RU2306996C2 - Method for producing articles of sheet blanks in super-plasticity state - Google Patents

Abstract

FIELD: plastic working of metals, namely molding articles in state of super-plasticity.

SUBSTANCE: method comprises steps of shaping thin-wall part and simultaneously forming its non-detachable joint with parts-components in die with seats for placing parts-components whose protrusion value outside shaping surface of die is no more than 5 thickness values of sheet. Said non-detachable joint is formed due to flowing parts-components by material of blank being in super-plasticity state at forming undercuts. If distance between blank and die where part-component is placed is no more than 10 -12 thickness values of sheet, process for forming non-detachable joint of with parts-components is realized during one step at using stationary die. If said distance exceeds above mentioned value, then process is realized during two steps at using die that may move towards blank and at first of said two steps die is freely moved till achieving 30-40% of blank deformation and at second of said two steps non-detachable joint with parts-components is formed.

EFFECT: enlarged manufacturing possibilities of method.

4 cl, 9 dwg

Description

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, а именно к способам получения изделий формовкой в состоянии сверхпластичности из листовых заготовок.The invention relates to the field of metal forming, and in particular to methods for producing products by molding in a state of superplasticity from sheet blanks.

Известны способы получения изделий из листовых заготовок равномерно распределенным деформирующим усилием подвижной среды в жесткой матрице с прижимом заготовки (см., например, Исаченков Е.И. Штамповка резиной и жидкостью. - М.: Машиностроение, 1967, с.164, рис.85).Known methods for producing products from sheet blanks with a uniformly distributed deforming force of a moving medium in a rigid matrix with a workpiece clamp (see, for example, Isachenkov EI Stamping with rubber and liquid. - M.: Mechanical Engineering, 1967, p.164, Fig. 85 )

Недостатком указанных способов является невозможность получения многокомпонентных изделий, включающих в себя более одной детали, которая формуется в соответствии с описываемой последовательностью.The disadvantage of these methods is the inability to obtain multicomponent products, including more than one part, which is molded in accordance with the described sequence.

Также известен способ штамповки изделий из листовых заготовок равномерно распределенным деформирующим усилием подвижной среды в жесткой матрице с прижимом заготовки, в котором с целью повышения качества и расширения номенклатуры изделий перед формообразованием в матрице заготовку предварительно свободно выпучивают в сторону матрицы и затем путем перемещения матрицы дополнительно деформируют периферийную зону заготовки контактирующей с ней поверхностью матрицы, послуживший прототипом (см. авторское свидетельство СССР №831270, МКИ В21D 26/02, 1981).There is also a known method of stamping products from sheet blanks with a uniformly distributed deforming force of a moving medium in a rigid matrix with a workpiece clamp, in which, in order to improve the quality and expand the product range before forming in the matrix, the workpiece is preliminarily loosened in the direction of the matrix and then peripheral deform is additionally deformed the blank area in contact with the matrix surface, which served as a prototype (see USSR author's certificate No. 831270, MKI B21 D 26/02, 1981).

Известный способ позволяет значительно повысить качество изделий за счет устранения разнотолщинности стенок в их сечении. Кроме того, он обеспечивает получение изделий из листовых заготовок расширенной номенклатуры.The known method can significantly improve the quality of products by eliminating the thickness variation of the walls in their section. In addition, it ensures the receipt of products from sheet blanks of an expanded range.

Однако имеется и некоторый недостаток способа. Расширение номенклатуры продукции достигается изменением конфигурации получаемого изделия, его формы и размеров. В то же время само изделие представлено одной штампуемой деталью, что не позволяет получать методом формовки в состоянии сверхпластичности изделий, состоящих из двух или более деталей-компонентов, входящих в него. Этим ограничивается номенклатура получаемых изделий и сужаются технологические возможности способа.However, there is also a drawback of the method. The expansion of the product range is achieved by changing the configuration of the resulting product, its shape and size. At the same time, the product itself is represented by one stamped part, which does not allow to obtain by molding in a state of superplasticity products consisting of two or more component parts included in it. This limits the range of products obtained and narrows the technological capabilities of the method.

