SU607446A1 - Method and device for metal deforming - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к области обработки металлов с изменением их структурного состо ни , в частности без формоизменени . Известен способ деформировани  металлов путем воздействи  ультразву новым полем. Известно также устройство дл  реализации данного способа деформировани  металлов, содержащее колебател ную систему, магнитострикционно-инду тивный четырехполюсник возбуждени  и блок регистрации амплитудно-частотного спектра ультразвука с частотным детектором fl Известный способ деформировани , как и устройство дл  его реализации обладают ограниченными возможност ми в обработке металлов с точки зрени  степени деформации и скорости протекани  процесса. Целью изобретени   вл ютс  увеличение степени деформации и повышение скорости протекани  процесса. дл  этого по предлагаемому способу воздействие ультразвуковым Полем на металл осуществл ют, поместив его в охлаждающую среду и поддержива  температуру металла нагрева ультразвуком . Предлагаемое устройство дл  осуществлени  этого способа снабжено камерой охлаждени , а также электрической цепью автоматического регулировани , режима ультразвукового нагрева , содержащей источник опорного напр жени , интегратор, входной сумматор , масштабные усилители и выходной сумматор, при этом входной сумматор электрически св зан с частотным детектором и источником опорного напр жени , а выходной сумматор - с четырехполюсником возбуждени . Осуществление значительных степеней деформации предлагаемым способом стало возможным благодар  повышению плотности тепловой мощности ультразвукового нагрева металла в результате более интенсивного отвода тепла в охлажда)ощую среду и использование управл емого установившегос  режима нагрева, обеспечиваемого автоматическими средствами. Способ деформировани  ультразвуком может быть реализован на пластичных моно- и поликристаллических материалах: железе, никеле , молибдене, конструкционных и нержавеющих стал х, жаропрочных сплавах и т.д.The invention relates to the field of metal processing with a change in their structural state, in particular, without deformation. There is a known method of deforming metals by ultrasoning a new field. It is also known a device for implementing this method of deforming metals, comprising an oscillatory system, a magnetostriction inductive quadrupole excitation unit and an amplitude-frequency spectrum ultrasound recording unit with a frequency detector fl. The known method of deformation, as well as a device for its realization, have limited possibilities in metal processing. in terms of the degree of deformation and the speed of the process. The aim of the invention is to increase the degree of deformation and increase the speed of the process. For this, according to the proposed method, the effect of an ultrasonic field on the metal is carried out by placing it in a cooling medium and maintaining the temperature of the metal of heating by ultrasound. The proposed device for carrying out this method is equipped with a cooling chamber, as well as an electric circuit for automatic regulation, an ultrasonic heating mode comprising a voltage source, an integrator, an input adder, large-scale amplifiers and an output adder, while the input adder is electrically connected to the frequency detector and the source the reference voltage, and the output adder - with a quadrupole excitation. The implementation of significant degrees of deformation by the proposed method was made possible by increasing the density of the thermal power of the ultrasonic heating of the metal as a result of more intensive heat removal to the cooling environment and the use of controlled steady-state heating provided by automatic means. The ultrasonic deformation method can be implemented on plastic mono-and polycrystalline materials: iron, nickel, molybdenum, structural and stainless steels, heat-resistant alloys, etc.

Температурный интервал 500-1300°С обусловлен принципом целесообразности и необходимости при проведении процесса на всех видах металлических атериалов.The temperature range of 500-1300 ° C is determined by the principle of expediency and necessity when carrying out the process on all types of metal materials.

Ультразвуковой нагрев происходит за счет работы, совершаемой быстропеременным силовым полем на перемещение с определенной скоростью дислр аций . Так как дислокации движутс  взад и вперед в циклах сжати  и раст жени  реверсивно, то формоизменени  тела не происходит. Но признаком протекани  высокоскоростной пластической деформации  вл етс  высокотемпературный эффект. Напр жение ультразвука  вл етс  аналогом электрического напр жени , а поток дислокаций аналогом потока электронов.Ultrasonic heating occurs due to the work done by the fast-varying force field to move with a certain speed of dislocations. Since dislocations move back and forth in compression and expansion cycles in reverse, the body does not change shape. But a sign of the occurrence of high-speed plastic deformation is a high-temperature effect. The ultrasound voltage is an analog of an electrical voltage, and the flow of dislocations is an analog of a stream of electrons.

