Способы смазки для улучшения способности деформироваться при штамповке

Способы смазки для улучшения способности деформироваться при штамповке

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ЗАЯВЛЕНИЕ ОТНОСИТЕЛЬНО ИССЛЕДОВАНИЙ И РАЗРАБОТОК, ФИНАНСИРУЕМЫХ ИЗ ФЕДЕРАЛЬНОГО БЮДЖЕТА

[0001] Это изобретение было создано при поддержке правительства

США по Программе разработок в области перспективных технологий №70NANB7H7038, по заказу Национального Института Стандартов и Технологий (NIST), Министерства торговли США. Правительство США может иметь определенные права на изобретение.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0002] Данная публикация посвящена способам снижения трения

между матрицей штампов и заготовками в процессе штамповочной обработки и увеличению способности деформироваться при штамповке заготовок, например, из металла, сплавов, и сортовых заготовок.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0003] Под «штамповкой» подразумевается обработка и/или

формование твердого материала путем пластической деформации. Штамповка является отличимой от других первичных классификаций способов формования твердых металлов, т.е. механической обработки, (формование заготовки резанием, шлифовка или какое-либо другое удаление материала с заготовки) и отливки (литье жидкого материала, который затвердевает, сохраняя форму шаблона). Способностью деформироваться при штамповке является относительная способность материала к пластической деформации без образования дефектов. Способность деформироваться при штамповке зависит от ряда факторов, включая, например, условия штамповки (например, температуру заготовки, температуру матрицы штампа и скорость деформации) и характеристики материала [например, состав, микроструктуру и структуру поверхности). Другим фактором, который влияет на способность деформироваться при штамповке заготовки является трибология взаимодействующих поверхностей матрицы штампа и заготовки.

[0004] Взаимодействие между поверхностью матрицы штампа и

поверхностью заготовки при штамповочной обработке включает в себя перенос тепла, трение и износ. Таким образом, изоляция и смазка между заготовкой и матрицей штампа являются факторами, влияющими на способность деформироваться при штамповке. При штамповочной обработке трение уменьшается за счет использования смазочных материалов. Тем не менее, ранее используемые смазочные материалы для штамповки имеют различные недостатки, в частности, при горячей штамповке титановых и жаропрочных сплавов. Настоящее изобретение посвящено способам смазки для уменьшения трения между матрицей штампов и заготовками при штамповочной обработке, которая предотвращает возникновение различных недостатков, возникавших при использовании ранее применявшихся; способов смазки при штамповании.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0005] Варианты реализации изобретения, описанные здесь,

посвящены способам смазки при штамповании, включающим применение листа твердого смазочного материала между заготовкой и матрицей штампа в штамповочном аппарате. Матрица штампа прилагает усилие к заготовке для ее дальнейшей пластической деформации. Коэффициент сдвига между матрицей штампа и заготовкой во время штамповки менее чем 0,20.

[0006] Другие варианты реализации изобретения, описанные здесь,

посвящены способам смазки при штамповании, включающим применение листа твердого графитового смазочного материала между заготовкой из титана или титанового сплава и матрицей штампа в штамповочном аппарате. Матрица штампа прилагает усилие к заготовке для ее дальнейшей пластической деформации при температуре в диапазоне от 1000°F до 2000°F. Коэффициент сдвига между матрицей штампа и заготовкой во время штампования менее чем 0,20.

[0007] Понятно, что раскрытое и описанное здесь изобретение, не ограничивается вариантами его реализации, указанными в данном разделе.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0008] Различные характеристики некоторых, не имеющих ограничений, вариантов реализации изобретения, раскрытых и описанных здесь, могут быть лучше поняты при изучении прилагаемых фигур, в которых:

[0009] Фигура 1A является схематической диаграммой поперечного

сечения, иллюстрирующей разъемную матрицу штампа при плющении заготовки в условиях отсутствия трения, а Фигура 1B является схематической диаграммой поперечного сечения, иллюстрирующая разъемную матрицу штампа при плющении идентичной заготовки в условиях сильного трения;

[00010] Фигуры 2A, 2B и 2C являются перспективным изображением цилиндрической заготовки, завернутой в лист твердого смазочного материала;

