СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КАЛИБРОВАННЫХ ПОКОВОК И ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2007 года по МПК B21J1/04 B21J13/02 

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к способам изготовления поковок круглого поперечного сечения из слитков, непрерывно-литых и предварительно деформированных заготовок на ковочных прессах в четырехбойковых ковочных устройствах, и инструменту, используемому в этих устройствах.

Изобретение может быть использовано в машиностроительной и металлургической промышленности при изготовлении поковок круглого поперечного сечения, в том числе ступенчатых, из конструкционных, нержавеющих, инструментальных, прецизионных, жаростойких и жаропрочных сталей и сплавов.

Известен способ получения поковок по устройству для ковки заготовок, включающий обжатие заготовки с четырех сторон плоскими бойками, подачу и кантовку (см., например, авторское свидетельство СССР №1556804, кл. В 21 J 13/02, опубл. в Бюл. изобр. №14, 1990 г.). После окончания ковки в устройстве с помощью специальных механизмов соединяют верхний и нижний бойки, вся конструкция поднимается вверх, и таким образом, в качестве верхнего бойка используется в дальнейшем вся конструкция устройства. Рабочей частью такого бойка служит опорная поверхность корпуса устройства. Этим бойком производят ковку или рубку заготовок.

Данный способ не обеспечивает изготовление поковок высокой точности, отличается сложностью и большой трудоемкостью.

Известен также способ ковки заготовок и четырехбойковое ковочное устройство для его осуществления (см., например, патент Украины №34978, кл. B 21 J 13/02, опубл. в Бюл. изобрет. №7 2003 г.). По данному способу ковку осуществляют в три стадии: основную, промежуточную и заключительную. При этом на основной стадии обжатия выполняют с внедрением боковых поверхностей бойков в тело заготовки. На основной и промежуточной стадиях осуществляют черновую ковку, а на заключительной стадии - калибрующую ковку, при которой выравнивают (калибруют) поверхность заготовки, получая при этом заданную геометрическую форму поковки с точными размерами. Черновую ковку по этому способу производят бойками с плоскими рабочими поверхностями, а калибрующую ковку - вырезными бойками.

Недостатками известного способа являются большая трудоемкость процесса из-за необходимости замены бойков с плоскими рабочими поверхностями на вырезные бойки или замены ковочных устройств, низкая производительность процесса ковки, а также большие затраты на изготовление двух комплектов бойков или ковочных устройств.

Известен инструмент для радиальной ковки, содержащий две пары расположенных во взаимно перпендикулярных плоскостях бойков, поверхности заходных и калибрующих участков которых образуют замкнутый контур, имеющий форму ромба (см., например, авторское свидетельство СССР №925510, кл. B 21 J 13/02, опубл. в Бюл. изобр. №17, 1982 г.).

Этот инструмент не обеспечивает получение геометрически точных цилиндрических поковок.

Известен также инструмент для радиальной ковки, содержащий две пары расположенных во взаимно перпендикулярных плоскостях бойков, имеющих рабочие поверхности с вогнутыми криволинейными поверхностями (см., например, авторское свидетельство СССР №1731396, кл. B 21 J 13/02, 1990 г.).

Известный инструмент не обеспечивает изготовление поковок круглого сечения в широком диапазоне диаметров без замены бойков, что ведет к уменьшению производительности процесса, повышению его трудоемкости и увеличению затрат на инструмент.

В основу изобретения поставлена задача путем изменения схемы и режимов ковки и конструкции рабочих поверхностей инструмента обеспечить уменьшение трудоемкости процесса и повышение его производительности, а также уменьшение затрат на изготовление инструмента или устройств.

Поставленная задача достигается тем, что в способе получения калиброванных поковок, включающем нагрев слитка или заготовки, черновую ковку и калибрующую ковку в четырехбойковом ковочном устройстве бойками с вогнутыми криволинейными поверхностями, образующих в сомкнутом положении цилиндрическую полость, подачу и кантовку заготовки, новым является то, что черновую и калибрующую ковку выполняют одними и теми же бойками с вогнутыми криволинейными поверхностями, при этом в процессе выполнения черновой ковки осуществляют единичные обжатия заготовки со степенью деформации 18-70%, выдерживая при этом соотношение:

d₁/d₂=1,4-2,7,

где d₁ - средний диаметр слитка или заготовки,

d₂ - диаметр круга, вписанного в полость, образуемую при сомкнутом положении бойков, а при осуществлении калибрующей ковки выдерживают соотношение:

d₃/d₄=1,02-1,15,

где d₃ - диаметр заготовки, полученной после черновой ковки,

d₄ - диаметр калиброванной поковки.

