RU2036745C1

RU2036745C1 - Large-size shafts forging method

Info

Publication number: RU2036745C1
Application number: RU92005338A
Authority: RU
Inventors: Александр Пантелеевич Максимов; Александр Васильевич Ширяев; Анатолий Николаевич Гусаров
Original assignee: Александр Пантелеевич Максимов; Александр Васильевич Ширяев; Анатолий Николаевич Гусаров
Priority date: 1992-11-04
Filing date: 1992-11-04
Publication date: 1995-06-09

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: large-size shafts forging method provides for blank heating and its deformation. Butt of forged piece in process of deformation is made conical with angle of cone vertex of 50 - 165 deg. . Then forging is cooled to temperature of no less than Ar₁. Corrosion is removed from conical surface. Next blank is set on vertex of the forging and it is deformed at degree of no less than 25 % till required diameter is produced. Then the cycle is repeated. Shaft manufacturing from smaller blanks excludes usage of large-size castings and improves processing of metal structure, especially of forging axial zone. Cooled conical vertex provides partial drifting of each next blank. EFFECT: large-size shaft forging method is used in mechanical engineering. 6 dwg

Description

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при ковке валов переменного, ступенчатого диаметра и различной формы из сталей и сплавов. The invention relates to the processing of metals by pressure and can be used for forging shafts of variable, stepped diameter and various shapes from steels and alloys.

Известен способ кузнечной сварки двух прутков (см. Охрименко Я.М. Технология кузнечно-штамповочного производства, М. Машиностроение, 1966, с. 155, табл. 23), при котором нагретый до ковочной температуры торец одного прутка надрубают на две части, разгибают их с образованием между ними угла, вставляют между ними нагретый до ковочной температуры торец другого прутка и осуществляют их совместную ковку. Происходит соединение двух прутков методом кузнечной сварки. A known method of forging two rods (see Okhrimenko Y. M. Technology of forging and stamping, M. Mashinostroenie, 1966, p. 155, table 23), in which the end of one rod heated to forging temperature is chopped into two parts, unbent them with the formation of an angle between them, an end face of the other rod heated to the forging temperature is inserted between them and they are forged together. The two bars are joined by the forge welding method.

Недостатком данного способа кузнечной сварки является низкая прочность сварного соединения. The disadvantage of this method of forging is the low strength of the welded joint.

В качестве прототипа выбран известный способ ковки крупных составных прокатных валков, который решает аналогичную с настоящим изобретением задачу и имеет с ним наибольшее число общих существенных признаков. As a prototype, the known method of forging large composite rolling rolls is selected, which solves the problem similar to the present invention and has the greatest number of common essential features with it.

Этот известный способ ковки крупных валов предусматривает их изготовление из составных частей, каждую из которых нагревают и проковывают на промежуточный размер и форму, затем их сваривают кузнечной сваркой и проковывают на окончательные размеры поковки. This known method of forging large shafts involves their manufacture from components, each of which is heated and forged to an intermediate size and shape, then they are welded by forge welding and forged to the final dimensions of the forging.

Данный способ ковки крупных валов снижает массу слитков, однако не улучшает проработку металла, особенно осевой зоны вала. This method of forging large shafts reduces the weight of the ingots, but does not improve the processing of metal, especially the axial zone of the shaft.

Технический результат от использования изобретения заключается в повышении качества поковок валов путем проработки структуры металла по всему объему и получения высоких механических свойств. The technical result from the use of the invention is to improve the quality of the forgings of the shafts by working out the metal structure throughout the volume and obtaining high mechanical properties.

Технический результат достигается тем, что в известном способе ковки крупных валов, включающем сборку вала из более мелких поковок методом кузнечной сварки их друг с другом, согласно изобретению торец предыдущей поковки изготавливают коническим, с углом при вершине в 50.165^о, которую охлаждают до температуры не ниже точки Ar₁ после чего с конической поверхности удаляют окалину и на ее вершину устанавливают очередную заготовку, которую деформируют со степенью не менее 25% до получения нужного диаметра.The technical result is reached by that in the known method of forging large shafts, comprising the assembly of the shaft of the smaller forgings by forge welding them to each other, according to the invention butt previous forgings made conical, with an apex angle in 50,165 ^of which is cooled not lower than a temperature point Ar ₁ after which the scale is removed from the conical surface and the next workpiece is installed on its top, which is deformed with a degree of at least 25% to obtain the desired diameter.

Изготовление вала из более мелких поковок исключает применение крупных слитков и улучшает проработку структуры металла, особенно осевой зоны вала. Изготовление вала из мелких поковок дает возможность применять заготовки разной массы, в зависимости от формы и размеров вала, а также заготовки из разных марок сталей в зависимости от предъявленных к валу требований. The manufacture of the shaft from smaller forgings eliminates the use of large ingots and improves the development of the metal structure, especially the axial zone of the shaft. The manufacture of the shaft from small forgings makes it possible to use blanks of different weights, depending on the shape and dimensions of the shaft, as well as blanks from different grades of steel, depending on the requirements for the shaft.

