Способ получения ультрамелкозернистых полуфабрикатов волочением со сдвигом
Изобретение предназначено для формирования УМЗ структуры и повышения комплекса механических свойств в длинномерных металлических материалах с отношением длины к диаметру более 100 путем деформационной обработки. Способ включает волочение со сдвигом, включающее деформацию металла за счет приложения тянущей силы через две расположенные последовательно конические волоки с одновременным вращением одной из волок. Проведение деформационного процесса, сопровождаемого изменением физико-механических свойств металла, с низкими затратами на производство обеспечивается за счет того, что вращением волоки обеспечивают дополнительную деформацию сдвига посредством заданного относительно оси вращения эксцентриситета, образованного конусным каналом волок. 1 ил., 1 табл.
Реферат
Изобретение относится к обработке металлов давлением, может быть использовано в машиностроении, авиадвигателестроении при изготовлении полуфабрикатов или прутков и проволоки с ультрамелкозернистой (УМЗ) структурой и улучшенными физико-механическими свойствами металлических материалов путем деформационной обработки.
Известен способ получения ультрамелкозернистых (УМЗ) заготовок. Способ включает деформацию заготовки в вертикальном и горизонтальном каналах с перемещением заготовки в последнем с подпором из пластичного материала. Усилие подпора регулируют изменением сопротивления деформированию пластичного материала. Изменение сопротивления деформированию пластичного материала осуществляют нагреванием и охлаждением. Вытекание пластичного материала на выходе горизонтального канала осуществляют ступенчато с разным значением поперечного сечения. В результате обеспечивается повышение качества заготовок и снижение трудоемкости регулировки усилия подпора. (Патент РФ №2277991, МПК B21J 5/00, опубл. 20.06.2006 г.)
Однако известный способ обработки металлов не позволяет получать длинномерные УМЗ материалы, так как используемая схема имеет большие затруднения технического характера при получении длинномерных заготовок, связанные с высокими силами прессования и габаритами оснастки.
Наиболее близким к предложенному является способ обработки заготовок в конических волоках. Способ включает протягивание заготовки через ряд расположенных последовательно волок с одновременным вращением одной или нескольких волок. Вращение очередной волоки осуществляют перед деформацией заготовки в невращающейся волоке, после которой приложена тянущая сила, или перед приложением тянущей силы, после чего осуществляют протягивание через невращающуюся волоку. (Патент РФ №2252091, МПК В21С 1/00, опубл. 20.05.2005 г.)
Недостатками данного способа является то, что он не позволяет увеличить уровень накопленной деформации за один цикл обработки и является не эффективным при получении УМЗ материалов.
Задачей изобретения является расширение функциональных возможностей за счет того, что данным способом возможно получение длинномерных УМЗ заготовок с низкими затратами на их производство.
Поставленная задача достигается способом получения УМЗ полуфабрикатов волочением со сдвигом, включающим деформацию металла за счет приложения тянущей силы через две расположенные последовательно конические волоки с одновременным вращением одной из волок, в отличие от прототипа вращением волоки обеспечивают дополнительную деформацию сдвигом за счет заданного относительно оси вращения эксцентриситета, образованного за счет конусного канала волок.
Существо изобретения поясняется чертежом, где на а и б схематически изображены конусные волоки для получения металлических заготовок, одна из которых вращается вокруг оси.
Пример конкретного выполнения
Способ осуществляют следующим образом. В волоку за счет приложения тянущей силы подается проволока определенного сечения, после прохождения через конусную волоку проволока подвергается деформации волочением и одновременно деформируется сдвигом за счет вращения подвижной волоки относительно неподвижной, после чего заготовка выходит через конусный канал второй волоки.
Используя компьютерное моделирование исследовали и сравнили один цикл обработки технического титана марки ВТ1-0 после волочения с неподвижной волокой и волочения со сдвигом. Учитывая многофакторность параметров процесса волочения (угол волоки, температура, используемая смазка, скорость обработки, марка инструментальной стали и т.д.), при моделировании были зафиксированы следующие параметры: односторонний угол волоки 5°; коэффициент трения 0,08; скорость волочения 0,1 м·с-1; диаметр исходной заготовки D=10 мм. Угловая скорость вращения подвижной волоки составляла 10 радиан. Полученные результаты приведены в таблице.
ω, рад. | Dкон., мм | Рдеф., кН | min | еmax | |
Волочение | 0 | 9 | 17 | 0,3 | 0,5 |
Волочение со сдвигом | 10 | 9 | 12 | 0,9 | 1,5 |
Рдеф. - сила волочения, еmin,max - накопленная деформация за один цикл обработки. |
Результаты проведенного эксперимента показывают, что волочение со сдвигом позволяет в среднем в 3 раза увеличить уровень накопленной деформации за один цикл обработки.
Способ получения ультрамелкозернистых полуфабрикатов волочением со сдвигом, включающий деформацию металла за счет приложения тянущей силы через две расположенные последовательно конические волоки с одновременным вращением одной из волок, отличающийся тем, что вращением волоки обеспечивают дополнительную деформацию сдвигом посредством заданного относительно оси вращения эксцентриситета, образованного конусным каналом волок.