Спосіб вібраційного волочіння металу

Реферат: Винахід належить до галузі обробки металів тиском, переважно до волочіння. При проходженні заготовки через волоки на неї впливають протифазними торсіонними резонансними коливаннями за рахунок використання вібраторів. Провертання волок відносно одна до одної здійснюють на кут 1-15° в різні боки по черзі з частотою періодичних осциляцій пластичної течії, яка визначається для кожного конкретного металу за формулою 0  1T  G  , де T0 - період 0 осциляцій, с; G - модуль зсуву, Па;  - коефіцієнт внутрішнього тертя матеріалу, який деформується, Па·с. Винахід забезпечує зниження зусилля волочіння, зниження циклічності виробництва та поліпшення якості поверхні заготовки. UA 104659 C2 (12) UA 104659 C2 UA 104659 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 Винахід належить до галузі обробки металів тиском, переважно до волочіння і призначений для зниження зусилля волочіння, зниження циклічності виробництва за рахунок зменшення зміцнення металу, поліпшення якості поверхні заготовки та подрібнення структури металів з метою поліпшення їх структурночутливих властивостей. Відомий спосіб отримання ультрадрібнозернистих напівфабрикатів волочінням із зсувом. Спосіб включає деформацію металу за рахунок застосування тягнучої сили через дві розташовані послідовно конічні волоки з одночасним обертанням однієї з волок. Обертання волоки забезпечує додаткову деформацію зсувом за допомогою заданого відносно осі обертання ексцентриситету, утвореного конусним каналом волок. (Пат. RU 2347633 В21С1/00, Опубл. 27.02.2009). До причин, що перешкоджають досягненню зазначеного нижче технічного результату при використанні відомого способу, належить відсутність можливості знеміцнення металу і поліпшення якості поверхні металу. Відомий спосіб виготовлення виробів в умовах резонансних коливань структурних часток металу, що включає підготовку металу і вплив на нього механічними коливаннями ультразвукової частоти для досягнення резонансу. При обробці тиском, волочінні або різанні вплив ультразвуковими коливаннями здійснюють з частотами, відповідними або пропорційними власній частоті коливань зерна або домену металу. (Пат. RU 2246378 В21С1/00, B22F3/093, В21В1/00, B22D27/00 Опубл. 20.02.2005). До причин, що перешкоджають досягненню зазначеного нижче технічного результату при використанні відомого способу, належить відсутність аналітичних залежностей для розрахунків частот вібрацій, що застосовуються до металів. Найбільш близьким способом того ж призначення до заявленого винаходу за сукупністю ознак є спосіб волочіння заготовок круглого поперечного перерізу. Спосіб включає протягування заготовки за рахунок застосування тягнучої сили через ряд розташованих послідовно волок з одночасним обертанням однієї або декількох волок. (Пат. RU 2252091 В21С1/00 Опубл. 20.05.2005). До причин, що перешкоджають досягненню зазначеного нижче технічного результату при використанні відомого способу, прийнятого за прототип, належить неможливість знеміцнення металу і низька здатність до поліпшення поверхні металу. Задачею винаходу є зниження опору деформації металу, поліпшення структурночутливих властивостей металу, поліпшення якості поверхні металу. Технічний результат полягає в тому, що за рахунок застосування ефекту Баушингера відбувається знеміцнення металу, застосування торсіонного ефекту дозволяє поліпшити структуру металу за рахунок подрібнення зерен, згладжування шорсткості відбувається за рахунок сплющення дрібних дефектів поверхні в процесі вібрації. Зазначений технічний результат при здійсненні винаходу досягається тим, що у відомому способі вібраційного волочіння металу, здійснюється волочіння в волоках з можливістю їх провертання. Поставлена задача вирішується тим, що при проходженні заготовки через волоки на неї впливають протифазними торсіонними резонансними коливаннями за рахунок використання вібраторів, а провертання волок відносно одна одної здійснюють на кут 1-15° в різні боки по черзі з частотою періодичних осциляцій пластичної течії, яка визначається для кожного конкретного металу за формулою  0  1  G , де T0 - період осциляцій, с; G - модуль зсуву, T0 45 50 55  Па;  - коефіцієнт внутрішнього тертя матеріалу, який деформується, Па•с. Крім того, застосування торсіонних коливань призводить до збільшення частки простого зсуву в механізмах пластичного деформування, тобто в подальшому використанні ефекту інтенсивної пластичної деформації (Валиев Р.