книги из ГПНТБ / Совершенствование технологии ковки крупных поковок типа пластин

становке технологического процесса ковки режим обжатий должен допускать возможность автоматизации процесса.

Другой особенностью расчета режима обжатий является соз­ дание условий для равномерной деформации металла. Обжатия по промежуточным сечениям заготовки должны быть такими, чтобы условия возможно большей равномерной деформации ме­ талла выдерживались по каждому переходу. Причем, если ковка осуществляется за несколько переходов, то во-первых можно соз­ дать неравномерную деформацию, главным образом за счет ин­ тенсивной проработки средних слоев заготовки с тем, чтобы при последних переходах приблизиться к равномерной деформации., Это особенно эффективно при изготовлении поковок методом ковки с подстуживанием поверхности слитка или заготовки.

Такое ведение режима ковки позволяет максимально использо­ вать пластичность металла за счет высокой температуры на пер­ вых переходах, а это в свою очередь значительно уменьшает воз­ никновение и последующее отрицательное воздействие дополни­ тельных напряжений в металле.

На производстве опытные кузнецы первые обжатия при про­ тяжке пластин производят всей шириной бойка, а затем, по мере остывания заготовки, последующие обжатия ведут с уменьшением контактной ширины бойка, т. е. уменьшают подачу.

Большую роль в режиме ковки, наряду с обжатиями, занимает кантовка заготовки. Обычно при ковке за несколько переходов кантовку промежуточных заготовок производят в зависимости от выбранной схемы ковки пластины и предъявляемых к ней требо­ ваний. Так как на проведение кантовки затрачивается время, то надо стремиться число кантовок при ковке сократить до мини­ мума.

Точность геометрических размеров поковки пластины, как было указано, в основном обеспечивается за счет вертикального пере­ мещения инструмента. При этом следует уделять особое внимание единичному обжатию, которое при ковке должно обеспечивать проработку поковки по всему объему очага деформации и давать наилучшие механические свойства в продольном и поперечном направлениях.

Поэтому целесообразно после биллетировки единичные обжа­ тия на первых переходах делать наибольшими, максимально используя пластичность металла, а последние должны обеспечить точность размеров готовой пластины с минимальными припусками под последующую механическую обработку.

К ограничивающим факторам величины единичного обжатия следует отнести пластические свойства деформируемого металла, а также жесткость и силовую характеристику оборудования. По­ этому на первых проходах, при достаточной пластичности метал­ ла величину обжатий назначают исходя из усилий ковочного прес­ са, а в последних, с целью обеспечения необходимой точности раз­

20

Для примера рассмотрим один из вариантов упрощенного ре­ шения задачи расчета режима обжатий в общем виде при раз­ работке технологического процесса ковки пластин.

Величину обжатия рассчитываем, исходя из ожидаемой вели­ чины среднего давления в последующем обжатии по измеренным параметрам предыдущего. Предыдущее обжатие связано с после­ дующ,им определенной зависимостью, учитывающей изменение среднего давления по отдельным обжатиям. Начальное абсолют­ ное обжатие А Я определяется максимальным усилием пресса или жесткостью его силовоспринимающих частей, с учетом пластич­ ности металла и величины давления, которое фиксируется либо датчиком усилия (месдоза или манометр, встроенный в рабочий цилиндр пресса), либо определяется по аналитической зависи­ мости. Обычно величину Д Я задают, исходя из средней относи­ тельной высотной деформации и укова, обеспечивающего необхо­ димые механические свойства пластины.

Таким образом, зная полное давление Р или удельное давление

мерений сравниваются между собой,.

Указанное можно отобразить следующей довольно простой си­ стемой

АН2— величина последующего абсолютного обжатия;

Я— высота исходной заготовки.

Взаключение отметим, что для совершенствования технологии производства пластин надо из процесса выделить режим обжа­

тий, расчет которого следует вести на основе законов пластических деформаций.

‘ Проведение экспериментальных исследований процесса ковки поковок типа пластин диктуется необходимостью подтверждения разработанных теоретических положений и предусматривает:

1) изучение характера изменения металла заготовки в про­ цессе деформации при моделировании;

22

2 ) избежать, по возможности, трудоемких исследований на на­ турных’ образцах. связанных со значительными материальными за­

тратами.

