RU2181314C2 - Apparatus for plastic metal working - Google Patents

Abstract

FIELD: equipment for plastic working of metals, namely apparatuses for strengthening metal at working process. SUBSTANCE: method comprises steps of placing blank into receiving vertical duct of die; applying pressure to blank for deforming it through intermediate duct parallel relative to receiving duct. Symmetry axes of both parallel ducts are mutually spaced by predetermined distance. Symmetry axes of parallel ducts and symmetry axis of intermediate duct are mutually inclined by angle equal to 90-120 degrees; cross section area of outlet duct consists (0.9-1) of cross section area of receiving duct. At deforming process direction of metal yielding of blank changes two times, that is why shear deformation and material strengthening are occurred. EFFECT: increased factor of metal use, lowered labor consumption at plastic working of metallic blanks. 2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к обработке металлов давлением, а именно к устройствам, позволяющим упрочнять металл в процессе обработки. The invention relates to the processing of metals by pressure, and in particular to devices that allow hardening the metal during processing.

Известно устройство (Копылов В.И. и др. Процессы пластического структурообразования металлов. Минск. : Навука и тэхника, 1994, с. 26), имеющее два сообщенных канала, расположенных под углом один к другому. A device is known (Kopylov V.I. et al. Processes of plastic structure formation of metals. Minsk.: Navuka and tehnika, 1994, p. 26), which has two communicated channels located at an angle to one another.

Недостатком этого устройства является невысокая степень упрочнения за один цикл деформирования, т.к. заготовка меняет направление течения всего один раз, в процессе которого и происходит сдвиговая деформация и упрочнение металла. Известно, что величина деформации и степень упрочнения металлов находятся в прямой зависимости. Степень упрочнения зависит также от величины угла, под которым соединяются каналы, при этом чем больше угол, тем меньше упрочнение. The disadvantage of this device is the low degree of hardening in one cycle of deformation, because the workpiece changes the flow direction only once, during which shear deformation and hardening of the metal occur. It is known that the magnitude of deformation and the degree of hardening of metals are directly dependent. The degree of hardening also depends on the angle at which the channels are connected, and the larger the angle, the less hardening.

Существенным недостатком устройства является невозможность получения на данном устройстве заготовок с прямоугольными торцами. При деформировании характер течения является таким, что верхние слои опережают нижние, и заготовка после деформации имеет заостренные под углом около 30^o торцы.A significant disadvantage of the device is the inability to obtain on this device blanks with rectangular ends. During deformation, the flow pattern is such that the upper layers are ahead of the lower ones, and the workpiece after deformation has ends that are pointed at an angle of about 30 ^° .

Для получения прямоугольных торцов необходимо механической обработкой удалять значительную часть металла, что существенно снижает коэффициент использования металла (КИМ). А при многоцикловой обработке КИМ снижается еще больше, т.к. требуется операция по подравниванию торцов перед каждым циклом прессования. В противном случае, из-за недостаточной устойчивости заостренной части заготовки при ее деформации возникают дефекты типа зажим. Данные дефекты также необходимо удалять механической обработкой, иначе при последующей деформации возникает большая вероятность увеличения дефектной зоны на участках заготовки, примыкающих к торцам. To obtain rectangular ends, it is necessary to mechanically remove a significant part of the metal, which significantly reduces the metal utilization factor (CMM). And with multi-cycle processing, KIM decreases even more, because an end trim operation is required before each pressing cycle. Otherwise, due to the insufficient stability of the pointed part of the workpiece during its deformation, clamp-type defects occur. These defects must also be removed by machining, otherwise with subsequent deformation, there is a high probability of an increase in the defective zone in the sections of the workpiece adjacent to the ends.

Наиболее близким по существу является устройство, содержащее матрицу с двумя пересекающимися каналами, соединенными третьим каналом, имеющим в продольном сечении форму трапеции. (патент РФ 2128095, МПК G 01 N 3/00, опубл. 27.03.99 г.)
Недостатками данного устройства являются:
1. Двукратное изменение направления течения заготовки в процессе деформирования не позволяет накопить суммарно большую степень деформации и эффективно упрочнить металл.The closest is essentially a device containing a matrix with two intersecting channels connected by a third channel having a trapezoidal shape in longitudinal section. (RF patent 2128095, IPC G 01 N 3/00, publ. 03/27/99)
The disadvantages of this device are:
1. A twofold change in the direction of the flow of the workpiece during the deformation process does not allow to accumulate a total large degree of deformation and effectively harden the metal.

