книги из ГПНТБ / Совершенствование технологии ковки крупных поковок типа пластин

Ленинградская организация общества «Знание» РСФСР

ЛЕНИНГРАДСКИЙ ДОМ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ ПРОПАГАНДЫ

УДК 62S.735

Б. А. ТРИФОНОВ, В. Л. ДВОСКИН, И. А. ЛЯПСИНА,

Л. Н. ПЕТРОВ, В. М. ЧЕМОДАНОВ

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ КОВКИ

КРУПНЫХ ПОКОВОК

ТИПА ПЛАСТИН

С е р и я — Прогрессивное формообразование, металловедение

итермообработка

Ле н и н г р а д

1974

В В Е Д Е Н И Е

Главной задачей девятого пятилетнего плана в соответствии с решениями XXIV съезда КПСС является дальнейшее обеспече­ ние значительного подъема материального и культурного уровня трудящихся на основе высоких темпов развития социалистического производства и повышения научно-технического прогресса, куда входит и совершенствование технологических процессов.

Одним из распространенных видов продукции, применяемых в современном машиностроении, являются поковки типа пластин.

Эти поковки используются как исходные заготовки для произ­ водства толстолистовой стали, так и в виде заготовок для изготов­ ления соублоков, анкерных и подштамповых плит, передвижных столов, оснований кузнечно-прессового и прокатного оборудования, трубных решеток и плит в энергоагрегатах и др.

Однако особенности технологии ковки и закономерности фор­ моизменения пластин освещены в технической литературе недоста­ точно подробно. При разработке технологии ковки плоским бой­ ком основная трудность заключается в определении величины по­ требного усилия деформирования, соотношения и параметров об­ рабатываемых заготовок. Вместе с тем и формоизменяющие фак­ торы процесса ковки пластин обладают рядом особенностей, кото­ рые пока еще не имеют достаточно полных теоретических и экспе­ риментальных решений. К ним относятся вопросы, связанные с ис­

пластин (особенно широких) следует осуществлять в направлении выбора оптимальных схем обработки, уточнения и детализации ее параметров, разработки рациональных технологических приемов и операций, создания принципиально новых конструкций ковочного инструмента.

СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ТЕХНОЛОГИИ КОВКИ КРУПНЫХ ПЛАСТИН ПОД ГИДРАВЛИЧЕСКИМИ ПРЕССАМИ

Существующая технология ковки поковок типа пластин пред­ усматривает несколько схем их обработки в зависимости от целе­ вого назначения.

3

Проведенный анализ номенклатуры поковок, выпускаемых прессовым цехом Ижорского завода им. А. А. Жданова, показал, что изготавливаемые пластины в большинстве своем используются как исходные заготовки (бр^мы) для производства толстолисто­ вой стали и реже в качестве поковки для изготовления различных деталей машин.

В качестве основных материалов для изготовления таких поко­ вок используются низко-, среднеуглеродистые и легированные кон­ струкционные стали, нержавеющие перлитные и аустенитные ста­ ли, выплавляемые в мартеновских и электропечах. Кроме того, для получения металла повышенного качества применяется электрошлаковый (ЭШП) и вакуумно-дуговой (ВДП) переплав.

Кованые брамы характеризуются следующими показателями:

91 500 кг, выход годного — 69— 82%.

Поковки пластин, используемые для изготовления деталей раз­

выход годного — 56—65%.

Сравнивая приведенные данные, можно отметить, что величина выхода годного металла у брам выше, чем у пластин.

Рассмотрим основные схемы технологического процесса ковки пластин, применяемые на ряде отечественных заводов, и особен­ ности их изготовления в зависимости от назначения и соотношения

мального кузнечного слитка после отковки цапфы удаляется изли­ шек прибыли. На этой операции на Ижорском заводе часто при­ меняют частичное биллетирование, т. е. когда на плоском бойке у слитка обжимают два соседних ребра. Затем такой слиток укла­ дывается на два оставшихся несбитых ребра и производится его дальнейшее обжатие. Использование такого приема позволяет со­ кратить общее время ковки пластины. Далее полученная цилин­ дрическая заготовка разгоняется узким плоским бойком до пла­ стины требуемых размеров. Конечная толщина брам составляет 350—800 мм, а величина абсолютной ' подачи, допускаемая мощ­ ностью пресса, колеблется в пределах 400—700 мм.