При электронагреве измер ют величины электрического напр жени  и тока , а при ультразвуковом нагреве механическое напр жение ультразвука и величины деформации {скорость,, количество , степень и др.). Мерой меканического напр жени  ультразвука  вл етс  величина сигнала амплитудного детектора колебательной системы , а мерой деформации - величина изменени  сигнала частотного детектора. Последнюю можно св зать со скоростью деформации-, количеством деформации, степенью и др.With electrical heating, the values of electrical voltage and current are measured, and with ultrasonic heating, the mechanical stress of ultrasound and the magnitude of the deformation (speed, quantity, degree, etc.). The measure of the mecanic voltage of an ultrasound is the magnitude of the signal of an amplitude detector of an oscillating system, and the measure of deformation is the amount of change in the signal of a frequency detector. The latter can be associated with the strain rate, the amount of strain, degree, etc.

Пример осуществлени  способа деформировани  услови  протекани  процесса при обработке стержн  из нержавеющей стали в жидком азоте, В этом случае сигнал амплитудного детектора ультразвукового нагревател  был равен знач еникз 0 , а частотного детектора Ё , плотность тепловой ощности в гор чей зо,не соответственно составила q-t i- € . При удаленииAn example of the method for deforming the process condition during the processing of a stainless steel rod in liquid nitrogen. In this case, the signal of the amplitude detector of the ultrasonic heater was 0, and the frequency detector E, the thermal pressure density in hot, did not correspond to qt i- €. When deleting

камеры с азотом температура образца значительно повышаетс , дл  обеспечени  ранее выбранной температуры необходимо уменьшить напр жение (амплитуду ) ультразвука до значени  что соответственно приводит к уменьшению сигнала частотного детектора д значени  3 . Наоборот, если в камеру залить воду, то цвет калени  исчезнет. Дл  восстановлени  прежнего цвета калени  образца в воде необходимо увеличить напр жение ультразвука (сигнал амплитудного детектора до значени  Gy,f 3 , что соответствен приведет к увеличению сигнала частотного детектора до значенид б .chambers with nitrogen, the sample temperature rises significantly, to ensure the previously selected temperature, it is necessary to reduce the voltage (amplitude) of ultrasound to a value which accordingly leads to a decrease in the frequency detector signal, d value 3. On the contrary, if water is poured into the chamber, the color of the knee disappears. In order to restore the former color of the sample in water, it is necessary to increase the ultrasound voltage (the signal of the amplitude detector to the value of Gy, f 3, which accordingly leads to an increase in the signal of the frequency detector to the values of b.

Пусть q. 100 кал/см сек и 0 500 кг/см, тогда б 8,4 При охлаждении водой q 200 кал/сек и (ъ 600 кг/см , поэтому 65 14 сек, скорость деформации увеличилась примерно в 1,7 раза. Соответственно и степень деформации на заданном отрезке времени увеличитс  в 1,7 раза. Следовательно, дл  повышени  степени деформации на заданном отрезке времени (или дл  сокращени  времени процесса при заданной степени деформации) выгодно помещать металл в охлаждающую среду и использовать автоматическую систему ретули- ровани  процесса деформировани .Let q. 100 cal / cm sec and 0 500 kg / cm, then b 8.4 When cooled with water, q 200 cal / sec and (ъ 600 kg / cm, therefore 65 14 sec, the strain rate increased by about 1.7 times. Accordingly, and the degree of deformation will increase 1.7 times over a given time interval. Therefore, to increase the degree of deformation over a given period of time (or to reduce the process time for a given degree of deformation), it is advantageous to place the metal in a cooling medium and use an automatic system for retouching the deformation process.

