RU2796033C1

RU2796033C1 - Method for manufacturing large-sized disks

Info

Publication number: RU2796033C1
Application number: RU2022123506A
Authority: RU
Inventors: Владимир Владимирович Наговицын; Марат Фанилевич Зиятдинов; Алексей Валерьевич Щенятский; Сергей Александрович Морозов; Николай Васильевич Тепин; Александр Сергеевич Морозов
Original assignee: Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Имекс"
Filing date: 2022-09-01
Publication date: 2023-05-16

Abstract

FIELD: manufacture of large disks.

SUBSTANCE: local deformation of the blank is carried out by several pairs of synchronously operating rolling devices. Sections of the disk that are difficult to deform in the form of a sheet connecting the central hub with the outer rim of the disk are subjected to forced linear or flat tension by tensile rolling devices with simultaneous deformation of the said web according to a different mechanical scheme by crimping rolling devices. A disk sheet is obtained, having a thickness of 1 to 2% of its diameter, without stamping slopes on the hub and the crown.

EFFECT: deformation force is reduced.

2 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к способам изготовления изделий, имеющих форму тел вращения и может применяться при обработке металлов давлением и изготовлении крупногабаритных дисков типа железнодорожных и крановых колес, шкивов, дисков турбин, межотсековых дисков подводных лодок и т.п.The invention relates to methods for manufacturing products having the shape of bodies of revolution and can be used in the processing of metals by pressure and the manufacture of large-sized disks such as railway and crane wheels, pulleys, turbine disks, submarine inter-compartment disks, etc.

Известен способ свободной ковки крупногабаритных дисков с пробивкой центрального отверстия (Ковка и объемная штамповка стали Справочник. В 2-х т. Автор: Сторожев М.В. Издательство: Машиностроение Год: 1967), в т.ч. секционная ковка, если диаметр диска достаточно велик (до 3 метров).A known method of free forging of large-sized disks with punching a central hole (Forging and die forging of steel Handbook. In 2 vols. Author: Storozhev MV Publisher: Mashinostroenie Year: 1967), incl. sectional forging, if the disk diameter is large enough (up to 3 meters).

Недостатком известного способа является невысокая точность поковки и недостаточный наружный диаметр, например, для дисков турбин требуется поковка диаметром до 4-6 метров, а для межотсековых дисков - до 10 метров.The disadvantage of the known method is the low accuracy of forging and insufficient outer diameter, for example, turbine disks require forging with a diameter of up to 4-6 meters, and for inter-compartment disks - up to 10 meters.

Известен способ изготовления осесимметричных деталей типа диска (RU 2648429, публ. 26.03.2018), включающий торцовую раскатку цилиндрической заготовки путем ее деформирования обжимом по секторным участкам между двумя сближающимися инструментами, одному из которых сообщают дополнительное сложное колебательное движение, с одновременным воздействием осевого усилия осадки, отличающийся тем, что торцовую раскатку осуществляют до появления в конце раскатки схемы плоского растяжения, которую получают путем создания дополнительных напряжений первого рода с образованием в месте соединения диска со ступицей кольцевой шейки, в которой происходит внеконтактная деформация, глубиной, не превышающей половину припуска на механическую обработку диска.A known method for manufacturing axisymmetric disk-type parts (RU 2648429, publ. 03/26/2018), including end rolling of a cylindrical workpiece by deforming it by crimping in sector sections between two approaching tools, one of which is given an additional complex oscillatory motion, with simultaneous action of the axial upsetting force , characterized in that end rolling is carried out until the flat tension scheme appears at the end of rolling, which is obtained by creating additional stresses of the first kind with the formation at the junction of the disk with the hub of the annular neck, in which non-contact deformation occurs, with a depth not exceeding half the allowance for mechanical disk processing.