Охлажденная коническая вершина обеспечивает частичную прошивку каждой последующей заготовки, происходит напрессовка каждой последующей заготовки на предыдущую. Если угол при вершине конической поверхности менее 50^о, то происходит сквозная прошивка деформируемой заготовки с отсутствием раздачи ее по диаметру. Если угол при вершине конической поверхности более 165^о, происходит только раздача по диаметру, а прошивка заготовки отсутствует. Охлаждение вершины конической поверхности улучшает прошивку деформируемой заготовки. Однако охлаждение ниже температуры точки Аr₁ резко ухудшает свариваемость поковок.The cooled conical peak provides a partial flashing of each subsequent workpiece; each subsequent workpiece is pressed onto the previous one. If the apex angle of the conical surface ^of less than 50, then there is the firmware sequentially deformable preform with its lack of distribution of diameter. If the apex angle of the conical surface ^of more than 165, there is only the distribution of the diameter, and the workpiece is not flashing. Cooling the top of the conical surface improves the firmware of the deformable workpiece. However, cooling below the temperature of the point Ar ₁ sharply affects the weldability of the forgings.

Для улучшения свариваемости поковок с контактируемых поверхностей удаляют окалину, например пескоструем. При деформации очередной заготовки она раздается по диаметру, поверхность одной заготовки течет по поверхности другой заготовки. Происходит разогрев поверхностей и их свариваемость. Опытным путем установлено, что для качественной сварки, при которой механические свойства свариваемого места не уступают механическим свойствам сплошного металла, необходима степень деформации не менее 25%
На фиг. 1 показана заготовка с конической вершиной, полученная ковкой; на фиг. 2 заготовка с конической вершиной с установленной на нее второй заготовкой; на фиг. 3 начало деформации второй заготовки; на фиг. 4 окончание деформации второй заготовки; на фиг. 5 промежуточная поковка с установленной на ее коническую вершину третьей заготовкой; на фиг. 6 окончательная поковка.To improve the weldability of the forgings from contact surfaces, scale is removed, for example, sandblasted. When the next workpiece is deformed, it is distributed in diameter, the surface of one workpiece flows over the surface of another workpiece. The surfaces are heated and their weldability. It has been experimentally established that for high-quality welding, in which the mechanical properties of the place to be welded are not inferior to the mechanical properties of solid metal, a degree of deformation of at least 25% is necessary
In FIG. 1 shows a blank with a conical top obtained by forging; in FIG. 2 a blank with a conical top with a second blank mounted on it; in FIG. 3 the beginning of the deformation of the second workpiece; in FIG. 4 the end of the deformation of the second workpiece; in FIG. 5 intermediate forging with a third workpiece mounted on its conical top; in FIG. 6 final forging.

Способ ковки крупных валов реализуется следующим образом. Из слитка методом ковки получают заготовку 1 (фиг. 1) с углом при вершине конической поверхности α=50-165^о. Заготовку устанавливают на нижний боек 2 (фиг. 1). Охлаждают вершину конической поверхности, но не ниже точки Аr₁, удаляют с конической поверхности окалину и на ее вершину устанавливают вторую заготовку 3 (фиг. 2), также нагретую до ковочной температуры, с нижнего торца которой предварительно удалена окалина. Со стороны верхнего инструмента 4 (фиг. 3) прилагают деформирующее усилие, под действием которого на первом этапе происходит частичная прошивка заготовки 3 (фиг. 3). При дальнейшей деформации заготовки 3 "растекается" по конической поверхности заготовки 1 с образованием новой конической поверхности. При этом в результате трения поверхностей заготовок друг о друга происходит их разогрев и прочное соединение методом кузнечной сварки. Получается промежуточная поковка 5 (фиг. 5). Удаляют с ее конической поверхности окалину, охлаждают вершину и устанавливают на нее следующую заготовку 6 (фиг. 5), с нижней поверхности которой также удалена окалина. Цикл повторяют несколько раз до получения требующейся поковки вала 7 (фиг. 6).The method of forging large shafts is implemented as follows. From the ingot by forging receive the workpiece 1 (Fig. 1) with an angle at the apex of the conical surface α = 50-165 ^about . The workpiece is installed on the lower hammer 2 (Fig. 1). The top of the conical surface is cooled, but not lower than the point Ar ₁ , the scale is removed from the conical surface and a second workpiece 3 is installed on its top (Fig. 2), also heated to the forging temperature, from which the scale has been previously removed from the lower end. From the side of the upper tool 4 (Fig. 3), a deforming force is applied, under the action of which, at the first stage, the part 3 is partially flashed (Fig. 3). With further deformation of the workpiece 3 "spreads" on the conical surface of the workpiece 1 with the formation of a new conical surface. In this case, as a result of friction of the surfaces of the workpieces against each other, they are heated and firmly joined by forge welding. It turns out an intermediate forging 5 (Fig. 5). Scale is removed from its conical surface, the top is cooled, and the next workpiece 6 is installed on it (Fig. 5), from which the descale is also removed. The cycle is repeated several times until the desired forging of the shaft 7 is obtained (Fig. 6).

