СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЗАГОТОВОК Российский патент 2009 года по МПК B21K3/02 B21J1/04 

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при производстве заготовок днищ сварнокованых мощных гидравлических цилиндров.

Сварнокованые цилиндры широко применяются в мощных гидравлических прессах, их масса достигает более 50 тонн. Конструктивно сварнокованый цилиндр состоит из обечайки и днища, сваренных между собой электрошлаковым способом после предварительной механической обработки. Заготовками обечайки и днища являются поковки.

Значительное число отказов мощных гидравлических прессов связано с разрушением цилиндров, которые происходят в основном из-за появления усталостных трещин в галтелях фланца обечайки и днища. В результате исследований прочности сталей, применяемых для изготовления деталей прессов, и расчетов гидроцилиндров получены данные для обоснованного выбора и обеспечения запаса прочности цилиндров по критерию усталости. Тем не менее, разрушения гидроцилиндров являются одной из основных групп отказов базовых деталей прессов.

Расчеты цилиндров, проведенные методом конечных элементов, показывают, что максимальные напряжения по контуру галтели днища меньше напряжений по контуру галтели фланца обечайки, тем не менее, наиболее часто разрушение цилиндров связано с возникновением и развитием усталостных трещин именно в зоне галтели днища. В качестве примера представлены схемы разрушения цилиндра пресса усилием 50 МН (см. ж. Кузнечно-штамповочное производство. №5, 2005 г. И.А.Сурков, А.П.Моисеев «Устранение причин и предупреждение разрушений мощных гидравлических прессов»).

Аналогичные трещины были обнаружены в цилиндрах и других прессов, например пресса усилием 35 МН. Разрушения по такой же схеме происходили ранее на цилиндрах, изготовленных из стали 25 ГС. Результаты исследований (см. Сурков И.А., Моисеев А.П. «Установление причин и предупреждение разрушений цилиндров мощных гидравлических прессов», Кузнечно-штамповочное производство. Обработка материалов давлением, 2004, №5, с.42-45) показали, что предел выносливости материала в зоне днища не превышает 165 МПа. В то же время для сталей Ст 35 и 25 ГС предел выносливости при пульсирующем нагружении должен составлять не менее 275 МПа. Значительное снижение предела выносливости материала произошло за счет дефектов, обусловленных технологией изготовления, что и явилось причиной возникновения трещин в зоне днища.

Способ получения заготовки днища, заключающийся в том, что днища откованы путем осадки заготовки со степенью около 3, а углубление и отверстие в днище выполняются механической обработкой.

Существующая технологическая схема способа изготовления заготовок днищ мощных гидроцилиндров содержит следующие операции (см. фиг.1 и 2):

фиг.1 - биллетировка слитка на диаметр Ф и отрубка до длины L;

фиг.2 - кантовка полученной заготовки в вертикальное положение и осадка до поковочных размеров на диаметр Ф_пок и высоту Н_пок.

При этом следует отметить, что основными и наиболее серьезными дефектами кузнечного слитка являются осевая усадочная рыхлость, неравномерно распределенные микрораковины и микропоры, мелкие ликвационные пороки и особенно их сосредоточение в области внеосевой ликвации.

Эти дефекты являются главной причиной снижения механических свойств литой стали, а с переходом в поковку они становятся основной причиной снижения прочности кованых изделий (см. Тарповский И.Я., Трубин В.Н., Златкин М.Г. «Свободная ковка на прессах», с.43 Москва, Машиностроение, 1967 г.).

Недостатки существующего способа изготовления поковок типа днищ путем осадки заготовки даже с уковом более 3 приводят к значительному снижению предела выносливости материала по вышеобозначенным причинам. Кроме того, проработка центральной зоны слитка при биллетировке незначительна и не позволяет заковать все дефекты центральной зоны только осадкой заготовки.

Вышеописанный способ получения заготовок типа днищ принимается за прототип предлагаемого способа.

Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является повышение прочности материала заготовки днища и увеличение долговечности работы всего цилиндра. Данный способ дает возможность более полно заварить в исходном слитке дефекты литейного производства за счет предварительной осадки слитка и его проковки с уковом 2,5-3,0, что позволяет получить качественную заготовку с повышенным пределом выносливости материала.

Технологическая схема нового способа изготовления заготовок днищ представлена на фиг.3, 4 и 5.

Фиг.3 - биллетировки слитка на диаметр Ф и рубка донной части.

Фиг.4 - осадка полученной заготовки на диаметр Ф₁ после кантовки заготовка проковывается с уковом 2,5-3,0 на диаметр Ф₂ и проводится рубка прибыльной части и другого конца заготовки до размера L.

Фиг.5 - кантовка заготовки размером L в вертикальное положение и осадка до ковочных размеров Н_пок и Ф_пок.

