СПОСОБ ПРОТЯЖКИ ЗАГОТОВКИ Российский патент 1997 года по МПК B21J1/04 B21J5/00 

Изобретение относится к обработке металлов давлением, а именно к протяжке заготовок преимущественно в инструменте с замкнутым периметром поперечного сечения рабочей зоны на гидравлических прессах.

Известен способ протяжки заготовки для получения поковки с вытянутой осью, включающий чередующиеся в проходе обжатия ее всей и частью рабочей поверхности бойков, причем при нечетных обжатиях деформирование ведут всей рабочей поверхностью бойков с перемещением заготовки перед обжатием в одном направлении на величину L_н, определяемую соотношением

где B размер рабочей поверхности бойков в направлении продольной оси заготовки;
l₁ длина недеформируемого участка заготовки, находящегося между соседними продеформированными в предыдущих нечетных обжатиях участками;
Δl_н, Δl_ч удлинение заготовки после соответственно нечетного и четного обжатия; а перед четными обжатиями заготовку перемещают в противоположную сторону на величину L_ч, определяемую соотношением
Недостатком известного способа является пониженная производительность и качество получаемых поковок вследствие низкой точности определения величины недеформируемого участка заготовки при первом и последующих нечетных обжатиях, перемещения ее перед вторым /первым четным/ обжатием. Низкая точность определения упомянутых величин объясняется отсутствием соотношений для определения длины недеформируемого участка заготовки при первом обжатии и величины перемещения ее после первого обжатия /перед вторым/, а также погрешностями в соотношениях для определения удлинения заготовки при нечетных обжатиях Δl_н и недеформируемого участка заготовки при последующих после первого нечетных обжатиях l₁. Указанные недостатки приводят к смещению оси симметрии очага деформации относительно оси симметрии рабочей зоны инструмента, в результате чего нарушается стабильность процесса ковки: при четных обжатиях металл вытекает за один или оба торца бойков или в рабочей зоне размещается уменьшенный смещаемый объем металла, что увеличивает число обжатий и перемещений заготовки, а следовательно, и время ковки. Указанное приводит к охлаждению заготовки и повторным нагревам ее, что снижает производительность процесса и качество поковок. Особенно это проявляется при ковке заготовок из труднодеформируемых материалов с узким интервалом ковочных температур.

Цель изобретения повышение производительности ковки и качества поковок за счет сокращения числа рабочих ходов пресса и перемещений манипулятора.

Поставленная цель достигается тем, что в способе протяжки заготовки, включающем чередующиеся в проходе обжатия ее всей и частью рабочей поверхности бойков, причем при нечетных обжатиях деформирование ведут всей рабочей поверхностью бойков с перемещением заготовки перед обжатием в одном направлении на величину L_н, определяемую соотношением

где B размер рабочей поверхности бойков в направлении продольной оси заготовки;
l₁ длина недеформируемого участка заготовки, находящегося между соседними продеформированными в предыдущих нечетных обжатиях участками;
Δl_н, Δl_ч удлинение заготовки после соответственно нечетного и четного обжатия; а перед четными обжатиями заготовку перемещают в противоположном направлении на величину L_ч, определяемую соотношением

при первом обжатии оставляют недеформированным участок заготовки длиной со стороны ее свободного конца, величину перемещения заготовки перед вторым /первым четным/ обжатием определяют из соотношения

где k коэффициент, зависящий от условий ковки; величину удлинения заготовки после нечетного обжатия Δl_н определяют из соотношения Δl_н = B•lnY где Y
величина укова, равная отношению площадей поперечного сечения заготовки до и после обжатия, а длину оставляемого недеформированным при последующих после первого нечетных обжатиях участка заготовки l₁ определяют и соотношения . При первом обжатии длину оставляемого недеформируемым участка заготовки могут определять из соотношения коэффициент k, зависящий от условий ковки /температуры заготовки и инструмента, пластических свойств материала заготовки, степени деформации, наличия смазки в контактов заготовка-инструмент и т. п./, определяют из соотношения удлинение заготовки после четного обжатия могут определять из соотношения в каждом проходе заготовку могут ковать с уковом не более двух; в каждом проходе выноса заготовку могут деформировать с уковом максимально возможной величины и не меньшей, чем величина укова в предыдущем проходе.

