СПОСОБ КОВКИ Российский патент 1995 года по МПК B21J1/04 

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при получении поковок из различных металлов и сплавов.

Известен способ ковки, включающий нагрев заготовки, периодическое внедрение в нее технологического вкладыша и последующую деформацию.

Этот способ ковки дисков исключает образование зон затрудненной деформации, улучшает проработку структуры поковки и обеспечивает равномерное тепловое поле во всем объеме заготовки в течение всего процесса деформации. Однако он характеризуется одноосным действием усилия деформации, что, как показали лабораторные исследования, ведет к снижению механических свойств материала.

Задача предлагаемого изобретения создание способа ковки, при котором каждый внедряемый технологический вкладыш обеспечивает деформацию как в диаметральном направлении, так и в осевом с одновременным отводом тепла из центральной части поковки и при этом обеспечивает высокую производительность процесса и низкую себестоимость готовой продукции.

В отличие от известного способа ковки, включающего нагрев заготовки, периодическое внедрение в нее технологического вкладыша, последующую деформацию, согласно предлагаемому изобретению при внедрении каждого последующего вкладыша осуществляют раздачу заготовки по диаметру путем ее осадки с внедренным вкладышем, при этом в каждом цикле степень деформации в осевом направлении в центральной части больше, чем на периферии, а после удаления последнего технологического вкладыша прошивают отверстие, полученное кольцо разрубают на несколько частей, выпрямляют их и из каждой куют поковку требуемых размеров и формы.

Раздача заготовки по диаметру при внедрении каждого последующего вкладыша достигается тем, что у каждого очередного вкладыша диаметр больше, чем у предыдущего. Увеличение степени деформации в осевом направлении в центральной части по сравнению с периферией достигается тем, что у каждого последующего внедряемого технологического вкладыша высота больше, чем у предыдущего. Таким образом, каждый последующий вкладыш больше предыдущего и по высоте, и по диаметру.

При внедрении в заготовку каждого последующего вкладыша она сначала раздается по диаметру, затем деформируется в осевом направлении в центральной части. После полного внедрения технологического вкладыша в заготовку осуществляют их совместную деформацию, при этом в осевом направлении деформируется и центральная, и периферийная части поковки. В процессе деформации холодный технологический вкладыш нагревается за счет тепла заготовки, охлаждая более разогретую внутреннюю зону, что обеспечивает равномерную проработку структуры поковки.

Превышение степени деформации в каждом цикле в центральной зоне относительно периферии обеспечивает более интенсивную раздачу по диаметру и получение указанной поковки в виде кольца, из которого получают окончательные поковки с сохранением полученной мелкозернистой структуры и высоких механических свойств.

На фиг. 1 показана исходная заготовка с установленным на ее торец технологическим вкладышем; на фиг.2 исходная заготовка с внедренным технологическим вкладышем; на фиг. 3 промежуточная поковка, продеформированная с технологическим вкладышем; на фиг.4 промежуточная поковка, полученная после удаления технологического вкладыша; на фиг.5 промежуточная поковка с установленным на ее торец вторым технологическим вкладышем; на фиг.6 промежуточная поковка с внедренным в нее вторым технологическим вкладышем; на фиг.7 промежуточная поковка, продеформированная вместе с вторым технологическим вкладышем; на фиг.8 промежуточная поковка, полученная после удаления второго технологического вкладыша; на фиг.9 промежуточная поковка с установленным на ее торец третьим технологическим вкладышем; на фиг.10 промежуточная поковка после удаления последнего технологического вкладыша; на фиг.11 поковка кольца; на фиг. 12 поковка кольца, разрубленная на несколько частей; на фиг.13 выпрямленная часть поковки кольца; на фиг.14 окончательная поковка.

Способ ковки осуществляют следующим образом.

