SU1625572A1 - Method for extruding cavities by non-oxidizing heating workpiece and apparatus for carrying out the method - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к обработке металлов давлением, в частности к процессам объемной штамповки, и может быть использовано дл  гор чего выдавливани  полостей. Цель изобретени  - повышение качества изделий затрат электроэнергии на нагрев заготовок. На подлежащий деформированию участок заготовки подаетс  электролит . При соединении электролита с положительным полюсом источника тока, а заготовки с отрицательным полюсом происходит нагрев деформируемого участка. При достижении заданной температуры нагрева осуществл етс  деформирование участка заготовки, например выдавливание полости . Устройство дл  осуществлени  способа содержит пуансон с матрицей и опорный элемент в виде электрода, контактирующего с помещенной в матрицу заготовкой . Концентрично пуансону установлена втулка, отверстие которой расположено с зазором относительно наружной поверхности пуансона. Торец втулки упираетс  в заготовку , благодар  чему подаваемый в зазор электролит нагревает только подлежащий деформированию участок заготовки. При выдавливании существенно уменьшаетс  неплоскостность поверхности издели , прилегающей к зоне полости. 2 с. и 2 з.п. ф-лы, 2 ил.f СПThe invention relates to the processing of metals by pressure, in particular to die forging processes, and can be used for hot extrusion of cavities. The purpose of the invention is to improve the quality of electricity consumption products for heating billets. An electrolyte is supplied to the area of the workpiece to be deformed. When the electrolyte is connected to the positive pole of the current source, and the billet with the negative pole, the deformable section is heated. When the desired heating temperature is reached, the part of the workpiece is deformed, for example, extrusion of a cavity. An apparatus for carrying out the method comprises a die with a die and a supporting element in the form of an electrode in contact with a workpiece placed in the die. Concentric to the punch mounted sleeve, the hole of which is located with a gap relative to the outer surface of the punch. The end of the sleeve rests on the workpiece, whereby the electrolyte supplied to the gap heats only the part of the workpiece to be deformed. During extrusion, the flatness of the surface of the product adjacent to the cavity zone is significantly reduced. 2 sec. and 2 z. p. f-ly, 2 il.f. SP

Description

Изобретение относитс  к обработке металлов давлением, в частности к процессам объемной штамповки, и может быть использовано дл  гор чего выдавливани  полостей .The invention relates to the processing of metals by pressure, in particular to die forging processes, and can be used for hot extrusion of cavities.

Цель изобретени  - снижение расхода электроэнергии, повышение качества изделий .The purpose of the invention is to reduce energy consumption, improve product quality.

На фиг.1 показано устройство, реализующее способ выдавливани  полостей с безокислительным нагревом заготовки; на фиг.2 - то же, в начальной и конечной стади х работы.Figure 1 shows a device that implements a method of extruding cavities with non-oxidative heating of the workpiece; figure 2 - the same, in the initial and final stages of the work.

Устройство содержит верхнюю подвижную 1 и нижнюю неподвижную 2 плиты, пуансон 3, матрицу 4, опорный элемент-электрод 5, а также св занную с верхней плитой 1 и установленную с возможностью осевого перемещени  относительно последней в направл ющей обойме 6 подпружиненную пружиной 7 втулку 8, охватывающую пуансон 3 с зазором Z, равным наименьшему значению величины, определ емой из услови  допустимой плотности тока на поверхности контакта электролит - металл. Электрод 5 установлен соосно матрице 4. Внутренн   поверхность втулки 8 и наружна  поверхность пуансона 3 образуют расшир ющуюс  кверху кольцевую полость 9 с объемом, не меньшим объема выдавливаемой полости издели . Зазор Z между пуансоном 3 и внутренней поверхностьюThe device contains the upper movable 1 and lower fixed 2 plates, the punch 3, the matrix 4, the supporting element-electrode 5, as well as the sleeve 8 which is mounted with the possibility of axial movement relative to the latter in the guide sleeve 6, covering the punch 3 with a gap Z equal to the smallest value, determined from the condition of the permissible current density on the contact surface of the electrolyte - metal. The electrode 5 is mounted coaxially with the matrix 4. The inner surface of the sleeve 8 and the outer surface of the punch 3 form an annular cavity 9 expanding upwards with a volume not less than the volume of the extruded cavity of the product. The gap Z between the punch 3 and the inner surface

о го ел елI was eating

4four

N)N)

втулки 8 сообщен с системой (не показана) дл  подвода электролита 10,sleeve 8 communicates with a system (not shown) for supplying electrolyte 10,

