Способ изготовления полых заготовок

 

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при изготовлении ковкой полых металлических заготовок. Цель изобретения - повышение качества изделий при прошивке исходных заготовок с отношением высоты к диаметру больше единицы за счет уменьшения отклонения отверстия от оси заготовки, Заготовку равномерно нагревают до ковочной температуры. Затем оба ее торца теплоизолируют. Боковую поверхность заготовки подвергают подстуживанию до температуры (0,32...0,62) Тпл. При этом температура центральной зоны диаметром 0,2...0,5 диаметра заготовки достигает (0,65...0,85) Тпл. После этого осуществляют прошивку плоским прошивнем . Образованная в заготовке жесткая (сильнее охлажденная) оболочка препятствует отклонению прошивня от оси заготовки . Повышение качества получаемых поковок и расширение технологических возможностей способа обеспечиваются за счет заготовок, высота которых превышает диаметр . 4 ил. СО С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ, РЕСПУБЛИК (51)5 В 21 J 5/10

ГОСУДАРСТВЕННЫ Й КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВ l4ETEЛЬСТВУ (21) 4396731/27 (22) 23.03.88 (46) 07.05.92, Бюл, N 17 (71) Научно-производственное объединение по технологии машиностроения (72) Г.А.Пименов и О.А,Кобелев (53) 621.73.043 (088.8) (56) Охрименко Я,М, Технология кузнечноштамповочного производства, M. Машиностроение, 1976, с.190 — 191. (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛЫХ ЗАГOTOBOK (57) Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при изготовлении ковкой полых металлических заготовок. Цель изобретения — повышение качества изделий при прошивке исходных заготовок с отношением высоИзобретение относится к обработке металлов давлением, а именно к изготовлению изделий путем ковки, и может быть использовано в кузнечно-прессовых цехах машиностроительных и металлургических предприятий.

Цель изобретения — повышение качества изделий при прошивке исходных заготовок с отношением высоты к диаметру больше единицы за счет уменьшения отклонения отверстия от оси заготовки, На фиг.1 представлена схема теплоотвода при боковом подстуживании заготовки; на фиг.2 — заготовка с установленным на ее торце полым прошивнем и распределение

ТЕМПЕРаТУРЫ И ПРЕДЕЛа тЕКУчаСти ПО СЕЧЕнию заготовки перед прошивкой отверстия; на фиг.3 — заготовка с прошитым отверсти„„ 42„„1731386 А1 ты к диаметру больше единицы за счет уменьшения отклонения отверстия от оси заготовки, Заготовку равномерно нагревают до ковочной температуры, Затем оба ее торца теплоизолируют, Боковую поверхность заготовки подвергают подстуживанию до температуры (0,32...0,62) Тпл. При этом температура центральной зоны диаметром 0,2„.0,5 диаметра заготовки достигает (0,65...0,85) Тпл, После этого осуществляют прошивку плоским прошивнем. Образованная в заготовке "жесткая" (сильнее охлажденная) оболочка препятствует отклонению прошивня от оси заготовки, Повышение качества получаемых поковок и расширение технологических воз ожностей способа обеспечиваются за счет заготовок, высота которых превышает диаметр. 4 ил. ем; на фиг.4 — отход "выдра" вместе с полым прошивнем и надставками, Способ осуществляется следующим об- 0 разом. и

Заготовку равномерно нагревают до ко- { ь) вочной температуры, затем ее подвергают QQ боковому подстуживанию с обязательным О, обеспечением теплоизоляции торцовых поверхностей. При таком охлаждении заготовок любых типоразмеров центральная эона диаметром 0,2 — 0,5 диаметра заготовки достигает температуры 0,7 — 0,85 Т,пл., при этом температура поверхности достигает

0,32 — 0,62 Т.пл. (Т,пл. температура плавления материала заготовки). За счет бокового подстуживания поверхности с. Одновременной теплоизоляцией торцов происходит образование "жесткой" оболочки с

1731386

55 центральной пластической зоной диаметром 0,2 — 0,5 диаметра заготовки по всей ее высоте, включая и торцовые участки. Эта оболочка служит направляющей для прошивня при его движении в теле заготовки, исключая увод оси прошивня от оси заготовки. Таким образом, обеспечивается соосность заготовки и прошиваемого в ней отверстия.

Пример. Из слитка массой 170 т, сталь

15Х2НМФА изготовляют заготовку диаметром 2100 мм и высотой 4000 мм (отношение

Н высоты к диаметру — составляет 1,9, т,е.

D больше единицы). Нагрев осуществляют в пламенной печи до 1200 С. Затем заготовку охлаждают на воздухе следующим образом: один торец устанавливают на песчаную подушку, а второй закрывают специальной теплоизоляционной плитой, Заготовку охлаждают в течение 5,6 ч. При этом получают температуру поверхности заготовки 562 С.

На верхний торец по центру устанавливают рабочий прошивень наружным диаметром

750 мм, внутренним диаметром 550 мм, высотой 700 мм и неполностью вдавливают его в металл. Затем на торец рабочего прошивня устанавливают последовательно надставки высотой 800 мм, внешним диаметром 720 мм, внутренним 600 мм, Прошивку заканчивают с выходом рабочего прошивня из прошитого блока, Прошитое отверстие соответствует предложенному размерному интервалу центральной зоны (0,3 диаметра заготовки). Распределение предела текучести в указанной центральной зоне составляет в среднем 2,5 кг/мм, а

2 среднее значение предела текучести в "жесткой" оболочке 19 кг/мм, причем распределение предела текучести идет по параболическому закону, Из этого можно сделать вывод, и это подтверждается приведенным примером, что при указанном охлаждении создается "жесткая" оболочка, играющая роль направляющей для рабочего прошивня. Все это приводит к улучшению качества изделия.

