SU1138247A1 - Method of making metal fibres and device for effecting same - Google Patents

Abstract

1. Способ изготовлени  металлических волокон, включающий деформирование сферических частиц порошка перекатыванием между двум  рабочими поверхност ми, отличающийс  тем, что, с целью повышени  механической прочности волокон, в процессе деформировани  поперечные слои образующихс  волокон сдвигают относительно один другого путем закручивани . 2.Устройство дл  осуществлени  способа по п. 1, содержащее валки, установленные с зазором между их рабочими поверхност ми и снабженные приводами вращени , отличающеес  тем, что, с целью повышени  механической прочности волокон, один из валков выполнен с конической рабочей поверхностью. 3.Устройство по п. 2, отличающеес  i тем, что второй валок выполнен с конической или цилиндрической рабочей поверхО ) ностью.1. A method of manufacturing metal fibers, comprising deforming spherical powder particles by rolling between two working surfaces, characterized in that, in order to increase the mechanical strength of the fibers, in the process of deformation, the transverse layers of the formed fibers are shifted relative to each other by twisting. 2. A device for carrying out the method according to claim 1, comprising rolls mounted with a gap between their working surfaces and provided with rotational drives, characterized in that, in order to increase the mechanical strength of the fibers, one of the rolls is made with a conical working surface. 3. The device according to claim 2, characterized in that the second roller is made with a conical or cylindrical working surface.

Description

Изобретение относитс  к порошковой металлургии , в частности к изготовлению металлических волокон из сферических частиц порошка.The invention relates to powder metallurgy, in particular to the manufacture of metal fibers from spherical powder particles.

Изв.естен способ изготовлени  металлических волокон, включаюш,ий деформирование сферических частиц порошка между двум  рабочими поверхност ми, а также устройство дл  осуществлени  данного способа, включающее цилиндрический валок и плоский башмак, установленные с зазором, причем . валок снабжен приводом вращени , а башмак - бесконечной лентой {.The known method of manufacturing metal fibers, including the deformation of spherical powder particles between two working surfaces, as well as a device for carrying out this method, including a cylindrical roller and a flat shoe, are installed with a gap, and moreover. the roller is provided with a rotation drive, and the boot is equipped with an endless belt.

Недостатком данного технического решени   вл етс  отсутствие возможности получени  волокон с высоким отношением длины к диаметру, что обусловлено деформационным упрочнением металла в процессе перекатывани  частиц порошка.The disadvantage of this technical solution is the inability to obtain fibers with a high ratio of length to diameter, which is caused by the strain hardening of the metal in the process of rolling the powder particles.

Наиболее близкими к изобретению по технической сущности и достигаемому результату  вл етс  способ изготовлени  металлических волокон, включающий деформирование сферических частиц порошка перекатыванием между двум  рабочими поверхност ми , а также устройство дл  осуществлени  известного способа, содержащее валки , установленные с зазором между их рабочими поверхност ми и снабженные приводами вращени . При этом рабочие поверхности валков выполнены цилиндрическими 2.The closest to the invention to the technical essence and the achieved result is a method of manufacturing metal fibers, including the deformation of spherical powder particles by rolling between two working surfaces, as well as a device for carrying out the known method, comprising rolls mounted with a gap between their working surfaces and provided rotational drives. While the working surface of the rolls are cylindrical 2.

Недостатком известного технического решени   вл етс  низка  механическа  прочность полученных волокон, не позвол юща  использовать их в издели х, предназначенных дл  работы под нагрузкой.A disadvantage of the known technical solution is the low mechanical strength of the obtained fibers, which does not allow them to be used in products intended for work under load.

Целью изобретени   вл етс  повышение механической прочности волокон.The aim of the invention is to increase the mechanical strength of the fibers.

