RU2674369C1

RU2674369C1 - Method of long-length blanks forging

Info

Publication number: RU2674369C1
Application number: RU2018127433A
Authority: RU
Inventors: Владимир Петрович Волков; Иван Сергеевич Каманцев; Денис Ринатович Салихянов; Азирет Абдуманапович Шамишев
Priority date: 2018-07-25
Filing date: 2018-07-25
Publication date: 2018-12-07

Abstract

FIELD: technological processes.

SUBSTANCE: invention relates to the processing of metals by pressure, in particular to the forging of lengthy blanks, and can be used in the manufacture of forgings from structural, special, stainless and hard-to-deform steels and alloys. Workpiece is fed in a pair of strikers and its compression is produced in two passes. Compression is carried out with the displacement of the strikers relative to each other by an amount not exceeding 0.5 of the width of the striker. In this case, the feed rate, equal to the ratio of the width of the contact surface of each striker and the workpiece to the initial height of the workpiece, is 0.5–0.7.

EFFECT: as a result, an increase in the blank extraction in a single pass is provided, while simultaneously improving the structure of the metal due to the intensification of shear deformation.

3 cl, 2 dwg, 1 tbl, 1 ex

Description

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, в частности к свободной ковке длинномерных заготовок и может использоваться при изготовлении поковок из конструкционных, специальных, нержавеющих и труднодеформируемых сталей и сплавов квадратного, прямоугольного, круглого сечений, а также другой формы поперечного сечения.The invention relates to the field of metal forming, in particular to the free forging of long workpieces and can be used in the manufacture of forgings from structural, special, stainless and difficult to deform steels and alloys of square, rectangular, round sections, as well as other cross-sectional shapes.

Известен способ ковки длинномерных заготовок различной формы поперечного сечения с применением стандартного инструмента - плоских, вырезных (радиусные и ромбические бойки) или комбинированных (верхний боек - плоский, нижний - вырезной) бойков (Охрименко Я.М. Технология кузнечно-штамповочного производства. М.: Машиностроение, 1966 г. 548 с. - 173 с.). В зависимости от материала заготовки (конструкционная, углеродистая, легированная, инструментальная и др. стали или сплавы) применяются способы ведения ковки с простым и сложным чередованием обжатий и кантовок. Для устранения дефектов литейного происхождения, а также уменьшения химической неоднородности и неоднородности механических свойств ковку ведут с уковом (

, где F₀ - площадь поперечного сечения исходной заготовки, F₁ - площадь поперечного сечения поковки) более 2,5-3.There is a method of forging long workpieces of various cross-sectional shapes using standard tools - flat, cut (radius and rhombic strikers) or combined (top striker - flat, lower - cut) strikers (Okhrimenko Y. M. Forging and stamping production. M. : Engineering, 1966 548 p. - 173 p.). Depending on the material of the workpiece (structural, carbon, alloy, tool and other steels or alloys), forging methods are used with simple and complex alternation of crimping and turning. To eliminate defects of foundry origin, as well as reduce chemical heterogeneity and heterogeneity of mechanical properties, forging is carried out with a bite (

where F ₀ is the cross-sectional area of the original billet, F ₁ is the cross-sectional area of the forgings) more than 2.5-3.

Недостатком известного способа является трудоемкость процесса и высокая степень неоднородности деформации.The disadvantage of this method is the complexity of the process and a high degree of heterogeneity of deformation.

Известен способ изготовления поковок, включающий обжатие заготовок бойками с трапециевидными выступом и впадиной, при этом отношение ширины горизонтальной проекции трапециевидного выступа верхнего бойка к ширине горизонтальной проекции трапециевидной впадины нижнего бойка составляет 0,7-0,9. Между проходами осуществляется смещение заготовки на величину плоского участка выступа верхнего бойка. Применение бойков с трапециевидными выступом и впадиной позволяет реализовать знакопеременную деформацию в продольном направлении в процессе ковки (патент RU 2047415, МПК B21J 1/04, 1995 г.).A known method of manufacturing forgings, including the compression of the workpieces by strikers with a trapezoidal protrusion and a depression, the ratio of the horizontal projection width of the trapezoidal protrusion of the upper striker to the horizontal projection width of the trapezoidal protrusion of the lower striker is 0.7-0.9. Between the passes, the workpiece is shifted by the size of the flat section of the protrusion of the upper striker. The use of strikers with a trapezoidal protrusion and a hollow allows for alternating deformation in the longitudinal direction during the forging process (patent RU 2047415, IPC B21J 1/04, 1995).