Исходную заготовку 1 (фиг. 1) нагревают до верхней границы ковочного интервала температур и устанавливают на нижний кузнечный боек 2 (на фиг.1 изображен условно). На торец заготовки устанавливают технологический вкладыш 3 (фиг. 1) диаметром D₁ и высотой Н₁ и ударом верхнего бойка (не показан) внедряют его в заготовку. Получают исходную заготовку с внедренным технологическим вкладышем 4 (фиг.2), после чего осуществляют ее деформацию до получения промежуточной поковки 5 (фиг.3) с внедренным в нее технологическим вкладышем. В процессе деформации заготовки технологический вкладыш нагревается, охлаждая внутренние, более разогретые, слои заготовки. В результате происходит выравнивание теплового поля последней. Затем технологический вкладыш удаляют и получают промежуточную поковку 6 (фиг.4) с высотой на периферии h₂ и высотой в центре h₂'.

На торец промежуточной поковки 6 устанавливают второй технологический вкладыш 7 (фиг.5) диаметром D₂ и высотой Н₂, причем D₂>D₁, а H₂>Н₁, и ударом верхнего бойка (не показан) внедряют его в заготовку. Получают промежуточную поковку с вторым внедренным технологическим вкладышем 8 (фиг.6), после чего осуществляют ее деформацию до получения промежуточной поковки 9 (фиг.7), продеформированной вместе с вторым технологическим вкладышем. В процессе внедрения второго технологического вкладыша происходят раздача промежуточной поковки по диаметру и деформация в осевом направлении ее центральной части, а после внедрения технологического вкладыша происходит деформация в осевом направлении как центральной части, так и периферии. Степень деформации в центральной части за цикл составляет
ε_2ц=
Степень деформации на периферии поковки за цикл составляет
ε_2п=
Так как у каждого последующего внедряемого технологического вкладыша высота больше, чем у предыдущего, то и абсолютная величина деформации в центре больше, чем на периферии, т.е. h₂'-h₃'>h₂-h₃, а h₂>h₂' и ε_2ц > ε_2п.

Таким образом, в течение второго цикла осуществляют раздачу промежуточной поковки по диаметру и деформируют ее в осевом направлении, при этом степень деформации в центральной части больше, чем на периферии. Причем в течение всего процесса деформации во всем объеме поковки поддерживают равномерное тепловое поле.

По окончании деформации во втором цикле технологический вкладыш удаляют и получают промежуточную поковку 10 (фиг.8) с высотой в центральной части h₃' и высотой на периферии h₃.

Далее на торец промежуточной поковки 10 (фиг.9) устанавливают третий технологический вкладыш 11 (фиг.9) диаметром D₃ и высотой Н₃, причем D₃>D₂, а Н₃>Н₂, и далее цикл повторяют требуемое количество раз. В промежутках между циклами при необходимости заготовку подогревают до ковочной температуры. После удаления последнего технологического вкладыша получают промежуточную поковку 12 (фиг.10), у которой удаляют перемычку и получают поковку кольца 13 (фиг.11). Затем ее разрубают на несколько частей 14 (фиг.12), выпрямляют их и получают выпрямленные части поковки кольца 15 (фиг.13). Далее из каждой части куют окончательную поковку 16 (фиг.14).

П р и м е р. Брали цилиндрическую заготовку 1 (фиг.1) из стали 40Х с размерами: ⊘ 90 мм и высота 90 мм, полученную механической обработкой пруткового проката. Изготавливали три технологических вкладыша 3, 7 и 11 с размерами ⊘ 30х25 мм (фиг. 1), ⊘ 45х30 мм (фиг.5) и ⊘ 60х40 мм (фиг.9) соответственно. Часть каждого вкладыша выполняли в виде усеченного конуса с углом при вершине 30^о и радиусом скругления у малого основания 10 мм. Материал вкладышей сталь 5ХНМ.

Заготовку 1 нагревали до температуры 1250^оС в электропечи. Контроль нагрева производили платиновой-платиново-родиевой термопарой и прибором КВП1-503.

Ковку осуществляли на молоте с массой подающих частей 1т. Бойки молота и технологические вкладыши предварительно подогревали до температуры 200-250^оС.

