Абстрактный
Ковочный пресс включает в себя набор форм, которые имеют неподвижную форму, подвижную форму и внешнее ограничение. Подвижная форма имеет опорную плоскость, которая обычно расположена на плоскости заготовки, перпендикулярной оси пресса, и три осесимметричных секторных блока, выступающих над опорной плоскостью. Каждый секторный блок включает в себя секторный угол диска с определенным углом, который отделен от других секторных блоков определенным углом. Прижимной механизм включает в себя осевой приводной механизм для управления подвижной формой для перемещения в направлении, параллельном оси пресса, и индексный механизм для управления подвижной формой для вращения вокруг оси пресса на заданный угол поворота.
Описание
Процесс штамповки в закрытых штампах и ротационный ступенчатый ковочный пресс.
Настоящее изобретение относится к способу ковки общеосесимметричных изделий и ковочному прессу, на котором осесимметричные изделия куют ступенчатым образом.
В процессе ковки используется машина, называемая ковочным прессом, для прессования заготовки в двух или более ковочных штампах. Форма, образуемая пластической деформацией заготовки, определяется формой ковочной матрицы и величиной силы прессования. Ковка может быть завершена за один ход прессования или может быть несколько ходов прессования для постепенной деформации заготовки до требуемой формы изделия.
Операция ковки приводит к тому, что заготовка становится тоньше в направлении силы и заставляет ее растягиваться в вертикальной плоскости, что приводит к деформации окончательной кованой формы. Окончательная кованая форма заготовки неизбежно отличается от формы конечного изделия. Потому что, вообще говоря, невозможно или непрактично точно проковать заготовку до конечной необходимой формы изделия. Степень приближения конечной формы ковки к требуемой форме изделия в некоторой степени определяет сложность операции ковки. Сравнительно просто выковать всю плоскую поверхность заготовки равномерно, что называется плоской ковкой. Однако в обычных случаях с заготовками сложной формы при плоской ковке остается большое количество материала, который необходимо разрезать для достижения точной конечной требуемой формы изделия. В более продвинутом методе ковки заготовке придается почти чистая форма (NNS), которая приближается к форме конечной заготовки, но намеренно увеличивает размер для ультразвукового контроля, удаляя достаточно материала, чтобы компенсировать деформацию во время термообработки и окончательной обработки. припуск на обрезку. При этом методе ковки NNS количество металла, которое необходимо отрезать, относительно невелико. Ковка NNS требует большего творчества при разработке процессов ковки, чем плоская ковка.
Ковка широко применяется на различных операциях по изготовлению небольших или крупных изделий. Для того чтобы деформировать заготовку, ковочный пресс должен обеспечить необходимое усилие. Производство крупных изделий особенно сложно, так как чем крупнее изделие, тем большее давление требуется при штамповке. Поэтому для полной ковки необходимы более крупные и дорогие ковочные прессы. Как уже упоминалось, ковка NNS обычно требует большего давления, чем плоская ковка, и, следовательно, требует более мощных ковочных прессов.
В некоторых случаях необходимо изготовить изделие, конструктивные размеры и материалы которого выходят за рамки возможностей существующих ковочных прессов. Хорошо известно, что для ковки этого изделия можно использовать операцию ковки в открытых штампах для выполнения ступенчатой ковки заготовки. При ступенчатой ковке конструкция ковочного штампа и работа ковочного пресса таковы: в каждый момент времени куется только часть заготовки, и после каждой части поковки заготовка перемещается относительно поковки. штамповать поэтапно, в конечном итоге добиваясь полной проковки всей заготовки. К сожалению, ковка в открытых штампах и ступенчатая ковка в открытых штампах не могут обеспечить почти окончательную форму для большинства изделий, поскольку неограниченные части на заготовке могут расширяться до любого размера и формы, а не до почти окончательной формы.