Однако известный способ имеет следующие недостатки: во-первых, в процессе ковки высота заготовки остается постоянной, что затрудняет получение заготовки заданной формы и, следовательно, снижает производительность процесса, во-вторых, длина контакта бойков с заготовкой намного превышает ширину контакта, следовательно, даже при ковке с обжатием по высоте вся деформация будет идти только на уширение заготовки, в-третьих, необходимость изготовления специальных по форме бойков для всего размерного ряда заготовок.However, the known method has the following disadvantages: firstly, in the forging process, the height of the workpiece remains constant, which makes it difficult to obtain a workpiece of a given shape and, therefore, reduces the productivity of the process, and secondly, the contact length of the strikers with the workpiece is much greater than the contact width, therefore, even when forging with compression in height, all deformation will go only to broadening the workpiece, and thirdly, the need to produce special-shaped dies for the entire size range of workpieces.

Известен способ изготовления поковок преимущественно из титановых сплавов, включающий многопроходную ковку с кантовкой заготовки на 90° в инструменте по меньшей мере с одним выступом до образования на гранях заготовки выступов и впадин, расположенных в шахматном порядке со смещением выступов на одной грани относительно выступов перпендикулярной ей грани, и ковку в бойках с плоскими рабочими поверхностями (SU 1499801, МПК B21J 1/04, B21J 5/00, 1999 г.).A known method of manufacturing forgings mainly from titanium alloys, including multi-pass forging with a 90 ° tilting of the workpiece in the tool with at least one protrusion to form protrusions and depressions on the faces of the workpiece staggered with the displacement of the protrusions on one face relative to the protrusions of a face perpendicular to it , and forging in strikers with flat work surfaces (SU 1499801, IPC B21J 1/04, B21J 5/00, 1999).

Недостатком известного способа является низкая производительность, обусловленная низкими значениями коэффициента вытяжки, необходимостью использования специального инструмента, также необходимостью использования двух видов бойков - плоских и с выступами.The disadvantage of this method is the low productivity due to low values of the coefficient of extraction, the need to use a special tool, and the need to use two types of strikers - flat and with protrusions.

Известен способ ковки длинномерных заготовок, в котором ковку ведут в несколько переходов плоским верхним и нижним вырезным бойками. Нижний боек имеет ручей с поперечным сечением в форме неравнобедренного треугольника. В первом переходе путем обжатия заготовке придают форму неравнобедренного треугольника с тупым углом 100-105° и меньшим острым углом 29-34°. В последующих переходах заготовку располагают в тех же бойках с опорой меньшей стороной треугольника ее поперечного сечения на большую сторону неравнобедренного треугольника поперечного сечения ручья нижнего бойка (патент RU 2326749; МПК B21J 5/02, B21J 13/02; 2008 г.).A known method of forging long workpieces, in which forging is carried out in several transitions flat upper and lower notched strikers. The lower hammer has a stream with a cross-section in the form of an isosceles triangle. In the first transition, by compression, the preform is shaped into an isosceles triangle with an obtuse angle of 100-105 ° and a smaller acute angle of 29-34 °. In subsequent transitions, the workpiece is placed in the same strikers supported by the smaller side of the triangle of its cross section on the larger side of the isosceles triangle cross section of the stream of the lower striker (patent RU 2326749; IPC B21J 5/02, B21J 13/02; 2008).

Недостатком известного способа является технологическая сложность, обусловленная необходимостью использования специального (ассиметричного) инструмента.The disadvantage of this method is the technological complexity due to the need to use a special (asymmetric) tool.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ ковки заготовок плоскими бойками, в котором заготовку подают в пару плоских бойков и обжимают единичными обжатиями ее частей, обжатие ведут за два прохода, причем в первом проходе единичное обжатие каждой части заготовки производят с ее ориентированием под углом к оси ковки, перед единичным обжатием каждой части заготовки во втором проходе изменяют положение оси заготовки путем ее размещения симметрично положению в первом проходе относительно оси ковки (патент RU 2252834, МПК B21J 1/04, 2005 г.).The closest in technical essence to the proposed method is a method of forging blanks with flat dies, in which the billet is fed into a pair of flat dies and crimped with single compressions of its parts, the compression is carried out in two passes, and in the first pass, single compression of each part of the workpiece is carried out with its orientation under angle to the forging axis, before unit compression of each part of the workpiece in the second pass, the position of the workpiece axis is changed by placing it symmetrically to the position in the first pass relative to the forging axis (p patent RU 2252834, IPC B21J 1/04, 2005).