Указанна  цель достигаетс  тем, что согласно способу изготовлени  металлических волокон, включающему деформирование сферических частиц порошка перекатыванием между двум  рабочими поверхност ми, в процессе деформировани  поперечные слои образующихс  волокон сдвигают относительно один другого путем закручивани .This goal is achieved by the fact that according to the method of manufacturing metal fibers, including the deformation of spherical powder particles by rolling between two working surfaces, during the deformation process, the transverse layers of the formed fibers are shifted relative to each other by twisting.

Кроме того, в устройстве дл  осуществлени  способа, включающем валки, установленные с зазором между их рабочими поверхност ми и снабженные приводами враш .ени , один из валков выполнен с конической рабочей поверхностью.In addition, in the apparatus for carrying out the method, including the rolls, mounted with a gap between their working surfaces and equipped with vrav drives, one of the rolls is made with a conical working surface.

Второй валок выполнен с конической или цилиндрической рабочей поверхностью.The second roll is made with a conical or cylindrical working surface.

На фиг. 1 показана схема предлагаемого устройства дл  изготовлени  металлических волокон, содержащего два валка с конической поверхностью (конусность валков направлена в одну сторону); на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 сечение Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 - схема устройства, включающего два валка с конической поверхностью (конусность валков направлена в противоположные стороны); на фиг. 5 сечение В-В на фиг. 4; на фиг. 6 - сечение Г-Г на фиг. 4; на фиг. 7 - схема устройства, включающего один валок с конической поверхностью; на фиг. 8 - сечениеFIG. 1 shows the scheme of the proposed device for the manufacture of metal fibers containing two rolls with a conical surface (the taper of the rolls is directed to one side); in fig. 2 is a section A-A in FIG. one; in fig. 3 section bb in fig. one; in fig. 4 is a diagram of a device comprising two rolls with a conical surface (the taper of the rolls is directed in opposite directions); in fig. 5 is a section through BB in FIG. four; in fig. 6 is a cross-section of the FIG. four; in fig. 7 is a diagram of a device including one roll with a conical surface; in fig. 8 - section

D-D на фиг. 7; на фиг. 8 - сечение Е-Е на фиг. 7.D-D in FIG. 7; in fig. 8 is a section of the EE of FIG. 7

Устройство дл  изготовлени  металлических волокон содержит валки 1 и 2, по меньщей мере один из которых выполнен с конической рабочей поверхностью, и приводы 3 и 4 вращени . Валки 1 и 2 установлены с зазором между их рабочими поверхност ми , а приводы 3 и 4 обеспечивают возможность вращени  валков в одном направлении , при этом оси валков расположены вA device for making metal fibers contains rolls 1 and 2, at least one of which is made with a conical working surface, and drives 3 and 4 of rotation. The rolls 1 and 2 are installed with a gap between their working surfaces, and the drives 3 and 4 allow the rolls to rotate in one direction, with the roll axes located in

одной плоскости.one plane.

Способ осуществл етс  следующим образом .The method is carried out as follows.

В зазор между валками 1 и 2, конусность которых направлена в одну сторону (фиг. 1), подают сферическую частицу порошка диаметром d. В св зи с тем, что окружна  скорость Vj валка 2 (подающего валка) превышает окружную скорость Vi валка 1 частица зат гиваетс  в зону деформации и получает вращательное движение. Число обкатываний деформируемой частицы (заготовки ) при перемещении через зону деформации зависит от степени рассогласовани  окружных скоростей валков. Оптимальна  величина окружной скорости валка 1 составл ет 0,85-0,95 скорости подающего валка 2. При перекатывании заготовки через зону деформации формируютс  цилиндрические волокна, диаметр которых определ етс  величиной зазора между валками. In the gap between the rollers 1 and 2, the taper of which is directed in one direction (Fig. 1), a spherical particle of powder with a diameter d is fed. Due to the fact that the circumferential speed Vj of the roll 2 (feed roller) exceeds the peripheral speed Vi of roll 1, the particle is drawn into the deformation zone and receives a rotational motion. The number of run-ins of the deformable particle (billet) when moving through the deformation zone depends on the degree of mismatch of the peripheral speeds of the rolls. The optimal circumferential speed of the roll 1 is 0.85-0.95 of the speed of the feed roll 2. As the workpiece rolls through the deformation zone, cylindrical fibers are formed, the diameter of which is determined by the size of the gap between the rolls.

