RU2813160C1

RU2813160C1 - Method for stamping discs

Info

Publication number: RU2813160C1
Application number: RU2023106276A
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Андреевич Карягин; Алексей Викторович Пчельников; Максим Олегович Смирнов; Михаил Александрович Солнцев; Виктория Александровна Филякова
Original assignee: Акционерное общество "Ступинская металлургическая компания"
Filing date: 2023-03-16
Publication date: 2024-02-06

Abstract

FIELD: metal processing.

SUBSTANCE: metal forming used in the manufacture of died forgings of disks, including those with a hub height greater than the height of the rim, for example for gas turbines. The workpiece is upset and the disk forging is subsequently stamped in the final die. Upsetting is carried out with the spherical protrusion of the die to a height that ensures, during stamping in the final die, that the forging structure is drawn along the axis of the hub.

EFFECT: increase in mechanical properties in the axial zone of forgings is ensured.

2 cl, 2 dwg, 2 tbl

Description

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к способам изготовления штампованных поковок дисков, в том числе с высотой ступицы большей, чем высота обода, например для газовых турбин. Заявленный способ включает осадку цилиндрической заготовки с использованием специального выпуклого бойка, с выступающей частью в виде части сферы, и последующую штамповку.The invention relates to metal forming, in particular to methods for producing stamped forgings of disks, including those with a hub height greater than the height of the rim, for example for gas turbines. The claimed method involves upsetting a cylindrical workpiece using a special convex striker, with a protruding part in the form of part of a sphere, and subsequent stamping.

Известен способ осадки заготовки бойками с осевыми отверстиями (Я.М. Охрименко, «Технология кузнечно-штамповочного производства», М.: Машиностроение, 1966, стр. 169, рис. 84). Данный способ реализуется тем, что заготовку осаживают на бойках, имеющих осевые отверстия, в которые затекает металл и формирует выступы заготовки, а при последующей осадке на плоских бойках торцы заготовки выравниваются. Таким способом достигается увеличение степени деформации в торцевых зонах заготовки. Недостатком данного способа является формирование поперечного волокна в осевой зоне заготовки после осадки на плоских бойках, что снижает механические свойства изделия в центральной части заготовки.There is a known method of upsetting a workpiece with strikers with axial holes (Ya.M. Okhrimenko, “Technology of forging and stamping production”, M.: Mashinostroenie, 1966, p. 169, fig. 84). This method is implemented by the fact that the workpiece is upset on strikers having axial holes into which metal flows and forms protrusions of the workpiece, and during subsequent upset on flat strikers the ends of the workpiece are aligned. In this way, an increase in the degree of deformation in the end zones of the workpiece is achieved. The disadvantage of this method is the formation of transverse fiber in the axial zone of the workpiece after upsetting on flat strikers, which reduces the mechanical properties of the product in the central part of the workpiece.

Известен способ ковки дисков (SU 1159704 А, приор. 09.03.1983 г.) путем предварительной осадки заготовки с формированием двухсторонних центральных выступов, ограниченных частью сферической поверхности и плоской периферийной частью. Данный способ заключается в формировании выпуклой части на торце в виде части сферы при осадке с помощью специального инструмента. Заготовку осаживают с помощью бойков, имеющих полости, формирующие выступ заготовки, а затем заготовку осаживают на плоских бойках. Таким образом достигается увеличение степени деформации в торцевых зонах заготовки. Недостатком данного способа является то, что степень деформации в торцевых зонах достигается меньшего значения, чем при внедрении в торец заготовки выпуклых частей штампа и формировании вогнутой поверхности заготовки. Также даже при увеличенной степени деформации в заготовке структура заготовки остается вытянутой поперек оси заготовки, что негативно влияет на механические характеристики вдоль оси заготовки.There is a known method for forging disks (SU 1159704 A, priority 03/09/1983) by preliminary upsetting of the workpiece with the formation of double-sided central protrusions limited by a part of the spherical surface and a flat peripheral part. This method involves forming a convex part at the end in the form of part of a sphere during upsetting using a special tool. The workpiece is upset with the help of strikers having cavities that form a protrusion of the workpiece, and then the workpiece is upset on flat strikers. In this way, an increase in the degree of deformation in the end zones of the workpiece is achieved. The disadvantage of this method is that the degree of deformation in the end zones is achieved less than when introducing convex parts of the stamp into the end of the workpiece and forming a concave surface of the workpiece. Also, even with an increased degree of deformation in the workpiece, the structure of the workpiece remains elongated across the axis of the workpiece, which negatively affects the mechanical characteristics along the axis of the workpiece.

Известен способ штамповки крупных деталей типа дисков (SU 115054 А2, приор. 29.03.1958 г.). Данный способ заключается в том, что для снижения усилия штамповки дисков применяют полый пуансон для истечения избытка металла заготовки. Для установки заготовки используется прижим. Недостатком данного способа является сложная конструкция штампа, включающая прижим.There is a known method for stamping large parts such as disks (SU 115054 A2, priority 03/29/1958). This method involves using a hollow punch to reduce the force of stamping disks to drain excess metal from the workpiece. A clamp is used to install the workpiece. The disadvantage of this method is the complex design of the stamp, including a clamp.