Недостатком известного способа следует признать проявление рациональной схемы плоского растяжения лишь в конце раскатки, что определяется кинематикой течения металла и не оказывает существенного влияния на снижение усилия деформирования и, как следствие, на увеличение диаметра раскатываемых дисков. Кроме того плоское растяжение действует бесконтрольно и может привести к разрушению изготавливаемого диска в области кольцевой шейки.The disadvantage of the known method should be recognized as the manifestation of a rational scheme of flat tension only at the end of rolling, which is determined by the kinematics of the metal flow and does not have a significant effect on reducing the deformation force and, as a result, on increasing the diameter of the rolled disks. In addition, flat tension acts uncontrollably and can lead to the destruction of the manufactured disk in the region of the annular neck.

Техническим результатом является снижение потребного усилия деформирования крупногабаритных дисков с увеличением их диаметра до требуемых размеров.The technical result is to reduce the required force of deformation of large disks with an increase in their diameter to the required size.

Указанный технический результат достигается тем, что способ включает локальную деформацию заготовки несколькими парами синхронно работающих раскатных устройств, а трудно деформируемые участки дисков типа полотен, соединяющих центральную ступицу с внешним венцом, подвергают принудительному растяжению (линейному или плоскому) растягивающими раскатными устройствами с одновременной деформацией указанного полотна по разноименной механической схеме обжимными раскатными устройствами с получением полотна диска толщиной от 1 до 2% от его диаметра без штамповочных уклонов на ступице и венце, но с оформлением поднутрений на венце, если такие поднутрения предусмотрены конструкцией диска.The specified technical result is achieved in that the method includes local deformation of the workpiece by several pairs of synchronously operating rolling devices, and hard-to-deform sections of disks such as sheets connecting the central hub to the outer crown are subjected to forced tension (linear or flat) by stretching rolling devices with simultaneous deformation of the specified sheet according to a different mechanical scheme by crimping rolling devices to obtain a disc web with a thickness of 1 to 2% of its diameter without stamping slopes on the hub and crown, but with undercuts on the crown, if such undercuts are provided for by the disc design.

Положительным техническим результатом, обеспечиваемым раскрытой выше совокупностью признаков способа, является увеличение возможностей локального деформирования поверхностей изготавливаемых дисков за счет применения в способе нескольких пар раскатных устройств и операции принудительного растяжения полотен изготавливаемых дисков с помощью растягивающих раскатных устройств. Применение при деформации заготовки упомянутых устройств позволяет увеличить диаметр обрабатываемых дисков (до 4-6 метров по схеме с линейным растяжением и до 7-10 метров по схеме с плоским растяжением), а также применять для их изготовления раскатку на специальных роботизированных установках, что обеспечит возможность раскатки деталей указанных размеров.A positive technical result provided by the set of features of the method disclosed above is an increase in the possibilities of local deformation of the surfaces of manufactured discs due to the use of several pairs of rolling devices in the method and the operation of forced stretching of the sheets of manufactured disks using stretching rolling devices. The use of the mentioned devices during the deformation of the workpiece makes it possible to increase the diameter of the processed disks (up to 4-6 meters according to the scheme with linear tension and up to 7-10 meters according to the scheme with flat tension), as well as to use for their manufacture rolling on special robotic installations, which will provide an opportunity rolling parts of the specified dimensions.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена схема раскатки поковки диска, на примере двухребордного кранового колеса по схеме принудительного линейного растяжения; на фиг. 2 представлен Вид А схемы раскатки поковки двухребордного кранового колеса по схеме принудительного линейного растяжения; на фиг. 3 показаны элементы колеса, позволяющие сэкономить металл, в сравнении с обычной штамповкой на молотах: а - за счет утонения полотна при разноименной схеме деформации; б - за счет устранения штамповочных уклонов на ступице и венце; в - за счет оформления поднутрения двухребордного колеса, на фиг. 4 представлена схема раскатки поковки межотсекового диска подводной лодки по схеме принудительного плоского растяжения, на фиг. 5 представлен вид Б вышеуказанной схемы.The invention is illustrated by drawings, where in Fig. 1 shows a scheme for rolling out a forging of a disk, using the example of a double-flange crane wheel according to the scheme of forced linear tension; in fig. 2 shows View A of the scheme for rolling out a forging of a double-flange crane wheel according to the scheme of forced linear tension; in fig. 3 shows the elements of the wheel, which allow saving metal, in comparison with conventional stamping on hammers: a - due to thinning of the web with a different deformation pattern; b - due to the elimination of stamping slopes on the hub and crown; c - due to the design of the undercut of the double-flange wheel, in Fig. 4 shows a scheme for rolling out a forging of a submarine inter-compartment disk according to the scheme of forced flat tension, in Fig. 5 shows view B of the above circuit.