Наличие зазора между пуансоном и втулкой, равного наименьшему значению величины, определ емой из услови  допу- стимой плотности тока на поверхности контакта электролит-металлThe presence of a gap between the punch and the sleeve, which is equal to the smallest value, determined from the condition of the permissible current density on the contact surface of the electrolyte-metal

S l/a , где S - площадь поверхности контакта,1S l / a, where S is the contact surface area, 1

I - сила тока, А;I - current strength, A;

а - допустима  плотность тока, А/мм2, позвол ет вести оптимальный нагрев заготовки в процессе ее деформировани .a - the permissible current density, A / mm2, allows optimal heating of the workpiece during its deformation.

Уменьшение зазора приводит к невозможности ведени  нагрева заготовки со- вместно с ее деформированием из-за оплавлени  поверхности заготовки в зоне нагрева, увеличение зазора приводит к увеличению размеров внутренней поверхности втулки и, как следствие, к снижению уровн  локализации нагрева, обусловленного приближением границы (внешней) зоны интенсивного нагрева к внешней границе очага интенсивных пластических деформаций, что ведет к повышенному расходу электро- энергии и снижению качества изделий.Reducing the gap leads to the impossibility of maintaining the heating of the workpiece together with its deformation due to the melting of the surface of the workpiece in the heating zone, an increase in the gap leads to an increase in the size of the inner surface of the sleeve and, as a consequence, to a decrease in the level of localization of heating caused by the approaching boundary (external) zones of intense heating to the outer boundary of the center of intense plastic deformations, which leads to an increased consumption of electricity and a decrease in the quality of products.

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

Заготовку 11 устанавливают в матрицу 4. При перемещении верхней плиты 1 вниз к поверхности заготовки поджимаетс  под действием пружины 7 втулка 8. Затем на поверхность заготовки в зону нагрева, ограниченную внутренней поверхностью 8, системой дл  подвода электролита 10 подают электролит с объемом, равным объему выдавливаемой полости 12, после чего осуществл ют нагрев заготовки 11 в зоне выдавливаемой полости 12 до температуры деформации и, не прекраща  нагрева заго- товки, производ т выдавливание пуансоном 3 полости 12. При этом электролит вытесн етс  в кольцевую по лость 9 втулки 8 По окончании деформировани  подачу электроэнергии, прерывают и при переме- щении верхней плиты 1 в исходное положение (вверх) пуансон 3 вывод т из выдавленной полости 12, а втулку 8 отвод т от поверхности заготовки 11. При этом электролит перетекает из кольцевой полости 9 в выдавленную полость 12 заготовки 11.The workpiece 11 is installed in the matrix 4. When the upper plate 1 moves down to the surface of the workpiece, the sleeve 8 presses under the action of the spring 7. Then, electrolyte with a volume equal to the volume extruded is supplied to the heating zone bounded by the inner surface 8. cavity 12, after which the workpiece 11 is heated in the zone of the extruded cavity 12 to a temperature of deformation and, without stopping the heating of the workpiece, the cavity 3 is extruded by the punch 3. After the deformation is completed, the power supply is interrupted and when the upper plate 1 moves to its initial position (up), the punch 3 is removed from the extruded cavity 12, and the sleeve 8 is retracted from the surface of the workpiece 11. When this electrolyte flows from the annular cavity 9 into the extruded cavity 12 of the workpiece 11.

Локализацию нагрева заготовки в зоне очага интенсивных пластических деформаций осуществл ют путем совмещени  зоны нагрева с зоной очага интенсивных пластических деформаций, достигаемого путем установки соосно пуансону втулки, ограничивающей растекание электролита по всей поверхности заготовки. Внешн   граница зоны интенсивного нагрева заготовки определ етс  размерами внутренней поверхности дополнительной втулки.Localization of the heating of the workpiece in the zone of intense plastic deformations is carried out by combining the heating zone with the area of the center of intense plastic deformation, achieved by installing a sleeve coaxially that restricts the spreading of the electrolyte over the entire surface of the workpiece. The outer boundary of the zone of intense heating of the workpiece is determined by the dimensions of the inner surface of the additional sleeve.

