СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ ПОЛОГО ПРОФИЛЯ
METHOD OF MAKING HOLLOW-PROFILE METAL ARTICLES

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано для получения изделий из труднодеформируемых сталей и титановых сплавов с внутренней полостью.
Известен способ прессования труб, включающий нагрев технологической шайбы до регламентированной температуры ниже температуры нагрева заготовки, подачу шайбы на иглу, подачу заготовки на ось прессования, выпрессовку трубы, удаление пресс-остатка из контейнера и использование его в качестве задней технологической шайбы при последующем прессовании (Патент РФ №2184633, B21C 23/08, опубл. 10.07.2002).
Недостатками известного способа являются увеличенный расход металла за счет образования пресс-остатка, снижение выхода годного металла из-за неравномерной осадки при подпрессовке в контейнере, приводящее к смещению иглы и увеличению разностенности трубы, а также уменьшение сортамента из-за ограничений по минимальному размеру иглы.
В практике производства труб методом прессования широко распространен способ прессования труб из высокопрочных легированных сплавов, содержащий подачу в контейнер пресса подогретой гильзы с нанесенной технологической смазкой, установку матрицы со смазочной шайбой на ней, введение в гильзу иглы и выдавливание пресс-штемпелем металла в отверстие матрицы. Затем штемпель, иглу и контейнер отводят назад и пилой отрезают пресс-остаток от трубы, который вместе с пресс-шайбой выталкивают в специальный лоток (Гуляев Г.И. и др. Прессование стальных труб и профилей. - М.: Металлургия, 1973, с.70).
Недостатками данного способа являются образование пресс-остатка и снижение выхода годного, увеличение трудоемкости технологического процесса за счет удаления пресс-остатка, а также уменьшение сортамента из-за ограничений по минимальному размеру иглы.
Наиболее близким из уровня техники техническим решением по назначению, технической сути и достигаемому результату является способ получения полых профилей, в соответствии с которым выдавливание осуществляется наружным пуансоном, внутри которого соосно размещен вспомогательный пуансон с возможностью перемещения, используемый для полной выпрессовки полого профиля без образования пресс-остатка после завершения упомянутого выдавливания (Патент РФ №2443485, B21C 23/08, опубл. 27.02.2012).
К недостаткам данного известного из уровня техники способа следует отнести невозможность получения полых профилей с малым поперечным размером внутренней полости (менее 12 мм) из-за низкой стойкости пресс-иглы.
В основу заявленного изобретения положена задача расширение сортамента получаемых изделий, за счет обеспечения возможности получения изделий из труднодеформируемых жаропрочных сталей и сплавов с малым поперечным размером внутренней полости (от 3 мм до 12 мм).
Поставленная задача решается посредством того, что в способе получения металлических изделий полого профиля, включающем пластическое деформирование полуфабриката в матрице посредством воздействия на него пуансоном, внутри упомянутого пуансона осуществляется подача средства формирования полости изделия, выполненного в виде проволоки, согласно изобретению, подачу средства формирования полости изделия осуществляется непрерывно, а скорость пуансона V, определяется из следующего соотношения:
<mrow><mi>V</mi><mo>=</mo><mfrac><mi>h</mi><mrow><mn>0.005</mn></mrow></mfrac><mo>⋅</mo><mfrac><mrow><msub><mi>S</mi><mi>И</mi></msub></mrow><mrow><msub><mi>S</mi><mi>З</mi></msub></mrow></mfrac><mo>;</mo><mtext> </mtext><mrow><mo>[</mo><mrow><mfrac><mrow><mtext>мм</mtext></mrow><mrow><mi>с</mi><mi>е</mi><mi>к</mi></mrow></mfrac></mrow><mo>]</mo></mrow></mrow>
И
З
где S и S - площадь поперечного сечения изделия и полуфабриката соответственно, а h - высота калибрующего отверстия матрицы,
при этом в качестве материала используется проволока, выполненная из легкоплавкого материала, температура плавления Т которого выбирают из следующего соотношения:
Т=(0,52÷0,67)·t,
где t - температура нагрева полуфабриката.
Сущность заявленного способа поясняется графическими материалами (фиг.1) и осуществляется следующим образом.
Внутренний пуансон 1 прикреплен к внутреннему ползуну пресса (на фигуре не показан), а наружный пуансон 2 к наружному ползуну (на фигуре не показан). Комплект смазочных шайб включает две шайбы 3 из гранулированного доменного шлака и шайбу 4 из графита, расположенную между указанными шайбами 3. Контейнер 5 расположен на вставке 6, упомянутый контейнер 5 и вставка 6 запрессованы в бандаж 7. Матрица 8 расположена во вставке 6. Высота внутренней цилиндрической калибрующей поверхности матрицы 6 составляет h. Осевое перемещение внутреннего пуансона 1 ограничивается нижним положением, при котором между конической поверхностью пуансона 1 и конической поверхностью матрицы 8 обеспечивается зазор 9 высотой S. Осевое перемещение наружного пуансона 2 ограничивается нижним положением, при котором не допускается касание торцевой поверхности упомянутого пуансона 2 со вставкой 6. Подача средства формирования полости изделия в виде проволоки 10 осуществляется через осевое отверстие, выполненное в пуансоне 1. Проволоку 10 выполняют из легкоплавкого материала (например, алюминиевого сплава), температура плавления Т которого выбирают из следующего соотношения:
Т=(0,52÷0,67)·t,
где t - температура нагрева полуфабриката.