Настоящее изобретение было реализовано следующим образом. Механической обработкой была изготовлена цилиндроконическая заготовка из стали 10 с размерами ⌀100 мм, высота цилиндрической части 20 мм, общая высота 70 мм и угол при вершине конической поверхности 90^о. Заготовку нагрели до +1200^оС в электропечи. Контроль нагрева производили платиновой-платиновородиевой термопарой и прибором КВП1-503 ГОСТ 7164-66.The present invention has been implemented as follows. Machining of cylindrical preform was fabricated from steel with the dimensions 10 ⌀100 mm, height of the cylindrical part of 20 mm, overall height 70 mm and the vertex angle of the conical surface ^90. The preform is heated to 1200 ^{° C} in an electric furnace. Heating was controlled by a platinum-platinum-rhodium-thermocouple and a KVP1-503 GOST 7164-66 device.

Ковку осуществляли на гидравлическом прессе усилием 250 т. Нижний боек и верхний инструмент предварительно подогрели до +200^оС.Forging was carried out on a hydraulic press with a force of 250 tons. The lower hammer and upper tool were preheated to +200 ^о С.

Нагретую заготовку 1 (фиг. 1) установили на нижний боек 2 (фиг. 1). На коническую поверхность нанесли кварцевый песок, который вступил в реакцию с окисью железа и обpазовал легкоплавкую шлаковую смесь. The heated billet 1 (Fig. 1) was installed on the lower firing pin 2 (Fig. 1). Quartz sand was applied to the conical surface, which reacted with iron oxide and formed a low-melting slag mixture.

Вершину конической поверхности, удалив с нее шлак, охладили водой до +750^оС. Контроль температуры осуществляли пирометром. На охлажденную вершину установили заготовку 3 (фиг. 2), нагретую до +1200^оС. С нижнего торца заготовки также удалили окалину. Размеры заготовки 3 (фиг. 2): ⌀ 50 мм и высота 80 мм. Материал сталь 10.The vertex of the conical surface, removing from it the slag, cooled with water to ^about 750 C. The temperature control was performed pyrometer. On top of the cooled preform set 3 (Fig. 2) heated to 1200 ° ^C. From the bottom end of the preform also removed scale. The dimensions of the workpiece 3 (Fig. 2): ⌀ 50 mm and a height of 80 mm. Material steel 10.

Под действием усилия со стороны верхнего инструмента 4 (фиг. 3), заготовка 3 (фиг. 3) была прошита охлажденной вершиной конической поверхности, после чего она начала деформироваться, перемещаясь по конической поверхности. При этом заготовка 3 выдавливает легкоплавкий шлак, покрывающий эти поверхности 3 (фиг. 4). Чистые поверхности при трении друг о друга разогреваются, и происходит их прочное соединение методом кузнечной сварки за счет сухого трения и деформации под давлением. Получили промежуточную поковку 5 (фиг. 5), после чего цикл повторили еще несколько раз. Затем на вершину конической поверхности установили заготовку размерами: ⌀ 60 мм и высота 120 мм, из материала сталь 10 и произвели осадку плоским бойком. Получили окончательную поковку вала 7 (фиг. 6). Полученную поковку охладили. Under the action of the force from the side of the upper tool 4 (Fig. 3), the workpiece 3 (Fig. 3) was stitched with a cooled top of the conical surface, after which it began to deform, moving along the conical surface. In this case, the workpiece 3 extrudes the fusible slag covering these surfaces 3 (Fig. 4). When rubbing against each other, clean surfaces warm up, and they are firmly joined by forge welding due to dry friction and pressure deformation. Received an intermediate forging 5 (Fig. 5), after which the cycle was repeated several more times. Then, a workpiece with dimensions of ⌀ 60 mm and a height of 120 mm was installed on top of the conical surface, steel 10 was made of material, and a flat striking was made. Received the final forging of the shaft 7 (Fig. 6). The resulting forging was cooled.

Лабораторные испытания стандартных образцов показали следующие механические свойства: σ_т= 410 МПа, σ_в 535 МПа, δ=33% Ψ 55% КСV 900 Кдж/м², НВ170.Laboratory tests of standard samples showed the following mechanical properties: σ _t = 410 MPa, σ _at 535 MPa, δ = 33% Ψ 55% KSV 900 KJ / m ² , HB170.

Анализ макроструктуры выявил равномерную мелкозернистую структуру по всему объему металла поковки. The analysis of the macrostructure revealed a uniform fine-grained structure throughout the volume of the metal forgings.

Использование настоящего изобретения в технике позволит получить большой технико-экономический эффект и повысить культуру производства и техники. Using the present invention in technology will provide a large technical and economic effect and improve the culture of production and technology.

Claims

METHOD FOR FORGING LARGE SHAINS, including the manufacture of blanks of shaft components, their heating and forging by welding, characterized in that the first blank is made with a tapered end, the angle at the apex of which is 50 165 ^o , it is cooled to a temperature not lower than the point Ar ₁ , then the scale is removed from the conical surface, and the blacksmith welding is carried out by installing the subsequent workpiece on top of the conical surface and deforming it with a degree of at least 25% to obtain a given diameter and cone, after which the forging cycle is repeated.