Необходимость выполнени  на внутренней поверхности дополнительной втулки кольцевой полости с объемом, не меньшим объема выдавливаемой полости, обусловлена вытеснением электролита в процессе деформировани  в зазор между втулкой и пуансоном в направлении, обратном перемещению последнего, когда объем электролита, равный объему выдавливаемой полости, превышает объем кольцевой полости, образованной боковой поверхностью пуансона и внутренней поверхностью втулки. Необходимость выполнени  указанной кольцевой полости, расшир ющейс  кверху, обусловлена необходимостью самосто тельного перетекани  электролита из этой камеры в выдавленную полость по окончании процесса деформировани .The necessity to perform on the inner surface of the additional bushing an annular cavity with a volume not smaller than the volume of the extruded cavity is caused by the electrolyte being displaced during deformation into the gap between the bushing and the punch in the direction opposite to that of the latter when the electrolyte volume equal to the volume of the extruded cavity exceeds the volume of the annular cavity formed by the side surface of the punch and the inner surface of the sleeve. The necessity of performing the said annular cavity, which expands upwards, is caused by the necessity of the independent flow of electrolyte from this chamber into the extruded cavity upon completion of the deformation process.

Основным преимуществом изобретени   вл етс  получение деталей с высоким качеством поверхности выдавливаемой полости и с минимальным искажением поверхности со стороны последней, так как при этом до температуры деформации нагревают только наход щуюс  в очаге интенсивных пластических деформаций зону выдавливаемой полости, а примыкающа  к последней часть заготовки остаетс  относительно холодной, что предотвращает искажение торцовой поверхности издели , примыкающей к выдавленной в нем полости и при этом поверхность заготовки со стороны выдавливаемой полости в зоне интенсивного нагрева, а также поверхность выдавливаемой полости, как в процессе выдавливани , так и по окончании деформировани , наход тс  под слоем электролита, подаваемого на позицию деформировани  до начала нагрева, что предотвращает ока- линообразование.The main advantage of the invention is to obtain parts with high surface quality of the extruded cavity and with minimal surface distortion on the side of the latter, since only the area of the extruded cavity located in the center of intense plastic deformation is heated to the deformation temperature and the part of the workpiece adjacent to the latter is relatively cold, which prevents the distortion of the end surface of the product adjacent to the cavity extruded in it and at the same time the surface of the workpiece with st Rhone extruded cavity intense heating area, and the surface of the extruded cavity as in the extrusion process, and at the end of deformation, are under the electrolyte layer applied to the deformed position prior to heating, which prevents the turn out linoobrazovanie.

Снижение затрат электроэнергии достигаетс  за счет осуществлени  нагрева локально в зоне очага интенсивных  ласти- ческих деформаций - зоны выдавливаемой полости.Reducing the cost of electricity is achieved by implementing heating locally in the zone of the source of intense plastic deformations — the zone of the extruded cavity.

Пример. Гор чее безокислительное выдавливание осуществл ют в заготовке диаметром 70 мм и высотой 50 мм из стали У8А, образу  цилиндрическую полость диаметром 30 мм и глубиной 20 мм (объем 14130мм3).Example. Hot, non-oxidative squeezing is carried out in a billet with a diameter of 70 mm and a height of 50 mm from steel U8A, forming a cylindrical cavity with a diameter of 30 mm and a depth of 20 mm (volume 14,130 mm 3).

Нагрев заготовки в зоне деформации осуществл ют до 750-850°С с применением в качестве источника питани  трансформатора типа ОСУ-90/0,5 с номинальным значением тока нагрева I 7,150 А, а в качестве электролита - желтой кров ной соли.The billet is heated in the deformation zone up to 750-850 ° C using an OCU-90 / 0.5 type transformer with a nominal value of heating current I 7.150 A and a yellow blood salt as an electrolyte.

Зазор между пуансоном и внутренней поверхностью втулки определ ют из услови  S 1/а, где S - площадь контактной поверхности; I - номинальный ток нагрева (I 7150 А), а допустима  плотность тока (а 20 А/мм2),The gap between the punch and the inner surface of the sleeve is determined from the condition S 1 / a, where S is the area of the contact surface; I is the rated heating current (I 7150 A), and the current density is acceptable (a 20 A / mm2),

здесьhere

S f (Di -D2n) Ј(Dn +2 Z2 -D2n) .S f (Di-D2n) (Dn + 2 Z2-D2n).

где DB - диаметр внутренней поверхности втулки;where DB is the diameter of the inner surface of the sleeve;

Dn-диаметр пуансона, выдавливаемой полости;Dn-diameter of the punch, extruded cavity;

Z - зазор между пуансоном и дополнительной втулкой, мм.Z - the gap between the punch and the additional sleeve, mm.