На формируемое в процессе деформации цилиндрическое волокно действуют различные окружные скорости на его противоположных концах: Vj-V (фиг. 2) с одной стороны и Vi-Vi (фиг. 3) с другой стороны. Так как разность скоростей с одной стороны волокна не равна (в данномThe cylindrical fiber formed during the deformation process is affected by various peripheral velocities at its opposite ends: Vj-V (Fig. 2) on the one hand and Vi-Vi (Fig. 3) on the other. Since the difference in velocity on the one side of the fiber is not equal (in this

случае больше) разности скоростей Vj-V/, то при перекатывании волокна цилиндрической формы происходит сдвиг его поперечных слоев (закручивание), что обеспечивает уменьшение усили  деформировани  и повышение механической прочности волокон . С учетом конусности валков окружные скорости наименьших поперечных сечений (вершин) конических валков несколько меньше , чем у их наибольших .поперечных сечений (оснований). Разность окружных скоростей по длине валков в этой кинематической схеме (фиг. 2) помимо закручивани  волокна по длине оказывает также вли ние на пропускную способность частиц через зону деформации. Наибольша  пропускна  способность у оснований конусов. Дл  снижени  неравномерности пропускной способности конические валки выполн ют с небольшим углом конуса (не более 0°), а дл  уменьшени  величины проскальзывани  цилиндрических волокон валки имеют одинаковый угол конусности и одинаковые диаметры в среднем сечении, перпендикул рном оси валков.If the speed difference Vj-V / is larger, then when the cylindrical fiber is rolled, its transverse layers shift (twist), which reduces the deformation force and increases the mechanical strength of the fibers. Taking into account the taper of the rolls, the circumferential velocities of the smallest cross sections (vertices) of the conic rolls are somewhat lower than their largest cross sections (bases). The difference in circumferential speeds along the length of the rolls in this kinematic scheme (Fig. 2), in addition to twisting the fiber in length, also affects the throughput of the particles through the deformation zone. The greatest throughput at the bases of the cones. To reduce throughput unevenness, tapered rolls are made with a small taper angle (not more than 0 °), and to reduce the amount of slippage of cylindrical fibers, the rolls have the same taper angle and the same diameters in the middle section perpendicular to the rolls axis.

Величина сдвига (закручивани ) поперечных слоев волокну определ етс  зависимостьюThe amount of shear (twisting) of the transverse layers of the fiber is determined by the dependence

5 t-1-ksina,5 t-1-ksina,

где -продолжительность формировани  волокна длиной; К-коэффициент, завис щий от геометрии валков и их скорости; ОС -угол наклона образующей валка к егоwhere is the length of fiber formation; K-coefficient depending on the geometry of the rolls and their speed; OS - angle of inclination of the forming roll to its

оси.axis.

