Типичный процесс безштамповой ковки для типичных поковок
В условиях жесткой рыночной конкуренции и постоянного совершенствования технологий ковки предприятия стремятся к повышению коэффициента использования материала, что приводит к появлению различных практических новых технологий. В процессе ковки на больших гидравлических прессах правильная конструкция и использование некоторых блочных штампов и пластин-уловителей могут сократить припуски на обработку, сэкономить материалы и снизить производственные затраты. Однако это увеличивает затраты на пресс-формы и удлиняет производственный цикл. Иногда, если рассматривать исключительно с точки зрения проектирования процесса, неожиданных эффектов можно добиться за счет продуманной конструкции и полного использования закономерностей течения металла. Существует множество таких примеров в реальном производстве. В данной статье рассматриваются процессы безштамповой штамповки для трех различных типов поковок: больших сфер, подъемных крюков и относительно сложных по форме гнезд труб с уменьшенным раскрытием.
1. Процесс безштамповой штамповки для крупногабаритных сферических поковок
Некая компания по производству аэрокосмического оборудования имела две большие сферические поковки из стали 45# весом 5908 кг, выкованные из 8-тонного стального слитка, и сферическую поковку диаметром Φ1100 мм. Ранее многие производители гидравлических прессов не имели опыта в производстве таких поковок и обычно сначала рассматривали изготовление полусферических блок-штампов. Однако изготовление и обработка этих штампов не только занимает много времени, но и влечет за собой высокие затраты и создает значительные трудности. Основываясь на принципах формовки металлов и схемах течения, мы разработали новый процесс, показанный в Таблице 1, который был успешно внедрен в производство. Окончательная форма поковки представляла собой многогранную сферу, состоящую из бесчисленного множества мелких плоских поверхностей. После термообработки после ковки ультразвуковой контроль не выявил дефектов размером более Φ1 мм.
Этот процесс можно разделить на два этапа. На первом этапе приоритет отдается уплотнению и тщательной ковке в соответствии с принципами метода эффективной ковки с уплотнением, в то время как на втором этапе основное внимание уделяется формованию. На заключительном этапе формирования сферы, просто следуя отмеченной высоте на шкале гидравлического пресса и многократному сжатию краёв при вращении поковки клещами, естественным образом формируется сфера, состоящая из бесчисленных мелких граней. В процессе формования некоторые кромки и углы могут постепенно остывать, становясь тёмно-красными или даже чёрными. Однако, по мере того, как форма постепенно приближается к сфере, температура поверхности становится более равномерной, и температура кромок и углов снова повышается. После завершения сфера, состоящая из множества мелких граней, выглядит сверкающей и эффектной, особенно в ночной темноте.
2. Оптимизированный процесс ковки крюков
Традиционные процессы ковки крюков обычно включают прессование хвостовика, осадку, вытягивание плоского квадрата, надрезку, прокатку стержня и последующую горячую резку. Этот метод относительно затратен с точки зрения материала и приводит к большим припускам на механическую обработку. Это связано с тем, что при надрезке уступа для стержня крюка значительная разница в шаге часто приводит к ковке только конической поверхности. Основываясь на принципах течения металла, в новом методе примерно 85% материала для стержня крюка сначала запрессовывается в зажим для клещей во время прессования слитка. Затем, во время процесса осадки и вытяжки для формирования плоского квадрата, часть материала выдавливается в зажим для клещей при каждой осадке. Наконец, при прокатке зажима клещей он точно проковывается в заданную форму. Таким образом, для поковки крюка весом около 5 тонн новый метод часто снижает вес поковки более чем на 1 тонну по сравнению со старым методом. Для поковки крюка, изготовленной из материала 20Mn весом 10 330 кг и использующей слиток весом 16 тонн, новый процесс ковки показан в таблице.
3. Процесс безштамповой штамповки для седла трубы с уменьшенным отверстием
Седло трубы с уменьшенным отверстием имеет довольно сложную форму: один конец имеет большее отверстие, а другой – меньшее, а также конические внутренние и внешние стенки (более узкие сверху и более широкие снизу). Традиционно для изготовления такой детали требуется изготовление внутренней формы соответствующего размера. После ковки и предварительной формовки заготовка устанавливается в эту форму для окончательной формовки. В 2003 году компания получила срочный заказ на три поковки седла трубы с различными характеристиками. Материалом служил сплав 20MnMo, масса изделия составляла 12 567 кг, а масса слитка – 18 тонн. Из-за сжатых сроков поставки изготовление трёх разных комплектов форм было нецелесообразным. Благодаря детальному анализу и расчетам был разработан оригинальный процесс ковки, представленный в Таблице 3. Благодаря точному управлению операциями формовки без использования пресс-форм заказ был успешно выполнен и доставлен в срок. В процессе окончательной формовки седла трубной коробки видно, что использование верхней плоской наковальни и нижнего поворотного стола, а также вращение верхнего конца цилиндра с помощью узкой наковальни обеспечивает перемещение материала как к внутреннему, так и к наружному диаметру. Впоследствии, при прокатке по наружному кругу, металл продолжает двигаться к внутреннему отверстию, в то время как нижняя торец цилиндра остается практически недеформированным (при необходимости можно использовать водяное охлаждение). Повторение этого процесса примерно три раза позволяет достичь требуемой формы поковки.
В процессе окончательной формовки седла трубной коробки можно заметить, что использование верхней плоской наковальни и нижнего поворотного стола с узким вращением наковальни для прессования верхнего торца цилиндра обеспечивает перемещение материала как к внутреннему отверстию, так и к наружному диаметру. Впоследствии, при прокатке по наружному кругу, металл продолжает продвигаться к внутреннему отверстию, в то время как нижний торец цилиндра остаётся практически недеформированным (при необходимости можно использовать водяное охлаждение). Повторение этого процесса примерно три раза позволяет получить требуемую форму поковки.
4. Заключение
(1) Умело используя принципы течения металла, сложные поковки часто можно изготавливать, используя только методы свободной ковки.
(2) Оптимизация процессов ковки может значительно снизить производственные затраты и сократить производственный цикл. (Эта статья взята из публичного отчета Forging Technology Circle. Настоящим делается специальное уведомление.)