В то же время в производстве, в электротехнической промышленности, в химическом машиностроении, а также при изготовлении товаров народного потребления и т.д. зачастую возникает необходимость получать изделия в виде полых деталей из листовых заготовок, скрепленных с помощью неразъемного соединения с другими деталями, которые выполнены из инородных материалов (не обладающих свойством сверхпластичности), в том числе и неметаллическими. Последние могут не допускать соединения пайкой, сваркой, склеиванием и т.п. Требованиями к таким изделиям служат, например, герметичность, прочность закрепления крепежных элементов на основной детали изделия, а для изделий художественно-декоративного плана это комбинация металлической детали с фрагментами типа камень, стекло, керамика и др.At the same time, in production, in the electrical industry, in chemical engineering, as well as in the manufacture of consumer goods, etc. often there is a need to obtain products in the form of hollow parts from sheet blanks fastened with an integral connection with other parts that are made of foreign materials (not possessing the property of superplasticity), including non-metallic ones. The latter may not allow connections by soldering, welding, gluing, etc. The requirements for such products are, for example, tightness, the strength of the fasteners on the main part of the product, and for products of an artistic and decorative plan, this is a combination of a metal part with fragments such as stone, glass, ceramics, etc.

Существуют следующие типовые схемы СПФ:The following typical SPF schemes are available:

- свободная формовка или выпучивание заготовки (без использования матрицы),- free molding or buckling of the workpiece (without using a matrix),

- негативная формовка, при которой материал заготовки вдавливается в матрицу,- negative molding, in which the workpiece material is pressed into the matrix,

- позитивная и комбинированная формовка с обтяжкой рельефа, выступающего над формообразующей поверхностью матрицы.- positive and combined molding with close-fitting relief protruding above the forming surface of the matrix.

Задачей настоящего изобретения является расширение номенклатуры получаемых изделий путем введения в них, помимо основной детали (материал которой сверхпластичная латунь Л63 или ЛЖМц 59-1-1), получаемой сверхпластичной формовкой, деталей-компонентов, выполненных из материалов, не обладающих свойствами сверхпластичности, в том числе неметаллических, для чего используют матрицу с гнездами под установку деталей-компонентов, выступающих за формообразующую поверхность матрицы, а неразъемное соединение обеспечивают за счет обтекания деталей-компонентов материалом заготовки, находящимся в состоянии сверхпластичности с образованием поднутрений с условием, что выступание детали-компонента не должно превышать 5 толщин листа заготовки.The objective of the present invention is to expand the range of products by introducing into them, in addition to the main part (the material of which is superplastic brass L63 or LZHMts 59-1-1) obtained by superplastic molding, component parts made of materials that do not have superplasticity properties, including the number of non-metallic, for which they use a matrix with sockets for installing component parts that protrude beyond the forming surface of the matrix, and a one-piece connection is provided by flowing around the parts - Components material preform in a state of superplasticity to form undercuts with the proviso that the protrusion component parts must not exceed the thickness of the blank sheet 5.

Для осуществления предлагаемого способа (фиг.1) листовую заготовку 1 укладывают на корпус 2 устройства для формовки, накрывают крышкой 3 с отверстием 4 для подачи сжатого газа и обжимают по периферии, чтобы обеспечить герметичность пространства между крышкой и заготовкой. В матрицу 5, а именно в специальные гнезда 6, выполненные в ней, предварительно устанавливают присоединяемую деталь (детали) 7, являющуюся компонентом будущего изделия 8, так, что часть ее выступает над поверхностью матрицы. Как вариант, такой деталью, показанной на фиг.3, служит винт, предназначенный для крепления готового изделия. Разность его диаметральных размеров образует конструктивный элемент удерживающего профиля в осевом направлении матрицы - поднутрение 9, а шлиц - элемент 10, удерживающий его от проворота вокруг вертикальной оси.To implement the proposed method (figure 1), the sheet blank 1 is placed on the body 2 of the molding device, covered with a lid 3 with an opening 4 for supplying compressed gas and crimped around the periphery to ensure the tightness of the space between the cover and the workpiece. In the matrix 5, namely, in the special sockets 6 made in it, the attachable part (s) 7, which is a component of the future product 8, are pre-installed, so that part of it protrudes above the surface of the matrix. Alternatively, such a part, shown in figure 3, is a screw designed for fastening the finished product. The difference in its diametric dimensions forms the structural element of the retaining profile in the axial direction of the matrix - undercut 9, and the slot - element 10, which keeps it from turning around the vertical axis.