Способ деформировани  ультразвуком был опробован на пластичных моно- и поликристаллических материалах армко-железе, никеле, монокристаллах молибдена электронно-лучевой плавки, конструкционных стал х 20, 35, 45, ЗОХГСА, 17ГС, нержавеющих стал х 1Х18Н9Т, 1X13, Х16Н6, жаропрочных сплавах ЭИ437, ЭИ696М.The ultrasonic deformation method was tested on plastic mono-and polycrystalline materials of Armco-iron, nickel, molybdenum single crystals of electron-beam melting, structural steel x 20, 35, 45, ZOHHSA, 17GS, stainless steels x 1Х18Н9Т, 1X13, Х16Н6, refractory, refractory steels, stainless steels x 1Х18Н9Т, 1X13, Х16Н6, hot melts , EI696M.

Результаты испытаний представлены в таблице.The test results are presented in the table.

МонокристаллжидкийSingle crystal liquid

молибденаазотmolybdenaazot

Сталь 20,35,4$маслоSteel $ 20.35.4 butter

Сталь ЗОХГСАвоздухSteel ZOHGSAair

Сталь 17 ГСвоздухSteel 17 GSvozduh

Нержавеюща Stainless

сталь 1Х18Н9Т,steel 1H18N9T,

1X13, Х16Н6 1X13, X16H6

ЖаропрочныеHeat resistant

сплавы ЭИ437,alloys EI437,

ЭИ696ИEI696I

деформаци  по2 . Ю р дка 10 deformation po2. U rd 10

-3- 10 6-10-3- 10 6-10

давлен.ультразвук . 503 кг/ммpressure. 503 kg / mm

3-10 .3-10.

. Частота 2150 мин ЗчЮ 22 кГц. Frequency 2150 min SSCU 22 kHz

10 мин 1 1010 min 1 10

На чертеже изображена схема ультразвукового , устройства, реализующего предлагаемый способ.The drawing shows a diagram of the ultrasonic device that implements the proposed method.

Устройство содержит охлаждающую камеру 1,.котора  установлена без жесткой акустической св зи с ультразвуковой системой и заполнена охлаждающей средой (водой, маслом, жидким азотом и т.п.), четырехполюсник электромеханического возбуждени  резонатора , образованный индуктивным детектором 2 колебаний, блоком 3 амплитудно-частотного преобразовани  сигнала датчика, электронным регул тором 4 возбуждающего напр жени , усилителем 5 напр жени  и мощности, магнитострикционным пакетом 6 и блоком 7 регистрации амплитудно-частотного спектра колебаний с частотным детектором. Блок 7 соединен с цепью автоматического регулировани  режима ультразвукового нагрева, работающей по принципу интегрировани  сигнала рассогласовани  частоты и опорного напр жени . Эта цепь образована входным сумматором 8, источником 9 опорного напр жени , точным делителем 10 напр жени ,масштабными усилител ми 11 и 12, интегратором 13 и выходным сумматором 14, который св зан с управл ющим электродом-регул тора 4 в четырехполюснике возбуждени .The device contains a cooling chamber 1, the rotor is installed without a rigid acoustic connection with the ultrasound system and is filled with a cooling medium (water, oil, liquid nitrogen, etc.), a quadrupole electromechanical excitation of the resonator formed by an inductive detector 2 oscillations, an amplitude block 3 frequency conversion of the sensor signal, the electronic regulator 4 of the exciting voltage, the amplifier 5 of the voltage and power, the magnetostrictive packet 6 and the unit 7 for the registration of the amplitude-frequency spectrum count -oscillations with a frequency detector. Unit 7 is connected to an automatic control circuit for the mode of ultrasonic heating, which operates on the principle of integrating the frequency error and voltage reference signal. This circuit is formed by an input adder 8, a voltage source 9, a precision voltage divider 10, scale amplifiers 11 and 12, an integrator 13 and an output adder 14, which is connected to the control electrode 4 in the exciter quadrupole.