В одном случае из заготовки был выкован осесимметричный диск турбины для использования в больших наземных газовых турбинах. Диаметр этого диска турбины составляет 70-96 дюймов или больше. Они изготавливаются из высоколегированной стали на основе никеля или железа и не могут быть выкованы до требуемой, близкой к окончательной форме, даже на прессе мощностью 50000 тонн. Механические свойства, необходимые для формы, размера и конечного диска турбины осесимметричной, близкой к окончательной форме, довольно строгие. Для этого типа диска существующая технология ступенчатой ковки не может удовлетворить этим требованиям.
Поэтому необходим усовершенствованный метод ковки крупных осесимметричных изделий. Настоящее изобретение может удовлетворить эту потребность и дополнительно обеспечить соответствующие характеристики.
Настоящее изобретение предлагает шаговый ковочный пресс и технологию изготовления крупных осесимметричных поковок, близких к окончательной форме. Форма, размер и механические свойства поковок подходят для точных операций, таких как окончательная резка больших наземных турбинных дисков. В заключительной операции ковки только часть заготовки вступает в контакт с ковочной матрицей во время каждого хода ковки, поэтому размер заготовки может превышать ковочную способность существующих ковочных прессов. По сравнению с существующими методами объем окончательной резки, необходимый для изготовления продукта, значительно снижен. Последнее важно, поскольку большая часть затрат на ковку составляет расход материала на заготовку, которая представляет собой высоколегированную сталь на основе никеля. Уменьшение количества материала, необходимого для резки, также снижает себестоимость продукции.
Согласно настоящему изобретению способ ковки заготовок может быть использован для работы с обычными исходными заготовками, которые представляют собой осесимметричные заготовки дискообразной формы с плоской поверхностью обзора. Этот метод включает в себя сначала ковку всей плоской поверхности исходной заготовки, а затем поэтапную ковку первой кованой заготовки, чтобы придать ей окончательную форму ковки. При первой операции ковки для ковки исходной заготовки используется ковочная матрица (неступенчатого типа), которая покрывает всю плоскую поверхность обзора. Радиальную внутреннюю часть заготовки предпочтительно куют, чтобы приблизить окончательный контур ковки, но радиальную внешнюю часть заготовки не куют до окончательного контура ковки. На последующем этапе процесса ковки радиальная внешняя часть заготовки сначала подвергается окончательной ковке без значительной деформации радиальной внутренней части заготовки, хотя при этом может иметь место относительно небольшая радиальная внутренняя деформация заготовки. ступенчатый процесс ковки.
В настоящем изобретении используется технология штамповки в закрытых штампах, которая позволяет ковать изделия с более крупными радиальными и в основном осесимметричными формами по сравнению с обычной технологией бесступенчатой штамповки в закрытых штампах. Максимальная ковочная мощность ковочного пресса определяется максимальным размером изделия, которое можно выковать на ковочном прессе закрытой штамповки. Использование поэтапной штамповки в закрытых штампах позволяет выковывать более крупные (но в остальном идентичные) изделия с использованием тех же условий пресса и ковки. Согласно этому аспекту настоящего изобретения способ ковки крупных заготовок включает следующие этапы: настройку ковочного пресса с максимальной ковочной производительностью, достаточной для ковки осесимметричных изделий с наибольшим конечным размером с использованием ковки в закрытых штампах. Этот способ также включает получение осесимметричных заготовок и при определенных условиях ковки с помощью штамповки в закрытых штампах на ковочном прессе выполняют ступенчатую ковку заготовок, вызывая их деформацию в изделия ступенчатой ковки. Этот продукт имеет конечный размер ступенчатой ковки, который больше, чем самый большой окончательный размер без ступенчатой ковки. Чтобы провести соответствующие сравнения, все остальные условия ковки, такие как материал, температура, количество ковки и геометрическое сходство, одинаковы, различаются только размер заготовки и формы. «Размер» относится к радиальному размеру, измеренному наружу от оси симметрии.
Поэтапная ковка, предпочтительно поэтапная ковка в закрытом штампе, используется для формирования почти окончательной формы поковки, которая приближается к требуемому конечному изделию, но с немного большими размерами для ультразвукового контроля, а также для удаления избыточного материала для компенсации деформации во время термической обработки и окончательная резка. Существующий ступенчатый ковочный пресс и технология не могут обеспечить почти окончательную форму в этом приложении, поэтому необходимо разработать ковочный пресс закрытого типа и технологию для ковки осесимметричных, обычно дисковидных заготовок, выкованных в начальном процессе ковки.
