RU2421295C1 - Method of producing hollow forgings - Google Patents

Abstract

FIELD: process engineering.

SUBSTANCE: invention relates to metal forming and may be used in producing hollow forgings by forging at forging press four-hammer forging device. Hollow billet if heated to deformation temperature and mandrel is fitted therein. Billet is forged in one or several passes. Forging is performed by four hammers at a time with transverse shearing in each single reduction. After every single reduction the billet is fed for magnitude s and canted through α=5-30° in one peripheral direction with the following ratios obeyed:δ/d_o = 0.015 - 0.400, s/d_o = 0.05 - 0.80, where: δ is reduction in forging in each pass, d_o is OD before forging in each pass.

EFFECT: higher accuracy.

1 ex

Description

Изобретение относится к обработке металлов давлением, а именно к способам изготовления полых поковок ковкой полых заготовок на ковочных прессах.The invention relates to the processing of metals by pressure, and in particular to methods for manufacturing hollow forgings by forging hollow billets on forging presses.

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.The invention can be used in forging and forging shops at engineering and metallurgical plants in the manufacture of hollow forgings of pipes, shafts, axles, cylinders (smooth and stepped), round cross-section of various steels and alloys.

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.).A known method of manufacturing hollow forgings, including heating a hollow billet (cast, obtained by drilling from rolled products or in another way), installing a mandrel in its cavity and subsequent forging the billet at the same time with four bumps on a radial crimping machine (POM) in one or more passes with feeds and canting (Rostovshchikov VA Technology and equipment for the shaping of hollow long forgings by hot radial compression. // Forging and stamping, 1987. No. 6. S.10-13.).

Этот способ отличается высокой производительностью и позволяет получать полые поковки высокой точности с минимальными припусками на механическую обработку.This method is characterized by high performance and allows you to get hollow forgings of high accuracy with minimal allowances for machining.

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.However, the disadvantage of this method is that for its implementation requires special radial crimping machines (POM), which are unique and expensive equipment. In addition, it is impossible to produce hollow forgings of large mass and large diameters on the ROM, which limits the use of this process.

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).There is also a known method of manufacturing hollow forgings, which includes obtaining a hollow billet, heating it, clamping and holding it at one end with a manipulator and subsequent forging on a hydraulic forging press in a four-forging forging device with a degree of deformation of 2-15% with each single reduction. Before clamping the hollow billet with a manipulator, a technological insert is installed at its end, the diameter of which is equal to the inner diameter of the hollow billet (RF patent No. 2362647 of July 4, 2007, MKI 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.However, the disadvantages of this method is that it does not allow to obtain forgings with specified dimensions for the inner diameter and wall thickness, as well as with a given coefficient of bite. In addition, in this way it is impossible to obtain hollow forgings of a given length, since in the forging process by a known method, there is practically no drawing of the hollow billet.

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.The basis of the invention is the task, by improving the method of manufacturing hollow forgings on forging presses, to provide accurate forgings for the inner diameter and wall thickness having the desired length with a given coefficient of yoke.

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:The problem is achieved in that in the method for manufacturing hollow forgings, which includes heating the hollow billet to a deformation temperature and its subsequent forging on a hydraulic forging press in a four-side forging device with feeds and taps, a new mandrel is installed before forging in the billet cavity, and forging is carried out in one or several passes simultaneously by four strikers by crimping with shear deformations in the transverse plane of the workpiece with each single crimping, and after that each compression feed the workpiece at a value of s and tilting at an angle α = 5-30 ° in one circumferential direction, and also maintain the ratio:

δ/d_H=0,015-0,400,δ / d _H = 0.015-0.400,

s/d_H=0,05-0,80,s / d _H = 0.05-0.80,

где d_H - наружный диаметр заготовки перед обжатием на каждом проходе;where d _H is the outer diameter of the workpiece before crimping in each pass;

δ - величина обжатия заготовки на каждом проходе.δ is the amount of compression of the workpiece at each pass.

Патентуемый способ изготовления полых поковок из полой заготовки осуществляют следующим образом.A patented method for manufacturing hollow forgings from a hollow billet is as follows.

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.A hollow billet (cast or pre-deformed, with a cavity obtained by plastic deformation or drilling) is heated to a temperature of plastic deformation, fed to a forging press equipped with a four-sided forging device (RF patent No. 2242322, MKI B21J 13/02, 7/16, 2003 d) and a mandrel, a mandrel is installed in its cavity and forged on this mandrel in a four-girder forging device simultaneously with four strikers in one or several passes by compression with shear deformations in the transverse plane of the workpiece. In the forging process, after each single crimping, the workpiece is fed at a value of s and the tilting in one circumferential direction at an angle α = 5-30 °. When tilting at an angle α <5 °, a high productivity of the process is not provided, and at tilting angles α> 30 ° it is impossible to ensure a uniform thickness of the forging wall. When forging in one circumferential direction, the greatest accuracy in wall thickness is achieved, since when the feed direction changes, an uncontrolled displacement of the metal in the cross section of the workpiece will occur, which will lead to differences in the wall thickness along the length of the workpiece.

