RU2431539C1

RU2431539C1 - Method of producing large-size hollow forgings

Info

Publication number: RU2431539C1
Application number: RU2010106779/02A
Authority: RU
Inventors: Алексей Михайлович Володин (RU); Алексей Михайлович Володин; Владислав Алексеевич Сорокин (RU); Владислав Алексеевич Сорокин; Николай Павлович Петров (RU); Николай Павлович Петров; Павел Николаевич Петров (RU); Павел Николаевич Петров; Андрей Григорьевич Уваров (RU); Андрей Григорьевич Уваров; Сергей Михайлович Хориков (RU); Сергей Михайлович Хориков; Виктор Андреевич Лазоркин (UA); Виктор Андреевич ЛАЗОРКИН
Original assignee: Открытое Акционерное Общество "Тяжпрессмаш"
Priority date: 2010-02-24
Filing date: 2010-02-24
Publication date: 2011-10-20
Also published as: RU2010106779A

Abstract

FIELD: process engineering.

SUBSTANCE: invention relates to metal forming and may be used at roll mill cutting sections. Heated hollow forging is forged at hydraulic forging press by two hammer blocks on long mandrel with feed and canting. At forging final stage, a groove is made at biller center by said two hammer blocks. Then, produced billet is heated and forged at hydraulic forging press on short mandrel in four-hammer block device. Note here that billet if fed relative to short mandrel and canting. Every part of billet located on both sides of said groove is forged from groove edge to billet edge.

EFFECT: higher efficiency and precision.

5 dwg, 2 ex

Description

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

Изобретение может быть использовано в кузнечных и кузнечно-прессовых цехах на машиностроительных и металлургических заводах при изготовлении крупных полых поковок (гладких и ступенчатых) из различных сталей и сплавов.The invention can be used in forging and forging shops at engineering and metallurgical plants in the manufacture of large hollow forgings (smooth and stepped) 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 with 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 большего поперечного сечения, 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 a large mass and a larger cross section on the ROM, which limits the use of this process.

Известен 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 с одной стороны заготовки устанавливают технологическую вставку, диаметр которой равен внутреннему диаметру полой заготовки (патент РФ №2362647 от 04.07.2007 г., МКИ В21К 21/00, B21J 1/04).A known method of manufacturing hollow forgings, including 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-side forging device with a degree of deformation of 2-15% with each single reduction. Before clamping a hollow billet with a manipulator, a technological insert is installed on one side of the billet, the diameter of which is equal to the inner diameter of the hollow billet (RF patent No. 2362647 of July 4, 2007, MKI V21K 21/00, B21J 1/04).

Этот способ обеспечивает получение крупногабаритных полых поковок. Недостатком этого 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 большой длины, так как в процессе ее ковки на технологической вставке практически отсутствует вытяжка полой заготовки.This method provides for obtaining large hollow forgings. The disadvantage 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 large length, since in the process of forging on the technological insert there is practically no exhaust of the hollow billet.

Известен также способ изготовления крупногабаритных полых поковок, принятый в качестве прототипа (Кузьминцев В.Н. Ковка на молотах и прессах: Учебник для сред. проф.-техн. училищ. - М.: Высш. школа, 1979. С.98-99).There is also a known method of manufacturing large hollow forgings, adopted as a prototype (Kuzmintsev V.N. Forging on hammers and presses: A textbook for medium prof. Technical schools. - M.: Higher school, 1979. P.98-99 )

Способ заключается в том, что в нагретую полую заготовку устанавливают длинную оправку с небольшим зазором и удерживают при ковке с одного или двух сторон на цепях крана или другим способом. Ковку производят двумя бойками, обжимая участки заготовки в определенной последовательности, расковывая их таким образом по поверхности оправки, без перемещения оправки относительно исходной заготовки или заготовки относительно оправки. После окончания ковки оправку удаляют из поковки гидравлическим экстрактором или путем перемещения стола пресса. Известный способ позволяет получать полые поковки больших поперечных сечений, в том числе из слитков.The method consists in the fact that a long mandrel with a small gap is installed in a heated hollow billet and held during forging on one or two sides on crane chains or in another way. Forging is carried out by two strikers, compressing sections of the workpiece in a certain sequence, uncoiling them in this way along the surface of the mandrel, without moving the mandrel relative to the original workpiece or workpiece relative to the mandrel. After forging, the mandrel is removed from the forgings by a hydraulic extractor or by moving the press table. The known method allows to obtain hollow forgings of large cross sections, including from ingots.