На фиг.1,2 изображены бойки и заготовка в положении соответственно до и после первого обжатия; на фиг.3,4 положение соответственно до и после второго обжатия; на фиг.5,6 положение соответственно до и после последующих после первого нечетных обжатий; на фиг. 7 положение до последующих после второго четных обжатий; на фиг. 8, 9, 10 возможные варианты положения заготовки и бойков в конце последующих после второго четных обжатий; на фиг. 11,12 поперечные сечения А-А и Б-Б заготовки и бойков соответственно до и после обжатия; на фиг. 13, 14 возможный вариант поперечного сечения заготовки и бойков до и после обжатия соответственно.

Способ осуществляют следующим образом.

Нагретую заготовку 1, установленную в манипулятор 2, перед первым обжатием перемещают в рабочую зону бойков 3.6 в положение, показанное на фиг. 1,11,13. При этом торец 7 заготовки 1 устанавливают на расстоянии от ближайшего к нему торца 8 бойков 3.6. Производят первое обжатие заготовки 1, совершая рабочий ход инструмента h=H₃-H_n, где H₃ и H_n высота заготовки соответственно до и после обжатия /фиг.11.14/. В конце первого обжатия заготовка 1, манипулятор 2 и бойки 3.6 занимают положение, показанное на фиг. 2,12,14. При первом обжатии, как и при любом другом нечетном обжатии, происходит вытекание металла заготовки за торцы 8,9 бойков 3.6, при этом заготовка удлиняется на величину от каждого торца 8,9, а со стороны свободного торца 7 заготовлен 1 остаток недеформированный участок длиной /фиг. 2/ с исходными размерами поперечного сечения /фиг.11,13/. Таким образом, металл заготовки течет в противоположные стороны от нейтрального слоя H-H, совмещенного с осью симметрии инструмента 10. Затем бойки 3.6 приводят в исходное положение и заготовку 1 перемещают в противоположном направлении на величину после чего заготовка 1, манипулятор 2 и бойки 3.6 занимают положение, показанное на фиг.3,11,13. При этом, как видно из фиг.3, торец 7 заготовки 1 находится на расстоянии X₁ от торца 6 инструмента, а граница 11 между участками заготовки 1, находившихся в рабочей зоне бойков 3.6 в конце первого обжатия и металлом, вытекшим за торец 8 бойков 3.6, находится на расстоянии X₂ от торца 9 инструмента. Производится второй рабочий ход инструмента h H₃-H_n, в конце которого заготовка 1, манипулятор 2, бойки 3.6, торец 7 заготовки 1, торцы 8,9 бойков и граница 11 занимают положение, показанное на фиг. 4,12,14, если выполняется условия, при которых длина недеформированного в первом обжатии участка составляет перед вторым обжатием заготовку 1 перемещают на величину удлинение заготовки 1 после первого и любого последующего нечетного обжатия Δl_н составляет Δl_н = B•lnY Если указанные условия не выполняются, то металл заготовки 1 из рабочей зоны за торцы 8, 9 бойков 3.6 может вытечь /граница 11 на фиг. 9/ или же граница 11 и торец 7 заготовки не дойдут до торцов 8,9 бойков 3.6 /граница 11 на фиг.10/; и то и другое требует дополнительных обжатий и перемещений заготовки для получения поковочных размеров, что снижает производительность процесса протяжки и качество, т.к. увеличение времени ковки ведет к подхолаживанию заготовки и трещинообразованию, особенно в случае ковки заготовок из труднодеформируемых сталей и сплавов. Затем бойки 3.6 приводят в исходное положение и далее заготовку 1 куют, чередуя перемещения ее в противоположных направлениях: перед нечетным обжатием перемещают на величину L_н в одном направлении /например, от себя манипулятор приближается к инструменту/, а перед четным на величину L_ч в другом /на себя манипулятор удаляется от инструмента/. Перед началом нечетного обжатия заготовка 1, манипулятор 2 и бойки 3.6 занимают положение, показанное на фиг.5,11,13. Производят рабочий ход инструмента h H₃ H_n, в конце которого заготовка 1, манипулятор 2 и бойки 3.6 занимают положение, показанное на фиг.6,12, 14. Таким образом, из сравнения фиг. 1,2 и 5,6 видно, что процесс деформирования в любом нечетном обжатии идентичен процессу первого обжатия за исключением длины оставляемого недеформированным участка: в последующих после первого обжатиях упомянутая длина равна l₁ и может определяться соотношением Перед началом любого после второго четного обжатия заготовка 1, манипулятор 2, бойки 3.6 занимают положение, показанное на фиг.7,11,13. Нейтральный слой H-H также как и при нечетном обжатии совпадает с осью симметрии 10 инструмента. Производят рабочий ход инструмента, в конце которого заготовка 1, манипулятор 2, бойки 3.6, их торцы 8, 9 и границы 11, 12 приходят в положение, показанное на фиг. 8,12,14, если выполняются условия, при которых l₁, Δl_н, Δl_ч соответствуют соотношениям

