СЛИТОК ДЛЯ ДЕФОРМИРОВАНИЯ

Изобретение относится к кузнечно-прессовому производству и может быть использовано кузнечно-прессовых цехах металлургических и машиностроительных заводов, преимущественно на прессах свободной ковки крупных слитков.
Известен слиток для деформирования, поперечное сечение которого выполнено рельефным. (Авторское свидетельство СССР №426737, Способ прокатки труб, МПК В21В 19/04, от 05.05.1974).
Однако форма поперечного сечения такого слитка не позволяет достигать существенного снижения ликвации и дефектов усадочного происхождения в его осевой зоне, вследствие чего при ковке не обеспечивается благоприятная схема напряженного состояния с по меньшей мере минимумом растягивающих напряжений и, как следствие, нередко не только не позволяет интенсифицировать проработку литой структуры, но и приводит к возникновению внутренних разрывов - дефектов ковки.
Известен слиток, уширенный кверху, две противоположные грани которого выполнены с одинаковой по всей высоте суммарной конусностью, а две другие - с переменной по высоте суммарной конусностью (Авторское свидетельство СССР №747611, Слиток, МПК B22D 7/00, от 15.07.80).
Выполнение такого слитка с переменной по высоте суммарной конусностью обеспечивает смещение тепловых центров кристаллизации в нижней и верхней его частях, следствием чего является улучшение качества осевой части слитка и, как следствие, увеличение выхода годного. Вместе с тем, форма поперечного сечения такого слитка не позволяет минимизировать величину укова вследствие недостаточного развития сдвиговых деформаций.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому является слиток для деформирования, имеющий трехлучевое сечение с наклоном вершин лучей от донной его части к вершинам лучей головной части (Тюрин В.А. Теория и процессы ковки слитков на прессах. - М.: Машиностроение, 1979, с. 145, рис. 4.14).
Недостатком наиболее близкого аналога является, как и ранее приведенных аналогов, недостаточное развития сдвиговых деформаций, что снижает качество изделий при ковке.
Технической проблемой обработки металлов давлением является получение высококачественного слитка, обеспечивающего при ковке и прокатке проработку литой структуры, высокий уровень физико-механических свойств и эксплуатационных характеристик.
Техническим результатом предлагаемого решения является повышение качества поковок путем повышения плотности изготавливаемых из слитка поковок.
-4
-4
Поставленный технический эффект достигается тем, что в слитке для деформирования, имеющем трехлучевое поперечное сечение в виде лучей, вершины которых расположены по их центру симметричными выступами, согласно предлагаемому решению, по меньшей мере у одного из лучей по центру его вершины выполнена впадина, форма которой идентична и противоположна форме выступа на остальных лучах слитка площадью поперечного сечения от l,6⋅10⋅S до 2,3⋅10⋅S, где S - площадь поперечного сечения слитка.
Выполнение слитка заявляемой конструкции превращает симметричное поперечное сечение слитка в асимметричное. Это способствует интенсификации сдвиговых деформаций, в наибольшей степени отвечающих за проработку литой структуры поковок, что повышает их плотность, и, как следствие, позволяет минимизировать величину укова, обеспечивая ресурсо- и энергосберегающие показатели процесса свободной ковки таких слитков, в том числе за счет сокращения продолжительности процесса производства поковок путем исключения осадки и уменьшения количества выносов с сопутствующим снижением угара металла поковок.
Предлагаемый слиток для деформирования изображен на фиг. 1-3, где на фиг. 1 изображено поперечное сечение слитка с впадиной на одном из лучей слитка, на фиг. 2 - тоже с впадинами на двух лучах, на фиг. 3 - схема деформации слитка в комбинированных бойках.
Слиток для деформирования имеет поперечное сечение в виде трех лучей 1, 2 и 3 (фиг. 1). Суммарную площадь слитка S. У лучей слитка по центру их вершин выполнены выступы 4 и, по меньшей мере, одна впадина 5, форма которой идентична и противоположна форме выступов 4 на остальных лучах слитка.
-4
-4
Выполнение у лучей слитка по центру их вершин по меньшей мере одной впадины площадью менее 1,6⋅10⋅S не обеспечивает достаточной интенсификации сдвиговых деформаций для проработки литой структуры физической среды материала осевой зоны слитков, а выполнение по меньшей мере одной впадины площадью более 2,3⋅10⋅S минимизирует вероятность образования поверхностных дефектов в виде зажимов.
Деформация предлагаемого слитка осуществляется следующим образом.
Предлагаемый деформации слиток, подвергнутый нагреву до ковочной температуры, размещают на нижнем вырезном бойке 6 (фиг. 3) с одинаковым расположением двух из трех лучей слитка (лучи 1 и 2) с впадинами 5 на их вершинах и выступом 4 на луче 3. Сверху подводят плоский боек 7 и посредством его перемещения по направлению к нижнему вырезному бойку 6 осуществляют обжатие на величину, по меньшей мере, 9-12%. При этом в поперечном сечении обжимаемого слитка образуются зоны интенсификации сдвиговых деформаций 8 как результат вклинивания выступа 4 на вершине по центру луча 3 слитка и выступов 9, образованных вследствие выполнения впадин 5, в тело слитка. Вклинивание, как продолжение деформирующего инструмента (бойков), выступов 4 и 9 происходит вследствие их неизбежного подстуживания по отношению к срединным слоям слитка в процессе подачи его от нагревательной печи к гидравлическому прессу и размещения на нижнем вырезном бойке 6.
В результате первичного обжатия предлагаемого слитка поковка дополнительно получает ассиметричное поперечное сечение, что способствует дальнейшей интенсификации сдвиговых деформаций и уплотнению (компактированию) физической среды материала обжимаемого слитка с одновременной заваркой несплошностей (пустот и внутренних трещин), обеспечивая повышение плотности поковок.
Согласно предлагаемому решению была изготовлена опытно-промышленная партия эквивалентных по массе (8 т) из углеродистой стали 35 кузнечных слитков с трехлучевым поперечным сечением аналога и предлагаемого технического решения.
ВП
ВПверх
верх
Пниз
низ
низ
2
-4
2
2
-4
2
Площадь поперечного сечения S впадин 5 на вершинах у двух лучей 1 и 2 слитков предлагаемого технического решения составляла 104,8 см(S = 2,2⋅10⋅S, где S = 502400 см) в верхней их части (подприбыльной) и 70,5 см {SB = 1,6⋅10⋅S, где S = 440550 см) в нижней (придонной) их части (в обеспечение извлечения слитков из изложниц), вследствие чего глубина впадин 5 в верхней и нижней частях слитков равнялась 5,9 см и 5,0 см соответственно.
В таблице 1 приведены результаты опытно-промышленного опробования ковки слитков - аналога и предлагаемого технического решения и их компьютерного моделирования с использованием метода конечных элементов (МКЭ) в рамках специализированного программного комплекса DEFORM-3D. В случае применения предлагаемых слитков по отношению к применению слитков аналога за счет интенсификации сдвиговых деформаций Н увеличивается величина накопленной степени деформации Λ и, соответственно, снижается ультразвуковая отбраковка поковок валов по DIN-требованиям и ASTM-стандартам благодаря более высокой степени уплотнения физической среды материала поковок - повышения измеренной методом объемно-весового гидростатического взвешивания по различию теоретической (эталонной) и действительной плотности образцов, по меньшей мере, в среднем на 13,5% в осевой поковок и на 17,2% в их подповерхностных слоях.
Предлагаемый слиток найдет применение кузнечно-прессовых цехах металлургических и машиностроительных заводов.