В процессе работы кинематической схемы (фиг. 4) сферическа  частица исходного диаметра ёз также за счет вращени  валков с рассогласованием и превышени  окружной скорости 2 подающего валка (фиг. 5 и 6) зат гиваетс  в зону деформации, а за счет наличи  окружной скорости Vj валка 1, меньщей по величине, чем Vj, (т.е. V2), получает вращательное движение. Число обкатываний заготовки при перемещении через зону деформации зависит от степени рассогласовани  окружных скоростей валков . Причем в этом случае окружна  скорость у вершины конического валка 2 должна быть больше, чем у основани  конического валка 1. В данной схеме (фиг. 4) характер воздействи  валков на волокна (изза разного соотношени  диаметров поперечных сечений валков и, как следствие, посто нно измен ющихс  соотношений окружных скоростей) носит несколько непосто нный характер. Посто нно измен ющеес  соотношение окружных скоростей по длине валков 1 и 2 вызывает проскальзывание и приводит к некоторому разбросу механических характеристик, получаемых волокон из-за разной степени закручивани  их поперечных слоев. Вследствие этого схема устройства (фиг. 1)  вл етс  предпочтительнее . С целью выравнивани  степени закручивани  поперечных слоев получаемых волокон , а следовательно, улучшени  однородности их по механическим свойствам, в схеме устройства (фиг. 4) выполн ют валки 1 и 2 с конусностью до 5°.In the course of operation of the kinematic scheme (Fig. 4), the spherical particle of the initial diameter EZ also due to the rotation of the rolls with the mismatch and exceeding the peripheral speed 2 of the feeding roller (Fig. 5 and 6) is pulled into the deformation zone, and due to the presence of the peripheral speed Vj of the roll 1, smaller in magnitude than Vj, (ie, V2), receives a rotational motion. The number of rolling of the workpiece when moving through the deformation zone depends on the degree of mismatch of the peripheral speeds of the rolls. Moreover, in this case, the circumferential speed at the top of the tapered roll 2 should be greater than at the base of the tapered roll 1. In this scheme (Fig. 4), the nature of the rolls' effect on the fibers (due to the different ratio of the cross-section diameters of the rolls and, as a result, varying ratios of peripheral speeds) is somewhat non-stationary. Constantly changing ratio of peripheral speeds along the length of rolls 1 and 2 causes slippage and leads to some variation in the mechanical characteristics of the fibers produced due to the different degree of twisting of their transverse layers. As a consequence, the circuit diagram of the device (Fig. 1) is preferred. In order to align the degree of twisting of the transverse layers of the fibers obtained and, consequently, to improve their uniformity in mechanical properties, rolls 1 and 2 with taper up to 5 ° are performed in the device diagram (Fig. 4).

Процесс работы устройства (фиг. 7), не отличаетс  от указанных устройств (фиг.1 и 4). Необходимым условием его работы  вл етс  то, чтобы окружна  скорость цилиндрического валка 1 (Vj const) была выше, чем окружна  скорость у вершины конического валка. Наличие в устройстве цилиндрического валка позвол ет выравнивать механические характеристики получаемых волокон (по сравнению с устройством на фиг. 4).The operation process of the device (Fig. 7) is not different from the indicated devices (Figs. 1 and 4). A necessary condition for its operation is that the circumferential speed of the cylindrical roll 1 (Vj const) is higher than the circumferential speed at the apex of the tapered roll. The presence of a cylindrical roll in the apparatus allows the mechanical characteristics of the fibers obtained to be equalized (as compared with the device in Fig. 4).

Схемы устройств (фиг. 1, 4 и 7) позвол ют получать волокна разного диаметра за счет изменени  зазора между валками .путем осевого перемещени  по крайней мере одного из конических валков.The device diagrams (Figs. 1, 4, and 7) produce fibers of different diameters by varying the gap between the rollers. By axial movement of at least one of the tapered rollers.

Предлагаемый способ реализуетс  с помощью устройства (фиг. 1).The proposed method is implemented using a device (Fig. 1).