Согласно этому аспекту настоящего изобретения ковочный пресс содержит неподвижную матрицу, имеющую фиксированную поверхность матрицы, и подвижную матрицу, имеющую подвижные поверхности матрицы, которые противоположны поверхности неподвижной матрицы вдоль оси пресса, но разнесены друг от друга. на определенное расстояние. Фиксированная поверхность формы может быть плоской или может быть воспроизведена в зависимости от формы поверхности заготовки, на которой расположена форма. Подвижная поверхность штампа включает опорную поверхность, расположенную внутри поверхности заготовки перпендикулярно оси пресса, и по меньшей мере один секторный блок, предпочтительно три осесимметричных секторных блока, выступающие точно из опорной поверхности. Каждый секторный блок включает в себя веерный диск, параллельный оси пресса и имеющий веерный угол относительно оси пресса. Существует более одного блока секторов, и каждый блок секторов отделен от других секторов определенным углом. Существует также внешнее кольцевое ограничение расширения для предотвращения радиального расширения заготовки, когда она сжимается между неподвижной формой и подвижной формой. То есть ковка представляет собой ковку в закрытых штампах, а не в открытых штампах. Внешнее ограничение предпочтительно представляет собой круглую внешнюю стенку, которая может быть отделена или объединена с неподвижной формой. Пространство, ограниченное неподвижными формами, подвижными формами и внешними ограничениями, ограничивает объем заготовки, которую можно разместить. Механизм давления включает в себя механизм осевого привода, который может манипулировать подвижной формой для перемещения в направлении, параллельном оси пресса; Механизм привода индексации может манипулировать подвижной формой для вращения вокруг оси пресса на заданный угол поворота. Хотя вращение и осевое движение могут сосуществовать, когда подвижная форма втянута и больше не находится в контакте с заготовкой, осевое перемещение подвижной формы и вращательное движение индексного приводного механизма могут выполняться только в режиме преобразования, когда подвижная форма соприкасается с заготовкой.
В общем случае ковочный пресс состоит из набора форм, в который входят неподвижная форма и подвижная форма, расположенная напротив неподвижной формы по оси пресса, но на определенном расстоянии друг от друга. Существует также внешнее ограничение, которое имеет круглую форму вокруг объема заготовки. Пространство, ограниченное неподвижной формой, подвижной формой и внешними ограничениями, ограничивает объем заготовки, которую оно может вместить. По меньшей мере одна из неподвижной формы и подвижной формы имеет выступающую форму сверху. Используемый механизм прессования такой же, как описанный выше.
В предпочтительном варианте осуществления имеется три или более симметричных веерообразных выступа над областью опорной плоскости подвижной формы. Хотя иногда может возникать локальный боковой и/или внутренний поток для заполнения формы, определяемой веерообразными блоками, эти веерообразные блоки в сочетании с внешними ограничениями, образующими ковку в закрытых штампах, вызывают частичную деформацию заготовки, что приводит к заготовка течет обычно радиально наружу. Они также вызывают деформацию частей заготовки без секторных блоков, вызывая текучесть металла.
Переход от каждой стороны каждого секторного блока к области базовой плоскости на стороне секторного блока предпочтительно должен иметь наклон примерно от 45 до 60 градусов. Без такого косого угла на внешней стороне заготовки могут возникнуть складки или трещины, которые невозможно устранить при последующих проходах ковки.
При работе шагового ковочного пресса заготовка загружается в то место, где она размещена. Ковочный пресс проковывает часть заготовки во время первого хода ковки в осевом направлении. Сила, действующая на ковочный штамп, ослабляется, и в то же время форма втягивается. Механизм индексного привода заставляет подвижную форму вращаться вокруг оси пресса на заданный угол поворота, а механизм осевого привода обеспечивает еще один ход ковки. При ковке всей заготовки этот процесс будет повторяться.