Для получения пластины хорошего качества за счет проработ­ ки осевой дефектной зоны слитка, увеличения его поперечного се­ чения, удаления бкалины и проч. сравнительно часто применяют схему 1-6, предусматривающую промежуточную осадку. Промежу­ точная осадка слитка может осуществляться как после биллетировки, так и без нее. В этом случае трудоемкость технологического процесса возрастает. Осадку осуществляют как плоскими так и вогнуто-выпуклыми сферическими плитами. Выпуклая верхняя плита уменьшает потери металла на обрубку. Полученная вогну-

4

тость на осаженном блоке выравнивается при дальнейшей про­ тяжке вследствие неравномерной продольной деформации по по­ перечному сечению. Поэтому конец пластины имеет после протяж­ ки меньшую овальность, чем при осадке плоской плитой. По дан­ ным Ждановского металлургического завода, осадка слитка вы­ пуклой плитой увеличивает выход годного на 2—3% и более [1].

Для увеличения ширины, а также обеспечения требуемой сфе­ ричности боковых сторон по высоте брам на ряде заводов страны применяется схема 1-в. По этой схеме кузнечный слиток сначала обжимается на квадрат, а затем протягивается на пластину по диагонали. Сторона промежуточной квадратной заготовки, исполь­ зуемой для последующей протяжки, составляет 0,78—0,92 от мини­ мального диаметра слитка. Такая схема ковки для образования боковой сферичности при прочих равных условиях предупреждает в условиях Ижорского завода образование закатов и зажимов ме­ талла при прокатке толстолистовой стали, а также позволяет уве­

плоским бойком с последующей поперечной разгонкой [3]..Обжа­ тая средняя часть заготовки, являясь жесткой зоной при ее попе­ речной разгонке, выравнивает продольное течение металла в про­ цессе деформации и обеспечивает уменьшение овальности концов

пластины в плане.

Еще более сложную схему (рис. 1,(3) при изготовлении широ­ ких пластин используют на, Ждановском металлургическом заводе. По этой схеме ковки решаются сразу две задачи: получение широ­ ких пластин и обеспечение прямых углов в плане. С этой целью биллетированный слиток осаживается и протягивается на проме­ жуточную пластину. Далее, после подогрева производят оттяжку углов плоскими бойками с проковкой на заданное сечение. Подача заготовки при этом ведется под углом до 45° к поперечной оси пресса. Деформация осуществляется ступенчато, постепенными обжатиями от основного тела в направлении угла пластины во из­ бежание законов металла. Последняя ступень угла оттягивается по, высоте до поковочных размеров. Такая схема ковки, даже при ма­ лых обжатиях, дает увеличение ширины пластины на 35—45% по сравнению со схемой 1-а и повышает выход годного на 4—6%.

Интересная схема ковки с применением фигурных бойков при­ меняется на Невском машиностроительном заводе им. В. И. Де­ нина. В отдельных элементах она аналогична схеме 1-г и исполь­ зуется при ковке пластин из удлиненных слитков (рис. \,е). Сли­ ток укладывается одной гранью на нижний фигурный боек, имею­ щий" трапециевидную форму. Выравнивание полученной разно^олщинности в поперечном сечении заготовки осуществляется на пот следующей операции при протяжке пластины до заданных разме­

6

/

ров. Как и в предыдущем варианте, эта схема также обеспечивает увеличение ширины пластины и снижает овальность ее в плане.