Для осуществления способа по схеме с принудительным линейным растяжением целесообразно применять гидравлический пресс ПА3236Ф1 усилием 4000 кН с двумя ползунами, причем ближний к станине пресса ползун должен быть установлен на место нижней плиты и выталкивателя. Для изготовления дисков применяют центрирующие ролики (1), раскатные устройства, выполненные в виде обжимных роликов (2 и 3) (Фиг. 2), растягивающие раскатные устройства, выполненные в виде растягивающих роликов (4 и 5), ограничивающие ролики (6). Все упомянутые инструменты устанавливают на исходном полуфабрикате изготавливаемого кранового колеса (7).To implement the method according to the scheme with forced linear tension, it is advisable to use a PA3236F1 hydraulic press with a force of 4000 kN with two sliders, and the slider closest to the press bed should be installed in place of the bottom plate and ejector. For the manufacture of disks, centering rollers (1), rolling devices made in the form of crimping rollers (2 and 3) (Fig. 2), stretching rolling devices made in the form of stretching rollers (4 and 5), limiting rollers (6) are used. All mentioned tools are installed on the original semi-finished product of the manufactured crane wheel (7).

Центрирующие ролики (1) имеют форму внутренней поверхности ступицы колеса. Обжимные ролики (2, 3) имеют осесимметричную форму, состоящую из обкатывающей части ролика и приводной (3). Растягивающие ролики (4, 5) имеют форму венца диска. Ограничивающие ролики (6) имеют цилиндрическую форму или форму двухребордного поднутрения диска.The centering rollers (1) are shaped like the inner surface of the wheel hub. Crimping rollers (2, 3) have an axisymmetric shape, consisting of a rolling part of the roller and a drive part (3). The stretch rollers (4, 5) are shaped like a disc crown. Limiting rollers (6) have a cylindrical shape or the shape of a double-flange disc undercut.

Для осуществления способа с принудительным плоским растяжением поковки межотсекового диска 8 применяется специальная установка, состоящая из пресса-подавателя полуфабриката с двумя наклонными под углом Y пуансонами 9 и 10, трех механизмов радиальной раскатки 11 и трех торце-раскатных механизмов 12. Механизмы радиальной раскатки помимо одного наружного имеют два внутренних ролика, между которыми располагается полотно раскатываемого диска. Все упомянутые механизмы установлены на исходном полуфабрикате, причем три механизма радиальной раскатки имеют возможность перемещения от центра полуфабриката до его наружного диаметра, а один из трех торце-раскатных механизмов установлен стационарно, следующий за ним механизм имеет возможность перемещения от положения первого механизма до среднего размера радиуса полотна полуфабриката, а третий механизм имеет возможность перемещения от положения первого механизма до крайнего размера радиуса полотна полуфабриката.To implement the method with forced flat tension of the forging of the inter-compartment disk 8, a special installation is used, consisting of a semi-finished product feeder press with two punches 9 and 10 inclined at an angle Y, three radial rolling mechanisms 11 and three end-rolling mechanisms 12. Radial rolling mechanisms, in addition to one the outer one has two inner rollers, between which the sheet of the rolled disk is located. All of the mentioned mechanisms are installed on the original semi-finished product, and three radial rolling mechanisms are able to move from the center of the semi-finished product to its outer diameter, and one of the three end-rolling mechanisms is installed stationary, the mechanism following it can move from the position of the first mechanism to the average radius size semi-finished product web, and the third mechanism has the ability to move from the position of the first mechanism to the extreme size of the radius of the semi-finished product web.