Этот ковочный пресс и метод ковки позволили существенно продвинуться в технологии ковки крупных осесимметричных изделий. Кованые изделия имеют почти готовый контур и крупнее изделий, произведенных на существующих машинах для штамповки в закрытых штампах. Кованому изделию придают почти окончательный контур, что снижает общий расход материала и требования к резке, тем самым снижая стоимость изделия.
На рисунке 1 представлена принципиальная схема оптимальной технологической схемы процесса ковки;
На фиг.2 - исходная заготовка, вид спереди;
Фигура 3 представляет собой вид спереди заготовки после первого процесса бесступенчатой ковки;
Фиг.4 - вид спереди заготовки после завершения ступенчатой ковки;
Фигура 5 представляет собой вид в разрезе ковочного оборудования по настоящему изобретению;
Фигура 6 представляет собой перспективный вид поковки без подготовки, показанной на Фигуре 5, в разобранном виде;
Фигура 7 представляет собой вид сверху подвижной формы по разрезу 7-7 на Фигуре 5;
Фигура 8 представляет собой разрез подвижной формы по линии 8-8 на Фигуре 5;
Фигура 9 представляет собой вид спереди большого ковочного пресса с подвижным механизмом отвода штампа;
Фигура 10 представляет собой вид спереди ковочного пресса, показанного на фигуре 9, когда подвижная матрица контактирует с заготовкой;
Фигура 11 представляет собой вид в разрезе турбинной лопатки, выкованной до почти окончательной формы;
Наилучшая схема реализации процесса настоящего изобретения показана на фиг.1. Номер 80 представляет собой исходную заготовку. Исходная заготовка может быть изготовлена из любого ковкого металла, например стали, алюминиевого сплава, высоколегированной стали на основе железа, высоколегированной стали на основе никеля или титанового сплава. Размеры исходной заготовки следующие: она содержит достаточно металла, чтобы принять окончательную форму ковки, когда металл течет к ней. Для оформления исходной заготовки можно использовать любую известную технику конструирования потока металла. Для осесимметричного диска наземной турбины, который особенно беспокоит изобретателя, как показано на фигуре, его конечный диаметр составляет примерно 70-96 дюймов, а толщина - около 20 дюймов. Его осесимметричная исходная заготовка 90 представляет собой цилиндрический корпус диаметром около 31 дюйма и высотой около 65-75 дюймов. Исходная заготовка 90 имеет исходную поверхность 92 вида сверху, которая представляет собой поверхность конца заготовки, с которой контактирует ковочная матрица во время первого процесса ковки.
Номер 82: исходная заготовка сначала выковывается с использованием обычного бесступенчатого процесса ковки. При первой операции ковки, когда осуществляется деформация, ковочный штамп в основном покрывает всю плоскую поверхность 92. Кузнечный штамп может представлять собой закрытую форму или открытую форму, но лучше всего использовать закрытую форму. Форма ковочного штампа при первой ковке в основном плоская, хотя посередине поперечное сечение может иметь заданную форму. Поскольку металл в основном течет радиально наружу, заготовка деформируется в направлении окончательной требуемой формы. Чтобы ограничить форму кованой заготовки, в рамках первой операции 82 ковки существует несколько подпроцессов и повторный нагрев заготовки. Лучше всего, чтобы форма деформировала радиальную внутреннюю часть 94 заготовки 90 до ее окончательной формы. . Обозначенная секция ступицы показана на рисунке 3. Однако не пытайтесь придать радиальной внешней части 96 заготовки 90 окончательную форму. Если первая поковка представляет собой открытую форму, радиальная внешняя часть 96 деформируется в форму, напоминающую сферу, как показано на рисунке 3. Если это закрытая форма, она приобретает более фиксированную форму. Часто невозможно выковать радиальную внешнюю часть 96 заготовки до ее окончательной формы, поскольку способность ковки ковочного пресса недостаточна для того, чтобы заставить металл деформироваться до требуемой, близкой к окончательной форме.