[00011] Фигуры 3A и 3C являются схематической диаграммой поперечного сечения, иллюстрирующей разъемную матрицу штампа при штамповочной обработке без листа твердого смазочного материала, а Фигуры 3B и 3D являются схематическими диаграммами поперечного сечения, иллюстрирующими идентичную разъемную матрицу штампа при штамповочной обработке с использованием листов твердого смазочного материала в соответствии со способами, описанными здесь;

[00012] Фигуры 4A, 4C, и 4E являются схематическими диаграммами поперечного сечения, иллюстрирующими разъемную матрицу штампа при штамповочной обработке без использования листов твердого смазочного материала, а Фигуры 4B, 4D и 4F являются схематическими диаграммами поперечного сечения, иллюстрирующими идентичную разъемную матрицу штампа при штамповочной обработке с использованием листов твердого смазочного материала в соответствии со способами, описанными здесь;

[00013] Фигура 5A является схематической диаграммой поперечного сечения, иллюстрирующей радиальную штамповочную обработку без использования листов твердого смазочного материала, а Фигура 5B является схематической диаграммой поперечного сечения, иллюстрирующей идентичную радиальную штамповочную обработку с использованием листов твердого смазочного материала в соответствии со способами, описанными здесь;

[00014] Фигуры 6A и 6C являются схематическими диаграммами поперечного сечения, иллюстрирующими закрытую матрицу при штамповочной обработке без использования листов твердого смазочного материала, а Фигуры 6B и 6D являются схематическими диаграммами поперечного сечения, иллюстрирующими идентичную закрытую матрицу при штамповочной обработке с использованием листов твердого смазочного материала в соответствии со способами, описанными здесь;

[00015] Фигуры 7A, 7C, 7B, и 7D являются схематическими диаграммами поперечного сечения, иллюстрирующими различные конфигурации листов твердого смазочного материала и изоляционных листов в зависимости от заготовок и матриц штампов в штамповочных аппаратах;

[00016] Фигура 8 является схематической диаграммой поперечного сечения, иллюстрирующей общие настройки тестирования компрессионного кольца;

[00017] Фигура 9 является диаграммой поперечного сечения, иллюстрирующей формование компрессионного кольца в различных условиях трения при тестировании компрессионного кольца;

[00018] Фигура 10A является боковой проекцией кольцевого образца в перспективе перед сжатием при тестировании компрессионного кольца, Фигура 10B является боковой проекцией кольцевого образца в перспективе после сжатия с относительно низким коэффициентом трения при тестировании компрессионного кольца, и Фигура 10C является боковой проекцией кольцевого образца в перспективе после сжатия с относительно высоким коэффициентом трения при тестировании компрессионного кольца;

[00019] Фигура 11A иллюстрирует вид сверху кольцевого образца перед сжатием при тестировании компрессионного кольца, фигура 11B представляет собой вид сбоку кольцевого образца перед сжатием при тестировании компрессионного кольца; и

[00020] Фигура 12 представляет собой график корреляции между сжатым внутренним диаметром и коэффициентом сдвига при тестировании компрессионного кольца из сплава Ti-6AI-4V.

[00021] Читатель по достоинству оценит вышеприведенные подробные характеристики, равно как и другие, после рассмотрения последующего подробного описания различных вариантов реализации изобретения, не имеющих ограничений, в соответствии с настоящим изобретением. Читатель также может изучить дополнительную информацию по воплощению или использованию вариантов реализации изобретения, описанного здесь.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ НЕОГРАНИЧИВАЮЩИХ ВАРИАНТОВ РЕАЛИЗАЦИИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[00022] Следует понимать, что описание раскрытых вариантов реализации изобретения было упрощено, чтобы показать только те свойства и характеристики, которые необходимы для ясного понимания раскрытых вариантов реализации изобретения, исключая, для ясности, другие функции и характеристики. Лица, компетентные в данной области, при рассмотрении этого описания раскрытых вариантов реализации изобретения признают, что использование других функций и характеристик может быть желательным в конкретной реализации или применении раскрытых вариантов реализации изобретения. Однако, поскольку эти другие функции и характеристики могут быть легко установлены и осуществлены лицами, компетентными в данной области, при рассмотрении этого описания раскрытых вариантов реализации изобретения, и, следовательно, не являются необходимым для полного понимания описанных вариантов реализации изобретения, описание таких функций, характеристик и т.п., не приводится в данном документе. Таким образом, следует понимать, что описание, изложенное в настоящем документе, приведено в качестве примера и пояснения раскрытых вариантов реализации изобретения и не предназначено для ограничения сферы применения изобретения, определенного формулой изобретения.

