Способ изготовления контейнера для горячего прессования металлов и сплавов Советский патент 1982 года по МПК B21C25/00 B21C25/10 

(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОНТЕЙНЕРА ДЛЯ ГОРЯЧЕГО ПРЕССОВАНИЯ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при изготовлении контейнеров, предназначенных для горячего прессования металлов и сплавов с нагревом для температур, при которых материал втулок контейнера проявляет релаксационные свойства.

Известные способы изготовления многослойных (многовтулочных) контейнеров для горячего прессования заключаются в том, что эти контейнеры собирают из двух или нескольких втулок (колец), посаженных друг на друга с натягом, т. е. запрессованных друг в друге 1.

В материале втулок такого контейнера, нагретого до рабочей температуры и нагруженного рабочим давлением прессования, как правило, активируются релаксационные процессы. Они выражаются в том, что натяги и, соответственно, контактные напряжения (давления), вызываемые этими натягами на посадочных поверхностях втулок, уменьшаются с течением времени. Ослабление натягов ведет к нежелательному перераспределению внутренних напряжений в теле контейнера, снижающего стойкость последнего. Недостатки устраняются путем

увеличения количества втулок контейнера, за счет чего достигается уменьшение напряжений по его объему, и изготовление втулок из высокопрочных материалов, обладающих повышенной термической и релаксационной стойкостью. Однако увеличение количества втулок контейнера или применение для их изготовления материалов, обладающих улучшенными фнзико-механическими характеристиками, часто ведет к повышению стоимости конструкции.

Известен способ изготовления контейне10ра для горячего прессования металлов и сплавов методом запрессовки рабочей (внутренней) втулки в корпус (наружную втулку) с заранее определенным номинальным натягом посадки. Затем производят нагрев 15 контейнера до рабоч ей температуры и выдержку при рабочем давлении 2.

Прочность такого контейнера характеризуется величинами эквивалентных напряжений, которые вычисляются для момента нагружения контейнера рабочим давлением

20 прессования.

При этом наибольшие эквивалентные напряжения имеют место на поверхности отверстия рабочей втулки и на посадочной

поверхности корпуса. Результатом действия контактного давления, вызванного натягом является понижение эквивалентных напряжений на поверхности отверстия рабочей втулки и повышение их на посадочной поверхности корпуса.

Поэтому номинальный натяг посадки втулок задают таким, чтобы эти напряжения не превышали допустимого. Таким образом, номинальный натяг обуславливает требуемый характер распределения напряжения по объему контейнера, и прочность последнего считается обеспеченной.

Но в результате процессов релаксации напряжений, протекающих в материале втулок при рабочей температуре контейнера, номинальный натяг и, соответственно, номинальное контактное давление через некоторое время снижаются. Поэтому распределение напряжений по объему контейнера перестает соответствовать заданному, и прочность контейнера может оказаться.неудовлетворительной. Следовательно, рассмотренный способ изготовления контейнера не гарантирует получения надежной конструкции. Цель изобретения - повышение прочности контейнера.

Цель достигается тем, что втулки за,прессовывают с натягом, превышающим номинальный на величину снижения напряжения при релаксации, а выдержку под рабочим давлением осуществляют в течение времени релаксации до снижения напряжения до номинальной величины натяга.

По истечении выдержки контейнер можно пускать в эксплуатацию, т. е. нагружать рабочим давлением прессования.

Пример. Требуется изготовить двухслойный контейнер для горячего прессования при рабочей температуре 500°С и давлении прессования Р 25 кгс/мм со следующими конструктивными размерами, мм: , Радиус отверстия раа 100 бочей втулки Радиус посадочной поX 245 верхности