Экспериментальные исследования проводились в лаборатории кафедры «Технология металлов и металловедение» и в прессовом

цехе Ижорского завода.

Особое внимание при разработке методики уделено теоретиче­ ской и практической стороне экспериментов, т. е. подготовительной работе к проведению испытаний, которая включает в себя опреде­ ление порядка проведения и Оценки результатов эксперимента. Исследования проводили на гидравлическом прессе модели ИА-452 конструкции оренбургского завода «Металлист». Техниче­ ская характеристика пресса:

Технологические режимы ковки моделей выбирались на основе рекомендуемых в литературе и применяемых на практике данных.

В проводимых экспериментах принимались:

а) величина относительной подачи ~И в пределах 0,1ч-0,3 и

0,5ч-1,0;

б) единичная степень деформации заготовок 14ч-28, 35 и 50%. Практическая ценность определения угла отгиба концов пла­ стины заключается в точном установлении высоты поднятия бойка с траверсой .пресса при последующей протяжке, позволяющей уменьшить ненужные потери времени, что особенно важно при разработке программы и переводе технологического процесса на

23

автоматический режим при совместной работе с пресс-манипуля­ тором с одного пульта управления.

Угол отгиба концов заготовки определялся на прямоугольных пластинах при ковке плоским бойком на плите. При единичном нажатии бойком концы пластины отставали от плиты, а продоль­

нах. Экспериментально угол отгиба вычисляли как отношение за­ меренного высотного к линейному размеру заготовки на расстоя­ нии 30 мм от точки отгиба пластины от плиты, т. е. через тригоно­ метрическую функцию tg. Эксперименты подтвердили ранее выве­ денные зависимости, по которым с увеличением относительной длины очага деформации величина угла отгиба концов пластины уменьшается. Поэтому протяжку пластин следует производить ши­ рокими бойками. Подобный характер искривления пластин под­ тверждается производственной практикой.

Проведение эксперимента по определению овальности концов пластины -в плане предусматривало выполнение следующих за­ дач:

1)уменьшение овальности сторон плит в плане, что дает эко­ номию металла, так как овальность' идет в обрезь — отход;

2)получение пластин возможно большей ширины.

При лабораторных исследованиях использовались цилиндриче­ ские заготовки диаметрОхМ 38, 45 й 60 мм, а также прямоугольные

Рис. 7. Общий вид фигурных бойков специальной конструкции

пластины с ранее указанными размерами. Выбор цилиндрических заготовок объясняется тем, что слиток в большинстве случаев под­ вергается биллетированию при ковке пластин и брам.

Деформация заготовок проводилась плоскими и фигурными бойками специальной конструкции, которые показаны на рис. 7. Необходимость применения фигурных бойков объясняется тем, что существующий инструмент не в состоянии обеспечить всех требо­

24

ваний. предъявляемых к технологии ковки. Указанный инстру­ мент монтировался в специальный блок-штамп, устанавливаемый на пресс. Необычность общего вида фигурных бойков специальной конструкции вызван в основном тем обстоятельством, что оваль­ ность сторон пластин в плане проявляется:

1) вдоль продольной оси пластины по боковым сторонам при протяжке осаженного биллета, когда соотношение диаметра к вы­ соте заготовки близко к 1;

2) по концам пластины при протяжке из слитка.

Наиболее часто при ковке пластин встречается овальность кон­ цов, поэтому была поставлена задача уменьшить овальность кон­ цов пластины, С этой целью была разработана и исследована но­ вая схема техкологическогоо процесса с промежуточной обрезкой концов после протяжки слитка на пластину.

Экспериментально ковку цилиндрических заготовок диаметром 60 мм на пластину проводили с использованием фигурных бойков и промежуточной обрезкой концов пластины после протяжки слит­ ка на 15 и 30%, так как образование «языка» без обрезки даже при ковке спецбойками все-таки сохранялось. Дальнейшую про­ тяжку осуществляли с выровненного конца, используя переменную

протяжке; б) резко сокращает величину «языковидности».