После того, как первая поковка 82 завершена, следующим шагом будет использование штамповки в закрытых штампах для поэтапной ковки заготовки. Необходимое оборудование и технология ступенчатой ковки пока отсутствуют. Следующее обсуждение посвящено прессу ступенчатой ковки и технологии, исследованной изобретателем. В шаговом ковочном прессе ковочная матрица контактирует только с частью плоской поверхности заготовки 90. В идеале большая часть силы ковки должна быть сконцентрирована на кольцевой части радиальной внешней части 96 заготовки 90. Хотя на радиальной внутренней части 94 может быть некоторая поковка, она испытывает относительно небольшую силу ковки и деформацию. Когда процесс поэтапной ковки 84 завершен, как показано на рисунке 4, заготовка деформируется в почти готовое изделие, имеющее радиальную внешнюю часть, главным образом выкованную в процессе 82. Этот метод является лучшим, но существующие методы также осуществимы при другие условия, такие как этап 82 для определения окончательной формы радиальной внешней части 96 или этап 84 для определения окончательной формы радиальной внутренней части 94.
Номер 86 — необязательный этап термообработки изделий окончательной формы, но предпочтительнее иметь этот этап.
Существующий процесс комбинирования бесступенчатой первой ковки и поэтапной штамповки в закрытых штампах был разработан для ковки больших и сложных заготовок с получением почти готовых форм. Этот процесс не предназначен для замены всех общих методов ковки, поскольку его реализация дороже, чем обычная бесступенчатая ковка. Однако из-за ограничений прессующей способности ковочных прессов или по другим причинам общий процесс ковки не может обеспечить окончательную форму кованого диска. Таким образом, этот метод практичен и позволяет получить структуру крупных поковок, близкую к окончательной форме, обеспечивая неизбежную экономию материалов, обработки резки и других затрат.
Как уже отмечалось, для вышеупомянутых процессов и других применений было разработано оборудование для ступенчатой ковки. На фиг.5 показан ковочный пресс 20 с неподвижной матрицей 22 и подвижной матрицей 24. Нижняя форма представляет собой неподвижную форму 22, а верхняя форма - подвижную форму 24, хотя ее можно расположить и в противоположном направлении. Поскольку заготовка помещается в нижнюю форму, нижняя форма представляет собой фиксированную форму 22. Неподвижная форма 22 имеет фиксированную поверхность 26 формы, а подвижная форма 24 имеет подвижную поверхность 28 формы. Неподвижная поверхность 26 матрицы и подвижная поверхность формы поверхности 28 расположены напротив друг друга по оси 30 пресса, но отстоят на определенное расстояние друг от друга. Формы 22 и 24 обычно предпочтительно являются осесимметричными, хотя их поверхности могут не быть осесимметричными и могут быть заменены неступенчатыми элементами. Заготовка 32 помещается между формами 22 и 24.
Радиальное внешнее ограничение 34 в виде кольцевой расширительной стенки проходит по окружности заготовки. Формы 22 и 24, а также кольцевая удлинительная стенка 34 образуют закрытую форму для размещения заготовки 36, которая может полностью вместить заготовку 34. Кольцевая удлинительная стенка 34 может представлять собой отдельное кольцевое кольцо от неподвижной формы 22 или быть интегрированным с неподвижной формой 22. На фигуре 5 видно, что перед началом операции ковки заготовка может контактировать или не контактировать с внутренней поверхностью 38 кольцевого выступа. стенка 34. В процессе ковки заготовка 32 сжимается в направлении, параллельном оси пресса, и за счет радиального течения металла наружу подвергается радиальному расширению до контакта с внутренней поверхностью кольцевой выступающей стенки. 34, что ограничивает дальнейшее радиальное расширение заготовки 32.