З., Александров И.В. Наноструктурные материалы, полученные интенсивной пластической деформацией. - М.: Логос, 2000. - С. 13) що, як відомо, сприяє формуванню рівномірної субдрібнозернистої структури. Останнє призводить до значного збільшення структурночутливих властивостей, таких як межа міцності в , межа плинності  т при збереженні пластичності  , відносного звуження  , ударної в'язкості  к . Додаток таких резонансних коливань дозволяє знизити опір деформації металу до 50 % (Морозенко В.Н., Дидык Р.П., Кузнецов Е.В., Балакин В.Ф. Закономерность пластического поведения вязкоупругих и вязкопластических сред в условиях их развитой вибропластической деформации // Научные открытия (сборник кратких описаний научных открытий, научных идей, научных гипотез. - 2001 г.). - М. - С. Пб.: Сударыня, 2002 - С. 56-58). 1 UA 104659 C2 5 10 15 20 25 Крім того, встановлено, що застосування віброрезонансного волочіння дозволяє зменшити кривизну готових виробів. У даному способі використовується ефект Баушингера. При пружних деформаціях зміна знака зовнішнього зусилля викликає тільки зміну знака деформації, без зміни її абсолютної величини. Якщо ж під дією зовнішніх зусиль в металі виникають дислокації, тобто настає режим пластичної деформації, то пружні властивості змінюються і починає позначатися вплив знака первісної деформації. Якщо метал піддати слабкій пластичній деформації навантаженням одного знака, то при зміні знака навантаження виявляється зниження опору початковим пластичним деформаціям (ефект Баушингера). Виникаючі при первинній деформації дислокації зумовлюють появи в металі залишкових напружень, які, складаючись з робочими напругами при зміні знака навантаження, викликають зниження межі пропорційності, пружності і текучості матеріалу. Зі збільшенням початкових пластичних деформацій величина зниження механічних характеристик збільшується. (@Горин Ю.В. Указатель физических эффектов и явлений для использования при решении изобретательских задач, http://www.jlproj.org). Спосіб здійснюється таким чином. Дві послідовно встановлені волоки, які здійснюють вплив протифазними торсіонними коливаннями за рахунок використання електроексцентрикових або будь-яких інших вібраторів, знаходяться на осі проходу заготовки. На кресленні представлена схема вібраційного волочіння металу, де 1 - заготовка, 2 - перша волока, 3 - друга волока. Вектор сили вібратора прикладеної до волокотримачів спрямований по дотичній до осі волочіння заготовки 1. Таким чином волоки 2 і 3 виконують реверсивні кругові рухи в протифазі. Якщо волока 2 повертається за годинниковою стрілкою, то волока 3 - проти. Обидві волоки діють синхронно. Застосування вібрації двох волок в протилежних фазах сприяє зниженню зусилля волочіння до 50 %, в результаті чого стає можливим збільшення ступеня деформації за прохід, що знижує циклічність виробництва, а також дозволяє розширити марочний сортамент сталей і сплавів, що обробляються. Зміна структури металу, що відбувається при застосуванні торсіонного ефекту призводить до того що готовий виріб витримує більш високі навантаження на розрив. Поліпшення якості поверхні, а саме згладжування шорсткості, відбувається за рахунок сплющення дрібних дефектів поверхні в процесі вібрації. 30 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 35 Спосіб вібраційного волочіння металу, який включає волочіння в волоках з можливістю їх провертання, який відрізняється тим, що при проходженні заготовки через волоки на неї впливають протифазними торсіонними резонансними коливаннями за рахунок використання вібраторів, а провертання волок відносно одна до одної здійснюють на кут 1-15° в різні сторони по черзі з частотою періодичних осциляцій пластичної течії, яка визначається для кожного конкретного металу за формулою 0  1T  G  , де T0 - період осциляцій, с; G - модуль зсуву, 0 Па;  - коефіцієнт внутрішнього тертя матеріалу, який деформується, Па·с. Комп’ютерна верстка С. Чулій Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 2