Известен способ штамповки (Я.М. Охрименко, «Технология кузнечно-штамповочного производства», М.: Машиностроение, 1966, стр. 324, рис. 186), при котором штамповка осуществляется за несколько операций (выбран в качестве прототипа). На подготовительных операциях заготовка осаживается в штампе в осевыми отверстиями, затем штампуется в окончательном штампе. Штамп с осевыми отверстиями формирует на торцевых зонах заготовки выступы, которые в окончательном штампе формируют выступы окончательной поковки. Этим способом достигается хорошее заполнение штампа и формирование вытянутой структуры в поковке. Недостатком данного способа является низкая степень деформации сформированных на осадке выступов при штамповке в окончательном штампе, что неблагоприятно влияет на структуру и механические свойства готового изделия.There is a known method of stamping (Ya.M. Okhrimenko, “Technology of forging and stamping production”, M.: Mashinostroenie, 1966, p. 324, fig. 186), in which stamping is carried out in several operations (selected as a prototype). During preparatory operations, the workpiece is deposited in a die in axial holes, then stamped in the final die. A die with axial holes forms protrusions on the end zones of the workpiece, which in the final die form protrusions of the final forging. This method achieves good filling of the die and the formation of an elongated structure in the forging. The disadvantage of this method is the low degree of deformation of the protrusions formed on the sediment during stamping in the final die, which adversely affects the structure and mechanical properties of the finished product.

Так как диски газовых турбин являются деталями ответственного назначения, к их механическим свойствам предъявляются высокие требования. Механические свойства дисков должны удовлетворять предъявляемым требованиям во всех зонах и во всех направлениях. При штамповке диска из-за наличия застойных зон при деформации заготовки и возникновении неблагоприятного направления линий течения может наблюдаться снижение механических характеристик. Целью данного изобретения является повышение механических свойств в осевой зоне поковок типа дисков, в том числе с высокой ступицей, за счет формирования линий течения вдоль оси поковки на окончательной штамповке.Since gas turbine disks are critical parts, high demands are placed on their mechanical properties. The mechanical properties of the discs must meet the requirements in all areas and in all directions. When stamping a disk, due to the presence of stagnant zones during the deformation of the workpiece and the occurrence of an unfavorable direction of flow lines, a decrease in mechanical characteristics may be observed. The purpose of this invention is to increase the mechanical properties in the axial zone of disk-type forgings, including those with a high hub, due to the formation of flow lines along the axis of the forging during final stamping.

В отличие от известного технического решения, включающего высадку заготовки в кольцах или бойках с отверстиями, формирующими выступы на заготовке, и последующей штамповкой высаженной заготовки, при которой из выступов заготовки формируется ступица диска, в заявленном техническом решении производится формирование вогнутой поверхности заготовки сферическим выступом штампа и ступица диска формируется из вогнутой части заготовки.In contrast to the known technical solution, which includes upsetting the workpiece in rings or strikers with holes that form protrusions on the workpiece, and subsequent stamping of the upset workpiece, in which a disk hub is formed from the protrusions of the workpiece, in the claimed technical solution the formation of a concave surface of the workpiece is carried out with a spherical protrusion of the stamp and The disc hub is formed from the concave part of the workpiece.

Решение задачи достигается осадкой цилиндрической заготовки специальным штампом с выпуклой частью (фиг.1), которая формирует в заготовке вогнутую торцевую поверхность, что значительно увеличивает степень деформации в торцевой части заготовки при осадке и последующей штамповке поковки (фиг.2). Высота осадки подбирается таким образом, чтобы при последующей штамповке происходила вытяжка структуры диска вдоль оси ступицы. При этом достигается высокий уровень свойств изделия во всех направлениях вырезки образцов.The solution to the problem is achieved by upsetting a cylindrical workpiece with a special stamp with a convex part (Fig. 1), which forms a concave end surface in the workpiece, which significantly increases the degree of deformation in the end part of the workpiece during upsetting and subsequent stamping of the forging (Fig. 2). The height of the upset is selected in such a way that during subsequent stamping the disk structure is drawn out along the hub axis. In this case, a high level of product properties is achieved in all directions of sample cutting.

Для подтверждения высокого уровня свойств было проведено сравнительное испытание на штампованных поковках из сплава NiCr15MoTi, осаженных и штампованных из цилиндрических заготовок, вырезанных из одной прутковой заготовки. Результат испытаний образцов, вырезанных из центральной части, направленных вдоль оси поковки, показаны в таблице 1, вырезанных в поперечном направлении - в таблице 2.To confirm the high level of properties, a comparative test was carried out on stamped forgings of NiCr15MoTi alloy, upset and stamped from cylindrical blanks cut from a single bar stock. The test results of samples cut from the central part, directed along the axis of the forging, are shown in Table 1, cut in the transverse direction - in Table 2.

Claims

1. A method for manufacturing forgings of a disk with a hub, including upsetting the workpiece and subsequent stamping of the disk in the final die, characterized in that the upsetting of the workpiece is carried out by the spherical protrusion of the die to a height that ensures, when stamping in the final die, the forging structure is drawn along the axis of the hub.

2. The method according to claim 1, characterized in that a forging of a disk for a gas turbine is produced.