СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛЫХ ПОКОВОК Российский патент 2011 года по МПК B21K21/00 B21J1/04 

Изобретение относится к обработке металлов давлением, а именно к способам изготовления полых поковок ковкой полых заготовок на ковочных прессах.

Изобретение может быть использовано в кузнечных и кузнечно-прессовых цехах на машиностроительных и металлургических заводах при изготовлении полых поковок труб, валов, осей, цилиндров (гладких и ступенчатых), круглого поперечного сечения из различных сталей и сплавов.

Известен способ изготовления полых поковок, включающий нагрев полой заготовки (литой, полученной сверлением из проката или иным способом), установку в ее полость оправки и последующую ковку заготовки одновременно четырьмя бойками на радиально-обжимной машине (РОМ) за один или несколько проходов с подачами и кантовками (Ростовщиков В.А. Технология и оборудование для формообразования полых длинномерных поковок горячим радиальным обжатием. // Кузнечно-штамповочное производство, 1987. №6. С.10-13.).

Этот способ отличается высокой производительностью и позволяет получать полые поковки высокой точности с минимальными припусками на механическую обработку.

Однако недостатком известного способа является то, что для его осуществления требуются специальные радиально-обжимные машины (РОМ), которые относятся к уникальному и дорогостоящему оборудованию. Кроме того, на РОМ невозможно изготовить полые поковки большой массы и больших диаметров, что ограничивает использование этого процесса.

Известен также способ изготовления полых поковок, включающий получение полой заготовки, ее нагрев, зажим и удержание с одного конца манипулятором и последующую ковку на гидравлическом ковочном прессе в четырехбойковом ковочном устройстве со степенью деформации при каждом единичном обжатии 2-15%. Перед зажимом полой заготовки манипулятором на ее конце устанавливают технологическую вставку, диаметр которой равен внутреннему диаметру полой заготовки (патент РФ №2362647 от 04.07.2007 г., МКИ B21K 21/00, B21J 1/04).

Однако недостатками известного способа является то, что он не позволяет получать поковки с заданными размерами по внутреннему диаметру и толщине стенки, а также с заданным коэффициентом укова. Кроме того, этим способом невозможно получить полые поковки заданной длины, так как в процессе ковки известным способом практически отсутствует вытяжка полой заготовки.

В основу изобретения поставлена задача путем усовершенствования способа изготовления полых поковок на ковочных прессах, обеспечить получение точных поковок по внутреннему диаметру и толщине стенки, имеющих требуемую длину, с заданным коэффициентом укова.

Поставленная задача достигается тем, что в способе изготовления полых поковок, включающем нагрев полой заготовки до температуры деформации и последующую ковку ее на гидравлическом ковочном прессе в четырехбойковом ковочном устройстве с подачами и кантовками, новым является то, что перед ковкой в полость заготовки устанавливают оправку, а ковку осуществляют за один или несколько проходов одновременно четырьмя бойками путем обжатия со сдвиговыми деформациями в поперечной плоскости заготовки при каждом единичном обжатии, при этом после каждого обжатия осуществляют подачу заготовки на величину s и кантовку на угол α=5-30° в одном окружном направлении, а также выдерживают соотношения:

δ/d_H=0,015-0,400,

s/d_H=0,05-0,80,

где d_H - наружный диаметр заготовки перед обжатием на каждом проходе;

δ - величина обжатия заготовки на каждом проходе.

Патентуемый способ изготовления полых поковок из полой заготовки осуществляют следующим образом.

Полую заготовку (литую или предварительно деформированную, с полостью, полученной методами пластической деформации или сверлением) нагревают до температуры пластической деформации, подают на ковочный пресс, оснащенный четырехбойковым ковочным устройством (патент РФ №2242322, МКИ B21J 13/02, 7/16, 2003 г.) и оправкой, устанавливают в ее полость оправку и куют на этой оправке в четырехбойковом ковочном устройстве одновременно четырьмя бойками за один или несколько проходов путем обжатия со сдвиговыми деформациями в поперечной плоскости заготовки. В процессе ковки после каждого единичного обжатия осуществляют подачу заготовки на величину s и кантовку в одном окружном направлении на угол α=5-30°. При кантовках на угол α<5° не обеспечивается высокая производительность процесса, а при углах кантовки α>30° - невозможно обеспечить равномерную толщину стенки поковки. При ковке в одном окружном направлении достигается наибольшая точность по толщине стенки, так как при изменении направления подачи будет происходить неконтролируемое смещение металла в поперечном сечении заготовки, что приведет к перепадам толщины стенки по длине заготовки.

Во время всей ковки выдерживают соотношение:

δ/d_H=0,015-0,400,

где d_H - наружный диаметр заготовки перед каждым обжатием на каждом проходе;

δ - величина обжатия заготовки на каждом проходе.

При отношении δ/d_H<0,015 - существенно уменьшается производительность процесса, что не рационально, а при отношении δ/d_н>0,400 - не обеспечивается высокая точность поковок по внутреннему диаметру.

Кроме того, в процессе ковки выдерживают соотношение:

s/d_H=0,05-0,80.

При отношении s/d_H<0,05 - существенно уменьшается производительность процесса, а при отношении s/d_H>0,80 - не обеспечивается равномерная толщина стенки.