[00023] В настоящем изобретении, кроме случаев, когда указано противоположное, все числовые параметры следует рассматривать как предварительные и модифицированные во всех случаях с использованием термина "приблизительно", в которых числовым параметрам присуща изменчивость характеристик, лежащая в основе способов измерений, используемых для определения числового значения параметра. По крайней мере, а не как попытка ограничить применение доктрины эквивалентов к сфере применения формулы изобретения, каждый числовой параметр, приведенный в настоящем описании, должен быть истолкованным, как минимум, с учетом числа подтвержденных значимых цифр и с применением обычных способов округления.

[00024] Кроме того, любые приводимые здесь численные ряды предназначены для включения всех подрядов, отнесенных к категории в пределах описанного ряда. Например, ряд "от 1 до 10" предполагает включение всех подрядов между (и включая) представленным минимальным значением 1 и представленным максимальным значением 10, то есть, имеет минимальное значение, равное или большее чем 1, и максимальное значение, равное или менее чем 10. Любое максимальное числовое ограничение, представленное здесь, предполагает включение всех более низких числовых ограничений, отнесенные к данной категории, а любые минимальные числовые ограничения, представленные здесь, предполагают включение всех более высоких числовых ограничений, отнесенных к данной категории. Соответственно, заявители сохраняют за собой право улучшить настоящее описание изобретения, включая формулу изобретения для точного описания любого подряда, отнесенного к рядам, однозначно описанным здесь. По сути, все такие ряды, описаны здесь таким образом, чтобы внесение поправок в явно перечисленные любые такие подряды, подчинялось требованиям 35 С.3. США § 112, первый абзац, и 35 С.3. США §132(a).

[00025] Грамматические артикли "один", "a", "an" и "the", используемые в настоящем документе, предполагают "по крайней мере один" или "один или более", если не указано иное. Таким образом, артикли используются здесь для обозначения одного или более одного (т.е., "по крайней мере один") грамматического объекта артикля. К примеру, "компонент" означает один или более компонент, и, таким образом, возможно, предполагается более одного компонента и может быть использовано для реализации описанных вариантов.

[00026] Любые патенты, публикации и другие материалы сообщаемой информации, которые включены здесь посредством ссылки, содержатся в полном объеме, если не указано иное, но только в той степени, в которой включенный материал не противоречит существующим определениям, заявлениям, или другим материалам, ясно изложенным в данном описании. Таким образом, и по мере необходимости, информация, изложенная здесь, заменяет любые противоречивые материалы, включенные сюда посредством ссылки. Любой материал, или его часть, которая включена сюда посредством ссылки, но которая противоречит существующим определениям, заявлениям или другим материалам, изложенной в настоящем документе информации, содержатся только в той степени, в которой они не противоречат сообщаемой в данном документе информации. Заявитель оставляет за собой право вносить изменения в настоящее изобретение, прямо излагая любой вопрос или его часть, включенную сюда посредством ссылки.

[00027] Данное изложение включает в себя описание различных вариантов реализации изобретения. Следует понимать, что различные варианты реализации изобретения, описанные здесь, являются примерными, иллюстративными и не имеют ограничительного характера. Таким образом, настоящее изложение не ограничивается описанием различных примерных, иллюстративных и не ограничивающих вариантов реализации изобретения. Скорее, изобретение определяется формулой изобретения, которая может быть улучшена для изложения любых функций или характеристик, прямо или косвенно описанных или, в других случаях, прямо или косвенно дополняемых данным изложением. Кроме того, заявители оставляют за собой право вносить изменения в формулу изобретения, чтобы утвердительно отказаться от особенностей или функций, которые могут присутствовать в известном уровне техники. Таким образом, любые такие изменения будут соответствовать требованиям 35 С.3. США §112, первый абзац, и 35 С.3. США §132(a). Различные варианты реализации изобретения, раскрытые и описанные здесь, могут включать в себя, состоять, или состоят в основном из особенностей и функций, которые многогранно описаны в настоящем документе.