Далее производят нагрев устройства для формовки, а вместе с ним и заготовки до температуры сверхпластичности, которая для сплавов Л63 и ЛЖМц 59-1-1 равна 650°С и 550°С соответственно. После этого в устройство через отверстие 4 в крышке 3 подают сжатый газ под давлением в пределах 0,2...1,5 МПа.Next, the molding device is heated, and with it the workpiece to a superplasticity temperature, which for alloys L63 and LZhMts 59-1-1 is 650 ° C and 550 ° C, respectively. After that, compressed gas under pressure in the range of 0.2 ... 1.5 MPa is supplied to the device through the hole 4 in the cover 3.

Далее способ может выполняться по двум различным схемам.Further, the method can be performed according to two different schemes.

Схема 1. Если высота детали-компонента невелика и ее профиль приближен к плоскому, а также при расстоянии между заготовкой и матрицей с установленными в ней деталями-компонентами менее 10...12 толщин листа процесс осуществляют в неподвижной матрице.Scheme 1. If the height of the component component is small and its profile is close to flat, and also when the distance between the workpiece and the matrix with the component parts installed in it is less than 10 ... 12 sheet thicknesses, the process is carried out in a fixed matrix.

Схема 2. Если расстояние между заготовкой и матрицей с установленной в ней деталью-компонентом превышает 12 толщин листа, то используют матрицу, имеющую возможность перемещения навстречу заготовке. В этом случае процесс осуществляют в 2 стадии. На первой стадии производят свободную формовку под давлением 0,2...0,5 МПа и одновременное перемещение матрицы до достижения заготовкой 30...40% деформации. На второй стадии выполняют соединение формуемой оболочки с деталями-компонентами.Scheme 2. If the distance between the workpiece and the matrix with the component part installed in it exceeds 12 sheet thicknesses, then use a matrix that can move towards the workpiece. In this case, the process is carried out in 2 stages. At the first stage, free molding is performed under a pressure of 0.2 ... 0.5 MPa and the matrix is simultaneously moved until the workpiece reaches 30 ... 40% deformation. In the second stage, a moldable shell is connected to the component parts.

Матрицу 5 перемещают навстречу заготовке по направляющим корпуса 2, благодаря этому происходит дополнительная деформация материала заготовки выступающей над поверхностью матрицы частью детали-компонента 7 и частичное заполнение конструктивного элемента - поднутрения 9. Аналогично материал заготовки затекает и в элемент 10 (фиг.3 и 4). Дальнейший процесс формовки сопровождается заполнением материалом заготовки донной и периферийной частей формообразующей полости матрицы 5, которая для обеспечения требуемых размеров изделия по высоте фиксируется на нужном уровне в корпусе 2 устройства.The matrix 5 is moved towards the workpiece along the guides of the housing 2, due to this there is an additional deformation of the workpiece material protruding above the matrix surface by a part of the component component 7 and a partial filling of the structural element - undercut 9. Similarly, the workpiece material flows into element 10 (Figures 3 and 4) . The further molding process is accompanied by filling in the workpiece material of the bottom and peripheral parts of the forming cavity of the matrix 5, which is fixed at the desired level in the housing 2 of the device to ensure the required product dimensions in height.