Таким образом, из анализа приведенных схем'ковки можно сде­ лать вывод, что ни одна из них в полной мере не отвечает требова­ ниям производства, так как основным недостатком применяемых технологических процессов изготовления пластин является нали­ чие овальности на поковках в плане, вызываемой неравномер­ ностью деформации при протяжке заготовок и, как следствие, они сопряжены с повышенным расходом металла. В подтверждении этого укажем, что по данным Ждановского металлургического за­ вода потери металла при ковке пластины (LK= 2000 мм, Ьк = = 1500 мм, /гк = 500 мм) из слитка 11,8 тв виде отходов на угар, обрубку донной и прибыльной частей, обрези на овальность соста­ вили 42% [1, 2]. Поэтому для сокращения расхода металла при ковке пластин независимо от их целевого назначения необходимо дальнейшее изучение и совершенствование технологии с обяза­ тельным установлением законов взаимосвязи между силовыми и формоизменяющими факторами различных ковочных операций.

АНАЛИЗ ФОРМОИЗМЕНЯЮЩИХ ПАРАМЕТРОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА И РЕЖИМА ОБЖАТИЙ КОВКИ ПЛАСТИН

Для разработки оптимальной технологии ковки пластин необ­ ходимо установить взаимосвязь силовых и формоизменяющих фак­ торов. Сюда относятся: вид напряженного состояния в очаге де­ формации, характер изменения параметров заготовки в процессе ковки, изгиб пластины, режимы обработки и проч.

Исследования, проведенные в этом направлении, позволяют не только разработать обоснованную методику экспериментальных работ с учетом особенностей технологии ковки пластин в завод­ ских условиях, но и дать качественно-количественную оценку по­ лученных результатов и возможность использования их для совер­ шенствования существующих технологических процессов.

Это важно еще и потому, что в производственных условиях лю­ бые эксперименты на натурных образцах трудоемки, связаны со значительными материальными затратами и могут быть проведены в ограниченном объеме.

Известно, что на способность металла деформироваться без разрушения оказывает влияние химический состав, температура ковки и вид напряженного состояния обрабатываемой заготовки. Создание необходимого запаса пластичности металла и ликвида­ ция внутренних, металлургических дефектов кузнечных слитков яв­ ляются основными задачами при исследовании операций и разра­ ботке технологий свободной ковки. Основное внимание следует уделить распределению напряжений в очаге деформации с пози­ ций первой задачи, оказывающей значительное влияние на вели­ чину конечных деформаций заготовки. Для этого возможно рас­

7

смотрение идеального случая, когда допускается сплошная жест­ ко-пластическая среда, находящаяся в условиях, сходных с теми, в которых находится металл при заданных внешних нагрузках и

граничных условиях.

Найдем напряжения в объеме очага деформации, используя предложение А. А. Поздеева и В. И. Тарновского [4]. В этом слу­ чае напряженное состояние определяется по деформированному, т. е. граничные условия Коши для напряжений и дифференциаль­ ные уравнения равновесия позволяют исследовать статику этих процессов. Иначе говоря, по полю скоростей деформаций опреде­ ляется поле напряжений.

Принимаем

In Н

где b, Н, z, у — конечные и текущие поперечные и высотные коор­ динаты в объеме очага деформации.

В то же время в объеме очага деформации имеем:

Компоненты сдвиговых скоростей деформаций определяются по известным формулам

8

Таким образом полностью находятся компоненты тензора ско­ ростей деформации и интенсивность скоростей деформаций

Тогда касательные напряжения относительно тоз, выраженные через скорости деформации, вследствие пропорциональности девиатора напряжений девиатору деформаций, имеют вид [5]

1ху

Ег

Осевые напряжения аЛ, оу и ozопределяются из дифференциаль­ ных уравнений статического равновесия. В частности для ох

Последнее дифференциальное уравнение в частных производ­ ных с помощью табличных интегралов [6] решается с применением ЭЦВМ. Имея осевые ох, оу, oz и касательные хху, r yz, xXz напряже­ ния находим интенсивность напряжений

жения а.* и ctz являются растягивающими, а на контактной и боко­ вой поверхности — сжимающими. Нормальное напряжение оу по всему объему очага деформации сжимающее. Нормальное напря­ жение Оу на контактной поверхности, в общем, превышают напря­ жение в объеме очага деформации, примерно, на порядок. В целом