По схеме регул тор 4 представл ет собой обычный ламповый или полупроводниковый каскад, коэффициент передачи напр жени  которого зависит от потенциала ка управл ющем электроде (аноде, сетке, базе и т.п.). Роль частотного детектора в блоке 7 выполн ет узкополосный усилитель с расстроенным резонансным RLC-контуром или двухтактный симметричный частотный детектор мостового типа. RLC-параметры схем подбираютс  такими , чтобы a дплитyдa выходного сигнала почти линейно зависела от частоты в диапазоне ее девиации.According to the scheme, the regulator 4 is a conventional lamp or semiconductor cascade, the voltage transfer coefficient of which depends on the potential of the control electrode (anode, grid, base, etc.). The role of the frequency detector in block 7 is performed by a narrowband amplifier with an upset resonant RLC circuit or a push-pull symmetrical bridge-type frequency detector. The RLC parameters of the circuits are chosen so that a output signal of the output signal is almost linearly dependent on the frequency in the range of its deviation.

Деформируемое тело 15 соедин етс  с колебательной системой, а камера 1 заполн етс  охлаждающей средой. В системе возбуждаютс  собственные продольные колебани  до наступлени  деформации и нагрева тела в области максимального, давлени  сто чей волны ультразвука, в момент выхода ультразвукового нагрева на установившийс  режим при Зс1данной температуре включаетс  цепь автоматического регулировани . Сигнал частотного детектора завис щий от скорости деформации и температуры тела, поступает на сумматор 8, где алгебраически суммиру-етс  с опорным напр жением, подава-. емым от источника 9. Положительное или отрицательное напр жение рассогласовани  преобразуетс  по пропорциональному и интегральному законам усилител ми 11 и 12 и интегратором 1 На выходе сумматора 14 вырабатываетс  управл ющее напр жение. в первые моменты времени при по влении сигнала рассогласовани  схема работает через усилитель 12 как система пропорционального регулировани  с большим быстродействием. В дальнейшем схема начинает работать как система интегрального регулировани , так как с течением времени начинает преобладать напр жение на выходе интегратора.The deformable body 15 is connected to an oscillatory system, and the chamber 1 is filled with a cooling medium. The system initiates its own longitudinal oscillations before the onset of deformation and heating of the body in the region of maximum pressure of the standing ultrasound wave, at the moment when the ultrasonic heating reaches the steady state at 3 times this temperature, the automatic control circuit is activated. The signal of the frequency detector, depending on the strain rate and body temperature, is fed to the adder 8, where it is algebraically summed with the reference voltage supplied. 9. Positive or negative error voltage is transformed according to proportional and integral laws by amplifiers 11 and 12 and by integrator 1. At the output of adder 14, a control voltage is produced. in the first moments of time when the error signal appears, the circuit operates through amplifier 12 as a proportional control system with a high speed. In the future, the circuit begins to work as an integral control system, as over time, the voltage at the integrator's output begins to predominate.

В итоге петл  регулировани  уста0 навливает такую величину напр жени  на магнитострикционном преобразователе , что скорость течени  и температура гор чей зоны тела будет соответствовать заданному опорным напр же5 нием уровню,- Несмотр  на возможные изменени  сопротивлени  пластической деформации и другие эффекты при выбранных температурно-скоростных услови х деформировани . Уровень скорос0 ти деформации и температура гор чей зоны могут задаватьс  посто нными или плавно измен ющимис  во времени с помощью блока воспроизведени  временных функций опорного напр жени .As a result, the regulation loop establishes such a magnitude of voltage on the magnetostrictive transducer that the flow rate and temperature of the hot zone of the body will correspond to the level specified by the reference voltage, - Despite possible changes in the resistance to plastic deformation and other effects under the selected temperature-speed conditions warping. The level of strain rate and the temperature of the hot zone can be set constant or smoothly varying in time using the reproducing unit of temporary functions of the reference voltage.

