СПОСОБ КОВКИ КРУПНЫХ ВАЛОВ Российский патент 1995 года по МПК B21J1/04 B21K1/06 

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при ковке валов переменного, ступенчатого диаметра и различной формы из сталей и сплавов.

Известен способ кузнечной сварки двух прутков (см. Охрименко Я.М. Технология кузнечно-штамповочного производства, М. Машиностроение, 1966, с. 155, табл. 23), при котором нагретый до ковочной температуры торец одного прутка надрубают на две части, разгибают их с образованием между ними угла, вставляют между ними нагретый до ковочной температуры торец другого прутка и осуществляют их совместную ковку. Происходит соединение двух прутков методом кузнечной сварки.

Недостатком данного способа кузнечной сварки является низкая прочность сварного соединения.

В качестве прототипа выбран известный способ ковки крупных составных прокатных валков, который решает аналогичную с настоящим изобретением задачу и имеет с ним наибольшее число общих существенных признаков.

Этот известный способ ковки крупных валов предусматривает их изготовление из составных частей, каждую из которых нагревают и проковывают на промежуточный размер и форму, затем их сваривают кузнечной сваркой и проковывают на окончательные размеры поковки.

Данный способ ковки крупных валов снижает массу слитков, однако не улучшает проработку металла, особенно осевой зоны вала.

Технический результат от использования изобретения заключается в повышении качества поковок валов путем проработки структуры металла по всему объему и получения высоких механических свойств.

Технический результат достигается тем, что в известном способе ковки крупных валов, включающем сборку вала из более мелких поковок методом кузнечной сварки их друг с другом, согласно изобретению торец предыдущей поковки изготавливают коническим, с углом при вершине в 50.165^о, которую охлаждают до температуры не ниже точки Ar₁ после чего с конической поверхности удаляют окалину и на ее вершину устанавливают очередную заготовку, которую деформируют со степенью не менее 25% до получения нужного диаметра.

Изготовление вала из более мелких поковок исключает применение крупных слитков и улучшает проработку структуры металла, особенно осевой зоны вала. Изготовление вала из мелких поковок дает возможность применять заготовки разной массы, в зависимости от формы и размеров вала, а также заготовки из разных марок сталей в зависимости от предъявленных к валу требований.

Охлажденная коническая вершина обеспечивает частичную прошивку каждой последующей заготовки, происходит напрессовка каждой последующей заготовки на предыдущую. Если угол при вершине конической поверхности менее 50^о, то происходит сквозная прошивка деформируемой заготовки с отсутствием раздачи ее по диаметру. Если угол при вершине конической поверхности более 165^о, происходит только раздача по диаметру, а прошивка заготовки отсутствует. Охлаждение вершины конической поверхности улучшает прошивку деформируемой заготовки. Однако охлаждение ниже температуры точки Аr₁ резко ухудшает свариваемость поковок.

Для улучшения свариваемости поковок с контактируемых поверхностей удаляют окалину, например пескоструем. При деформации очередной заготовки она раздается по диаметру, поверхность одной заготовки течет по поверхности другой заготовки. Происходит разогрев поверхностей и их свариваемость. Опытным путем установлено, что для качественной сварки, при которой механические свойства свариваемого места не уступают механическим свойствам сплошного металла, необходима степень деформации не менее 25%
На фиг. 1 показана заготовка с конической вершиной, полученная ковкой; на фиг. 2 заготовка с конической вершиной с установленной на нее второй заготовкой; на фиг. 3 начало деформации второй заготовки; на фиг. 4 окончание деформации второй заготовки; на фиг. 5 промежуточная поковка с установленной на ее коническую вершину третьей заготовкой; на фиг. 6 окончательная поковка.

Способ ковки крупных валов реализуется следующим образом. Из слитка методом ковки получают заготовку 1 (фиг. 1) с углом при вершине конической поверхности α=50-165^о. Заготовку устанавливают на нижний боек 2 (фиг. 1). Охлаждают вершину конической поверхности, но не ниже точки Аr₁, удаляют с конической поверхности окалину и на ее вершину устанавливают вторую заготовку 3 (фиг. 2), также нагретую до ковочной температуры, с нижнего торца которой предварительно удалена окалина. Со стороны верхнего инструмента 4 (фиг. 3) прилагают деформирующее усилие, под действием которого на первом этапе происходит частичная прошивка заготовки 3 (фиг. 3). При дальнейшей деформации заготовки 3 "растекается" по конической поверхности заготовки 1 с образованием новой конической поверхности. При этом в результате трения поверхностей заготовок друг о друга происходит их разогрев и прочное соединение методом кузнечной сварки. Получается промежуточная поковка 5 (фиг. 5). Удаляют с ее конической поверхности окалину, охлаждают вершину и устанавливают на нее следующую заготовку 6 (фиг. 5), с нижней поверхности которой также удалена окалина. Цикл повторяют несколько раз до получения требующейся поковки вала 7 (фиг. 6).