Известный способ обеспечивает улучшение структуры металла за счет уменьшения анизотропии, однако недостатком способа является низкая производительность, поскольку не обеспечивается вытяжка металла (увеличение длины): в известном технологическом процессе металл преимущественно течет в ширину.The known method provides an improvement in the structure of the metal by reducing anisotropy, however, the disadvantage of this method is the low productivity, since it is not possible to extract the metal (increase in length): in the known technological process, the metal mainly flows in width.

Таким образом, перед авторами стояла задача разработать простой в реализации способ ковки длинномерных заготовок, обеспечивающий повышение производительности труда за счет обеспечения значительной вытяжки заготовки (то есть уменьшение площади поперечного сечения) наряду с улучшением структуры металла за счет интенсификации сдвиговой деформации.Thus, the authors were faced with the task of developing an easy-to-implement method of forging long workpieces, which would increase labor productivity by providing a significant stretch of the workpiece (i.e., reducing the cross-sectional area) along with improving the metal structure due to the intensification of shear deformation.

Поставленная задача решена в предлагаемом способе ковки длинномерных заготовок, включающем подачу заготовки в пару бойков и обжатие заготовки путем единичных обжатий ее частей по крайней мере в два прохода, в котором обжатие осуществляют со смещением бойков друг относительно друга на величину, не превышающую 0.5 от ширины бойка, а величина подачи, равная отношению ширины поверхности контакта каждого бойка и заготовки к начальной высоте заготовки, составляет 0.5-0.7.The problem is solved in the proposed method of forging long workpieces, including feeding the workpiece into a pair of strikers and compressing the workpiece by single compressions of its parts in at least two passes, in which the compression is carried out with the displacement of the strikers relative to each other by an amount not exceeding 0.5 of the width of the striker , and the feed rate equal to the ratio of the width of the contact surface of each striker and the workpiece to the initial height of the workpiece is 0.5-0.7.

При этом могут осуществлять подачу в пару плоских или комбинированных или вырезных бойков.In this case, they can feed in a pair of flat or combined or cut-out strikers.

При этом после каждого прохода могут осуществлять поворот заготовки в поперечном направлении на 180°.After each pass, they can rotate the workpiece in the transverse direction by 180 °.

В настоящее время из патентной и научно-технической литературы не известен способ ковки длинномерных заготовок, в котором обжатие осуществляют со смещением бойков друг относительно друга на величину, не превышающей 0.5 от ширины бойка, а величина подачи, равная отношению ширины поверхности контакта каждого бойка и заготовки к начальной высоте заготовки, составляет 0.5-0.7.Currently, from the patent and scientific literature there is no known method of forging long workpieces, in which the compression is carried out with the strikers offset relative to each other by an amount not exceeding 0.5 of the striker width, and the feed amount equal to the ratio of the contact surface width of each striker and the workpiece to the initial height of the workpiece, is 0.5-0.7.

Исследования, проведенные авторами, позволили определить условия, обеспечивающие значительную вытяжку заготовки за один проход, что ведет к повышению производительности труда и улучшению структуры металла за счет интенсификации сдвиговой деформации. Смещение бойков относительно друг друга обеспечивает повышение степени деформации сдвига в очаге деформации, при этом увеличение смещения на величину более, чем 0.5 от ширины бойка, ведет к сильному изгибу одной части поковки относительно другой, появлению растягивающих напряжений в очаге деформации и опасности возникновения трещин в поковке.The studies conducted by the authors made it possible to determine the conditions providing a significant extraction of the workpiece in one pass, which leads to an increase in labor productivity and an improvement in the structure of the metal due to the intensification of shear deformation. The displacement of the strikers relative to each other provides an increase in the degree of shear deformation in the deformation zone, while increasing the displacement by more than 0.5 from the width of the striker leads to strong bending of one part of the forging relative to the other, the appearance of tensile stresses in the deformation zone and the risk of cracking in the forging .

Достижение технического результата обеспечивается предлагаемым диапазоном величины подачи. Так, при значениях подачи более 0.7 начинается преимущественное течение металла в ширину в процессе протяжки, что снижает производительность процесса, при значения меньших 0.5 - в центральных слоях возникают растягивающие напряжения, повышающие риск появления трещин в центральной области заготовки.The achievement of the technical result is provided by the proposed range of feed rates. So, with feed values of more than 0.7, the predominant flow of metal begins in width during the drawing process, which reduces the productivity of the process, with values less than 0.5 - tensile stresses appear in the central layers, which increase the risk of cracks in the central region of the workpiece.

