RU2345861C2

RU2345861C2 - Facility for continuous angular pressing

Info

Publication number: RU2345861C2
Application number: RU2006145916/02A
Authority: RU
Inventors: Георгий Иосифович Рааб (RU); Георгий Иосифович Рааб; Руслан Зуфарович Валиев (RU); Руслан Зуфарович Валиев; Владимир Михайлович Капитонов (RU); Владимир Михайлович Капитонов; Арсений Георгиевич Рааб (RU); Арсений Георгиевич Рааб
Priority date: 2006-12-22
Filing date: 2006-12-22
Publication date: 2009-02-10
Also published as: RU2006145916A

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: facility contains driving rotor wheel with gauge, shoe with insert and support. Specified elements have work surface, forming pressing channel. Support is installed on area, which is moved by means of thrust screw for slide control of pressing channel height. As a result of this regulation cross-section of channel on outlet from deformation site have to be 3-5% exceeding cross-section at inlet into deformation site.

EFFECT: cost cutting of blanks treatment.

1 dwg

Description

Изобретение относится к деформационной обработке металлов и может быть использовано для получения длинномерных ультрамелкозернистых (УМЗ) металлических заготовок и изделий с улучшенными физико-механическими свойствами для машиностроительных и других отраслей народного хозяйства.The invention relates to deformation processing of metals and can be used to obtain long-length ultrafine-grained (UMP) metal billets and products with improved physical and mechanical properties for engineering and other sectors of the economy.

Известны устройства для упрочнения материалов способом равноканального углового прессования (РКУП), при котором реализуется схема деформации простым сдвигом. Деформация заготовок и, соответственно, упрочнение материала происходит за счет, например, изменения вертикального направления канала на горизонтальное, при этом очаг деформации формируется в области изменения этого направления. Как правило, эти устройства состоят из матрицы с пересекающимися в ней под углом каналами прессования и пуансона (В.М.Сегал, В.И.Копылов, В.И.Резников "Процессы пластического структурообразования металлов", Минск: Навука и тэхника, 1994). Процесс формирования УМЗ структуры предполагает многоцикловую обработку одной заготовки с количеством циклов от 4 до 12 (Валиев Р.З., Александров И.В. «Наноструктурные материалы, полученные интенсивной пластической деформацией», М., Логос, 2000).Known devices for hardening materials by the method of equal channel angular pressing (ECAP), in which a simple shear deformation scheme is implemented. The deformation of the workpieces and, accordingly, the hardening of the material occurs due to, for example, a change in the vertical direction of the channel to horizontal, while the deformation zone is formed in the region of change in this direction. As a rule, these devices consist of a matrix with pressing and punch channels intersecting in it at an angle (V. M. Segal, V. I. Kopylov, V. I. Reznikov "Processes of plastic structure formation of metals", Minsk: Navuka and tehnika, 1994 ) The process of forming the UFG structure involves multi-cycle processing of one workpiece with the number of cycles from 4 to 12 (Valiev RZ, Alexandrov IV “Nanostructured materials obtained by intensive plastic deformation”, M., Logos, 2000).

Основным недостатком перечисленных устройств является ограниченные геометрические параметры обрабатываемых заготовок, при этом их длина обычно составляет 5-7 исходных диаметров. Также УМЗ заготовки, получаемые на подобных установках, характеризуются низким коэффициентом использования металла (КИМ) в пределах 0,5-0,7 вследствие искажения концевых частей заготовок и необходимостью их удаления для придания заготовкам правильной формы в виде цилиндра или параллелепипеда, что негативно сказывается на экономических показателях процесса формирования УМЗ структуры. В то же время, использование таких заготовок для получения УМЗ длинномерных прутков или проволоки требует дальнейшего их передела, например, прокаткой или волочением, что также повышает энергоемкость получения длинномерных УМЗ изделий.The main disadvantage of the above devices is the limited geometric parameters of the workpieces being machined, while their length is usually 5-7 initial diameters. Also, the UFG billets obtained at such plants are characterized by a low metal utilization factor (CMM) in the range of 0.5-0.7 due to distortion of the end parts of the billets and the need to remove them to give the billets the correct shape in the form of a cylinder or parallelepiped, which negatively affects economic indicators of the formation of the UMP structure. At the same time, the use of such blanks to obtain UFG of long rods or wire requires their further redistribution, for example, by rolling or drawing, which also increases the energy consumption of obtaining long UFG of products.