Настоящее изобретение было реализовано следующим образом. Механической обработкой была изготовлена цилиндроконическая заготовка из стали 10 с размерами ⊘100 мм, высота цилиндрической части 20 мм, общая высота 70 мм и угол при вершине конической поверхности 90^о. Заготовку нагрели до +1200^оС в электропечи. Контроль нагрева производили платиновой-платиновородиевой термопарой и прибором КВП1-503 ГОСТ 7164-66.

Ковку осуществляли на гидравлическом прессе усилием 250 т. Нижний боек и верхний инструмент предварительно подогрели до +200^оС.

Нагретую заготовку 1 (фиг. 1) установили на нижний боек 2 (фиг. 1). На коническую поверхность нанесли кварцевый песок, который вступил в реакцию с окисью железа и обpазовал легкоплавкую шлаковую смесь.

Вершину конической поверхности, удалив с нее шлак, охладили водой до +750^оС. Контроль температуры осуществляли пирометром. На охлажденную вершину установили заготовку 3 (фиг. 2), нагретую до +1200^оС. С нижнего торца заготовки также удалили окалину. Размеры заготовки 3 (фиг. 2): ⊘ 50 мм и высота 80 мм. Материал сталь 10.

Под действием усилия со стороны верхнего инструмента 4 (фиг. 3), заготовка 3 (фиг. 3) была прошита охлажденной вершиной конической поверхности, после чего она начала деформироваться, перемещаясь по конической поверхности. При этом заготовка 3 выдавливает легкоплавкий шлак, покрывающий эти поверхности 3 (фиг. 4). Чистые поверхности при трении друг о друга разогреваются, и происходит их прочное соединение методом кузнечной сварки за счет сухого трения и деформации под давлением. Получили промежуточную поковку 5 (фиг. 5), после чего цикл повторили еще несколько раз. Затем на вершину конической поверхности установили заготовку размерами: ⊘ 60 мм и высота 120 мм, из материала сталь 10 и произвели осадку плоским бойком. Получили окончательную поковку вала 7 (фиг. 6). Полученную поковку охладили.

Лабораторные испытания стандартных образцов показали следующие механические свойства: σ_т= 410 МПа, σ_в 535 МПа, δ=33% Ψ 55% КСV 900 Кдж/м², НВ170.

Анализ макроструктуры выявил равномерную мелкозернистую структуру по всему объему металла поковки.

Использование настоящего изобретения в технике позволит получить большой технико-экономический эффект и повысить культуру производства и техники.

Сущность изобретения: способ ковки крупных валов включает нагрев заготовки и ее деформацию. В прцессе деформации торец поковки изготавливают конусным, с углом при вершине конуса 50 - 165°С. Затем поковку охлаждают до температуры не ниже точки Ar₁. С конической поверхности удаляют окалину. На вершину поковки устанавливают следующую заготовку, которую деформируют со степенью не менее 25% до получения нужного диаметра. Затем цикл повторяют. Изготовление вала из более мелких заготовок исключает применение крупных слитков и улучшает проработку структуры металла, особенно осевой зоны поковки. Охлажденная коническая вершина обеспечивает частичную прошивку каждой последующей заготовки. 6 ил.

СПОСОБ КОВКИ КРУПНЫХ ВАЛОВ, включающий изготовление заготовок составных частей вала, их нагрев и соединение кузнечной сваркой, отличающийся тем, что первую заготовку изготавливают с коническим торцем, угол при вершине которого составляет 50 165^o, производят ее охлаждение до температуры не ниже точки Ar₁, после чего с конической поверхности удаляют окалину, а кузнечную сварку осуществляют путем установки последующей заготовки на вершину конической поверхности и деформации ее со степенью не менее 25% до получения заданного диаметра и конуса, после чего цикл кузнечной сварки повторяют.