При отклонении от указанных соотношений либо часть металла 13, 14 заготовки 1 вытечет из рабочей зоны за торцы 8,9 бойков 3.6 и границы 12,11 выйдут из рабочей зоны на расстояние X₃ и X₄ от торцев соответственно 8,9 бойков 3.6 /фиг. 9/; либо границы 12, 11 не дойдут до торцев 8, 9 на расстояние X₅, X₆ соответственно /фиг.10/. В обоих случаях потребуются дополнительные обжатия и перемещения заготовки для получения поковочных размеров, что снижает производительность и качество. Циклы перемещений и обжатий повторяют до тех пор, пока не прокуют заготовку по всей длине. При необходимости делают еще один или несколько проходов. В каждом проходе заготовку куют с уковом не более двух. Если заготовку куют не за один вынос из печи, то в каждом проходе выноса заготовку могут деформировать с уковом максимально возможной величины и не меньшей, чем величина укова в предыдущем проходе.

Выполнение длины недеформированного концевого участка заготовки при первом обжатии определяемой предложенным соотношением и отличающейся по величине от недеформируемых участков, выполняемых при последующих нечетных обжатиях l₁, обеспечивает распределение оптимального смещаемого объема металла в рабочей зоне инструмента при втором обжатии. Кроме того, выполнение длины и величины перемещения заготовки по предложенным зависимости обеспечивает в начале и конце второго обжатия соответственно минимальный и нулевой эксцентриситет результирующей усилия деформирования относительно оси симметрии рабочей зоны инструмента.

Теоретическими и экспериментальными исследованиями выявлены предложенные более точные соотношения для определения удлинения заготовки при нечетном Δl_н и четном Δl_ч обжатиях и длины оставляемого недеформированным при последующих после первого нечетных обжатиях участка заготовки l₁, которые обеспечивают более точное определение и выполнение величины всех перемещений заготовки и, как следствие, размещение оптимальных смещаемых объемов металла в рабочей зоне инструмента, а также совмещение осей симметрии очага деформации и рабочей зоны инструмента, чем достигаются минимальное число рабочих ходов инструмента и исключение внецентренного нагружения его и пресса, установленного соосно с инструментом.

Деформирование заготовки в каждом проходе с уковом не более двух исключает вытекание металла за торцы бойков при четном обжатии, что способствует повышению производительности ковки и качества поковки, т.к. в противном случае пришлось бы делать дополнительные обжатия и перемещения заготовки.

Деформирование заготовки в каждом проходе выноса с уковом максимально возможной величины, не меньшей величины укова в предыдущем проходе обеспечивает минимально возможное отношение площади боковой поверхности к объему заготовки до конца ковки за вынос, что уменьшает теплопотери заготовки в окружающую среду и, следовательно, замедляет охлаждение заготовки, а также сокращает время достижения поковочных размеров при ковке заготовки. В результате появляется возможность сократить число нагревов, экономя энергию, трудозатраты и общее время изготовления поковки, а также повысить качество поковок, особенно из труднодеформируемых материалов с узким интервалом ковочных температур.