2. Использование матрицы с двумя каналами, соединенными третьим каналом, положительно влияет на получение более прямых торцов из-за меньшей интенсивности деформации, однако не снимает проблему механической обработки торцевых участков заготовки как в процессе многоцикловой деформации, так и после последнего цикла деформирования. Часть металла при этом уходит в стружку и КИМ заготовок, получаемых с использованием этой матрицы, невысокий. Необходимость механической обработки не только снижает КИМ упрочненных заготовок, но и увеличивает трудоемкость их получения. 2. The use of a matrix with two channels connected by a third channel positively affects the production of more straight ends due to the lower strain rate, but does not solve the problem of machining the end sections of the workpiece both in the process of multi-cycle deformation and after the last deformation cycle. Part of the metal goes into shavings and the CMM of the blanks obtained using this matrix is low. The need for machining not only reduces the CMM of hardened workpieces, but also increases the complexity of obtaining them.

3. Выполнение промежуточного канала, соединяющего два других, имеющего в продольном сечении форму равнобедренной трапеции, или когда основания данной трапеции являются хордами окружностей, требует геометрического равенства соединяемых каналов. Известно, что после деформации при постоянной температуре размеры заготовки несколько больше размеров оснастки, в которой она получена, из-за упругих деформаций металла. Поэтому при повторных циклах прессования, с целью большего упрочнения, необходимо проводить дополнительную механическую обработку и удалять часть металла с заготовки, чтобы ее можно было поместить в канал. Данная операция также снижает КИМ и увеличивает трудоемкость получения заготовок. 3. The implementation of the intermediate channel connecting the other two, having in the longitudinal section the shape of an isosceles trapezoid, or when the bases of this trapezoid are chords of circles, requires geometric equality of the connected channels. It is known that after deformation at a constant temperature, the dimensions of the workpiece are slightly larger than the dimensions of the equipment in which it was obtained, due to the elastic deformation of the metal. Therefore, during repeated pressing cycles, in order to increase hardening, it is necessary to carry out additional machining and remove part of the metal from the workpiece so that it can be placed in the channel. This operation also reduces the CMM and increases the complexity of obtaining blanks.

Изобретение направлено на повышение производительности, эффективности упрочнения, увеличение коэффициента использования металла и снижение трудоемкости при обработке давлением металлических заготовок за счет конструктивного исполнения каналов прессования в матрице. The invention is aimed at increasing productivity, hardening efficiency, increasing the utilization of metal and reducing the complexity when processing metal blanks by pressure due to the design of the pressing channels in the matrix.

Поставленная задача достигается устройством, содержащим матрицу с расположенными в ней тремя пересекающимися каналами, геометрически подобными в поперечном сечении - приемным, промежуточным и выходным, отличающимся тем, что приемный и выходной каналы выполнены параллельно друг другу, причем оси симметрии параллельных каналов разнесены на расстояние равное от 0,5 до 1,5 от расстояния между стенками приемного канала, а внутренний угол между осями симметрии параллельных каналов и осью симметрии соединяющего их промежуточного канала составляет от 90 до 120^o.The problem is achieved by a device containing a matrix with three intersecting channels located in it, geometrically similar in cross section — receiving, intermediate and output, characterized in that the receiving and output channels are parallel to each other, and the axis of symmetry of the parallel channels are spaced equal to 0.5 to 1.5 from the distance between the walls of the receiving channel, and the internal angle between the symmetry axes of the parallel channels and the axis of symmetry of the intermediate channel connecting them It ranges from 90 to 120 ^o .

Кроме того, площадь поперечного сечения выходного канала может составлять 0,9-1,0 от площади приемного канала. In addition, the cross-sectional area of the output channel may be 0.9-1.0 of the area of the receiving channel.