Поставленная задача достигается также тем, что в инструменте, содержащем две пары одинаковых бойков, расположенных во взаимно перпендикулярных плоскостях, имеющие рабочие участки с вогнутыми криволинейными поверхностями, образующие в сомкнутом положении полость, новым является то, что отношение радиуса вогнутой криволинейной поверхности бойка к радиусу вписанной окружности в полость, образованную при смыкании бойков, составляет 1,15-2,10.

На фиг.1 изображены бойки 1-4 четырехбойкового ковочного устройства в сомкнутом положении; на фиг.2 - бойки четырехбойкового ковочного устройства в процессе обжатия слитка (заготовки) при черновой ковке; на фиг.3 - бойки ковочного устройства в начальный момент калибрующей ковки.

Патентуемый способ получения калиброванных поковок в четырехбойковом ковочном устройстве осуществляют следующим образом.

В рабочее пространство гидравлического ковочного пресса устанавливают четырехбойковое ковочное устройство, у которого бойки 1-4 имеют вогнутые криволинейные поверхности, образующие в сомкнутом положении цилиндрическую полость диаметром d₂=2r₂ (фиг.1).

При этом отношение радиуса вогнутой криволинейной поверхности бойка r¹ к радиусу r₂ вписанной окружности в полость, образованную при смыкании бойков, составляет:

r¹/r₂=1,15-2,10.

Исходную заготовку в виде слитка или предварительно деформированной заготовки круглого или многогранного поперечного сечения со средним диаметром d₁ нагревают в печи до температуры ковки, подают с помощью манипулятора в рабочее пространство четырехбойкового ковочного устройства и обжимают в нем бойками 1-4, выполняя при этом черновую ковку (фиг.2). В процессе выполнения черновой ковки производят единичные обжатия заготовки со степенью деформации 18-70%, которую рассчитывают по формуле:

где d₀ - исходный диаметр заготовки в очаге деформации перед обжатием,

d₂ - диаметр заготовки после обжатия.

При черновой ковке боковые поверхности бойков при каждом единичном обжатии внедряются в тело заготовки. После кантовки заготовки осуществляют обжатие участков заготовки, которые находились между бойковыми поверхностями соседних бойков при предыдущих обжатиях. При ковке слитка бойками с криволинейными вогнутыми поверхностями, у которых отношения r¹/r₂<1,15, возможно появление заковов на поверхности заготовки.

При ковке слитка бойками с криволинейными вогнутыми поверхностями, у которых отношение r¹/r₂>2,10, не обеспечивается получение геометрически точных цилиндрических поковок.

При обжатиях со степенью деформации менее 18% не обеспечивается высокое качество металла, а при обжатиях со степенью деформации более 70% возможны заковы на поверхности поковки.

Черновую ковку проводят выдерживая соотношение:

d₁/d₂=1,4-2,7,

где d₁ - средний диаметр слитка или заготовки,

d₂ - диаметр круга, вписанного в полость, образуемую при сомкнутом положении бойков.

При отношении d₁/d₂<1,4 не обеспечивается требуемое качество металла поковок, а при отношении d₁/d₂>2,7 на поверхности заготовки образуются заковы.

После черновой ковки получают заготовку диаметром d₃, которую без дополнительного подогрева обжимают в том же комплекте бойков по режиму калибрующей ковке (фиг.3). Обжатия осуществляют со степенью деформации преимущественно 3-7%, с кантовками и подачами заготовки. При этом калибрующую ковку осуществляют, выдерживая соотношение:

d₃/d₄=1,02-1,15,

где d₃ - диаметр заготовки, полученной после черновой ковки,

d₄ - диаметр калиброванной поковки.

При отношении d₃/d₄<1,02 не обеспечивается требуемая геометрическая форма поковки и высокая точность.

При отношении d₃/d₄>1,15 существенно уменьшается производительность процесса.

Полученную калиброванную поковку круглого поперечного сечения передают на другой пресс для отрубки концевых частей или на участок резки.

Использование одного комплекта бойков для черновой и калибрующей ковки позволяет повысить производительность процесса, уменьшить трудоемкость процесса и затраты на изготовление инструмента или устройств.