Пример. По предложенному способу на гидравлическом прессе усилием 15 МН была откована поковка из сплава ХН35ВТЮ. Исходная заготовка представляла собой восьмигранник высотой и шириной поперечного сечения 140 мм и длиной 1860 мм. Ковка производилась в четырехбойковом инструменте с восьмиугольными поперечными сечением рабочей зоны, имевшей параметры: B 240 мм, c 60 мм, d 94 мм, α=30^° 30^o. В первом проходе заготовку ковали с уковом Y₁ 1,15. После первого прохода заготовка имела длину 2140 мм и поперечное сечение в виде восьмиугольника высотой 126 мм и шириной 135 мм. Остальные параметры первого прохода: ; k₁ 0,46; ; l_1,1 177 мм; L_н,1 662 мм; L_ч,1 222 мм, количество обжатий в проходе 9. Во втором проходе заготовку ковали с уковом Y₂ 1,85 и получали поковку восьмигранной формы длиной 3960 мм; высота поперечного сечения 80 мм, ширина - 105 мм. Остальные параметры второго прохода: ; k₂ 0,13; ;l_1,2 19 мм; L_н,2 573 мм; L_ч,2 203 мм, количество обжатий в проходе 17. Поковка получена за один вынос, температурный интервал ковки 1110.900^oC.

Изобретение повышает производительность ковки -протяжки и качество поковок.

Сущность изобретения: способ протяжки заготовок предусматривает периодическую подачу заготовки и ее обжатие с изменением направления подачи перед каждым обжатием на противоположное. Величины перемещения заготовки определяют из соотношений, используя предложенные зависимости для установления характеристик, входящих в соотношения. При первом обжатии оставляют непродеформированным участок заготовки со стороны ее свободного конца, длину которого определяют по предложенному соотношению. Соотношения выбирают для каждого обжатия отдельно. В каждом проходе заготовку куют с максимально возможным уковом не меньше, чем уков в предыдущем проходе, но не больше двух. 5 з.п. ф-лы, 14 ил.

1. Способ протяжки заготовки, включающий чередующиеся в проходе обжатия ее всей и частью рабочей поверхности бойков с деформированием на нечетных обжатиях всей рабочей поверхностью бойков, перемещение заготовки перед обжатием в одном направлении на величину L_н, определяемую из соотношения

где В размер рабочей поверхности бойков в направлении продольной оси заготовки;
l₁ длина недеформируемого участка заготовки, находящегося между соседними продеформированными в предыдущих нечетных обжатиях участками;
Δl_н и Δl_ч - удлинение заготовки после соответственно нечетного и четного обжатия,
и перемещение заготовки перед четными обжатиями в противоположном направлении на величину отличающийся тем, что при первом обжатии оставляют недеформированным участок заготовки длиной со стороны ее свободного конца, величину перемещения заготовки перед вторым обжатием определяют из соотношения

где k коэффициент, зависящий от условий ковки,
величину удлинения заготовки после нечетного обжатия Δl_н определяют из соотношения
Δl_н = B•lnу,
где у величина укова, равная отношению площадей поперечного сечения заготовки до и после обжатия,
а длину l₁ оставляемого недеформированным при последующих после первого нечетных обжатиях участка заготовки определяют из соотношения

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при первом обжатии длину оставляемого недеформированным участка заготовки определяют из соотношения

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что коэффициент k, зависящий от условий ковки, определяют из соотношения

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что удлинение Δl_ч заготовки после четного обжатия определяют соотношением

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в каждом проходе заготовку куют с уковом не более двух. 6. Способ по п.1, отличающийся тем, что в каждом проходе выноса заготовку деформируют с уковом максимально возможной величины и не меньшей, чем величина укова в предыдущем проходе.