Кроме того, проводят исследования по оценке оптимальности выбора граничных условий, температуры поверхности, центральной зоны и ее протяженности. Определение температурных интервалов охлаждения для всех применяемых в настоящее время типоразмеров заготовок при прошивке производят экспериментальноаналитическим, статистическим методами и обобщением существующего опыта на заготовках диаметром, изменяющимся от 0,1 до

3,5м, 5

При охлаждении заготовки, нагретой до температуры 1200 С, диаметром 100 мм высотой 200 мм из стали 15Х2МНФА температура распределяется следующим образом:

Тпов. =940 С (0,62 Т.пл,), Тодр = 1051 С, Тц =

=1100 С (Т.пл. = 1510 С), Прошивка осуществлялась полым прошивнем D< = 30 мм, D»

= 18 мм, Заготовка прошита по центру в точном соответствии требуемой геометрии и без видимых дефектов. При охлаждении заготовки до Thos = 956 С (0,63 Т.пл,). То,sR =

=1080 С, Тц = 1120 С, Такую заготовку условно можно прошить прошивнем диаметром более 0,5 диаметра заготовки, что приводит к недопустимо низкому значению коэффициента использования металла 0,4, а также искажению требуемой геометрии, что по ТУ и ТЭП недопустимо, Получение прошивкой отверстия менее 0,2 также не представляется возможным, Анализ этих данных показал, что охлаждение равномерно нагретых до 1200 С заготовок до температуры поверхности 0,32

T.ïë, приводит к получению центральной зоны протяженностью 0,2 диаметра заготовки и с более низким значением предела .текучести, обеспечивающим образование во время прошивки в этой области пластической зоны. За пределом пластической зоны находится жесткая зона с высоким значением предела текучести. При охлаждении заготовок ниже 0,32 Т.пл, протяженность упомянутой центральной зоны становится меньше 0,2 диаметра заготовки, что приводит к невозможности осуществления операции прошивки, Выбор температурного интервала центральной зоны обусловлен тем, что охлаждение металла выше 0,85 Т.пл. приводит к перегреву металла, обезуглероживанию ппверхностных слоев, возможному образованию "видманштеттовой" структуры. При температуре ниже 0,65 Т,пл, начинаетгя интенсивный рост сопротивления деформированию и падение пластических характеристик, что в конечном итоге может привести к образованию микро- и макротрещин в очаге деформации и к невозможности осуществления операции прошивки. Указанный интервал температур центральной зоны заготовки обеспечивается при достижении температуры поверхности 0,32-0,62

Т.пл. Температура поверхности ниже 0,32

Т.пл. приводит к охлаждению центральной зоны ниже 0,7 Т,пл, (это приводит к упомянутым дефектам).

Температура поверхности выше 0,62

Т.пл. приводит к невозможности осуществления способа изготовления полого изделия с H/D > 1. Возрастание диаметра централь1731386

45

55 ной зоны, начиная с 0,5 D заготовки и более, приводит к резкому росту значения предела текучести, сопротивления деформированию и падению пластических характеристик и невозможности достижения заданного распределения температур по сечению заготовки, т.е. невозможности достижения поставленной цели. При диаметре центральной зоны менее 0,2 диаметра заготовки также невозможно создание заданных температурных условий по поверхности и центру при охлаждении заготовок, Уточнение предельных граничных условий.для максимальных размеров заготовок проводится путем математического моделирования применительно к слитку массой

520 т из стали 15Х2МНФА, средним диаметром 3,5 м. Согласно моделированию, охлаждению заготовки до температуры поверхности 486 С (0,32 Т.пл.) соответствует распределение температуры: Толя

=1100 С; Tö= 1200 С.

При температуре центра больше 0,85

Т,пл. (1300 С) возникает устойчивая структура перегрева, практически неисправимая ковкой.

На таких больших сечениях при температурах центра ниже 0,7 Т.пл, (1050 С) образуется внешняя "жесткая" зона большой протяженности, что приводит к невозможности осуществления операции прошивки.

Предлагаемый способ позволяет улучшить качество прошиваемых заготовок с

Н/D > 1 за счет исключения несоосности, Кроме того, предлагаемый способ позволит уменьшить длительность процесса ковки пустотелых заготовок за счет полного-или частичного исключения осадки, и сокращения объема работы при раскатке и протяжке

5 и, как следствие этого, увеличить коэффициент выхода годного.

Использование способа при ковке пустотелых крупных поковок по сравнению с существующими позволяет уменьшить при

10 прошивке несоосность; сократить технологический процесс ковки; увеличить коэффициент использования металла.

Вместе с тем создание жесткой оболочки позволяет прошивать высокие заготовки

15 (Н/D > 1), тем самым расширяя технологические возможности.

Формула изобретения

Способ изготовления полых заготовок, 20 включающий нагрев исходной заготовки до ковочной температуры и последующую прошивку полым прошивнем, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения качествг изделий при прошивке иеходных заготовок

25 с отношением высоты к диаметру больше единицы за счет уменьшения отклонения отверстия от оси заготовки, перед прошивкой нагретую заготовку подстуживают сс стороны ее боковой поверхности до дости30 жения последней 0,32 — 0,62 температурь: плавления материала заготовки, а центральной зоной диаметром 0,2-0,5 диаметра заготовки температуры 0,7 — 0,85 температуры плавления, при этом оба торца заготовки

35 теплоизолируют.

1731386 uz . кг/ю

1200

1100

1000

ЯОО

700

Рог,2

Составитель B.ÀðèñòîB

Редактор С.Патрушева Техред М.Моргентал Корректор О.Кравцова

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, yn,Гагарина, 101

Заказ 1536 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5