Z2+Dn -Z-1/лг-а 0 , отсюдаZ2 + Dn -Z-1 / lg-a 0, from here

ZZ

Рп + VbЈ + 4 1/л:-аPn + VbЈ + 4 1 / l: -a

Дл  диаметра выдавливаемой полости Dn 30 мм зазор равен 3,41 мм.For a diameter of the extruded cavity Dn, a 30 mm gap is 3.41 mm.

На внутренней поверхности втулки (медь М1) высотой 45 мм на рассто нии 20 мм от ее нижнего торца выполн ют расшир ющуюс  кверху кольцевую камеру с углом конусности 30° и объемом 6800 мм , равным разности между объемом выдавливаемой полости и объемом кольцевой полости шириной 3,41 мм и высотой 20 мм. В результате расход электроэнергии снижен на 20-25%, отклонение 0т плоскостности поверхности издели  со стороны выдавленной полости составл ет 1- 1,5° (вместо 2-3° при нагреве заготовки по всему объему).An upwardly expanding annular chamber with a taper angle of 30 ° and a volume of 6800 mm, equal to the difference between the volume of the extruded cavity and the volume of the annular cavity of width 3, is made on the inner surface of the sleeve (copper M1) 45 mm high at a distance of 20 mm from its lower end. 41 mm and a height of 20 mm. As a result, the power consumption is reduced by 20–25%, the deviation of 0m of the flatness of the surface of the product from the side of the extruded cavity is 1–1.5 ° (instead of 2–3 ° when the blank is heated throughout the volume).

Claims (4)

1. Способ выдавливани  полостей с безокислительным нагревом заготовки, включающий ее нагрев через среду электролита с подводом тока к заготовке и электролиту,1. Method of extruding cavities with non-oxidative heating of the workpiece, including its heating through the electrolyte medium with current supply to the workpiece and the electrolyte, а также последующее деформирование заготовки , отличающийс  тем, что, с целью повышени  качества изделий и снижени  затрат электроэнергии на нагревas well as the subsequent deformation of the workpiece, characterized in that, in order to improve the quality of products and reduce the cost of electricity for heating 5 заготовок, нагрев осуществл етс  путем однократной подачи электролита на подлежащий деформированию участок заготовки , площадь проекции которого на плоскость, перпендикул рную оси давле0 ни , равна площади проекции на эту же плоскость зоны интенсивной пластической деформации при выдавливании.5, the heating is carried out by a single supply of electrolyte to the part of the workpiece to be deformed, the projection area of which onto the plane perpendicular to the axis of pressure is equal to the area projected onto the same plane of the zone of intense plastic deformation during extrusion. 2.Способ по п. 1,отличающийс  тем, что объем порции электролита равен2. A method according to claim 1, characterized in that the portion of the electrolyte is 5 объему выдавливаемой полости.5 volume of extruded cavity. 3.Устройство дл  выдавливани  полостей с безокислительным нагревом заготовки , содержащее пуансон, матрицу, средство безокислительного нагрева заготовки в ви0 де ванны под электролит, соединенный с положительным полюсом источника посто нного тока, и опорного элемента под заготовку , соединенного с отрицательным полюсом источника посто нного тока, а также систе5 му подвода электролита в ванну, отличающеес  тем, что ванна под электролит выполнена в виде полой втулки, установленной концентрично пуансону с зазором отно- сительно. его боковой поверхности с3. Device for extruding cavities with non-oxidative heating of the workpiece, containing a punch, a matrix, means of non-oxidizing heating of the workpiece in the form of an electrolyte bath connected to the positive pole of the DC source, and a support element under the workpiece connected to the negative pole of the DC source as well as an electrolyte supply system in a bath, characterized in that the electrolyte bath is made in the form of a hollow sleeve mounted concentrically to the punch with a clearance relative to. its side surface with 0 возможностью ограниченного возвратно- поступательного перемещени  вдоль продольной оси пуансона, при этом кольцева  полость, образованна  боковой поверхностью пуансона и внутренней поверхностью0 the possibility of limited reciprocating movement along the longitudinal axis of the punch, with the annular cavity formed by the side surface of the punch and the inner surface 5 втулки, выполнена с объемом, не меньшим объема деформирующей части пуансона.5 sleeve, made with a volume not less than the volume of the deforming part of the punch. 4.Устройство по п.З, отличающее- с   тем, что полость втулки выполнена конической , расшир ющейс  в сторону недефор0 мирующей части пуансона.4. A device according to Clause 3, characterized in that the sleeve cavity is made conical, expanding towards the non-distorting part of the punch. Щиг.1Schig.1