Источник опорного напр жени , масS штабные усилители, сумматоры и интегратор построены по известным схемам на базе операционных усилителей посто нного тока с большим коэффициеь том усилени , например на базе операD ционных усилителей и блоков аналоговой вычислительной машины МН-7.The source of the reference voltage, large-scale amplifiers, adders and integrator are built according to well-known circuits based on operational amplifiers of direct current with a large gain factor, for example, on the basis of operational amplifiers and blocks of the analog computer MH-7.

Воспроизведение временных функций опорного напр жени  (линейных, экспоненциальных J синусоидальных, пилооб5 разных и др.) осуществл етс  интеграторами , функциональными преобразовател ми и другими элементами, набиpaef/ HMK в нужных сочетани хReproduction of the time functions of the reference voltage (linear, exponential J sinusoidal, different types of sawn, etc.) is carried out by integrators, functional converters and other elements, typeef / HMK in the necessary combinations

.Величины сопротивлени  и конден0 саторов на входе и в цеп х обратной св зи усилителей подбираютс  так, . чтобы обеспечилось требуемое качесiтво и устойчивость регулировани  режима деформировани  тела-.. The magnitudes of the impedances and capacitors at the input and in the feedback circuits of the amplifiers are chosen as follows. to ensure the required quality and stability of the regulation of the mode of deformation of the body-.

Использование предлагаемого способа и устройства повышает скорости протекани  процесса деформировани , увеличивает степени деформации обрабатываемых металлов (степень деформации достигает пор дка ), The use of the proposed method and device increases the speed of the deformation process, increases the degree of deformation of the treated metals (the degree of deformation reaches the order),

0 максимально сближает процесс нагрева и пластическую, деформацию и превращает их в практически единый физический процесс.0 as close as possible the process of heating and plastic, deformation and turns them into a practically single physical process.

5555

Claims (2)

1. Способ деформировани  металлов путем воздействи  ультразвуковым полем, отличающийс  тем, что, с целью увеличени  степени деформации и повышени  скорости протекани  процесса, воздействие ультразвуковым полем на металл осуществл ют , поместив его в охлаждающую среди1. A method of deforming metals by applying an ultrasonic field, characterized in that, in order to increase the degree of deformation and increase the speed of the process, the effect of an ultrasonic field on the metal is carried out by placing it in a cooling И поддержива  температуру металла нагрева ультразвуком.And maintaining the temperature of the metal heating by ultrasound. 2. Устройство дл  осуществлени  способа деформировани  металлов по П.1, содержащее колебательную систему , магнитострикционно-индуктивный четырехполюсник возбуждени  и блок регистрации амплитудно-частотного спектра ультразвука с частотным детектором , отличающеес  тем, что оно снабжено камерой охлаждени , а также электрической цепью автоматическогр регулировани  режима ультразвукового нагрева, содержащей2. An apparatus for carrying out the method of deforming metals according to Claim 1, comprising an oscillating system, a magnetostrictive-inductive quadrupole excitation and an ultrasound amplitude-spectrum spectrum recording unit with a frequency detector, characterized in that it is equipped with a cooling chamber as well as an automatic circuit for controlling the mode ultrasonic heating containing источник опорного напр жени , интегратор , входной сумматор, масштабные усилители и выходной сумматор, при этом входной сумматор электрически св зан с частотным детектором и источником опорного напр жени , а выходной сумматор - с четыр полюсником возбуждени .the source of the reference voltage, the integrator, the input adder, large-scale amplifiers and the output adder, the input adder being electrically connected with the frequency detector and the source of the reference voltage, and the output adder with a four-pole excitation pole. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизеSources of information taken into account in the examination 1. Журнал Теплофизика высоких температур, М., АН СССР, т.8. 1970, с.859-862.1. Journal of Thermal Physics of High Temperatures, Moscow, Academy of Sciences of the USSR, v.8. 1970, p. 859-862.