Наружный радиус корв 600 пуса

Номинальный натяг посадSH 0,65 ки втулок

Этим размерам соответствуют следующие значения коэффициентов. Л 2,06; В 2,40; С 0,34; D 2,40. В качестве материала втулок используют сталь ЗОХМ; механические свойства которой при 500°С известны: ,бт 43кГс/мм ; 6g 51 кГс/мм. Допускаемое напряжение б для этой стали принимается равным 35 кГс/мм. Модуль нормальной упругости Е для стали ЗОХМ при 500°С составляет 1,48:10 кГс/мм. Релаксационные свойства стали ЗОХМ при 500°С определяется по экспериментальным кривым релаксации. Каждая кривая релаксации состоит из двух участков: участка интенсивной релаксации -при ч и участка умеренной релаксации -при ч. На участке умеренной релаксации напряжения практически постоянны, поэтому величина релаксации для стали ЗОХМ при 500°С представлрет собой разность начального напряжения (0) и напряжения d (30), оставшегося в образце через 30 ч после началЬ испытаний. На участке интенсивной релаксации за 30 ч начальные напряжения от уровней 30,8; 25,92; 20,0 и 14,1 кГс/мм снижаются соответственно до уровней 12,5; 11,8; 10,0 и 7,5 кГс/мм. Отсюда получаются следующие значения величины релаксации напряжений 6 (0)- ё (30): 18,3; 14,12; 10,0 и 6,6 кГс/мм2. Коэффициент К 5 соответствует значению Е 1,48-10 кГс/мм а также приведенным выше размерам контейнера, равен 10,79.

По этим исходным данным вначале определяют номинальные параметры контейнера

а)номинальное контактное давление

р /(. бн 10,79-0,65 7,01 кГс/м ;

б)номинальные эквивалентные напряжения для рабочей втулки и корпуса контейнера

2,06-25 -

АР - В- Р,

кн

4-7,01 34,7кГс/мм2 6эги С-Р + D-.P, 0,34-25 + 2,4-7,01 25,3 кГс/мм2.

Затем проверяют условие прочности контейнера с номинальными параметрами 6«акс йэк, 34,7 Гс/мм2 ё

35 кГс/мм.

Далее определяют параметры, необходимые для изготовления контейнера. чтобы в собранном контейнере по истечении 30-ти часового периода интенсивной релаксации получить номинальное контактное давление РКЦ , сборочное контактное давление Рк принимают повыщенным относительно Р на известную величину релаксации, составляющую в данном случае 6,6 кГс/мм, пос0 кольку 6 (0) 14,1 кГс/мм2 и ё (30) 7,5 кГс/мм.

Отсюда

Р + (0) 6(Щ 7,01 + + (14,1-7,5) 13,61 кГс/мм2.

Сборочный натяг, соответствующий по5 лученному значению РК

j, РК 12,6t 1 ос ,,..

6 - -ToTfg Значение Р, 13,61 кГс/мм подставляют в формулу (8), считая рабочее давление прессования неизвестным, т. е. полагая Р Pj( и приравнивая все выражение допускаемому напряжению

С -Р, + D-PK б 1. Из последнего выражения находят неизвестное внутреннее давление

р J.. 69 кГс/мм

Затем производят сборку контейнера с натягом посадки втулок 5 1,26 мм. Собранный и нагретый до рабочей температуры контейнер нагружают внутренним давлением Р 6,9 кГс/мм, после чего производят выдержку контейнера при этом внутреннем давлении и рабочей температуре 500°С в течение 30 ч. За это время сборочное контактное давление Р| 13,61 кГс/мм2, сооответствующее натягу 1,26. мм, снизится приблизительно до 7 кГс/мм, что соответствует номинальному натягу S, 0,65 мм. В итоге параметры контейнера соответствуют .номинальным, и он готов к эксплуатации при заданном рабочем давлении прессования Я 25 кГс/мм2.

Предлагаемый способ изготовления контейнера позволяет полностью компенсировать релаксационное снижение натягов (контактных давлений) на посадочных поверхностях втулок контейнеров, чем обусловливается заранее заданное благоприятное распределение натяжений по объему контейнера и, следовательно, повышение его стойкости, и исключить увеличение количества втулок контейнера, что нередко вызывается необходимостью компенсации релаксационного снижения натяга за счет снижения уровня сборочных контактных напряжений, следовательно, возможность изготовления

контейнера уменьшенных габаритов, веса и стоимости.

Формула изобретения

Способ изготовления контейнера для горячего прессования металлов и сплавов путем запрессовки с натягом одной втулки в другую и последующего нагрева контейнера до рабочей температуры и выдержки при рабочем давлении, отличающийся тем, что, целью повышения прочности контейнера, втулки запрессовывают с натягом, превышаюшим номинальный на величину снижения напряжения при релаксации, а выдержку при рабочем давлением осуществляют в течение времени релаксации до снижения напряжения до номинальной величины натяга. Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

2.Жолобов В. В. и др. Инструмент для горячего прессования металлов. М.-Л., «Машиностроение, 1965, с. 39 (прототип).