Для обеспечения качества изделия и прочности соединения деталей давление рабочей среды ступенчато изменяют, не менее 2...3 раз, от 0,2 до 1,5 МПа с промежуточными выдержками.To ensure the quality of the product and the strength of the connection of parts, the pressure of the working medium is stepwise changed, at least 2 ... 3 times, from 0.2 to 1.5 MPa with intermediate shutter speeds.

Технологические возможности способа весьма широки. Возможны соединения с деталями типа винтов (фиг.3), втулок с внутренней резьбой, снабженных специальным удерживающим профилем с элементами 10 в виде рисок на наружной поверхности (фиг.4). Если выполнить выступающую часть стержня (фиг.5) в виде удерживающего элемента-сферы, то возможно получение подвижного неразъемного шарнирного соединения. Для соединения основной детали с пластиной достаточно снабдить последнюю скосом по периферии, как это показано на фиг.6, причем она может выполняться из любого материала, выдерживающего температуру СПФ. Часто применяемые комбинации металлической детали с изоляторами в виде фарфоровых деталей также выполнимы данным способом (фиг.7).Technological capabilities of the method are very wide. Connections with parts such as screws (Fig. 3), bushings with internal thread, equipped with a special retaining profile with elements 10 in the form of marks on the outer surface (Fig. 4) are possible. If you perform the protruding part of the rod (figure 5) in the form of a retaining element-sphere, it is possible to obtain a movable one-piece swivel. To connect the main part with the plate, it is enough to provide the latter with a bevel around the periphery, as shown in Fig.6, and it can be made of any material that can withstand the temperature of the SPF. Often used combinations of a metal part with insulators in the form of porcelain parts are also feasible in this way (Fig.7).

Предлагаемый способ может быть использован для получения изделий художественно-декоративного характера, когда в качестве присоединяемых к основной детали деталей-компонентов в гнезда матрицы помещают фрагменты камней, керамики, стекла и т.п. неметаллических материалов, выдерживающих температуру процесса формовки (фиг.8). Аналогичный подход, но с использованием более мелких частиц, позволяет получить шаржированную поверхность основной детали. Примером может служить соединение с частицами абразива, которое другими способами получить бывает затруднительно (фиг.9).The proposed method can be used to obtain products of an artistic and decorative nature, when fragments of stones, ceramics, glass, etc. are placed in the nests of the matrix as attachable to the main part of the component parts. non-metallic materials that withstand the temperature of the molding process (Fig). A similar approach, but with the use of finer particles, allows you to get a cartoonized surface of the main part. An example is a compound with abrasive particles, which can be difficult to obtain in other ways (Fig. 9).

Во всех вариантах осуществления предложенного способа для извлечения готового изделия снимают крышку 3 и извлекают его из устройства для формовки.In all embodiments of the proposed method for removing the finished product, the cover 3 is removed and removed from the molding device.

Предпринимается попытка применить способ СПФ для получения сборных многокомпонентных изделий методом неразъемных соединений путем термического и механического воздействия (затекания металла, находящегося в состоянии сверхпластичности, в удерживающий профиль присоединяемой детали-компонента изделия). Проведенные эксперименты на специально изготовленном штамповом блоке подтвердили такую возможность для изделий с компонентами в виде кольца, винтов, гаек, шариков, частиц камня, стекла и др.An attempt is being made to apply the SPF method to obtain prefabricated multicomponent products by the method of permanent joints by thermal and mechanical effects (flowing of a metal in a state of superplasticity into the holding profile of the joined component part of the product). The experiments performed on a specially made stamping block confirmed this possibility for products with components in the form of rings, screws, nuts, balls, particles of stone, glass, etc.