Эта ковка в ограниченном диапазоне объемов является сутью ковки в закрытых штампах и стала важным преимуществом по сравнению с ковкой в открытых штампах. При штамповке в закрытых штампах металл подвергается пластической деформации радиально наружу, заставляя его принимать форму, определяемую формой и/или расширительной стенкой. С другой стороны, при штамповке в открытых штампах пластическая деформация металла радиально наружу не ограничена, так что металл подвергается пластической деформации радиально наружу по пути с наименьшим сопротивлением во время ковки без деформации до определенной формы. Однако это необходимо для производства изделий почти окончательной формы. Таким образом, при ковке в закрытых штампах были достигнуты результаты, которые невозможно было получить при ковке в открытых штампах, включая почти готовые структуры с формой поверхности, определенной ковочным штампом.
На рис. 6 показаны частичные разрезы форм 22 и 24, кольцевой расширительной стенки 34 и заготовки 32.
Подвижная матрица 24 выполнена с возможностью перемещения в направлении, параллельном оси пресса, и перемещается по направлению к неподвижной матрице во время хода ковки, как указано осевой стрелкой на фиг.5, и вращается вокруг оси 30 пресса определенным образом, как указано вращательной стрелкой 42. (Подвижная матрица также может двигаться в противоположном направлении). Когда подвижная матрица вступает в контакт с заготовкой 32, может быть совершено только одно движение в направлении хода ковки, и направление вращения в определенный момент времени. Поэтому эти движения являются необязательными, о чем речь пойдет ниже. Когда подвижная форма втягивается и больше не контактирует с заготовкой 32, осевые и вращательные движения могут выполняться одновременно. Подвижная форма 24 перемещается прижимным механизмом 44, который обеспечивает два типа перемещений 40, 42. Оптимальный способ будет рассмотрен ниже.
Неподвижная поверхность 26 формы обычно является плоской. Его также можно заменить имитацией формы. В процессе ковки плоскую или имитирующую форму неподвижной поверхности штампа прижимают к боковой стороне облицовочной заготовки (нижняя поверхность заготовки на рисунке).
На подвижной форме имеются два типа фигур, расположенных по кругу. Эти функции можно увидеть на рисунке 5-8. Одной из особенностей является наличие по меньшей мере одной веерообразной опорной поверхности 46, предпочтительно по меньшей мере трех, а предпочтительно только трех. Эти веерообразные опорные поверхности 46 по существу плоские и обычно параллельны плоскости заготовки, перпендикулярной оси 30 пресса. Другой особенностью является наличие равного количества секторных блоков 50, верхние поверхности которых плоские или профилированные и параллельные плоскость заготовки 48. Как показано на фиг.8, плоскость верхней поверхности 52 секторного блока установлена продольно вдоль оси 30 пресса, от опорной плоскости 46 в сторону неподвижной поверхности 26 пресс-формы. В Другими словами, секторный блок 50 выступает над областью 46 базовой плоскости. Количество контрольных областей 46 соответствует количеству секторных блоков 50.
Должен быть по меньшей мере один секторный блок 50, а если имеется более одного секторного блока, лучше всего устанавливать эти секторные блоки симметрично с одинаковым количеством опорных участков поверхности на подвижной поверхности формы. То есть, если имеется два, три, четыре или более секторных блоков, они должны быть расположены аксиально симметрично, если смотреть сверху, чтобы минимизировать асимметричную нагрузку ковочного пресса. Если количество секторных блоков меньше трех, следует учитывать, что нагрузка на секторные блоки может быть слишком велика и пресс может подвергаться несимметричным нагрузкам. Для пресса сверхбольшой мощности, использованного изобретателем, например пресса усилием 50 000 тонн, важно учитывать асимметрию нагрузки для получения необходимой формы и структуры изделия, срока службы и устойчивости машины, а также безопасности. работников. Для секторов 50 с тремя или более сегментами соответствующие углы дуги становятся относительно более узкими. Следовательно, они имеют тенденцию вгрызаться в металл больше как стальные кессоны с круглым дном, а не деформировать металл посредством ковки, что приводит к неэффективной пластической деформации заготовки. Эти теоретические и практические соображения приводят к принятию трех секторных блоков 50 и трех расположенных в шахматном порядке областей базовой плоскости 46 (как показано на фиг.7) в качестве оптимального выбора, хотя в некоторых случаях возможно использование меньшего или большего количества секторных блоков 50 на поверхности формы. .