Однако этот способ отличается низкой производительностью, так как требует частой замены оправок при изготовлении поковок значительной длины (более чем в 3 раза превышающую длину исходной заготовки) из-за быстрого остывания заготовки, находящейся в постоянном контакте с большей частью поверхности оправки. Известным способом невозможно получить крупногабаритные полые поковки большой длины (более чем в 5 раз превышающие длину исходной заготовки). Кроме того, этот способ не позволяет получить полые поковки высокой точности.However, this method is characterized by low productivity, since it requires frequent replacement of mandrels in the manufacture of forgings of considerable length (more than 3 times the length of the original workpiece) due to the rapid cooling of the workpiece in constant contact with most of the surface of the mandrel. In a known manner it is impossible to obtain large-sized hollow forgings of large length (more than 5 times the length of the original billet). In addition, this method does not allow to obtain hollow forgings of high accuracy.

В основу изобретения поставлена задача, путем усовершенствования способа изготовления крупногабаритных полых поковок на ковочных прессах, обеспечить повышение производительности и точности при изготовлении поковок значительной длины (при l<l_п/l₀<4,5, где: l_п - длина поковки; l₀ - длина исходной заготовки), а также обеспечить возможность получения поковок большой длины (при l_п/l₀>4,5).The basis of the invention is the task, by improving the method of manufacturing large hollow forgings on forging presses, to increase productivity and accuracy in the manufacture of forgings of considerable length (for l <l _p / l ₀ <4.5, where: l _p is the length of the forging; l ₀ is the length of the initial billet), and also provide the possibility of obtaining forgings of large length (with l _p / l ₀ > 4.5).

Поставленная задача достигается тем, что в способе изготовления крупногабаритных полых поковок, включающем нагрев полой заготовки до температуры деформации, ковку ее на гидравлическом ковочном прессе двумя бойками на длинной оправке с подачами и кантовками и последующее снятие ее с этой оправки, новым является то, что на последней стадии ковки заготовки двумя бойками, в средней ее части, по всему периметру заготовки формируют канавку, после чего полученную заготовку подогревают и куют ее на гидравлическом ковочном прессе на короткой оправке в четырехбойковом ковочном устройстве с подачами заготовки относительно оправки и кантовками, при этом ковку каждой части заготовки, расположенной по обе стороны от канавки, производят от канавки к краям заготовки.The problem is achieved in that in the method of manufacturing large hollow forgings, which includes heating the hollow billet to a deformation temperature, forging it on a hydraulic forging press with two strikers on a long mandrel with feeds and tilting and its subsequent removal from this mandrel, new is that the last stage of forging a workpiece by two strikers, in its middle part, a groove is formed around the entire perimeter of the workpiece, after which the resulting workpiece is heated and forged on a hydraulic forging press for a short time Four-die forging in avke device feeds the workpiece relative to the mandrel, and tilting, while forging each preform portion located on both sides of the groove produced by the groove to the edges of the workpiece.