На фиг. 1 изображена схема обжатия заготовки за один проход предлагаемым способом, где 1 - заготовка с начальной высотой h_o и конечной высотой h₁, 2 и 3 - верхний и нижний плоские или комбинированные, или вырезные бойки шириной b и с заданным смещением относительно друг друга Δх, не превышающим 0.5 от ширины бойка; а - ширина поверхности контакта каждого бойка и заготовки.In FIG. 1 shows a diagram of compression of a workpiece in one pass by the proposed method, where 1 is a workpiece with an initial height h _o and a final height h ₁ , 2 and 3 - upper and lower flat or combined, or cut-out strikers of width b and with a given offset relative to each other Δх not exceeding 0.5 of the striker width; and - the width of the contact surface of each striker and the workpiece.

На фиг. 2 изображена схема обжатия заготовки предлагаемым способом (а) и схема обжатия заготовки известным традиционным способом (б).In FIG. 2 shows a compression pattern of a workpiece by the proposed method (a) and a compression pattern of a workpiece by a known traditional method (b).

Предлагаемый способ может быть осуществлен следующим образом.The proposed method can be implemented as follows.

Исходную заготовку 1, выполненную, например, из стали, алюминия, титана или сплава, подают в пару плоских или комбинированных или вырезных бойков 2 и 3, имеющих ширину b и смещенных относительно друг друга на величину Δх, которую устанавливают с помощью выдвижного стола пресса. В случае использования заготовки из стали или сплава с высоким сопротивлением деформации и низкой пластичностью, куда относятся большинство сталей и сплавов, необходим ее предварительный нагрев до температуры начала ковки. Величина подачи заготовки 1 в бойки 2 и 3 равна a/h_o, где а - ширина поверхности контакта каждого бойка и заготовки, h₀ - начальная высота заготовки, и составляет 0.5-0.7. Заготовку 1 обжимают бойками 2 и 3 до получения высоты h₁ за один проход. Перемещение заготовки 1 вдоль оси между обжатиями осуществляют манипулятором. Возможен после каждого обжатия поворот заготовки в поперечном направлении на 180° с помощью манипулятора.The initial billet 1, made, for example, of steel, aluminum, titanium or alloy, is fed into a pair of flat or combined or cut-out strikers 2 and 3, having a width b and offset relative to each other by a value Δx, which is set using a sliding press table. In the case of using a billet of steel or alloy with high deformation resistance and low ductility, which includes most steels and alloys, it is necessary to preheat it to the temperature of the forging start. The value of the supply of the workpiece 1 to the strikers 2 and 3 is a / h _o , where a is the width of the contact surface of each striker and the workpiece, h ₀ is the initial height of the workpiece, and is 0.5-0.7. The workpiece 1 is crimped by the strikers 2 and 3 to obtain a height of h ₁ in one pass. The movement of the workpiece 1 along the axis between the compressions is carried out by the manipulator. After each crimping, it is possible to rotate the workpiece in the transverse direction by 180 ° using the manipulator.

Предлагаемый способ иллюстрируется следующим примером конкретного исполнения.The proposed method is illustrated by the following example of a specific implementation.

Пример. Заготовку размерами 12×12 мм из алюминия марки Д16 подают вдоль оси ковки в пару плоских бойков на 6 мм, при этом a/h₀=0.5, где а=6 мм - ширина поверхности контакта каждого бойка и заготовки, h₀=12 - начальная высота заготовки. Ширина каждого бойка составляла 10 мм. Предварительно задают смещение бойков относительно друг друга на величину 4 мм вдоль оси поковки. Заготовку обжимают на гидравлическом прессе со степенью деформации

, равной 20%, где h₀ и h₁ - исходная и конечная высота заготовки. В результате одного прохода коэффициент вытяжки

заготовки составил 1,16 мм, где L₀ и L₁ - исходная и конечная длина заготовки.Example. A blank of dimensions 12 × 12 mm from D16 grade aluminum is fed along the forging axis into a pair of flat strikers of 6 mm, with a / h ₀ = 0.5, where a = 6 mm is the width of the contact surface of each striker and the workpiece, h ₀ = 12 - initial height of the workpiece. The width of each striker was 10 mm. Pre-set the offset of the strikers relative to each other by 4 mm along the axis of the forging. The workpiece is crimped on a hydraulic press with a degree of deformation

equal to 20%, where h ₀ and h ₁ - the initial and final height of the workpiece. As a result of one pass, the drawing coefficient

the workpiece amounted to 1.16 mm, where L ₀ and L ₁ - the initial and final length of the workpiece.