Практическое применение предлагаемого способа:Practical application of the proposed method:

- термически-механическое закрепление в основной формуемой детали других деталей-компонентов изделия (в т.ч. не обладающих свойствами сверхпластичности);- thermo-mechanical fixing in the main moldable part of other parts-components of the product (including those that do not have superplasticity properties);

- установка крепежных элементов типа винтов, шпилек, резьбовых втулок, пластин и др. для последующего крепления отформованной детали в более сложных изделиях;- installation of fasteners such as screws, studs, threaded bushings, plates, etc. for the subsequent fastening of the molded part in more complex products;

- замена литья деталей (например, из латуни Л63 или ЛЖМц 59-1-1) с крепежной арматурой на листовую формовку в состоянии сверхпластичности с целью снижения металлоемкости изделий;- replacement of casting parts (for example, from brass L63 or LZhMts 59-1-1) with fastening fittings by sheet forming in a state of superplasticity in order to reduce the metal consumption of products;

- соединение по схеме сверхпластичный металл - металл другой марки;- connection according to the scheme superplastic metal - metal of a different brand;

- получение более сложных многокомпонентных изделий типа секций теплообменников с целью повышения технологичности и снижения трудоемкости их изготовления;- obtaining more complex multicomponent products such as sections of heat exchangers in order to improve manufacturability and reduce the complexity of their manufacture;

- создание художественно-декоративных изделий с использованием камня, керамики, стекла и т.п. в качестве неметаллических компонентов (инкрустация);- creation of art and decorative products using stone, ceramics, glass, etc. as non-metallic components (inlay);

- шаржирование поверхности формуемых деталей частицами и порошками со специальными свойствами (например, абразивными).- sharpening the surface of the molded parts with particles and powders with special properties (for example, abrasive).

Claims (4)

1. Способ получения тонкостенных изделий из листовых заготовок в состоянии сверхпластичности из сплавов Л63 и ЛЖМц 59-1-1 путем их формообразования, отличающийся тем, что при формообразовании получают неразъемное соединение тонкостенной детали с деталями-компонентами, для чего используют матрицу с гнездами под установку деталей-компонентов, величина выступания которых за формообразующую поверхность матрицы не превышает пяти толщин листовой заготовки, а неразъемное соединение обеспечивают обтеканием деталей-компонентов материалом заготовки, находящимся в состоянии сверхпластичности, с образованием поднутрений, при этом процесс неразъемного соединения с деталями-компонентами осуществляют в одну стадию с использованием неподвижной матрицы или в две стадии с использованием матрицы, имеющей возможность перемещения навстречу заготовке, на первой из которых осуществляют свободное перемещение матрицы до достижения заготовкой 30...40% деформации, а на второй - неразъемное соединение с деталями-компонентами.1. A method of producing thin-walled products from sheet blanks in a state of superplasticity from alloys L63 and LZhMts 59-1-1 by their shaping, characterized in that when forming, an integral connection of a thin-walled part with component parts is obtained, for which a matrix with sockets for installation is used component parts, the protrusion of which beyond the forming surface of the matrix does not exceed five thicknesses of the sheet blank, and an integral connection is provided by the flow of component parts around the material overs in a state of superplasticity, with the formation of undercuts, while the process of one-piece connection with component parts is carried out in one stage using a fixed matrix or in two stages using a matrix that can move towards the workpiece, on the first of which the matrix is freely moved until the workpiece reaches 30 ... 40% deformation, and on the second - one-piece connection with component parts. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при использовании осесимметричных деталей-компонентов их выполняют с рисками для удержания от проворота вокруг оси.2. The method according to claim 1, characterized in that when using axisymmetric component parts, they are performed with risks for deduction from rotation around the axis. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что формообразование осуществляют при давлении сжатого газа 0,5...1,5 МПа, при этом давление повышают ступенчато с промежуточными отжигами.3. The method according to claim 1, characterized in that the shaping is carried out at a pressure of compressed gas of 0.5 ... 1.5 MPa, while the pressure is increased stepwise with intermediate annealing. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве деталей-компонентов используют фрагменты камня, стекла, керамики и других неметаллических материалов, выдерживающих температуру формовки.4. The method according to claim 1, characterized in that fragments of stone, glass, ceramics and other non-metallic materials that withstand the molding temperature are used as component parts.

Images