Сущность нового способа получения заготовок днища цилиндра заключается в том, что после биллетировки слитка на диаметр Ф производится рубка донной части, затем полученная заготовка осаживается до диаметра Ф₁, после кантовки проковывается с уковом 2,5-3,0 до диаметра Ф₂, далее выполняется рубка прибыльной части и другого конца заготовки до размера L, кантовка в вертикальное положение с последующей осадкой до поковочных размеров Н_пок и Ф_пок.

Способ осуществляется на ковочном прессе, оснащенном ковочным манипулятором, и реализуется следующим образом.

Слиток с помощью манипулятора задается в рабочую зону пресса, где посредством последовательной его осевой подачи и поворота рабочими ходами пресса между бойками производится процесс биллетировки. Затем под пресс в зону донной части слитка подается топор, и рабочими ходами пресса донная часть слитка обрубается (фиг.3).

Далее полученная заготовка кантуется в вертикальное положение и посредством манипулятора устанавливается на осадочную плиту прибыльной частью в ее отверстие. Рабочим ходом пресса выполняется осадка заготовки до получения наружного диаметра Ф₁, после чего снимается с осадочной плиты и кантуется в горизонтальное положение. Манипулятор, захватив заготовку за прибыльную часть, подает ее в рабочую зону пресса, где за счет последовательной осевой подачи и поворота заготовки рабочим ходом пресса между байками производится операция проковки заготовки на диаметр Ф₂ с обеспечением укова 2,5-3,0. Далее посредством подачи топора в соответствующие положения на заготовку ходами пресса выполняется рубка прибыльной части и другого конца заготовки до размера L (фиг.4).

В заключительной части способа заготовка вновь кантуется в вертикальное положение, устанавливается на главную осадочную плиту, где рабочим ходом пресса осуществляется окончательная осадка заготовки до поковочных размеров: высоты поковки Н_пок и диаметра поковки Ф_пок (фиг.5).

Пример

Требуется получить заготовку днища к гидравлическому цилиндру, развивающему усилие 50 МН (5000 тс) при давлении рабочей жидкости 32 МПа. Как отмечалось выше, гидравлические цилиндры сварнокованой конструкции состоят из днища 1 и обечайки 2, сваренных между собой электрошлаковым швом 3 толщиной S_ш (фиг.6).

Для проверки данного метода были проведении усталостные испытания образцов, вырезанных из кольца К со стороны наружного диаметра днища - Ф_нар (фиг.6).

Темплеты, из которых были получены образцы, выполнены как в вертикальном, так и тангенциальном направлении.

Результаты испытания предела выносливости при пульсирующем напряжении показали, что предел выносливости в вертикальном направлении составил 265 МПа, а в тангенциальном - 270 МПа, т.е. примерно одинаковые.

Для сравнения приведем результаты испытаний на усталость образцов днища цилиндра, изготовленного по существующему способу, из статьи А.И.Суркова, А.П.Моисеева «Устранение причин разрушений цилиндров мощных гидравлических прессов», журнал КШП, №5 2004 г, стр.42-43. Результаты испытаний показаны на рис.3, где предел выносливости вертикальном и тангенциальном направлениях в 1,7 раз меньше, чем вертикальном направлении.

Таким образом, результаты испытаний позволяют сделать вывод, что предложенный новый способ получения заготовок днищ мощных гидравлических прессов обеспечивает равномерность по пределу выносливости в вертикальном и тангенциальном направлениях, позволяя получить качественную заготовку с повышенным пределом выносливости в тангенциальном направлении.

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при изготовлении заготовок днищ сварнокованых цилиндров гидравлических прессов. Производят биллетеровку слитка на диаметр и последующую его рубку с отделением донной части. Затем полученный слиток с прибыльной частью осаживают в вертикальном положении на диаметр. Осаженную заготовку кантуют в горизонтальное положение и производят ее проковку на диаметр. При этом обеспечивают уков, составляющий 2,5-3,0. Осуществляют рубку прокованной заготовки с отделением прибыльной части и ее другого конца. Затем заготовку кантуют в вертикальное положение и осаживают до получения требуемых размеров по высоте и диаметру. В результате обеспечивается повышение долговечности изделий, изготовленных из полученных заготовок. 6 ил.

Способ изготовления заготовок днищ сварнокованых цилиндров гидравлических прессов, отличающийся тем, что осуществляют биллетеровку слитка на диаметр и последующую его рубку с отделением донной части, после чего производят осадку полученного слитка с прибыльной частью в вертикальном положении на диаметр, кантовку полученной в результате осадки заготовки в горизонтальное положение и проковку ее на диаметр с обеспечением укова, составляющего 2,5-3,0, рубку прокованной заготовки с отделением прибыльной части и другого конца, кантовку ее в вертикальное положение и осадку до получения размеров заготовки по высоте и диаметру.