Способ изготовления крупногабаритных дисков осуществляют следующим образом.The method of manufacturing large-sized discs is as follows.

По схеме с принудительным линейным растяжением исходная заготовка (полуфабрикат), полученная, например, торцевой раскаткой на отдельном оборудовании (на фиг. 1 показана пунктирными линиями) удерживается за края двумя роботами (на чертежах не показаны). Центрирующие ролики 1, закрепленные на ползунах пресса, входят в отверстие полуфабриката и сжимают торцы его ступицы, захватные органы роботов отходят, при этом обжимные ролики 2 и 3 сжимают полотно полуфабриката, растягивающие ролики 4 и 5 сжимают соответственно венец и цилиндрическую поверхность ступицы полуфабриката, включается привод вращения от левых растягивающих роликов 4. От полуфабриката приводятся во вращение все вышеуказанные ролики.According to the scheme with forced linear tension, the original workpiece (semi-finished product), obtained, for example, by end rolling on separate equipment (shown in dotted lines in Fig. 1) is held by the edges by two robots (not shown in the drawings). The centering rollers 1, fixed on the press sliders, enter the hole of the semi-finished product and compress the ends of its hub, the gripping bodies of the robots move away, while the crimping rollers 2 and 3 compress the web of the semi-finished product, the stretching rollers 4 and 5 compress the crown and the cylindrical surface of the hub of the semi-finished product, respectively, turns on rotation drive from the left stretching rollers 4. All the above rollers are driven from the semi-finished product.

На первом этапе обработки заготовки колеса левые растягивающие ролики 4 оформляют венец, обжимая его от своего привода подачи по высоте, затем, на втором этапе обработки левые ролики 4 перемещаются от центра заготовки и, совместно с правыми роликами 5, удерживающими ступицу, подвергают полотно линейному растяжению, при этом левые обжимные ролики 2, установленные на плитах пресса, раскатывают полотно по разноименной схеме деформации, а правые обжимные ролики 3 постепенно выдвигаются из-за зоны обжатия стационарно установленных левых роликов 2 от отдельного привода поступательного перемещения, находящегося вне зоны пресса и обеспечивающего не только перемещение роликов 3 в радиальном направлении, но и синхронно с роликами 2 обжатие полотна, например, с помощью специальных копиров. По достижении ограничивающих роликов 6, один из которых установлен на боковом ползуне пресса, а два других - стационарно вне зоны пресса, происходит окончание раскатки, при этом возможно оформление поднутрения в случае раскатки двухребордного кранового колеса. По окончании раскатки останавливается привод вращения всех роликов, захватные органы роботов удерживают колесо, отводится ограничивающий ролик 6 с помощью бокового ползуна пресса, роботы выводят колесо из контакта с двумя другими ограничивающими роликами 6, затем один из роботов отпускает, а другой извлекает полученное крановое колесо 7. Привод вращения и подачи всех роликов имеет обратную связь, исключающую появление внеконтакной деформации и опасность разрушения материала поковки под действием напряжений растяжения.At the first stage of processing the wheel workpiece, the left stretching rollers 4 form the crown, compressing it from their height feed drive, then, at the second stage of processing, the left rollers 4 move from the center of the workpiece and, together with the right rollers 5 holding the hub, subject the web to linear tension , while the left crimping rollers 2, mounted on the press plates, roll out the fabric according to a different deformation pattern, and the right crimping rollers 3 gradually move out due to the compression zone of the permanently installed left rollers 2 from a separate translational movement drive located outside the press zone and providing no only the movement of the rollers 3 in the radial direction, but also synchronously with the rollers 2 compression of the web, for example, using special copiers. Upon reaching the limiting rollers 6, one of which is installed on the side slider of the press, and the other two are stationary outside the press zone, the rolling is completed, while undercutting is possible in the case of rolling a double-flange crane wheel. At the end of rolling, the drive of rotation of all rollers stops, the gripping bodies of the robots hold the wheel, the limiting roller 6 is retracted using the side slider of the press, the robots remove the wheel from contact with the other two limiting rollers 6, then one of the robots releases, and the other removes the resulting crane wheel 7 The drive for rotation and feed of all rollers has a feedback that excludes the appearance of non-contact deformation and the risk of destruction of the forging material under the action of tensile stresses.