Наиболее близким техническим решением является устройство для РКУП в условиях «конформ» с целью упрочнения материалов (В.М.Сегал, В.И.Копылов, В.И.Резников "Процессы пластического структурообразования металлов", Минск: Навука и тэхника, 1994, с.103). Устройство включает корпус с закрепленными в нем приводным рабочим колесом с П-образным калибром, колодки со вставкой и упором. Канал прессования формируется за счет стенок П-образного калибра приводного рабочего колеса и рабочих поверхностей вставки и упора. Захват заготовки на начальной стадии и силовые условия процесса прессования формируются за счет создания активных сил трения, возникающих на стенках П-образного калибра колеса. Создание активных сил трения данной установки обеспечивается за счет плавного сужения и уменьшения поперечного сечения канала прессования, которое обеспечивает эксцентричная вставка, закрепленная в колодке. Длина дуги захвата изначально является расчетной величиной и, как показывает практика, во многом зависит от параметров процесса - марки прессуемого материала, температуры, смазки, шероховатости рабочих поверхностей и т.д. Оптимизация геометрических параметров дуги захвата с точки зрения подбора ее минимально необходимой длины требует установки вставки с новой геометрией или доработки существующей. К тому же по мере износа рабочих поверхностей упора и вставки колодки увеличивается размер поперечного сечения заготовки и, соответственно, дуга захвата, и требуется больший крутящий момент для проведения процесса прессования. Все это в конечном итоге приводит к повышению материальных и энергетических затрат в процессе длительной эксплуатации.The closest technical solution is a device for ECAP under "conform" conditions with the aim of hardening materials (V. M. Segal, V. I. Kopylov, V. I. Reznikov "Processes of plastic structure formation of metals", Minsk: Navuka and tehnika, 1994, p.103). The device includes a housing with a driving impeller with a U-shaped caliber fixed to it, pads with an insert and an emphasis. The pressing channel is formed due to the walls of the U-shaped caliber of the driving impeller and the working surfaces of the insert and stop. The capture of the workpiece at the initial stage and the force conditions of the pressing process are formed due to the creation of active friction forces arising on the walls of the U-shaped caliber of the wheel. The creation of active friction forces of this installation is ensured by smooth narrowing and reducing the cross-section of the pressing channel, which provides an eccentric insert fixed in the block. The length of the gripping arc is initially a calculated value and, as practice shows, largely depends on the process parameters - the grade of the material being pressed, temperature, lubrication, roughness of the working surfaces, etc. Optimization of the geometric parameters of the capture arc from the point of view of selecting its minimum necessary length requires the installation of an insert with new geometry or refinement of the existing one. In addition, as the working surfaces of the stop and insert pads wear out, the cross-sectional size of the workpiece and, accordingly, the gripping arc increase, and more torque is required for the pressing process. All this ultimately leads to an increase in material and energy costs in the process of long-term operation.

Задача изобретения - создание устройства, позволяющего осуществлять процесс формирования в длинномерных металлических материалах с соотношением длинны к диаметру более 100 УМЗ структуры при минимальных материальных и энергетических затратах. При этом предлагаемая конструкция устройства оснащена опцией, позволяющей обеспечить в процессе длительной эксплуатации минимально возможные дугу захвата и крутящий момент на приводном рабочем колесе, при фиксированном эксцентриситете вставки, который является расчетной величиной.The objective of the invention is the creation of a device that allows the process of formation in long metal materials with a ratio of length to diameter of more than 100 UFG structures with minimal material and energy costs. Moreover, the proposed device design is equipped with an option that allows to ensure the minimum possible arc of capture and torque on the driving impeller during continuous operation, with a fixed insert eccentricity, which is a calculated value.

Поставленная задача достигается за счет того, что устройство для непрерывного углового прессования, содержит приводное рабочее колесо с калибром, колодку со вставкой и упор, выполненные с рабочими поверхностями, формирующими канал прессования. При этом канал прессования имеет площадь поперечного сечения на выходе из области деформации на 3-5% большую, чем на входе в него. Упор установлен на наклонную площадку с возможностью перемещения и плавной корректировки высоты поперечного сечения, соответственно, и его площади для обеспечения выше обозначенной разности площадей посредством винта упорного.The problem is achieved due to the fact that the device for continuous angular pressing contains a driving impeller with a caliber, a block with an insert and an emphasis made with working surfaces forming a pressing channel. In this case, the pressing channel has a cross-sectional area at the exit from the deformation region 3-5% greater than at the entrance to it. The emphasis is mounted on an inclined platform with the ability to move and smoothly adjust the height of the cross-section, respectively, and its area to provide above the indicated difference in area by means of a thrust screw.