В начальный момент оба пуансона 1 и 2 находятся в верхнем положении. При включении привода внутреннего ползуна пресса, пуансон 1 перемещается в нижнее положение. Упомянутый комплект смазочных шайб установлен в контейнере 5 на вставку 6. При включении привода наружного ползуна наружный пуансон 2 перемещается в нижнее положение, при этом материал комплекта смазочных шайб деформируется, обеспечивая заполнение зазора 9, а также полости 11 внутри калибрующего отверстия матрицы. Затем наружный пуансона 2 и внутренний пуансон 1 возвращают в исходное положение.
0
Полуфабрикат 12, например, из толстостенной трубы, нагретый до температуры горячей обработки, например, для высоколегированной стали - (1150-1200)C, устанавливают в контейнер 5 на вставку 6. На полуфабрикате 12 устанавливают упомянутый комплект смазочных шайб. При включении привода внутреннего ползуна пресса пуансон 1 перемещается в нижнее положение. При включении соответствующего привода (на фигуре не показан) осуществляется подача проволоки 10 вниз со скоростью (5…10) мм/сек.
При перемещении проволоки 10 в момент достижения расстояния между торцевой поверхностью пуансона 1 и торцевой поверхностью проволоки 10 равного Н выполняется включение привода наружного ползуна, перемещающего наружный пуансон 2 в нижнее положение. В процессе перемещение наружного пуансона 2 происходит выдавливание металла через зазор 8 и вытеснение материала комплекта смазочных шайб (обеспечивающий при этом соответствующие условия трения), находящегося в зазоре 9 и в цилиндрической полости 11, образуемой между калибрующим отверстием матрицы и проволокой 10.
Деформируемый металл полуфабриката, вытесняемый через зазор 9 в полость 11, охватывает проволоку 10, образуя профиль полости изделия 12, и вытягивает силами трения упомянутую проволоку 10 в направлении движения выдавливаемого металла со скоростью превышающей скорость подачи упомянутого средства за счет, например, возможности проскальзывания в механизме привода подачи проволоки. Скорость перемещения деформируемого металла (обеспечиваемая скоростью перемещения пуансона) такова, что проволока 10 в зоне деформирования не успевает оплавиться и деформироваться, что обеспечивает получение заданного размера и формы полости в изделии 12.
Численное значение скорости перемещения пуансона определяется из следующего соотношения:
<mrow><mi>V</mi><mo>=</mo><mfrac><mi>h</mi><mrow><mn>0.005</mn></mrow></mfrac><mo>⋅</mo><mfrac><mrow><msub><mi>S</mi><mi>И</mi></msub></mrow><mrow><msub><mi>S</mi><mi>З</mi></msub></mrow></mfrac><mo>;</mo><mtext> </mtext><mrow><mo>[</mo><mrow><mfrac><mrow><mtext>мм</mtext></mrow><mrow><mi>с</mi><mi>е</mi><mi>к</mi></mrow></mfrac></mrow><mo>]</mo></mrow></mrow>
Выдавливание полного объема заготовки осуществляется за счет вытеснения металла из зазора 9 и полости 11 материалом комплекта смазочных шайб. При прохождении и удалении изделия (в тару) металл проволоки за счет нагрева выплавляется и удаляется.
Включается система перемещения ползунов, подымающая наружный и внутренний пуансоны. Система готова к следующему циклу.
Проведенные испытания показали возможность использования заявленного технического решения для изготовления изделий из труднодеформируемых жаропрочных сталей и сплавов с малым поперечным размером внутренней полости от 3 мм до 12 мм.
Все заявленные значения интервалов и соотношение, указанные в формуле изобретения, получены экспериментальным путем (см. Таблицу 1).
Таблица 1
Отношение T/t
Соответствие размера и формы полости размеру и форме средства формирования полости изделия
0,50
Не соответствует
0,52
Соответствует
0,65
Соответствует
0,67
Соответствует
0,70
Не соответствует
Как видно из таблицы, заявленная совокупность признаков, обеспечивает получение качественного изделия из труднодеформируемых и жаропрочных сталей и сплавов с малым поперечным размером внутренней полости от 3 мм до 12 мм.
Заявленные в формуле изобретения относительное перемещение элементов инструмента, интервал относительной скорости ползуна пресса и относительной температуры плавления материала средства формирования полости изделия получены экспериментально и являются оптимальными, поскольку при выходе за них не обеспечивается получение изделия с внутренней полостью заданного размера и формой.
Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного технического решения следующей совокупности условий:
- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении предназначен для обработки металлов давлением, в частности, для изготовления охлаждаемых или обогреваемых лопаток, имеющих внутренние полости малого поперечного размера от 3 до 12 мм из труднодеформируемых и жаропрочных сталей и сплавов, используемых в авиационных осевых компрессорах и турбинах;
- для заявленного объекта в том виде, как он охарактеризован в независимом пункте нижеизложенной формулы, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке или известных из уровня техники на дату приоритета средств и методов;
- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.
Следовательно, заявленный объект соответствует требованиям условий патентоспособности «новизна», «изобретательский уровень» и «промышленная применимость» по действующему законодательству.