С использованием программы моделирования QForm определено, что максимальная величина вертикальной составляющей силы, действующей на растягивающие ролики составляет 0,3 Мн (30 тс), горизонтальная составляющая - 0,22 Мн (22 тс), вертикальная составляющая, действующая на обжимные ролики составляет 0,5 Мн (50 тс). Таким образом, в результате проведенных расчетов показано, что для поковки кранового колеса диаметром 775 мм по схеме торцевой раскатки с наложением принудительного линейного растяжения, суммарное усилие, действующее на растягивающие и обжимные ролики составляет всего лишь 102 тс, тогда как при обычной торцевой раскатке требуется усилие около 630 тс, т.е. потребное усилие деформирования снижается более чем в 6 раз. Учитывая снижение усилия деформирования при торцевой раскатке в 10-15 раз в сравнении с обычной штамповкой, итоговое снижение усилия деформирования по предлагаемой схеме торцевой раскатки снижается в 60-100 раз.Using the QForm simulation program, it was determined that the maximum value of the vertical component of the force acting on the stretching rollers is 0.3 Mn (30 tf), the horizontal component is 0.22 Mn (22 tf), the vertical component acting on the crimping rollers is 0, 5 Mn (50 tf). Thus, as a result of the calculations performed, it is shown that for forging a crane wheel with a diameter of 775 mm according to the scheme of end rolling with the imposition of forced linear tension, the total force acting on the stretching and crimping rollers is only 102 tf, while normal end rolling requires a force about 630 tf, i.e. the required deformation force is reduced by more than 6 times. Taking into account the reduction in the deformation force during end rolling by 10-15 times in comparison with conventional stamping, the final decrease in the deformation force according to the proposed scheme of end rolling is reduced by 60-100 times.

При обработке кранового колеса катающей поверхностью диаметром 710 мм были получены следующие результаты: сэкономлено 153 кг (47% от массы исходной заготовки) при сравнении с молотовой поковкой весом 327 кг, при этом экономия (фиг. 3) составила в зоне а) - 50 кг, в зоне б) - 46 кг, в зоне в) - 57 кг.When processing the crane wheel with a rolling surface with a diameter of 710 mm, the following results were obtained: 153 kg (47% of the mass of the original billet) were saved when compared with a hammer forging weighing 327 kg, while the savings (Fig. 3) amounted to 50 kg in zone a) , in zone b) - 46 kg, in zone c) - 57 kg.

При использовании пресса ПА3241 той же серии с усилием 12500 кН по раскрытому в настоящей заявке способу появляется возможность раскатывать диски турбин диаметром до 4 метров, обеспечивая, таким образом, импортозамещение дисков.When using a press PA3241 of the same series with a force of 12500 kN according to the method disclosed in this application, it becomes possible to roll out turbine disks with a diameter of up to 4 meters, thus ensuring import substitution of disks.

На Фиг. 4 показана схема деформации межотсекового диска 8 дизельной подводной лодки, реализуемая с помощью принудительного плоского растяжения полотна диска.On FIG. 4 shows a diagram of the deformation of the inter-compartment disk 8 of a diesel submarine, implemented using forced flat tension of the disk web.