Сущность изобретения поясняется чертежом, изображающим принципиальную схему устройства. Устройство состоит из корпуса 1 и установленного в нем приводного рабочего колеса 2, колодки со вставкой 3 (вставка не показана), упора 4, наклонной площадки 5, винта упорного 6.The invention is illustrated by a drawing depicting a schematic diagram of a device. The device consists of a housing 1 and a driving impeller 2 installed therein, a block with an insert 3 (the insert is not shown), a stop 4, an inclined platform 5, a thrust screw 6.

Принцип работы устройства для формирования УМЗ структуры в металлических материалах включает стадию настройки оптимальных условий захвата и их корректировку в процессе эксплуатации. Стадия настройки оптимальных условий захвата включает следующие операции. Посредством вращения винта упорного 6 и вертикального движения подвижной площадки 5 выходное из очага деформации поперечное сечение канала прессования настраивается на 5 - 6% большее по сравнению с выходным. После этого исходная заготовка помещается в П-образный калибр приводного рабочего колеса 2 и затягивается активными силами трения в канал прессования. Упираясь в рабочую поверхность упора 4, заготовка меняет направление движения, деформируясь по схеме простого сдвига. При этом поперечное сечение приобретает форму, близкую к параллелепипеду. При втором цикле обработки и последующих заготовка поворачивается по часовой стрелке на 90 градусов вокруг продольной оси и помещается в канал прессования. Изменяя в течение последующих циклов обработки высоту выходного канала прессования в сторону его уменьшения, посредством вращения винта упорного 6 подбирают минимальную длину дуги захвата, при которой происходит захват заготовки и ее деформация. Как правило, разница площадей канала прессования на входе в очаг деформации и выходе из него для оптимальных условий составляет 3%-5%. Создание оптимальных условий по дуге захвата обеспечивает минимальный путь трущейся со вставкой колодки поверхности заготовки, что способствует минимальному износу вставки от пассивных сил трения. Эти условия соответствуют и минимально необходимому моменту для проведения деформации. По мере износа рабочих поверхностей упора 4 и вставки в процессе длительной эксплуатации проводится корректировка поперечного сечения канала прессования на выходе из очага деформации, что позволяет обеспечить исходный минимально необходимый крутящий момент для проведения деформации.The principle of operation of the device for the formation of the UFG structure in metallic materials includes the stage of setting optimal capture conditions and adjusting them during operation. The stage of setting optimal capture conditions includes the following operations. Due to the rotation of the thrust screw 6 and the vertical movement of the movable platform 5, the cross section of the pressing channel that is output from the deformation zone is adjusted to 5–6% more compared to the output. After that, the initial billet is placed in the U-shaped caliber of the driving impeller 2 and is pulled by the active friction forces into the pressing channel. Resting against the working surface of the stop 4, the workpiece changes the direction of movement, deforming according to a simple shear scheme. In this case, the cross section takes on a shape close to a parallelepiped. In the second processing cycle and subsequent, the workpiece rotates clockwise 90 degrees around the longitudinal axis and is placed in the pressing channel. Changing the height of the pressing channel in the direction of its decrease during subsequent processing cycles, by rotating the thrust screw 6, the minimum length of the gripping arc is selected at which the workpiece is grasped and deformed. As a rule, the difference between the areas of the pressing channel at the entrance to the deformation zone and the exit from it for optimal conditions is 3% -5%. The creation of optimal conditions along the gripping arc provides a minimum path of the workpiece surface rubbing with the insert, which contributes to minimal wear of the insert from passive friction forces. These conditions correspond to the minimum necessary moment for deformation. As the working surfaces of the stop 4 and insert wear out during long-term operation, the cross-section of the pressing channel is adjusted at the exit from the deformation zone, which ensures the initial minimum required torque for deformation.

Итак, заявляемое изобретение позволяет формировать в длинномерных металлических материалах с отношением длины к диаметру более 100 УМЗ структуру при минимальных материальных и энергетических затратах в течение длительного срока эксплуатации.So, the claimed invention allows to form in long metal materials with a ratio of length to diameter of more than 100 UFG structure with minimal material and energy costs over a long period of operation.

Claims

A device for continuous angular pressing, containing a driving impeller with a caliber, a block with an insert and an emphasis made with working surfaces forming a pressing channel, characterized in that the emphasis is mounted on a platform that can be moved by means of a stop screw to provide smooth adjustment of the channel height pressing to obtain a cross-sectional area at the exit of the deformation zone, which is 3-5% higher than the cross-sectional area at the entrance to the deformation zone.