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

Полую заготовку, полученную методами литья, обработки давления или механической обработки, нагревают до температуры пластической деформации и подают на гидравлический ковочный пресс, где ее захватывает манипулятор пресса. Нагретую заготовку с наружным диаметром d₀, внутренним диаметром d_вн и длиной l₀ подают манипулятором под бойки пресса, а затем, с другой стороны в заготовку с помощью крана или другого манипулятора вставляют коническую оправку с небольшим зазором (см. Кузьминцев В.Н. Ковка на молотах и прессах: Учебник для сред. проф.-техн. училищ. - М.: Высш. школа, 1979. - С.98-99) (фиг.1). Обжатия заготовки осуществляют двумя бойками: нижний вырезной, верхний плоский. Во избежание застревания поковки на оправке протяжку выполняют в определенной последовательности. Сначала куют кольцевой участок а, затем до промежуточного размера куют участок b, после чего обжимают до размеров, близких к окончательным, соответственно участки f, e и с (фиг.1). После этого доводят до окончательных размеров участки b, f, e и с (фиг.1). Затем устанавливают заготовку под бойки так, чтобы они располагались над средней частью заготовки, и формируют на ней кольцевую канавку. После ковки из полученной заготовки удаляют оправку гидравлическим экстрактором либо с помощью выдвижного стола пресса. Полученную промежуточную заготовку с наружным диаметром d₁, длиной l₁ и кольцевой канавкой (фиг.2) подогревают до температуры деформации, подают манипулятором 1 в рабочую зону гидравлического ковочного пресса, заводят с помощью манипулятора 2 короткую оправку 3 и куют на ковочном прессе одновременно четырьмя бойками 4 в четырехбойковом ковочном устройстве на этой короткой оправке, установленной неподвижно в зоне деформации, с подачами заготовки 5 относительно оправки 3 и кантовками после каждого обжатия (фиг.3). Для ковки используют специальное четырехбойковое ковочное устройство (см. патент РФ №2314175, МКИ B21J 13/02, 2005 г.) и бойки с наклонными рабочими участками. При этом ковку каждой части заготовки, расположенной по обе стороны от канавки, производят от канавки к краям заготовки (фиг.3). Вначале куют одну часть заготовки, а затем, после поворота заготовки на 180°, куют вторую ее часть (фиг.3, 4). В случае, если температура металла опускается ниже допустимой, заготовку дополнительно подогревают до температуры пластической деформации и доковывают до окончательных размеров поковки с размерами: d_п - наружный диаметр; d_вн.п.- средний внутренний диаметр; l_п. - длина поковки (фиг.5).The hollow billet obtained by casting, pressure processing or machining is heated to a temperature of plastic deformation and fed to a hydraulic forging press, where it is captured by a press manipulator. A heated billet with an outer diameter of d ₀ , an inner diameter of d _ext and a length of l _{0 is} fed by the manipulator to the press head, and then, on the other hand, a conical mandrel with a small clearance is inserted into the workpiece using a crane or other manipulator (see V.N. Kuzmintsev Forging on hammers and presses: A textbook for secondary vocational and technical schools. - M .: Higher school, 1979. - P.98-99) (figure 1). Compression of the workpiece is carried out by two strikers: lower cut, upper flat. In order to avoid jamming of the forgings on the mandrel broaching is performed in a certain sequence. First, they forge the annular section a, then forge an intermediate section b, then compress them to sizes close to the final, respectively, sections f, e and c (Fig. 1). After that, sections b, f, e and c are brought to final sizes (Fig. 1). Then set the workpiece under the strikers so that they are located above the middle part of the workpiece, and form an annular groove on it. After forging, the mandrel is removed from the obtained workpiece by a hydraulic extractor or by using a sliding press table. The obtained intermediate billet with an outer diameter of d ₁ , length l ₁ and an annular groove (Fig. 2) is heated to a deformation temperature, fed by a manipulator 1 to the working area of a hydraulic forging press, a short mandrel 3 is started using a manipulator 2, and forged on the forging press simultaneously with four the strikers 4 in the four-side forging device on this short mandrel mounted motionless in the deformation zone, with the feed of the workpiece 5 relative to the mandrel 3 and tilting after each crimping (figure 3). For forging, a special four-forging device is used (see RF patent No. 2314175, MKI B21J 13/02, 2005) and strikers with inclined working sections. While forging each part of the workpiece located on both sides of the groove, produce from the groove to the edges of the workpiece (figure 3). First, forged one part of the workpiece, and then, after turning the workpiece 180 °, forged the second part (Figs. 3, 4). If the temperature of the metal drops below the permissible value, the workpiece is additionally heated to the temperature of plastic deformation and docked to the final dimensions of the forgings with the dimensions: d _p - outer diameter; d _int.p. - average internal diameter; l _p - the length of the forgings (figure 5).