Предложенное расположение пересекающихся каналов позволяет обеспечить два акта сдвиговой деформации за один цикл деформирования и организовать течение металла так, что при первой сдвиговой деформации происходит опережение верхних слоев материала заготовки, а при второй сдвиговой деформации - опережение нижних слоев. При этом искажение торцевых участков заготовки оказывается минимальным. Кроме того, при исполнении выходного канала с площадью поперечного сечения, равного 0,9 от площади приемного канала, появляется не только возможность повторного прессования без дополнительной механической обработки, но и происходит дополнительное упрочнение заготовки за счет ее осадки на 10% в приемном канале матрицы. Кроме того, полученный при таком исполнении каналов зазор между заготовкой и приемным каналом матрицы обеспечивает надежное экранирование жидкими и твердыми смазками трущихся поверхностей. Более того, известно, что при осадке шероховатость поверхности заготовки увеличивается и смазка надежнее удерживается на такой поверхности и лучше экранирует ее. Использование в приемном канале соотношения площадей поперечных сечений выходного и приемного каналов менее 0,9 может привести к потере устойчивости, неравномерной деформации при осадке и появлению зажимов на поверхности заготовок. The proposed arrangement of intersecting channels makes it possible to provide two acts of shear deformation in one deformation cycle and to organize the metal flow so that the first layers of the workpiece are advanced in the first shear deformation and the lower layers are advanced in the second shear. In this case, the distortion of the end sections of the workpiece is minimal. In addition, when the output channel is executed with a cross-sectional area equal to 0.9 of the receiving channel area, not only does the possibility of re-pressing without additional machining appear, but additional workpiece hardening occurs due to its precipitation by 10% in the matrix receiving channel. In addition, the gap obtained with this design of the channels between the workpiece and the receiving channel of the matrix provides reliable shielding of the rubbing surfaces with liquid and solid lubricants. Moreover, it is known that during settlement, the surface roughness of the workpiece increases and the lubricant is more firmly held on such a surface and better shields it. Using in the receiving channel the ratio of the cross-sectional areas of the output and receiving channels of less than 0.9 can lead to loss of stability, uneven deformation during upsetting and the appearance of clamps on the surface of the workpieces.

Выполнение параллельных каналов с разнесенными осями на 0,5 расстояния между стенками приемного канала позволяет эффективно упрочнять металл при минимальных потребных усилиях за счет минимальной поверхности трения. Такое исполнение матрицы наиболее эффективно для упрочнения менее пластичных и более прочных металлов при соотношении площадей поперечных сечений каналов 0,9 и максимальном внутреннем угле пересечения осей пересекающихся каналов. При параметре разнесения осей менее 0,5 снижается эффективность сдвиговой деформации и процесс деформирования становится ближе к неравномерному и несимметричному прессованию, которое характеризуется неравномерностью упрочнения материала в объеме деформируемых заготовок. Также начинает искажаться форма торцевых участков заготовки, что снижает КИМ. Максимальное значение параметра разнесения осей, равное 1,5, наиболее эффективно использовать для деформирования пластичных материалов при невысоких напряжениях течения при минимальном внутреннем угле между осями пересекающихся каналов. В этом случае за один цикл деформирования обеспечивается максимальная степень упрочнения материала, наиболее равномерная в объеме всей заготовки. При параметре разнесения осей более 1,5 значительно возрастают усилия деформирования, а эффективность и равномерность сдвиговой деформации не изменяется. Увеличение параметра более 1,5 ведет к неоправданно высоким нагрузкам на инструмент и его ускоренному износу без улучшения свойств заготовок. The implementation of parallel channels with spaced axes at 0.5 distance between the walls of the receiving channel allows you to effectively harden the metal with minimal effort required due to the minimum friction surface. Such a matrix design is most effective for hardening less ductile and stronger metals with a ratio of the cross-sectional areas of the channels of 0.9 and the maximum internal angle of intersection of the axes of the intersecting channels. When the axis spacing parameter is less than 0.5, the shear deformation efficiency decreases and the deformation process becomes closer to uneven and asymmetric pressing, which is characterized by uneven hardening of the material in the volume of the workpieces being deformed. The shape of the end sections of the workpiece also begins to distort, which reduces the CMM. The maximum value of the axle spacing parameter, equal to 1.5, is most effectively used for deformation of plastic materials at low flow stresses with a minimum internal angle between the axes of intersecting channels. In this case, for one deformation cycle, the maximum degree of hardening of the material is ensured, which is the most uniform in the volume of the entire workpiece. When the axial spacing parameter is more than 1.5, the deformation forces significantly increase, and the efficiency and uniformity of the shear deformation does not change. An increase in the parameter of more than 1.5 leads to unreasonably high loads on the tool and its accelerated wear without improving the properties of the workpieces.

