе деформации однородного телшературного поля и исключения влияния контактноg го трения между инструменте и заготовкой. При этсм потребные усилия деформирования снижаются более чем на 30% и улучшаются пластические свойства обрабатываемого материала. Сни0 энергоемкость процесса.

изобретения

Способ изготовления изделий по § авт. св. № 279316, отличающийся там, что, с целью повышения качества изделий и снижения энергоемкости процесса, перед штамповкой между поверхностью заготовки 0 и рабочей поверхностью штампа помещают нагретые до температуры заготовки прокладки из материала выделяющего тепло под действием электрического тока.