Исходный полуфабрикат (на чертеже показан пунктирными линиями) изготавливается методом свободной ковки на мощных гидравлических прессах. Он удерживается в исходном положении с помощью настенных кранов-вил (на чертеже не показаны).The original semi-finished product (shown in dotted lines in the drawing) is made by free forging on powerful hydraulic presses. It is held in its original position using wall-mounted fork cranes (not shown in the drawing).

Верхний 9 и нижний 10 наклонные под углом Y пуансоны сжимают полуфабрикат, за его торцы, подводятся три механизма радиальной раскатки 11, имеющие возможность синхронно расходиться в трех направлениях под углом 120 градусов. Включается вращение и подача пуансонов и радиально- раскатных механизмов, начинается деформация полотна полуфабриката по схеме с принудительным плоским растяжением. Полотно обжимается с помощью торце-раскатных механизмов, установленных также через 120 градусов. Затем, по мере увеличения диаметра полотна, второй и третий из трех торце-раскатных механизмов начинают выдвигаться наружу, второй до среднего радиуса полотна, а третий - до крайнего радиуса (Фиг. 5), обеспечивая его синхронное обжатие. Металл принудительно вытягивается из центральной зоны полуфабриката радиальными роликами принимая форму диска и обжимается по высоте торце-раскатными роликами по разноименной схеме. При этом происходит обжим и раздача венца полуфабриката до необходимых размеров. Центральная зона полуфабриката, подаваемая наклонными пуансонами, в конце деформации по толщине становится равной толщине полотна, что является сигналом к окончанию процесса. В случае появления внеконтактной деформации обратную связь на дополнительное поджатие имеют механизмы пресса-подавателя и торце-раскатные механизмы.The upper 9 and lower 10 punches inclined at an angle Y compress the semi-finished product, three mechanisms of radial rolling 11 are brought behind its ends, having the ability to simultaneously diverge in three directions at an angle of 120 degrees. The rotation and feed of the punches and radial rolling mechanisms are switched on, the deformation of the semi-finished product web begins according to the scheme with forced flat tension. The canvas is crimped using end-rolling mechanisms, also installed at 120 degrees. Then, as the web diameter increases, the second and third of the three end-rolling mechanisms begin to move outward, the second to the middle radius of the web, and the third to the extreme radius (Fig. 5), ensuring its synchronous compression. The metal is forcibly pulled out from the central zone of the semi-finished product by radial rollers, taking the form of a disk and crimped in height by end-rolling rollers according to a different scheme. In this case, the crimping and distribution of the crown of the semi-finished product to the required dimensions takes place. The central zone of the semi-finished product, supplied by inclined punches, at the end of deformation becomes equal in thickness to the thickness of the sheet, which is a signal for the end of the process. In the event of non-contact deformation, feeder press mechanisms and end-rolling mechanisms have feedback on additional preload.

Схема деформации с принудительным линейным растяжением применяется для раскатки дисков 1-4 метра, а схема деформации с принудительным плоским растяжением - для дисков до 10 метров.Forced linear tension deformation pattern is used for rolling discs 1-4 meters, and forced flat tension deformation pattern is used for discs up to 10 meters.

Claims

1. A method for manufacturing large-sized discs, including local deformation of the workpiece by several pairs of synchronously operating rolling devices, characterized in that hard-to-deform sections of the disk in the form of a web connecting the central hub to the outer crown of the disk are subjected to forced linear or planar tension by tensile rolling devices with simultaneous deformation said web according to a different mechanical scheme by crimping rolling devices to obtain a disk web having a thickness of 1 to 2% of its diameter, without stamping slopes on the hub and crown.

2. The method according to claim 1, characterized in that the crimping unrolling devices are installed one after the other in the circumferential direction, with each subsequent unrolling device being extended relative to the previous one as the web diameter increases.