Первый этап ковки на ковочном прессе двумя бойками на длинной оправке необходим для формирования промежуточной заготовки, которую было бы удобно ковать на втором этапе на короткой оправке. Если ковку начинать сразу на короткой оправке, существенно снижается производительность процесса изготовления полой поковки. Канавка, которую формируют при ковке на длинной оправке, необходима для того, чтобы при последующей ковке на короткой оправке не происходили заковы короткой оправки и не было резкого роста усилия ковки при первом обжатии центрального участка заготовки, т.к. это может привести к браку поковки и снижению производительности процесса. Для этой же цели ковку на короткой оправке осуществляют от канавки к краю заготовки.The first stage of forging on the forging press by two strikers on a long mandrel is necessary for the formation of an intermediate workpiece, which would be convenient to forge at the second stage on a short mandrel. If forging is started immediately on a short mandrel, the productivity of the hollow forgings manufacturing process is significantly reduced. The groove, which is formed during forging on a long mandrel, is necessary so that during subsequent forging on a short mandrel there are no short mandrels and there is no sharp increase in the forging force during the first compression of the central section of the workpiece, since this can result in rejected forgings and reduced process performance. For the same purpose, forging on a short mandrel is carried out from the groove to the edge of the workpiece.

Пример 1. Изготовили полый слиток с наружным диаметром 1160 мм и внутренним диаметром 450 мм из стали 38Х2Н2МА. Затем слиток обточили и получили заготовку с размерами: наружный диаметр 1100 мм, внутренний диаметр 500 мм и длиной 1020 мм. Полученную заготовку нагрели в камерной газовой печи до температуры 1140°С, подали к гидравлическому ковочному прессу силой 20 МН, зажали в губках манипулятора, установили в ее полость с помощью второго манипулятора длинную оправку и подали заготовку в зону ковки. Ковку осуществляли двумя бойками: нижний вырезной, верхний плоский, а на последней стадии сформировали в средней части заготовки канавку по всему ее периметру. После этого этапа ковки из заготовки удалили оправку с помощью гидравлического экстрактора, а заготовку с размерами: наружный диаметр 750 мм, внутренний диаметр 480 мм, длина 3000 мм, отправили на подогрев в печь. После подогрева данной заготовки ее подали с помощью манипулятора к гидравлическому ковочному прессу. Предварительно, перед ковкой на пресс устанавливают четырехбойковое ковочное устройство с четырьмя бойками, каждый из которых имеет наклонный заходный участок и калибрующий участок. С помощью манипулятора заготовку подают в рабочее пространство четырехбойкового ковочного устройства, которое предварительно, с помощью подвижной траверсы пресса, раскрывают на необходимый размер. Затем с помощь второго манипулятора подают в полость заготовки короткую оправку и производят ковку заготовки одновременно четырьмя бойками на этой короткой оправке, установленной неподвижно в зоне деформации, с подачами и кантовками заготовки. Ковку осуществляли от канавки к краю заготовки. Затем заготовку развернули на 180° и таким же образом проковали вторую часть заготовки. В результате ковки получили поковку с размерами: наружный диаметр 630 мм, внутренний диаметр 433 мм, длина 4630 мм.Example 1. A hollow ingot with an outer diameter of 1160 mm and an inner diameter of 450 mm was made of steel 38Kh2N2MA. Then the ingot was turned and a workpiece was obtained with dimensions: outer diameter 1100 mm, inner diameter 500 mm and 1020 mm long. The obtained billet was heated in a chamber gas furnace to a temperature of 1140 ° C, fed to a hydraulic forging press with a force of 20 MN, clamped in the jaws of the manipulator, a long mandrel was installed in its cavity using the second manipulator, and the billet was fed into the forging zone. Forging was carried out by two strikers: the lower notch, the upper flat, and at the last stage, a groove was formed in the middle of the workpiece around its entire perimeter. After this forging step, the mandrel was removed from the workpiece using a hydraulic extractor, and the workpiece with dimensions: outer diameter 750 mm, inner diameter 480 mm, length 3000 mm, was sent to the furnace for heating. After heating this billet, it was fed using a manipulator to a hydraulic forging press. Previously, before forging, a four-side forging device with four strikers is installed on the press, each of which has an inclined entry section and a calibrating section. Using the manipulator, the workpiece is 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. Then, with the help of the second manipulator, a short mandrel is fed into the billet cavity and the billet is forged simultaneously by four strikers on this short mandrel, which is mounted motionless in the deformation zone, with the billet feeds and tilts. Forging was carried out from the groove to the edge of the workpiece. Then the workpiece was turned through 180 ° and the second part of the workpiece was forged in the same way. As a result of forging, a forging was obtained with the dimensions: outer diameter 630 mm, inner diameter 433 mm, length 4630 mm.