[00028] В штамповочной обработке, взаимное трение между поверхностями заготовки и поверхностями матриц штампов может быть количественно выражено в виде фрикционного напряжения сдвига. Фрикционное напряжение сдвига (τ) может быть выражено как функция напряжения, вызывающего пластическую деформацию твердого вещества деформирующего материала (σ) и коэффициента сдвига (τ) следующим уравнением:

τ = m 3 σ ¯

Величина коэффициента сдвига дает количественную меру смазки для штамповочной системы. Например, коэффициент сдвига может варьироваться от 0,6 до 1,0 при штамповке заготовок из титановых сплавов без смазки, в то время как при горячей штамповке деталей из титановых сплавов с определенными расплавленными смазочными материалами коэффициент сдвига может варьироваться от 0,1 до 0,3.

[00029] Недостаточное количество штамповочной смазки, характеризуемое, например, относительно высоким значением коэффициента сдвига при штамповочной обработке, может иметь ряд негативных последствий. В штамповке, твердотельная текучесть материала вызвана силой, передаваемой от матрицы штампа к пластически деформированной заготовке. Условия трения на границе матрицы штампа и заготовки влияют на текучесть металла, формирование поверхностного и внутреннего напряжения в заготовке, давления, действующего на матрицу штампов, прижимной груз и затраты энергии. Фигуры 1A и 1B иллюстрируют неизбежное влияние трения при плющении с использованием разъемной матрицы.

[00030] Фиг.1A иллюстрирует плющение цилиндрической заготовки 10 с использованием разъемной матрицы при идеальных условиях без трения. На фиг.1B показано плющение идентичной цилиндрической заготовки 10 с использованием разъемной матрицы в условиях высокого трения. Верхняя матрица штампа 14 оказывает давление на заготовки 10 от их первоначальной высоты (показана пунктирной линией) до штамповочной высоты Н. Сила плющения применяется с равной величиной и в противоположном направлении заготовки 10 на верхней матрице штампа 14 и нижней матрице штампа 16. Материал заготовки 10, является несжимаемым и, следовательно, объемы начальных заготовок 10 и штампованных заготовок 10а и 10b равны. При условиях трения, показанных на фиг.1a, заготовка 10 деформируется равномерно в осевом и радиальном направлениях. Об этом свидетельствует линейный профиль 12a штампованной заготовки 10а. В условиях высокого трения, показанных на фиг.1B, заготовка 10 деформируется неравномерно в осевом и радиальном направлениях. Об этом свидетельствует криволинейный профиль 12b штампованной заготовки 10b.

[00031] Таким образом, штампованные заготовки 10b демонстрируют "бочкообразное коробление" в условиях высокого трения, в то время как штампованные заготовки 10а не проявляют какой-либо бочкообразности в условиях трения. Бочкообразное коробление и другие эффекты неравномерной пластической деформации из-за взаимного трения на границе заготовки и матрицы штампа при штамповке, как правило, нежелательно. Например, в штамповке с использованием закрытой матрицы, взаимное трение может привести к образованию пустот, когда деформирующий материал не заполняет все полости в матрице. Это может быть особенно проблематично при штамповке чистовой формы и формы, близкой к чистовой, где заготовки штампуются в пределах более жестких допусков. В результате, штамповочные смазочные материалы могут быть использованы для уменьшения взаимного трения между поверхностями матриц и поверхностями заготовки при штамповочных операциях.

[00032] В различных вариантах реализация изобретения, способ штамповочной смазки включает в себя помещение листов твердого смазочного материала между заготовкой и матрицей в штамповочном аппарате. В данном контексте, "лист твердого смазочного материала" представляет собой относительно тонкий кусок материала, содержащий твердую смазку, которая уменьшает трение между металлическими поверхностями. Твердая смазка находится в твердом состоянии при обычных атмосферных условиях и остается в твердом состоянии в штамповочных условиях (например, при повышенных температурах). Лист твердой смазки может уменьшить коэффициент сдвига между матрицей и заготовкой при штамповке до менее чем 0,20. Лист твердой смазки может содержать твердый смазочный материал, выбранный из группы, состоящей из графита, дисульфида молибдена, дисульфида вольфрама и нитрида бора.