Пример. Частицы порошка сферической формы диаметром d 100 мкм пропускают между коническими валками длиной 200 мм, диаметром в средней части 200 мм и углом конусности, равным 10° Частота вращени  подающего валка составл ет 250 об/мин, частота вращени  второго валка составл ла 225 об/мин, а зазор между ними равен 40 мкм. При прохождении частиц через зону деформации, образованную рабочими поверхност ми конических валков, получают за один проход волокна цилиндрической формы диаметром d 40 мкм и длиной 415 мкм. Закручивание заготовки зависит от разности окружных скоростей по ее длине. Если торец волокна длиной 0,4 мм перекатываетс  под воздействием сил трени  при окружной скорости подающего валка диаметром Ог 200 мм, то его противоположный торец обкатываетс  под воздействием сил трени  при окружной скорости подающего валка Ог 199,86 мм (уменьшение диаметра валка по длине равно 0,4 мм с учетом угла конусности , равного 10°) Окружна  скорость валка с диаметром Dj 200 мм в этом случае равна 2,6179 м/с, а окружна  скорость валка с диаметром Dj 199,86 мм - 2,6161 м/с (при диаметре полученного волокна d 40 мкм). В результате величина закручивани  каждого волокна зависит от угла конусности валков и числа обкатываний заготовки . С увеличением угла конусности, числа обкатываний и длины заготовки величина закручивани  возрастает.Example. Spherical powder particles with a diameter d of 100 µm are passed between conical rolls 200 mm long, 200 mm diameter in the middle part and a taper angle of 10 °. The rotational speed of the feeding roller is 250 rpm, the rotational speed of the second roller is 225 rpm , and the gap between them is 40 microns. With the passage of particles through the deformation zone formed by the working surfaces of the conic rolls, a cylindrical fiber with a diameter of d 40 µm and a length of 415 µm is obtained in a single pass. The twisting of the workpiece depends on the difference in peripheral speeds along its length. If the fiber end of 0.4 mm in length rolls under the influence of friction forces at a circumferential speed of the feed roll with a diameter of 200 mm, its opposite end rolls around under the influence of friction forces at a circumferential speed of the feed roll Og of 199.86 mm (reduction of the roll diameter in length to 0 , 4 mm, taking into account the angle of taper equal to 10 °. The speed of a roll with a diameter Dj of 200 mm is in this case equal to 2.6179 m / s, and the speed of a roll with a diameter of Dj of 199.86 mm is 2.6161 m / s ( with a diameter of the obtained fiber (d 40 microns). As a result, the amount of twisting of each fiber depends on the angle of taper of the rolls and the number of rolling of the workpiece. With an increase in the angle of taper, the number of run-ins and the length of the workpiece, the amount of twisting increases.

Предлагаемое техническое решение по сравнению с известными обеспечивает снижение усили  деформации при получении волокон, повышение механической прочности волокна на 10-11 %, а также повышение производительности технологического процесса на 20-30% путем уменьшени  числа переходов при получении волокон с отношением длины к их диаметру, превышающего 10. 1 Фиг.З в Волокно фигЛThe proposed technical solution, in comparison with the known ones, provides for a reduction in the stress of deformation in the production of fibers, an increase in the mechanical strength of the fiber by 10-11%, as well as an increase in the productivity of the technological process by 20-30% by reducing the number of transitions in the production of fibers with a ratio of length to diameter, exceeding 10. 1 Fig.Z in Fiber figl

В- вB- to

Г- гYYY

Фиг. 5FIG. five

ЧH

Фиг. вFIG. at

Фиг. 9FIG. 9

Claims (3)

1. Способ изготовления металлических волокон, включающий деформирование сфе рических частиц порошка перекатыванием между двумя рабочими поверхностями, отличающийся тем, что, с целью повышения механической прочности волокон, в процессе деформирования поперечные слои образующихся волокон сдвигают относительно один другого путем закручивания.1. A method of manufacturing metal fibers, including the deformation of spherical powder particles by rolling between two working surfaces, characterized in that, in order to increase the mechanical strength of the fibers, in the process of deformation, the transverse layers of the formed fibers are shifted relative to each other by twisting. 2. Устройство для осуществления способа по π. 1, содержащее валки, установленные с зазором между их рабочими поверхностями и снабженные приводами вращения, отличающееся тем, что, с целью повышения механической прочности волокон, один из валков выполнен с конической рабочей поверхностью.2. A device for implementing the method according to π. 1, comprising rolls installed with a gap between their working surfaces and provided with rotation drives, characterized in that, in order to increase the mechanical strength of the fibers, one of the rolls is made with a conical working surface. 3. Устройство по п. 2, отличающееся _с тем, что второй валок выполнен с коничес- S кой или цилиндрической рабочей поверхностью.3. Apparatus according to claim. 2, characterized _in that the second roller is configured with conical profile S Coy or cylindrical working surface.