Способ изготовления поковок
Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к способам получения поковок с удлиненной осью из слитков, и предварительно деформированных заготовок. Производят ковку предварительно нагретой заготовки в несколько этапов с обжатием в двух взаимно перпендикулярных плоскостях в четырехбойковом ковочном устройстве. Устройство оснащено четырьмя бойками. Верхний и нижний бойки имеют по два рабочих участка на каждом бойке, разделенных вырезами. Два боковых бойка имеют по одному рабочему участку, заходящему в вырезы верхнего и нижнего бойков. На первом этапе ковку производят в несколько переходов с обжатиями в вертикальной плоскости, превышающими обжатия в горизонтальной плоскости на 20-80%, кантовками после каждого обжатия и подачами. Величину подачи определяют из приведенного соотношения. На втором этапе ковку осуществляют с одинаковыми обжатиями в двух взаимно перпендикулярных плоскостях до выравнивания поверхности заготовки. В результате обеспечивается повышение качества металла поковки. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.
Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к способам изготовления поковок с удлиненной осью из слитков, непрерывнолитых и предварительно деформированных заготовок на прессах в четырехбойковых ковочных устройствах.
Изобретение может быть использовано в машиностроительной и металлургической промышленности при изготовлении поковок и изделий круглого, квадратного, прямоугольного и других поперечных сечений из конструкционных, нержавеющих, инструментальных, прецизионных, жаростойких и жаропрочных сталей и сплавов.
Известен способ ковки заготовок в четырехбойковом ковочном устройстве, по которому одной парой бойков осуществляют только радиальное обжатие заготовки со сдвигами бойков одновременно навстречу друг другу и к одному и тому же бойку другой пары. Кантовки заготовки выполняют до совмещения участков обжатых одной парой бойков с бойками другой пары [1].
Вышеописанный способ ковки позволяет получать поковку с более высоким качеством металла по сравнению со способами ковки, основанными на симметричных четырехсторонних радиальных обжатиях.
Однако при ковке вышеприведенным известным способом не достигается достаточно интенсивная деформационная проработка структуры металла, не обеспечивается высокая производительность процесса и высокая точность поковок.
Известен инструмент для радиальной ковки, состоящий из двух пар бойков, расположенных в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, два их которых, верхний и нижний, имеют по два рабочих участка на каждом бойке, разделенные вырезом, а два других, боковых бойка, по одному рабочему участку, заходящему в вырезы верхнего и нижнего бойков [2]. Инструмент используют для радиальной ковки заготовок прямоугольного сечения.
Известен также способ ковки заготовок и четырехбойковое ковочное устройство для его осуществления. 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 [3].
Известный способ ковки в четырехбойковом ковочном устройстве обеспечивает получение поковок с минимальными допусками и высоким качеством поверхности.
Однако существенным недостатком этого способа является то, что он не обеспечивает высокое качество металла поковок.
В основу изобретения поставлена задача - путем изменения схемы и режимов ковки, обеспечить существенное повышение качества металла поковок.
Поставленная задача достигается тем, что в способе изготовления поковок, включающем нагрев заготовки и ковку ее в несколько этапов с обжатиями в двух взаимно перпендикулярных плоскостях на ковочном прессе в четырехбойковом ковочном устройстве четырьмя бойками, верхний и нижний бойки которого имеют по два рабочих участка на каждом бойке, разделенных вырезами, а два других боковых бойка, по одному рабочему участку, заходящему в вырезы верхнего и нижнего бойков, подачи и кантовки, новым является то, что на первом этапе ковку производят в несколько проходов с обжатиями в вертикальной плоскости, превышающими обжатия в горизонтальной плоскости на 20-80%, кантовками после каждого обжатия и подачами, определяемыми из соотношения:
где α - угол кантовки заготовки после каждого обжатия, рад.;
l - длина рабочего участка нижнего и верхнего бойков, мм;
π - постоянная величина,
а на втором этапе ковку осуществляют с одинаковыми обжатиями в двух взаимно перпендикулярных плоскостях до выравнивания поверхности заготовки.