[00033] В различных вариантах реализации изобретения, лист твердой смазки может содержать твердую смазку, имеющую коэффициент трения меньше или равный 0,3 при комнатной температуре и/или температуру плавления большую или равную 1500°F. Твердые смазочные материалы, применяемые в листах твердой смазки, описанных здесь, могут быть также охарактеризованы, например, величиной напряжения пластической текучести до и включая 20% от значения напряжения пластической текучести материала, штампованного с использованием листов твердой смазки, содержащих твердый смазочный материал. В различных вариантах реализации изобретения, твердый смазочный материал, содержащийся в листах твердой смазки, может быть охарактеризован податливостью сдвигу большей или равной 500%. Твердые смазочные материалы, применяемые в листах твердой смазки, описанных здесь, изготавливаются в форме листа, с или без применения соответствующего скрепляющего или связующего вещества.

[00034] В различных вариантах реализация изобретения, лист твердого смазочного материала может быть гибким и способным позиционироваться в полостях и по контурам, на неплоских поверхностях штамповочных матриц и/или заготовок. В различных вариантах реализации изобретения, листы твердого смазочного материала могут быть жесткими и поддерживать исходную форму или контур, находясь между матрицей и заготовкой в штамповочном аппарате.

[00035] В различных вариантах реализации изобретения, листы твердого смазочного материала могут состоять из твердого смазочного вещества (такого, как, например, графит, нитрид дисульфид молибдена, дисульфид вольфрама и/или нитрид бора) и остаточных примесей (таких, как, например, зола) и не содержат никаких связующих' веществ, наполнителей и других добавок. Иначе, в различных вариантах реализации изобретения, листы твердой смазки могут содержать твердый смазочный материал и связующие вещества, наполнители и/или другие добавки. Например, листы твердого смазочного материала могут содержать антиокислители, которые позволяют использовать их непрерывно или многократно при повышенных температурах в кислородсодержащих средах, таких как, например, атмосферный воздух или при высокой температуре воздуха.

[00036] В различных вариантах реализации изобретения, лист твердого смазочного материала может содержать пластину твердого смазочного материала, связанного с волокнами листа. Например, твердые смазочные материалы могут быть приклеены или термически связаны с волокнами керамического листа, листа из стекловолокна, листа углеродного волокна или полимерного листа. Подходящие волокнистые листы могут быть изготовлены из тканых и нетканых волокнистых материалов. Лист твердого смазочного материала может содержать слой твердой смазки, связанной с одной стороной или с обеими сторонами волокнистого листа. Примером может служить слоистый гибкий лист графита, связанный с гибким волокнистым листом, который может быть использован в качестве листа твердого смазочного материала в способах, приведенных здесь, описанных, например, в патенте США №4961991, который включен сюда посредством ссылки.

[00037] В различных вариантах реализации изобретения, лист твердого смазочного материала может содержать слой твердого смазочного материала, связанный с полимерным листом. Например, твердые смазочные материалы могут быть приклеены или термически привязаны к одной или обеим сторонам гибкого полимерного листа. В различных вариантах реализации изобретения, лист твердого смазочного материала может содержать покрытый клеем лист твердой смазки. Например, лист графита, дисульфида молибдена, дисульфид вольфрама и/или нитрида бора может содержать адгезив, нанесенный на одну сторону листа. Лист твердого смазочного материала, покрытый адгезивом, может быть приклеен к матрице и/или поверхности заготовки перед штамповкой, чтобы обеспечить его надлежащее позиционирование во время, например, штамповочных операций. Листы твердого смазочного материала, содержащие полимерные материалы, адгезивы и/или другие органические материалы, могут быть использованы для горячей штамповки, где выгорание органики является допустимым.

