СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛЫХ ПОКОВОК
METHOD OF PRODUCING HOLLOW FORGED PIECES

Изобретение относится к обработке металлов давлением, а именно к способам изготовления полых поковок ковкой на оправках. Изобретение может быть использовано в кузнечных и кузнечно-прессовых цехах на машиностроительных и металлургических заводах при изготовлении на гидравлических ковочных прессах и радиально-ковочных машинах (РКМ) полых поковок труб, валов, осей, цилиндров (гладких и ступенчатых), круглого поперечного сечения из различных сталей и сплавов. Известен способ изготовления полых поковок, включающий нагрев полой заготовки, установку в ее полость оправки и последующую ковку заготовки одновременно четырьмя бойками на РКМ за один или несколько проходов с подачами и кантовками (Ростовщиков В.А. Технология и оборудование для формообразования поковок горячим радиальным обжатием // Кузнечно-штамповочное производство, 1987. №6. С.10-13).
Этот способ отличается высокой производительностью и позволяет получать полые поковки высокой точности с минимальными припусками на механическую обработку.
Недостатком данного способа является то, что иногда, при неправильном выборе режимов ковки или подстуживании заготовки в процессе ковки, возможно залипание оправки на заготовке и последующее ее заковывание, что приводит к резкому росту сил трения между оправкой и заготовкой, приводящему, в свою очередь, к повышению нагрузок на манипуляторы и механизм крепления оправки, превышающих допустимые. Резкое повышение нагрузок на манипуляторы и механизм крепления оправки может привести к их поломке. Кроме того, на РКМ не всегда возможно изготовить поковки большой массы, а сами РКМ относятся к уникальному и дорогому оборудованию.
Известен также способ изготовления полых поковок, включающий нагрев полой заготовки до температуры деформации, установку в ее полость оправки, ковку заготовки на гидравлическом ковочном прессе на оправке и последующее удаление оправки (Кузьминцев В.Н. Ковка на молотах и прессах: Учебник для средних проф.-техн. Училищ. - М.: Высш. школа, 1979. С.98-99).
В известном способе в нагретую полую заготовку устанавливают длинную оправку с небольшим зазором и удерживают при ковке с одной или двух сторон на цепях крана или манипулятором, а ковку производят двумя бойками, обжимая участки заготовки в определенной последовательности без перемещения заготовки относительно оправки. После окончания ковки оправку удаляют из поковки гидравлическим экстрактором или путем перемещения стола пресса.
Известный способ позволяет получать различные полые поковки, в том числе больших поперечных сечений, из полых заготовок и слитков на гидравлических ковочных прессах.
Недостатком известного способа является то, что при его осуществлении требуются большие усилия для снятия заготовки с оправки, а в некоторых случаях, из-за заковывания оправки и возникающих при этом больших силах трения между оправкой и заготовкой, не удается снять последнюю с оправки без изменения формы заготовки. Это чаще всего наблюдается при получении поковок большой длины, у которых длина поковки превышает длину исходной заготовки более чем в 6 раз. Возникающие из-за роста сил трения большие нагрузки на манипулятор и пресс могут привести к поломке оборудования. Кроме того, увеличиваются энергозатраты в процессе ковки и удаления оправки.
В основу изобретения поставлена задача, путем усовершенствования способа изготовления полых поковок, уменьшить силы трения между оправкой и заготовкой, и за счет этого уменьшить нежелательные нагрузки на кузнечно-прессовое оборудование и уменьшить энергозатраты. Поставленная задача достигается тем, что в способе изготовления полых поковок, включающем нагрев полой заготовки до температуры деформации, установку в ее полость оправки, ковку заготовки на оправке и последующее удаление оправки, новым является то, что в процессе ковки и удаления оправки в заготовке и оправке возбуждают ультразвуковые колебания, направленные параллельно силам трения и поверхности контакта заготовки с оправкой.
Поставленная задача достигается также тем, что ковку заготовки осуществляют в четырехбойковом ковочном устройстве.
Предлагаемый способ изготовления полых поковок осуществляют следующим образом.
Полую заготовку нагревают до температуры ковки и подают с помощью транспортного средства к гидравлическому ковочному прессу или РКМ, где ее захватывает манипулятор. Манипулятор доставляет эту полую заготовку в рабочую зону ковочного агрегата, после чего с помощью специального устройства или манипулятора в эту заготовку устанавливают оправку. Затем осуществляют ковку заготовки на оправке бойками пресса или РКМ. В процессе ковки в заготовке и оправке возбуждают ультразвуковые колебания, направленные параллельно силам трения и поверхности контакта заготовки с оправкой. Известно, что возбуждение ультразвуковых колебаний в инструменте и заготовке в процессе деформации приводит к снижению сил контактного трения между заготовкой и инструментом (см. А.С. СССР №232729, МПК В23k, 1968 г.). В процессе ковки полой заготовки на оправке уменьшается трение между заготовкой и оправкой и, как следствие, усилие деформирования. Максимальное уменьшение сил трения между заготовкой и оправкой достигается в том случае, когда ультразвуковые колебания направлены параллельно силам трения и поверхности контакта заготовки с оправкой. Силы трения между заготовкой и оправкой, препятствующие удалению оправки из заготовки, параллельны продольной оси оправки. Следовательно, ультразвуковые колебания возбуждают параллельно продольной оси оправки. При последующем удалении оправки из полости заготовки в заготовке и оправке также возбуждают ультразвуковые колебания, направленные параллельно силам трения и поверхности контакта заготовки с оправкой (параллельно продольной оси оправки). Это также существенно уменьшает трение между заготовкой и оправкой и, как следствие, усилие снятия заготовки с оправки. Все это приводит к уменьшению нагрузок на механизмы ковочного оборудования. В первую очередь это относится к нагрузкам в направлении продольной оси оправки, которые могут привести к поломке механизмов кузнечно-прессового оборудования. Кроме того, уменьшаются энергозатраты в процессе ковки и снятия заготовки с оправки.