Наряду с вышеуказанным, проводили изучение влияния вели­ чины относительной подачи на формоизменение пластины при про­ тяжке. Для этого деформирование заготовок осуществляли плос­ кими и фигурными бойками, варьируя величиной подачи в преде­ лах 0,25-е 1,0. Исследовались режимы протяжки для пластин с от­

ношением сторон =5,0 при различных вариантах начала и по­

следовательности обжатий (от середины заготовки к краю, и на­ оборот) .

Результаты эксперимента показали, что в случае применения плоских бойков с увеличением подачи относительная величина «языковидности» пластин уменьшается. Она проявляется в полной мере, когда протяжка пластины начинается с середины в напра­ влении к одному из ее концов и достигает максимума на расстоя­ нии, равном трем подачам бойка, т. е. за три последних единичных обжатия на каждом проходе. Эта величина линейного размера со­ храняется во всем диапазоне варьируемых подач.

Если изменить направление протяжки (от края к середине за­ готовки), то «языковидность» концов пластины уменьшается при­

25

в дополнение к вышеизложенному основное внимание обращали на выбор величины подачи бойка. Установлено, что оптимальной по­ дачей, приводящей к ликвидации и минимизации «языковидности» пластин, является абсолютная подача /= (0,5ч-0,6) U, где h — ши­ рина узкой средней части фигурного бойка.

Исследование характера изменения формы цилиндрической за­ готовки диаметром 60 мм осуществляли при различных степенях деформации. Протяжку проводили за несколько проходов (4—5)

с величиной относительной подачи — = 0,5ч-1,0 и единичными

г!

степенями деформации от 14 до 50%. Ковку начинали с одного из концов заготовки и вели в одном направлении. Результаты прове­ денных экспериментов показывают, что:

1)абсолютная ширина заготовок, откованных фигурными бой­ ками, больше, чем при плоских;

2)до суммарной степени деформации 30—35% абсолютная и

относительная бочкообразность боковых сторон по высоте заго­ товки под плоскими бойками меньше, чем под фигурными. Даль­ нейшее повышение суммарной степени деформации приводит к об­ ратной картине, и уже при суммарной степени деформации больше

4) относительное уширение по кромкам боковой стороны и се­ редине заготовки при протяжке фигурными бойками больше, чем под плоскими. Оно возрастает по мере увеличения суммарной сте­ пени деформации. В целом при суммарной степени деформации 75—83% относительное уширение на 12— 18% больше у заготовок, откованных фигурными бойками, чем плоскими. Результаты про­ веденного эксперимента и замеры показали, что ширина пластины больше, а овальность ее концов («языковидность») значительно меньше при использовании фигурных бойков.

Таким образом, применение предложенной схемы ковки пластин и использование фигурных бойков позволяет уменьшить языковид­ ность концов пластины и обеспечивает увеличение ширины пласти­ ны на 12— 18% и особенно на концах ее, а также сохранение пря­

путем и в лабораторных условиях, было проведено изучение про­ цесса протяжки пластин под плоскими бойками в производствен­ ных условиях. Для этого были проверены размеры двух пластин, изготовленных из стали 15.

26

В процессе ковки пластин отклонений от разработанной техно­ логии не наблюдалось. Характер искривления продольной оси пла­ стины при единичном нажатии бойком соответствует лаборатор­ ным данным. Величину относительной «языковидности» пластин находили как отношение величины абсолютного размера «языка» на последнем проходе к конечной длине пластины по ее продоль­ ной оси. Результаты измерений приведены в таблице. Анализ таб­ лицы показывает, что характер формоизменения пластин при ковке

Т а б л и ц а

Экспериментальные значения величины относительной овальности концов пластины в плане

27

плоскими бойками полностью соответствует полученным лабора­ торным данным.

Таким образом, по результатам экспериментальных исследова­ ний можно отметить следующее:

1)экспериментальные работы в основном подтвердили пра­ вильность характера формоизменения пластин при их ковке;

2)овальность торцов пластин в плане происходит за счет не­ равномерного распределения напряжений в очаге деформации и, как следствие, зависит, в основном, от формул рабочей поверх­

ности ковочных бойков, схемы последовательности обжатий и па­ раметров режима обжатий при протяжке заготовок;

3)выбор схемы последовательности обжатий заготовок оказы­ вает существенное влияние на характер формоизменения пластин:

4)применение фигурных бойков специальной конструкции обе­ спечивает резкое уменьшение .указанных выше недостатков и по­ зволяет в идентичных условиях изготавливать пластины повышен­

ной ширины.