Поставленная задача достигается также тем, что после второго этапа ковки осуществляют калибровку поковки в четырехбойковом ковочном устройстве для калибрующей ковки.
Патентуемый способ изготовления поковок в четырехбойковых ковочных устройствах осуществляют следующим образом.
На инструментальном столе пресса устанавливают один или два четырехбойковых ковочных устройства. У первого четырехбойкового ковочного устройства верхний и нижний бойки имеют по два рабочих участка на каждом бойке, разделенных вырезами, а два других боковых бойка имеют по одному рабочему участку, заходящему в вырезы верхнего и нижнего бойков при сближении бойков [2]. Второе четырехбойковое ковочное устройство может быть установлено с четырьмя одинаковыми бойками, каждый из которых имеет по одному рабочему участку, повторяющему часть контура рабочей поверхности готовой поковки.
С помощью инструментального стола подают в рабочую зону пресса первое четырехбойковое ковочное устройство и соединяют его с верхней подвижной плитой пресса. Устройство готово для работы.
Исходную заготовку в виде слитка или предварительно деформируемой заготовки круглого, квадратного или многогранного поперечного сечения нагревают в печи до температуры ковки, подают с помощью манипулятора в рабочее пространство первого четырехбойкового ковочного устройства и выполняют ковку.
В процессе выполнения ковки за несколько проходов в первом ковочном устройстве осуществляют обжатия в вертикальной и горизонтальной плоскостях двумя парами бойков с подачами и кантовками между обжатиями. При этом обжатия в вертикальной плоскости превышают обжатия в горизонтальной плоскости на 20-80%, а подачи между обжатиями соответствуют следующему соотношению:
где α - угол кантовки заготовки после каждого обжатия, рад.;
l - длина рабочего участка нижнего и верхнего бойков, мм;
π - постоянная величина.
При ковке с подачами 
формируется заготовка с четырьмя необжатыми участками, расположенными по винтовым траекториям вдоль продольной оси заготовки. Необжатые участки представляют собой выступы треугольной или трапецеидальной формы на поверхности заготовки. В связи с тем, что двумя бойками (верхним и нижним) выполняют обжатия с большей степенью деформации, чем двумя другими бойками, поперечное сечение заготовки принимает форму эллипса. При этом оси эллипса в поперечном сечении заготовки, при движении вдоль продольной оси заготовки, поворачиваются по винтовым траекториям. В процессе ковки такой заготовки с подачами 
на следующем проходе, осуществляются интенсивные сдвиговые деформации выступов и одновременное формирование новых выступов, перекрещивающихся с предыдущими выступами. Многократное повторение процесса ковки в таком режиме обеспечивает интенсивную деформационную проработку металла. Кроме того, в процессе ковки с обжатиями в вертикальной плоскости, превышающими обжатия в горизонтальной плоскости на 20-80%, обеспечивается интенсивная деформационная проработка структуры металла в осевой зоне поковки за счет значительных потоков вытеснения металла в поперечном сечении заготовки.
При обжатиях в вертикальной плоскости, превышающих обжатия в горизонтальной плоскости менее чем на 20%, не достигается существенное повышение качества металла, а при обжатиях в вертикальной плоскости, превышающих обжатия в горизонтальной плоскости более чем на 80%, возможны заковы на поверхности поковки.
При отношении 
не обеспечивается высокое качество металла, а при отношении 
возможны заковы на теле поковки.
После окончания первого этапа ковки продолжают ковку заготовки в этих же бойках с одинаковыми обжатиями в двух взаимно перпендикулярных плоскостях до выравнивания ее поверхности.
В процессе ковки с такими подачами поперечное сечение заготовки из эллиптического преобразуется в круглое. При этом выступы на поверхности заготовки деформируются, что также усиливает проработку структуры металла. Процесс ковки обычно ведут выдерживая известное соотношение: 
[3]. При отношении 
существенно уменьшается производительность процесса, а при отношении 
не происходит полного выравнивания поверхности поковки.