Процесс ковки может осуществляться в четырехбойковом ковочном устройстве на гидравлическом ковочном прессе (см. патент РФ №2314175, МПК В21J 3/02, 2005 г.). В этом случае также в заготовке и оправке возбуждают ультразвуковые колебания.
Возможен также случай, когда в процессе ковки в заготовке и оправке ультразвуковые колебания не возбуждают. В этом случае ультразвуковые колебания возбуждают только в процессе удаления оправки. Такой вариант изготовления можно осуществлять в процессе изготовления полых поковок как при ковке на РКМ, так и при ковке на прессе, в том числе при ковке полых заготовок на ковочном прессе двумя бойками (см. Кузьминцев В.Н. Ковка на молотах и прессах: Учебник для сред. проф.-техн. училищ. - М.: Высш. школа, 1979. - С.98-99). В этом случае существенно уменьшаются силы трения между заготовкой и оправкой и, как следствие, уменьшается усилие снятия заготовки с оправки.
Пример 1. Полую заготовку из стали 38Х2Н2МА с размерами: наружный диаметр 750 мм, внутренний диаметр 480 мм, длина 3000 мм, нагрели в камерной газовой печи до температуры 1150°С и подали с помощью крана к гидравлическому ковочному прессу силой 25 МН, где эту заготовку зажали в губках манипулятора. Предварительно перед ковкой на ковочный пресс установили четырехбойковое ковочное устройство с четырьмя бойками. Полую заготовку с помощью манипулятора завели в рабочую зону пресса, а в саму заготовку с помощью другого манипулятора установили оправку диаметром 440 мм. После этого осуществляли ковку этой полой заготовки одновременно четырьмя бойками с подачами и кантовками заготовки. В процессе всей ковки в заготовке и оправке возбуждали ультразвуковые колебания с частотой 18,2 кГц и амплитудой 12 мкм, направленные параллельно силам трения и поверхности контакта заготовки с оправкой, то есть параллельно продольной оси оправки. Эти колебания сообщали оправке и заготовке с помощью магнитострикционного преобразователя ПМС 15А-18, питающегося от ультразвукового генератора УЗК 1-4.
Для сравнения провели ковку такой же полой заготовки в четырехбойковом ковочном устройстве на прессе силой 25 МН без возбуждения ультразвуковых колебаний в заготовке и оправке.
Сравнение двух способов изготовления полых поковок показало, что при ковке с возбуждением ультразвуковых колебаний усилие ковки уменьшалось на 15-20%, а усилие перемещения оправки уменьшалось в 2,2-3,0 раза, по сравнению с известным способом, что указывает на существенное уменьшение сил трения между заготовкой и оправкой. Уменьшились также энергозатраты на весь процесс изготовления поковки. Залипания и заковов оправки в процессе ковки не было.
Пример 2. Полую заготовку из стали 38Х2Н2МА с размерами: наружный диаметр 1100 мм, внутренний диаметр 500 мм, длина 1020 мм, нагрели в камерной газовой печи до температуры 1150°С и подали с помощью крана к гидравлическому ковочному прессу силой 25 МН, где эту заготовку зажали в губках манипулятора. Затем с помощью манипулятора полую заготовку завели в рабочую зону пресса, а в саму заготовку с другой ее стороны установили длинную оправку диаметром 480 мм. Ковку на прессе осуществляли двумя бойками: нижний вырезной, верхний плоский, с кантовками и подачами. Ковку на оправке закончили, когда доковали до наружного диаметра 750 мм, а длина поковки при этом стала 3010 мм. После этого в заготовке и оправке возбуждали ультразвуковые колебания, направленные параллельно силам трения и поверхности контакта заготовки с оправкой (параллельно продольной оси оправки) и, одновременно, стягивали заготовку с оправки с помощью манипулятора и бойков пресса. В процессе снятия заготовки с оправки, в заготовке и оправке возбуждали ультразвуковые колебания с частотой 18,2 кГц и амплитудой 12 мкм, направленные параллельно силам трения и поверхности контакта заготовки с оправкой. Эти колебания сообщали оправке и заготовке с помощью магнитострикционного преобразователя ПМС 15А-18, питающегося от ультразвукового генератора УЗК 1-4. Заготовка легко удалилась из оправки. Для сравнения изготовили таким же способом, но уже не возбуждая в заготовке и оправке ультразвуковые колебания, поковку с теми же размерами.
Сравнение двух способов изготовления полых поковок показало, что при снятии заготовки с оправки с возбуждением в них ультразвуковых колебаний, направленных параллельно силам трения и поверхности контакта заготовки с оправкой, усилие снятия заготовки с оправки уменьшалось в 1,8-2,4 раза по сравнению с известным способом. Это указывает на существенное уменьшение сил трения между заготовкой и оправкой при реализации предлагаемого способа.
Таким образом, предлагаемый способ изготовления полых поковок, по сравнению с известными, позволяет существенно уменьшить силы трения между заготовкой и оправкой и, как следствие, уменьшить за счет этого нагрузки на механизмы кузнечно-прессового оборудования, а также уменьшить энергозатраты на весь процесс изготовления поковок.