[00038] В различных вариантах реализации изобретения, лист твердого смазочного материала может иметь толщину в диапазоне от 0,005" (0,13 мм) до 1,000" (25,4 мм), или в любом внутреннем поддиапазоне. Например, в различных вариантах реализации изобретения, листы твердого смазочного материала могут иметь минимальную, максимальную или среднюю толщину: 0,005" (0,13 мм), 0,006" (0,15 мм), 0,010" (0,25 мм), 0,015" (0,38 мм), 0,020" (0,51 мм), 0,025" (0,64 мм), 0,030" (0,76 мм), 0,035" (0,89 мм), 0,040" (1,02 мм), 0,060" (1,52 мм), 0,062" (1,57 мм), 0,120" (3,05 мм), 122" (3,10 мм), 0,24" (6,10 мм), 0,5" (12,70 мм), или 0,75" (19,05 мм). Большая толщина может быть получена с помощью одного листа твердого смазочного материала или стопки нескольких листов твердого смазочного материала.

[00039] Толщина листа твердого смазочного материала или стопки листов, используемых в штамповочных операциях может зависеть от различных факторов, включая температуру штамповки, время штамповки, размер детали, размер матрицы, штамповочное давление, степень деформации заготовки и т.п. Например, температура заготовки и матрицы в штамповочной операции может повлиять на смазывающую способность листа твердого смазочного материала и теплопередачу через листы твердого смазочного материала. Более толстые листы или стопки листов могут быть более полезны при более высоких температурах и/или более частом штамповании, например, при сжатии, спекании и/или окислении твердой смазки. В различных вариантах реализации изобретения листы твердого смазочного материала, описанные здесь, могут раскатываться на поверхности заготовки и/или матрицы во время штамповочной операции и, следовательно, более толстые листы или стопки листов могут быть полезны для увеличения деформации заготовки.

[00040] В различных вариантах реализации изобретения, лист твердого смазочного материала может представлять собой лист твердого графита. Твердый графитовый лист может иметь содержание графитового углерода не менее 95% от массы листа графита. Например, твердый графитовый лист может иметь содержание графитового углерода не менее 96%, 97%, 98%, 98,2%, 99,5% или 99,8% от массы листа графита. Твердый графит подходит для способов, описанных здесь, включая, например, различные сорта Grafoil® - гибкие графитовые материалы, доступные для заказа в GrafTech International, Лейквуд, штат Огайо, США; различные марки графитовой фольги, листы, картоны ит.п., материалы, доступные для заказа в HP Materials Solutions, Inc, Вудленд Хилз, штат Калифорния, США; различные сорта графитовых материалов Graph-Lock® от Garlock Sealing Technologies, Пальмира, штат Нью-Йорк, США; различные марки гибкого графита от Thermoseal, Inc., Сидней, штат Огайо, США; а также различные сорта изделий из листа графита можно заказать в DAR Industrial Products, Inc., Уэст-Коншохокен, штат Пенсильвания, США.

[00041] В различных вариантах реализации изобретения, лист твердого смазочного материала может быть расположен на рабочей поверхности матрицы в штамповочном¹ аппарате, а заготовки располагаются на листе твердого смазочного материала на матрице. В данном контексте, "рабочей поверхностью" матрицы является поверхность, которая контактирует или может контактировать с заготовкой во время штамповочной операции. Например, листы твердого смазочного материала могут быть расположены на нижней матрице штамповочного аппарата, а заготовки находятся на листе твердого смазочного материала, так что листы твердого смазочного материала находятся в промежуточном положении между нижней поверхностью заготовки и нижней матрицей. Дополнительный лист твердого смазочного материала может быть установлен на верхней поверхности заготовки перед или после заготовки, расположенной на листе твердого смазочного материала на нижней матрице. В качестве альтернативы или в дополнение, листы твердого смазочного материала могут быть расположены на верхних Матрицах в штамповочном аппарате. Таким образом, по крайней мере, один дополнительный лист твердого смазочного материала может быть вставлен между верхней поверхностью заготовки и верхней матрицей. Затем может быть применено усилие к матрицам для пластической деформации заготовки с уменьшением трения между матрицами и заготовкой, что уменьшает нежелательное влияние трения.