Увеличение внутреннего угла между осями пересекающихся каналов свыше 120^o экономически не целесообразно, т.к. уменьшается эффективность упрочнения. Уменьшение внутреннего угла пересечения осей менее 90^o приводит к образованию застойной зоны и резкому возрастанию усилия, а также неравномерности деформации и соответственно упрочнения.The increase in the internal angle between the axes of the intersecting channels over 120 ^{o is} not economically feasible, because hardening efficiency decreases. Reducing the internal angle of intersection of the axes less than 90 ^o leads to the formation of a stagnant zone and a sharp increase in effort, as well as uneven deformation and, accordingly, hardening.

Экспериментально при деформировании меди и дуралюминия марки Д16 при комнатной температуре подтверждены заявляемые соотношения параметров каналов, выполненных в матрице. Experimentally, when deforming copper and duralumin, grade D16 at room temperature, the claimed ratios of the parameters of the channels made in the matrix are confirmed.

Пример устройства с тремя пересекающимися каналами, два из которых параллельны и смещены относительно друг друга, показан на чертеже. An example of a device with three intersecting channels, two of which are parallel and offset relative to each other, is shown in the drawing.

На чертеже изображена матрица 1, в которой приемный канал 2 и выходной канал 3 параллельны, и их оси симметрии смещены относительно друг друга на расстояние К. Они соединены промежуточным каналом 4, ось симметрии которого пересекает оси параллельных каналов под внутренним углом, равным Ф. Расстояние между стенками приемного канала равно L. Площади поперечных сечений параллельных каналов равны соответственно S и S₁.The drawing shows a matrix 1 in which the receiving channel 2 and the output channel 3 are parallel, and their axis of symmetry is offset relative to each other by a distance K. They are connected by an intermediate channel 4, the axis of symmetry of which intersects the axis of the parallel channels at an internal angle equal to F. The distance between the walls of the receiving channel is equal to L. The cross-sectional areas of the parallel channels are equal to S and S _1, respectively.

Устройство работает следующим образом. В приемный вертикальный канал 2 матрицы 1 помещают заготовку и, прикладывая к ней давление, деформируют ее через канал 4 и канал 3. При деформации заготовка изменяет направление течения на угол Ф два раза и извлекается из канала 3. При изменении направления течения осуществляется сдвиговая деформация и происходит упрочнение материала заготовки. The device operates as follows. A blank is placed in the receiving vertical channel 2 of matrix 1 and, applying pressure to it, it is deformed through channel 4 and channel 3. During deformation, the workpiece changes the flow direction by an angle Ф twice and is removed from channel 3. Shear deformation is carried out when the direction of flow is changed and hardening of the workpiece material occurs.

Таким образом, предложенное устройство позволяет с наибольшей производительностью и меньшей трудоемкостью упрочнять материал заготовки при одновременном повышении коэффициента использования металла. Thus, the proposed device allows with the greatest productivity and less complexity to strengthen the workpiece material while increasing the utilization of metal.

Claims (2)

1. Устройство для обработки металлов давлением, содержащее матрицу с расположенными в ней тремя пересекающимися каналами, геометрически подобными в поперечном сечении - приемным, промежуточным и выходным, отличающееся тем, что приемный и выходной каналы выполнены параллельно друг другу, причем оси симметрии параллельных каналов разнесены на расстояние К= (0,5-1,5)L, где L - расстояние между стенками приемного канала, а внутренний угол между осями симметрии параллельных и осью симметрии соединяющего их промежуточного канала, составляет 90-120^o.1. A device for processing metals by pressure, containing a matrix with three intersecting channels located in it, geometrically similar in cross section - receiving, intermediate and output, characterized in that the receiving and output channels are made parallel to each other, and the axis of symmetry of the parallel channels are spaced apart the distance K = (0.5-1.5) L, where L is the distance between the walls of the receiving channel, and the internal angle between the axes of symmetry parallel and the axis of symmetry of the intermediate channel connecting them, is 90-120 ^o . 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что площадь поперечного сечения выходного канала составляет 0,9-1 от площади поперечного сечения приемного канала. 2. The device according to p. 1, characterized in that the cross-sectional area of the output channel is 0.9-1 from the cross-sectional area of the receiving channel.