Во время всей ковки выдерживают соотношение:During the entire forging withstand the ratio:

δ/d_H=0,015-0,400,δ / d _H = 0.015-0.400,

где d_H - наружный диаметр заготовки перед каждым обжатием на каждом проходе;where d _H is the outer diameter of the workpiece before each compression in each pass;

δ - величина обжатия заготовки на каждом проходе.δ is the amount of compression of the workpiece at each pass.

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.When the ratio δ / d _H <0,015 - significantly reduces the productivity of the process, which is not rational, and when the ratio δ / d _n > 0,400 - the high accuracy of the forgings in the inner diameter is not ensured.

Кроме того, в процессе ковки выдерживают соотношение:In addition, in the forging process they maintain the ratio:

s/d_H=0,05-0,80.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.When the ratio s / d _H <0.05 - significantly reduces the productivity of the process, and when the ratio s / d _H > 0.80 - the uniform wall thickness is not ensured.

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.The entire process of forging a hollow billet is performed by simultaneous four-sided compression of the billet in the known four-sided forging device (RF patent No. 2242322, MKI B21J 13/02, 7/16) with shear deformations in the transverse plane for each single compression of the workpiece on the mandrel. Shear deformations provide an intensive study of the metal structure over the entire cross section of the workpiece, which is a positive aspect of this forging process. However, when forging hollow billets with shear deformations in the transverse plane, the same deformations, with each single compression, tend to change the wall thickness of the billet in its different sections. Therefore, in order to obtain the exact dimensions of the forgings according to the inner diameter and wall thickness, with such shear deformations, it is necessary to strictly observe the ratios δ / d _H , δ / d _H , as well as the values of the pitch angles α in the patented invention. The mandrel located in the cavity of the workpiece is not deformed during the forging process. It serves as an anvil for drawing the workpiece in the longitudinal direction and for calibrating the internal opening of the forging. Forging without a mandrel, as is done in the manufacture of hollow forgings according to the prototype method, leads to the fact that in the process of crimping a hollow workpiece, the cavity is first closed (without longitudinal drawing of the workpiece), and then the hood starts. When forging on the mandrel, the cavity is formed of the diameter that the mandrel has. In addition, a mandrel having a smooth surface calibrates the inner surface of the forgings.

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:Example. A cast cylindrical hollow billet with an outer diameter of d _H = 500 mm, an inner diameter of d _B = 180 mm, a length of l = 1700 mm from 40XH steel is heated in a chamber furnace to a temperature of 1170 ° C and served for forging to a hydraulic forging press with a force of 20 MN, equipped with two manipulators. Before forging, a four-sided forging device is installed on the forging press, and one of the manipulators grabs and holds the mandrel, in which the working area has a diameter of 170 mm. Using the second manipulator, the heated billet is captured and fed into the working space of the four-forging device, which is previously opened using the movable crosshead of the press to the required size. The manipulator holding the mandrel, feeds it into the cavity of the workpiece, under the hammer forging device. After that, the workpiece is forged with feeds of s = 150-170 mm and grooves at an angle α = 15-18 ° in one circumferential direction, after each single crimping. In the forging process, the following ratios are maintained:

δ/d_H=0,15-0,20, s/d_H=0,30-0,55.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.The required coefficient of ukova should be at least 3.5. In the forging process with these conditions, a forging is obtained with a predetermined outer diameter of 280 mm and a predetermined inner diameter of 170 mm with a tolerance on the outer diameter of ± 1 mm, and with a tolerance on the inner diameter of ± 0.8 mm. The tolerance on the wall thickness for such forgings is ± 0.5 mm. The length of the obtained forgings was 7470 mm. Ukov was 4.4.

Известным способом-прототипом поковку с такими размерами и уковом получить не представляется возможным.In a known prototype method, forging with such dimensions and yields is not possible.

Таким образом, патентуемый способ изготовления полых поковок позволяет получать точные поковки по внутреннему диаметру и толщине стенки, имеющие требуемую длину, с заданным коэффициентом укова.Thus, the patented method of manufacturing hollow forgings allows you to get accurate forgings on the inner diameter and wall thickness, having the required length, with a given coefficient of yoke.

Claims (1)

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. A method of manufacturing hollow forgings, including heating the hollow billet to a deformation temperature and its subsequent forging with feeds and taps on a hydraulic forging press in a four-sided forging device, characterized in that a mandrel is installed in the cavity of the billet before forging, and forging is carried out in one or several passes simultaneously four strikers by compression with shear deformations in the transverse plane of the workpiece with each single compression, and after each single compression carry out Achu workpiece by an amount s and tilting by an angle α = 5-30 ° in a circumferential direction with maintaining the relations:
δ / d _H = 0.015-0.400;
s / d _H = 0.05-0.80,
where δ is the amount of compression of the workpiece during forging in each pass;
d _H is the outer diameter of the workpiece before forging in each pass.