[00042] В различных вариантах реализации изобретения, лист твердого смазочного материала может быть гибким или жестким, может быть изогнут, сформован или контурирован в соответствии с формой матрицы и/или заготовки в штамповочной операции. Лист твердого смазочного материала может быть изогнут, сформован или контурирован перед установкой на заготовку и/или матрицу в штамповочном аппарате, т.е. предварительно сформован в заданную форму или контур. Например, предварительно созданная форма может включать одну или несколько складок в листе твердого смазочного материала (например, приблизительно 135° по оси поворота для более оптимального размещения листа на верхней изогнутой поверхности цилиндрической заготовки вдоль продольной оси, или один или несколько изгибов около 90°, для более оптимального размещения листа на прямоугольной заготовке). Кроме того, лист твердого смазочного материала может быть сформован на гибкой или жесткой втулке, трубе, полом цилиндре или детали другой геометрической формы для локализации и механического закрепления листа твердого смазочного материала на матрице или поверхности заготовки перед штамповкой.

[00043] Когда лист твердого смазочного материала расположен между матрицей и заготовкой в штамповочном аппарате, листы твердого смазочного материала могут обеспечить плотный барьер между матрицей и заготовкой. Таким образом, матрица косвенно контактирует с заготовкой через лист твердого смазочного материала, который уменьшает трение между матрицей и заготовкой. Твердый смазочный материал листов твердого смазочного материала может характеризоваться относительно низким значением напряжения пластической текучести и относительно высоким значением податливости сдвигу, что позволяет листу твердого смазочного материала пластически деформироваться между матрицей и заготовкой в виде непрерывной пленки при штамповке. Например, в различных вариантах реализации изобретения, твердые смазки, применяемые в твердых листах смазочного материала, описанных здесь, могут быть охарактеризованы, например, податливостью сдвигу большей или равной 500% и значением напряжения пластической текучести до и включающим 20% от значения напряжения пластической текучести материала для штамповки с твердым листом смазочного материала, содержащим твердую смазку.

[00044] Так, например, графитовый твердый смазочный материал состоит из слоев пакетированного графена. Графеновые слои представляют собой слой ковалентно-связанного углерода толщиной в один атом. Поперечные силы между слоями графена в графите очень низкие, и, следовательно, графеновые слои могут скользить друг относительно друга с очень небольшим сопротивлением. Таким образом, графит демонстрирует относительно низкое напряжение пластической текучести и относительно высокую податливость сдвигу, что позволяет графитовому листу пластически деформироваться между матрицей и заготовкой в виде непрерывной пленки при штамповке. Гексагональный нитрид бора, дисульфид молибдена и вольфрам дисульфида имеют аналогичные кристаллические структуры решетки с очень низкими поперечными силами между кристаллическими решетками слоев, которые минимизируют сопротивление между скользящими поверхностями и, следовательно, обладают аналогичными свойствами сухого смазочного материала.

[00045] Во время штамповочной операции, так как лист твердого смазочного материала сжимается между матрицей и заготовкой и пластически деформируется при сдвиге для поддержания смазывающей способности, он может механически приклеиться к поверхности штампов и заготовок, так как лист твердого смазочного материала уплотняется в местах, где применяется штамповочное давление. В различных вариантах реализации изобретения, любой уплотненный или "затвердевший" лист твердого смазочного материала может быть закреплен или удален либо с заготовки, либо с матрицы перед последующей штамповочной операцией или другой операцией.

[00046] В различных вариантах реализации изобретения лист твердого смазочного материала может быть расположен на заготовке перед тем, как заготовку помещают в штамповочный аппарат. Например, по крайней мере, часть поверхности заготовки может быть обернута листом твердого смазочного материала. Фигуры 2A-2C иллюстрируют цилиндрическую заготовку 20, обернутую листом твердого смазочного материала 28 перед штамповкой. Фигура 2А показывает все внешние поверхности заготовки 20, покрытые листом твердого смазочного материала 28. Фигура 2B показывает только окружные поверхности заготовки 20, покрытые листом твердого смазочного материала 28. На торцевой поверхности заготовки 20 на фигуре 2B нет листа твердого смазочного материала. Фигура 2С показывает заготовку 20 с фигуры 2B, где часть листа твердого смазочного материала 28 удалена, чтобы была видна подложка цилиндрической поверхности 21 заготовки 20.