Для сравнения такой же слиток из стали 38Х2Н2МА проковали по способу-прототипу на гидравлическом ковочном прессе с использованием трех длинных оправок и двух бойков.For comparison, the same 38Kh2N2MA steel ingot was forged according to the prototype method on a hydraulic forging press using three long mandrels and two strikers.

Сравнение двух способов изготовления поковок показало, что производительность процесса изготовления по патентуемому способу в 1,7 выше, чем по способу-прототипу. Кроме того, припуски и допуски на поковку, полученную по патентуемому способу, уменьшились на 40-50% по сравнению с припусками и допусками на поковку, полученную по способу-прототипу.A comparison of the two methods for manufacturing forgings showed that the productivity of the manufacturing process by the patented method is 1.7 higher than by the prototype method. In addition, the allowances and tolerances for forging obtained by the patented method, decreased by 40-50% compared with the allowances and tolerances for forging obtained by the prototype method.

Пример 2. Изготовили слиток с наружным диаметром 1700 мм, внутренним диаметром 800 мм, длиной 2000 мм из стали 38Х2Н2МА. Из этого слитка по патентуемому способу изготовили полую поковку с размерами: наружный диаметр 700 мм, внутренний диаметр 400 мм, длина 13000 мм.Example 2. An ingot was made with an outer diameter of 1700 mm, an inner diameter of 800 mm, and a length of 2000 mm from steel 38Kh2N2MA. From this ingot according to the patented method a hollow forging was made with the dimensions: outer diameter 700 mm, inner diameter 400 mm, length 13000 mm.

Для сравнения такой же слиток из стали 38Х2Н2МА пытались проковать по способу-прототипу, чтобы изготовить аналогичную поковку с использованием нескольких сменных длинных оправок. Однако при ковке заготовки на оправке длиной 9500 мм на заготовке образовались глубокие трещины и ее невозможно было снять с оправки.For comparison, they tried to forge the same 38Kh2N2MA steel ingot according to the prototype method in order to make a similar forging using several replaceable long mandrels. However, when forging a workpiece on a mandrel with a length of 9500 mm, deep cracks formed on the workpiece and it was impossible to remove it from the mandrel.

Таким образом, патентуемый способ изготовления крупногабаритных полых поковок обеспечивает по сравнению с известными способами получение полых поковок, у которых длина поковки превышает длину исходной заготовки в 4,5 раза.Thus, the patented method of manufacturing large hollow forgings provides, compared with known methods, the production of hollow forgings in which the length of the forgings exceeds the length of the original billet by 4.5 times.

Claims

A method of manufacturing large hollow forgings, including heating the hollow billet to a deformation temperature, forging the hollow billet on a hydraulic forging press with two bumps on a long mandrel with feeds and tilts and its subsequent removal from the said mandrel, characterized in that at the last stage of forging by two bumps in the middle parts of the preform around its entire perimeter form a groove, after which the resulting preform is heated and forged on a hydraulic forging press with a short mandrel in a four-side forging unit roystve workpiece with respect to the mandrel, and tilting, while forging each preform portion located on both sides of the groove produced by the groove edge to edge of the preform.