Пример. Слитки массой 5 тонн со средним диаметром 580 мм из стали 40 ХНМА нагрели до температуры 1180°С и ковали на прессе усилием 20 МН в четырехбойковом ковочном устройстве по патентуемому способу и инструменту на поковки диаметром 310 мм. В четырехбойковом ковочном устройстве рабочие поверхности бойков имели вогнутые криволинейные поверхности, образующие в сомкнутом положении всех четырех бойков цилиндрическую полость, при этом было выдержано соотношение:

r¹/r₂=1,5.

Для сравнения проковали слиток такой же массы по способу-прототипу. Результаты ковки представлены в таблицах 1 и 2.

Анализ данных, приведенных в таблицах 1 и 2, показывает, что производительность процесса получения калиброванных поковок по патентуемому способу выше в 1,15-1,35 раза, чем производительность процесса по способу-прототипу, а качество полученных поковок не уступает качеству поковок, полученных известным способом.

Таблица 1№ опытаТехнологические параметрыПроизводительность процесса, ед.ПримечаниеСтепень деформации, ε, %d₁/d₂d₃/d₄1162,01,08-Качество металла не соответствует ГОСТ2182,01,081,15 3402,01,081,20 4702,01,081,35 5752,01,08-Заковы на поверхности поковки6401,31,08-Качество металла не соответствует требованиям ГОСТ7401,41,081,27 8402,71,081,17 9402,81,08-Заковы на поверхности поковки10402,01,01-Поковка многогранного сечения11402,01,021,30 12402,01,151,25 13402,01,160,95 14 прототип---1,00 

Таблица 2№ опытаПараметры инструментаКачество поковокr¹/r₂, един.11,10Заковы на поверхности поковки21,15Качество поверхности соответствует требованиям ГОСТ31,40Качество поверхности соответствует требованиям ГОСТ42,10Качество поверхности соответствует требованиям ГОСТ52,2Поверхность поковки ребристая. Повышенный припуск на механическую обработку.

Таким образом, патентуемый способ получения калиброванных поковок обеспечивает повышение производительности процесса на 15-35%, уменьшение трудоемкости, а также уменьшение затрат на изготовление инструмента.

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, в частности к изготовлению поковок круглого сечения из слитков и предварительно деформированных заготовок на ковочных прессах в четырехбойковых ковочных устройствах. После нагрева слитка или заготовки производят черновую и калибрующую ковку в четырехбойковом ковочном устройстве одними и теми же бойками с вогнутыми криволинейными поверхностями. В сомкнутом положении бойков указанные поверхности образуют цилиндрическую полость. Отношение радиуса вогнутой криволинейной поверхности бойка к радиусу окружности, вписанной в полость, образованную при смыкании бойков, составляет 1,15-2,10. В процессе выполнения черновой ковки осуществляют единичные обжатия заготовки со степенью деформации 18-70%. При этом выдерживают соотношение: d₁/d₂=1,4-2,7, где d₁ - средний диаметр слитка или заготовки, d₂ - диаметр круга, вписанного в полость, образуемую при сомкнутом положении бойков. При осуществлении калибрующей ковки выдерживают соотношение: d₃/d₄=1,02-1,15, где d₃ - диаметр заготовки, полученной после черновой ковки, d₄ - диаметр калиброванной поковки. В результате обеспечивается уменьшение трудоемкости процесса, повышение производительности, снижение затрат на изготовление инструмента. 2 н.п. ф-лы, 4 ил., 2 табл.

1. Способ получения калиброванных поковок, включающий нагрев слитка или заготовки, черновую ковку, калибрующую ковку в четырехбойковом ковочном устройстве бойками с вогнутыми криволинейными поверхностями, образующими в сомкнутом положении бойков цилиндрическую полость, подачу и кантовку заготовки, отличающийся тем, что черновую и калибрующую ковки выполняют одними и теми же бойками с вогнутыми криволинейными поверхностями, при этом в процессе выполнения черновой ковки осуществляют единичные обжатия заготовки со степенью деформации 18-70% и выдерживают соотношение

d₁/d₂=1,4-2,7,

где d₁ - средний диаметр слитка или заготовки;

d₂ - диаметр круга, вписанного в полость, образуемую при сомкнутом положении бойков,

а при осуществлении калибрующей ковки выдерживают соотношение

d₃/d₄=1,02-1,15,

где d₃ - диаметр заготовки, полученной после черновой ковки;

d₄ - диаметр калиброванной поковки.