Проведенные теоретические и лабораторные исследования под­ тверждают, что существующие процессы ковки пластин нуждаются в постоянном усовершенствовании.

Попытки ряда исследователей исправить положение с помощью варьирования параметрами режима обжатий протяжки, разгонки и соотношением размеров промежуточных заготовок не дают же­ лаемых результатов. Поэтому были разработаны и опробованы фигурные бойки специальной конструкции с переменной шириной рабочей контактной поверхностью.

Результаты исследований дают основание рекомендовать для использования их на ковочных прессах прямоугольных поковок типа пластин и брам.

Идея применения бойков с переменным профилем и площадью рабочей поверхности уже известна [10, 11, 12]. Однако лишь в по­ следние годы работами профессора Я. М. Охрименко были раз­ виты основные теоретические положения схем деформаций для различных операций ковки с целью применения бойков разных конструкций.

Это позволило установить лишь качественную сторону вопроса, в то время как количественная остается до сих пор недостаточно изученной. Речь идет главным образом о величинах и характере распределения напряжений в очаге деформации и оценке их влия­ ния на формоизменение поковок.

Известно, что процесс протяжки поковок представляет собой сочетание последовательных единичных обжатий и подач. Поэтому в пределах единичного обжатия заготовки его можно и следует рассматривать как осадку между плоскопараллельными плитами

споправкой на влияние жестких концов.

Втеории обработки металлов давлением установлено, что при осадке заготовок плоским бойком на контакте деформируемого

28

металла с инструментом образуются три зоны: прилипания («мерт­ вая зона»), переходная и скольжения.

Согласно [13] линейный горизонтальный размер зоны прилипа­ ния примерно равен высоте деформируемой заготовки. Тогда уве­ личение площади контакта металла практически приводит только к увеличению зоны скольжения, в которой и происходит наиболее

интенсивное течение металла.

Таким образом, если увеличить контактную поверхность ин­ струмента с металлом и расположить ее по кромочной части пла­ стины, то именно она получит более интенсивное течение металла в продольном и поперечном направлениях. За счет этого произой­ дет выравнивание течения металла кромочной и срединной частей пластины по длине и увеличение ее ширины. Указанное соображе­ ние было взято за основу при разработке конструкции фигурных

бойков для ковочных прессов.

Предложенный инструмент представляет собой плоские бойки с переменной шириной рабочей поверхности. Форма и размеры таких бойков приведены на рис. 8 и 9.

В конструктивном отношении оба варианта равноценны. Рас­ пределение площади рабочей поверхности бойков выполнено та­ ким образом, что на участки с переменной шириной приходится до 65% общей их площади. Способ крепления, основные элементы и материал фигурных бойков выбраны в соответствии с заводскими

нормалями.

Пластины и брамы, изготавливаемые по принятым на Ижорском заводе технологическим схемам ковки, имеют ряд недостат­ ков (овальность сторон в плане, отсутствие прямых' углов на кон­ цах, значительные колебания величины расхода металла и др.). Перечисленные недостатки особенно ярко начинают проявляться

при операциях протяжки и разгонки.

Поэтому разработка усовершенствованной технологии ковки пластин и брам предусматривает решение следующих задач:

а) уменьшение овальности концов пластин в плане и сохране­

ние их прямых углов; б) увеличение ширины пластин на 12—25% без изменения га­

баритных размеров выбранных слитков; в) повышение величины выхода годного -металла при ковке

(минимум на 2—3%).

Проведенные в этом направлении разработки позволяют внести следующие изменения в существующую технологию ковки пластин

ибрам:

1)ковка слитка (или биллета) на квадрат с последующей кан­

товкой на угол 45° для обеспечения требуемой ширины по техно­ логии;

2) введение промежуточной частичной отрубки донной части слитка после протяжки его на промежуточную заготовку;

3) протяжка прямоугольных заготовок до поковочных размеров от конца к середине, а не'наоборот;

29'