Весь процесс ковки полой заготовки выполняется путем одновременного четырехстороннего обжатия заготовки в известном четырехбойковом ковочном устройстве (патент РФ №2242322, МКИ B21J 13/02, 7/16) со сдвиговыми деформациями в поперечной плоскости при каждом единичном обжатии заготовки на оправке. Сдвиговые деформации обеспечивают интенсивную проработку структуры металла по всему поперечному сечению заготовки, что является положительным моментом данного процесса ковки. Однако при ковке полых заготовок со сдвиговыми деформациями в поперечной плоскости, эти же деформации, при каждом единичном обжатии, стремятся изменить толщину стенки заготовки на разных ее участках. Поэтому, для получения точных размеров поковки по внутреннему диаметру и толщине стенки, при таких сдвиговых деформациях, необходимо точное соблюдение соотношений δ/d_H, δ/d_H, а также значений углов кантовки α в патентуемом изобретении. Оправка, располагаемая в полости заготовки, не деформируется в процессе ковки. Она служит наковальней для вытяжки заготовки в продольном направлении и для калибровки внутреннего отверстия поковки. Ковка без оправки, как это осуществляется при изготовлении полых поковок по способу-прототипу, приводит к тому, что в процессе обжатия полой заготовки вначале закрывается полость (без продольной вытяжки заготовки), а затем начинается вытяжка. При ковке на оправке обеспечивается формирование полости того диаметра, который имеет оправка. Кроме того, с помощью оправки, имеющей гладкую поверхность, осуществляется калибровка внутренней поверхности поковки.

Пример. Литую цилиндрическую полую заготовку с наружным диаметром d_H=500 мм, внутренним диаметром d_B=180 мм, длиной l=1700 мм из стали 40ХН нагревают в камерной печи до температуры 1170°C и подают на ковку к гидравлическому ковочному прессу силой 20 МН, оснащенный двумя манипуляторами. Перед ковкой на ковочный пресс устанавливают четырехбойковое ковочное устройство, а также одним из манипуляторов захватывают и удерживают оправку, у которой рабочая зона имеет диаметр 170 мм. С помощью второго манипулятора захватывают нагретую заготовку и подают ее в рабочее пространство четырехбойкового ковочного устройства, которое предварительно, с помощью подвижной траверсы пресса, раскрывают на необходимый размер. Манипулятор, удерживающий оправку, подает ее в полость заготовки, под бойки ковочного устройства. После этого осуществляют ковку заготовки с подачами на величину s=150-170 мм и кантовками на угол α=15-18° одном окружном направлении, после каждого единичного обжатия. В процессе ковки выдерживают соотношения:

δ/d_H=0,15-0,20, s/d_H=0,30-0,55.

Необходимый коэффициент укова должен составлять не менее 3,5. В процессе ковки с такими режимами получают поковку с заданным наружным диаметром 280 мм и заданным внутренним диаметром 170 мм с допуском на размер по наружному диаметру ±1 мм, и с допуском на размер по внутреннему диаметру ±0,8 мм. Допуск на размер толщины стенки у таких поковок составляет ±0,5 мм. Длина полученной поковки составила 7470 мм. Уков составил 4,4.

Известным способом-прототипом поковку с такими размерами и уковом получить не представляется возможным.

Таким образом, патентуемый способ изготовления полых поковок позволяет получать точные поковки по внутреннему диаметру и толщине стенки, имеющие требуемую длину, с заданным коэффициентом укова.

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано при изготовлении полых поковок ковкой на гидравлическом ковочном прессе в четырехбойковом ковочном устройстве. Полую заготовку нагревают до температуры деформации и в ее полость устанавливают оправку. Осуществляют ковку заготовки с подачами и кантовками за один или несколько проходов. Ковку ведут одновременно четырьмя бойками путем обжатия со сдвиговыми деформациями в поперечной плоскости заготовки при каждом единичном обжатии. После каждого единичного обжатия осуществляют подачу заготовки на величину s и кантовку на угол α=5-30° в одном окружном направлении с выдерживанием соотношений: δ/d_H=0,015-0,400, s/d_H=0,05-0,80, где δ - величина обжатия заготовки при ковке на каждом проходе, d_H - наружный диаметр заготовки перед ковкой на каждом проходе. В результате обеспечивается повышение точности полученных поковок.

Способ изготовления полых поковок, включающий нагрев полой заготовки до температуры деформации и последующую ковку ее с подачами и кантовками на гидравлическом ковочном прессе в четырехбойковом ковочном устройстве, отличающийся тем, что перед ковкой в полость заготовки устанавливают оправку, а ковку осуществляют за один или несколько проходов одновременно четырьмя бойками путем обжатия со сдвиговыми деформациями в поперечной плоскости заготовки при каждом единичном обжатии, при этом после каждого единичного обжатия осуществляют подачу заготовки на величину s и кантовку на угол α=5-30° в одном окружном направлении с выдерживанием соотношений:
δ/d_H=0,015-0,400;
s/d_H=0,05-0,80,
где δ - величина обжатия заготовки при ковке на каждом проходе;
d_H - наружный диаметр заготовки перед ковкой на каждом проходе.