Нагретую заготовку 1 (фиг.1) устанавливали на нижний кузнечный боек 2. На торец заготовки по центру устанавливали технологический вкладыш 3 (фиг.1) с размерами: ⊘ 30х25 мм и ударом верхнего бойка молота внедряли его в заготовку. Получали исходную заготовку с внедренным технологическим вкладышем 4 (фиг. 2), после чего осуществляли ее деформацию до высоты 70 мм. Получали промежуточную поковку 5 (фиг.3) с внедренным в нее технологическим вкладышем. Затем технологический вкладыш удаляли и получали промежуточную поковку 6 (фиг. 4) с размерами: наружный диаметр 104 мм, внутренний диаметр 30 мм, высота промежуточной поковки на периферии h₂ 70 мм, высота в центре h₂' 45 мм, глубина полости 25 мм.

На торец промежуточной поковки 6 (фиг.5) устанавливали второй технологический вкладыш 7 (фиг.5) с размерами: ⊘ 45х30 мм и ударом верхнего бойка молота внедряли его в заготовку. Получали промежуточную поковку с внедренным в нее вторым технологическим вкладышем 8 (фиг.6), после чего осуществляли ее осадку до высоты 55 мм (фиг.7). Затем технологический вкладыш удаляли и получали промежуточную поковку 10 (фиг.8) с размерами: наружный диаметр 120 мм, внутренний диаметр 45 мм, высота промежуточной поковки на периферии 55 мм, высота в центре 25 мм, глубина полости 30 мм. Степень деформации на периферии за второй цикл ковки со- ставила 0,21 или 21% Степень деформации в центре составила
0,44 или 44% т.е. за второй цикл степень деформации в центре на 23% больше, чем на периферии. После окончания второго цикла промежуточную поковку подогревали до 1250^оС.

Далее на торец промежуточной поковки 10 (фиг.9) устанавливали третий технологический вкладыш 11 (фиг.9) с размерами: ⊘ 60х40 мм и ударами верхнего бойка сначала внедряли его промежуточную поковку, а затем осаждали ее до высоты 45 мм, после чего удаляли технологический вкладыш. Получали промежуточную поковку 12 (фиг.10) с размерами: наружный диаметр 140 мм, внутренний диаметр 60 мм, высота промежуточной поковки на периферии 45 мм, высота в центре 5 мм, глубина полости 40 мм. Степень деформации на периферии за третий цикл ковки составила 0,18 или 18% степень деформации в центре со- ставила 0,80 или 80% т.е. степень деформации в центре на 62% больше, чем на периферии. Затем у промежуточной поковки 12 (фиг.10) удаляли перемычку и получали поковку кольца 13 (фиг.11), которую разрубали на четыре части 14 (фиг. 12). Полученные четыре части кольцевой поковки подогревали до 1250^оС, выпрямляли их поочередно, получали поковку кольца 15 (фиг.13), из которых ковали окончательные поковки 16 ступенчатого вала (фиг.14) с диаметрами 40 мм и 25 мм.

После ковки поковку закаляли в масле. Температура закалки 800^оС, температура отпуска 500^оС. Лабораторные испытания стандартных образцов показали следующие механические свойства: σ_т=1900 МПа, σ_в=2550 МПа, δ17% Ψ66% КСU=71 Дж/см².

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

Использование предлагаемого изобретения в народном хозяйстве позволит получать высокие технико-экономические результаты.

Сущность изобретения: способ ковки включает нагрев заготовки, внедрение в нее технологических вкладышей, деформацию и периодическую их замену. При внедрении каждого последующего вкладыша осуществляют раздачу заготовки по диаметру. Раздачу производят путем осадки заготовки с внедренным вкладышем. При этом в каждом цикле степень деформации в осевом направлении в центральной части больше, чем на периферии. После удаления последнего технологического вкладыша прошивают отверстие. Полученное кольцо разрубают на несколько частей и выпрямляют их. Из каждой части куют поковку требуемых размеров и формы. 14 ил.

СПОСОБ КОВКИ, включающий нагрев заготовки, периодическое внедрение в нее технологического вкладыша и последующую деформацию, отличающийся тем, что при внедрении каждого последующего вкладыша осуществляют раздачу заготовки по диаметру путем ее осадки с внедренным вкладышем, при этом в каждом цикле степень деформации в осевом направлении в центральной части заготовки больше, чем на периферии, а после удаления последнего технологического вкладыша прошивают отверстие, полученное кольцо разрубают на несколько частей, выпрямляют их и из каждой куют поковку требуемых размеров и формы.