При необходимости, после второго этапа ковки осуществляют калибровку поковки в четырехбойковом ковочном устройстве для калибрующей ковки. Для этого предыдущее четырехбойковое ковочное устройство отсоединяют от пресса и с помощью инструментального стола выводят из рабочей зоны пресса, а вместо него устанавливают четырехбойковое ковочное устройство для калибрующей ковки.
После ковки патентуемым способом обеспечивается интенсивная деформационная проработка структуры металла по всему поперечному сечению заготовки, что приводит к существенному улучшению качества металла.
Пример.
Литые заготовки диаметром 180 мм из стали Р6М5Ф3 нагрели до температуры 1150°С и ковали на прессе усилием 5 МН в специальном четырехбойковом ковочном устройстве по патентуемому способу на поковки диаметром 70 мм. В четырехбойковом ковочном устройстве верхний и нижний бойки имели по два рабочих участка на каждом бойке, разделенные вырезами, а два других боковых бойка по одному рабочему участку, заходящему в вырезы верхнего и нижнего бойков. Результаты ковки представлены в таблице.
| Таблица. | ||||||
| № опыта | Технологические параметры | Балл карбидной неоднородности | Примечание | |||
| δ2/δ1 |  | δ мм от поверхности | 1/2 R | осевая зона | ||
| 1 | 0,9 | 3,2 | 3 | 5 | 6 | |
| 2 | 0,8 | 3,2 | 3 | 4 | 5 | |
| 3 | 0,5 | 3,2 | 2 | 3 | 4 | |
| 4 | 0,2 | 3,2 | 2 | 3 | 4 | |
| 5 | 0,1 | 3,2 | - | - | - | Заковы на теле поковки |
| 6 | 0,5 | 2,2 | 3 | 5 | 6 | |
| 7 | 0,5 | 2,6 | 3 | 4 | 5 | |
| 8 | 0,5 | 4,0 | 2 | 3 | 4 | |
| 9 | 0,5 | 4,2 | - | - | - | Заковы на теле поковки |
| 10 прототип | 1,0 | - | 3 | 5 | 6 | |
| Примечание: δ1, δ2 - обжатия в вертикальной и горизонтальной плоскостях, соответственно. |
Анализ данных, приведенных в таблице, показывает, что качество поковок, полученных предлагаемым способом (оцениваемое баллом карбидной неоднородности) выше, чем качество поковок, полученных по способу-прототипу. При изготовлении поковок диаметром 70 мм из стали Р6М5ФЗ карбидная неоднородность снижается на 1-2 балла.
Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР №1407639, кл. В 21 J 5/00, опубл. Бюл. изобр. №25, 1988 г.
2. Кн. Ковка на радиально-обжимных машинах / В.А.Тюрин, В.А.Лазоркин, И.А.Поспелов и др./ Под общ. ред. В.А.Тюрина. - М.: Машиностроение, 1990. - с.15-16.
3. Декларацiйний патент Украiни №34978 A, MKI В 21 J 13/02, опубл. в Бюл. винах.
1. Способ изготовления поковок, включающий нагрев заготовки и ковку ее в несколько этапов с обжатием в двух взаимно перпендикулярных плоскостях на ковочном прессе в четырехбойковом ковочном устройстве четырьмя бойками, верхний и нижний бойки которого имеют по два рабочих участка на каждом бойке, разделенных вырезами, а два других боковых бойка - по одному рабочему участку, заходящему в вырезы верхнего и нижнего бойков, подачи и кантовки, отличающийся тем, что на первом этапе ковку производят в несколько переходов с обжатиями в вертикальной плоскости, превышающими обжатия в горизонтальной плоскости на 20-80%, кантовками после каждого обжатия и подачами S, определяемыми из соотношения
где α - угол кантовки заготовки после каждого обжатия, рад.;
l - длина рабочего участка нижнего и верхнего бойков, мм;
π - постоянная величина,
а на втором этапе ковку осуществляют с одинаковыми обжатиями в двух взаимно перпендикулярных плоскостях до выравнивания поверхности заготовки.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что после второго этапа ковки осуществляют калибровку поковки в четырехбойковом ковочном устройстве для калибрующей ковки.