[00047] В различных вариантах реализации изобретения лист твердого смазочного материала может быть расположен на одном или нескольких матрицах штампа в штамповочном аппарате перед тем, как деталь помещается в штамповочный аппарат. В различных вариантах реализации изобретения покрытый адгезивом лист твердого смазочного материала расположен на заготовках и/или матрицах штампа перед штамповкой. Кроме того, листы твердого смазочного материала могут быть покрыты отдельно адгезивом на заготовках и/или матрицах штампа, для обеспечения правильного расположения листов твердого смазочного материала во время штамповочной обработки. В вариантах реализации изобретения, где штамповочная обработка содержит два или более тактов хода штамповочного аппарата, дополнительные листы твердого смазочного материала могут быть вставлены между поверхностью матриц штампа и поверхностью заготовки между любыми двумя тактами хода.

[00048] Способы смазки штамповочного пресса, описанные здесь, могут быть применены к любой штамповочной обработке, в которой улучшение смазки и ковкости было бы полезно. Например, без ограничений, способы смазки штамповочного пресса, описанные здесь, могут быть применены к штамповке с разъемными матрицами, штамповке с закрытыми матрицами, прессованию прямым способом, обратному прессованию, радиальной штамповке, штамповке плющением и штамповке вытягиванием. Кроме того, способы смазки штамповочного пресса, описанные здесь, могут быть применены в штамповочных операциях чистовой формы и профиля, близкого к заданному.

[00049] Фигуры 3A-3D иллюстрируют обработку в разъемной плоской матрице штампа при объемной штамповке на прессе. Фигуры 3A и 3C показывают штамповочную обработку без листов твердого смазочного материала, а фигуры 3B и 3D показывают идентичные штамповочные обработки с использованием листов твердого смазочного материала в зависимости от способов, описанных здесь. Верхние матрицы штампа 34 прижимают заготовки 30 от своей первоначальной высоты до высоты штамповки. Прижимное усилие применяется к заготовке 30 верхними матрицами штампа 34 и нижними матрицами штампа 36. Материал заготовок 30 является несжимаемым и, следовательно, объем исходных заготовок 30 и штампованных заготовок 30а и 30b равны. При отсутствии смазочного материала, штамповочная заготовка 30a, показанная на фигуре 3C, неравномерно деформируется и имеет выпуклости на 32a, связанные с относительно высоким коэффициентом трения между заготовкой 30 и матрицами штампа 34 и 36.

[00050] Как показано на фигуре 3B, листы твердого смазочного материала 38 расположены между заготовкой 30 и верхней и нижней матрицами штампа 34 и 36, соответственно. Лист твердого смазочного материала 38 расположен на нижней матрице штампа 36, а заготовка 30 расположена на листе твердого смазочного материала 38. Дополнительный лист твердого смазочного материала 38 расположен на верхней поверхности заготовки 30. Листы твердого смазочного материала 38 являются гибкими и способными располагаться так, чтобы охватить заготовку 38. При наличии листов твердого смазочного материала 38, штамповочная заготовка 30b, показанная на фигуре 3D, деформируется более равномерно и имеет меньше выпуклостей на 32b за счет уменьшения трения между заготовкой 30 и матрицами штампа 34 и 36.

[00051] Фигуры 4A-4F иллюстрируют штамповочную обработку в разъемной V-образной матрице штампа. Фигуры 4А, 4С, и 4Е показывают штамповочную обработку без листов твердого смазочного материала, а фигуры 4B, 4D, и 4F показывают идентичную штамповочную обработку с использованием листов твердого смазочного материала в зависимости от способов, описанных здесь. Фигуры 4A и 4В показывают заготовки 40, расположенные не по центру по отношению к V-образным полостям матриц штампа. Как показано на фигуре 4B, листы твердого смазочного материала 48 расположены между заготовкой 40 и верхней и нижней матрицами штампа 44 и 46, соответственно. Лист твердого смазочного материала 48 расположен на нижней матрице штампа 46, а заготовка 40 расположена на листе твердого смазочного материала 48. Дополнительный лист твердого смазочного материала 48 расположен на верхней поверхности заготовки 40. Лист твердого смазочного материала 48 является гибким и способным располагаться так, чтобы соответствовать контуру V-образной полости нижней матрицы штампа 46 и охватить заготовку 48.

[00052] На фигурах 4C и 4D показаны заготовки 40, когда происходит контакт с верхними матрицами штампа 44 и начинает применяться давление к заготовкам 40. Как показан