Для подтверждения появления дополнительной сдвиговой деформации при ковке по предложенному способу авторами было выполнено сопоставление параметров напряженно-деформированного состояния по предлагаемому способу и известному традиционному способу ковки длинномерных заготовок в плоских бойках (Материалы и нагрев, оборудование. Ковка / Под ред. Е.И. Семенова. 1985. 442 с.) посредством компьютерного моделирования в пакете Q-Form. В качестве заготовки для моделирования был использован пруток из инструментальной стали Р6М5 с размерами 12×12 мм. Ширина бойков принята равной 10 мм, величина подачи a/h₀ - 0.5, смещение Δх - 2,5 мм. Обжатия

задавались, равными 20% за проход.To confirm the appearance of additional shear deformation during forging by the proposed method, the authors compared the parameters of the stress-strain state by the proposed method and the well-known traditional method of forging long workpieces in flat strikers (Materials and heating, equipment. Forging / Edited by E.I. Semenov . 1985. 442 p.) By means of computer simulation in the Q-Form package. As a workpiece for modeling, a bar of tool steel P6M5 with dimensions of 12 × 12 mm was used. The width of the strikers is assumed to be 10 mm, the feed rate a / h ₀ is 0.5, the displacement Δx is 2.5 mm. Compression

were set equal to 20% per pass.

Параметры напряженно-деформированного состояния - степень деформации сдвига Λ и отношение среднего нормального напряжения к интенсивности касательных напряжений

были измерены в 15 точках в геометрическом очаге деформации при ковке известным традиционным способом и предложенным, как показано на фиг. 2. Результаты сведены в таблицу.The parameters of the stress-strain state are the degree of shear strain Λ and the ratio of the average normal stress to the intensity of tangential stresses

were measured at 15 points in the geometrical zone of deformation during forging by the known traditional method and proposed as shown in FIG. 2. The results are summarized in table.

Исходя из полученных результатов, накопленная степень деформации сдвига Λ за один проход для ковки со взаимным смещением бойков без кантовок и с кантовками больше в 1,1 и 1,3 раза соответственно, чем аналогичный показатель для ковки традиционным способом. Коэффициент вариации

указывает на то, что при ковке со взаимным смещением бойков с кантовками распределение деформации более равномерное, чем аналогичный показатель для ковки традиционным способом. Параметр

больше для ковки со взаимным смещением бойков без кантовок и с кантовками, что указывает на большую долю растягивающих напряжений.Based on the results obtained, the cumulative degree of shear deformation Λ in one pass for forging with mutual displacement of the strikers without grooves and with grooves is 1.1 and 1.3 times greater, respectively, than the same indicator for forging in the traditional way. The coefficient of variation

indicates that when forging with mutual displacement of the strikers with tilts, the distribution of deformation is more uniform than the same indicator for forging in the traditional way. Parameter

more for forging with mutual displacement of the strikers without grooves and with grooves, which indicates a large proportion of tensile stresses.

Таким образом, авторами предлагается способ ковки длинномерных заготовок, обеспечивающий увеличение производительности труда за счет увеличения вытяжки заготовки за один проход наряду с улучшением структуры металла за счет интенсификации сдвиговой деформации.Thus, the authors propose a method of forging long workpieces, providing an increase in labor productivity due to an increase in the drawing of the workpiece in one pass along with an improvement in the structure of the metal due to the intensification of shear deformation.

Claims

1. The method of forging long workpieces, including feeding the workpiece into a pair of strikers and compressing the workpiece by unitary compression of its parts in at least two passes, characterized in that the compression is carried out with the displacement of the strikers relative to each other by an amount not exceeding 0.5 of the width striker, and the feed rate equal to the ratio of the width of the contact surface of each striker and the workpiece to the initial height of the workpiece is 0.5-0.7.

2. The method according to p. 1, characterized in that they feed in a pair of flat, combined or cut-out strikers.

3. The method according to p. 1, characterized in that after each pass, the workpiece is rotated in the transverse direction by 180 °.