Веерные блоки 50 расположены симметрично на определенном расстоянии вокруг подвижной поверхности 28 формы, и каждый отдельный веерный блок соответствует углу веера А. Одна из областей 46 опорной плоскости расположена между каждым секторным блоком 50 и находится на угол C относительно одной из областей опорной плоскости. Сумма углов A всех секторных блоков плюс сумма углов C используемой площади опорной плоскости составляет 360 градусов.
Угол А зажатого секторного блока предпочтительно составляет примерно от 45 до 65 градусов. Если A на самом деле меньше, форма может застрять в заготовке из-за действия упомянутого выше стального кессона с круглым дном. Если она на самом деле больше, форма станет больше похожа на обычную плоскую или фасонную форму, и влияние крутящего момента на штамповочную способность процесса ступенчатой ковки будет очень небольшим. Угол C определяется углом A и количеством секторных блоков.
Геометрические формы секторного блока 50 показаны на фиг.7 и 8. Вентиляторный блок 50 представляет собой блок в форме круга, а на фиг.7 он представляет собой круглый вентиляторный блок. На виде в разрезе на фиг.8 секторный блок 50 включает наклонную боковую поверхность 58 секторного блока, расположенную между верхней поверхностью секторного блока 50 и базовой плоскостью 46. Стороны 58 этих веерообразных блоков также могут быть видны как довольно узкие срезы на виде сверху на фиг.7. Сторона веерообразного блока наклонена под углом D к верхней поверхности веерообразного блока. Оптимальный угол наклона D составляет примерно от 45 до 60 градусов. Если угол наклона D фактически меньше 45 градусов, угол A секторного блока фактически увеличивается, и эффект крутящего момента штампующей способности будет уменьшен. Если угол наклона D на самом деле превышает 60 градусов, можно наблюдать эффект закусывания или круглого днища стального кессона. При ступенчатой ковке могут возникать такие дефекты, как складки и трещины, о которых речь пойдет ниже. Если эти дефекты возникают, их невозможно полностью устранить при последующей ковке или других операциях. Заготовка 32 помещается между неподвижной формой 22 и подвижной формой 24 для ковки с использованием процесса ступенчатой ковки 84 или других процессов. Во время первого хода штамповки задействуйте прижимной механизм, чтобы переместить подвижную поверхность 28 штампа к неподвижной поверхности 26 штампа. Заготовка деформируется под действием давления, упомянутого выше. Поверните прижимной механизм в обратном направлении и выведите подвижную форму из состояния контакта с заготовкой 32. Манипулируйте прижимным механизмом 44, чтобы повернуть подвижную форму вокруг оси пресса на заданную величину индексирующим движением. Выбор величины вращения связан со свойствами, формой, необходимыми ограничениями и размерами заготовки материала. Величина вращения каждого транспозиционного движения должна быть меньше угла А. Чем толще материал, тем меньше индексирующее вращение. В оптимальном случае значение поворота для индексации обычно составляет от 40 до 60 градусов. В типичном сценарии с тремя секторами и углом A 55 градусов оптимальное значение поворота для индексации составляет около 40 градусов. После завершения вращательного движения во втором ходе ковки задействуйте прижимной механизм 44, чтобы переместить подвижную матрицу к неподвижной поверхности 26 матрицы. После деформации заготовки прижимной механизм втягивает подвижную форму 24 от контакта с заготовкой 32. Управляйте прижимным механизмом, чтобы повернуть подвижную форму 24. Эти процессы повторяются несколько раз для завершения ковки. Для оптимальной ситуации: имеется три секторных блока, угол А составляет 55 градусов, а величина поворота пресса составляет 40 градусов. Для завершения одной деформации требуется общая сумма трех ходов ковки. Многократную деформацию можно использовать для толстых поковок и поковок с высокой прочностью материала. В процессе ковки заготовка обычно находится в состоянии высокой температуры и охлаждается во время операции ковки. При ковке заготовку можно повторно нагревать, когда это необходимо, чтобы уменьшить напряжение пластической деформации и получить в заготовке определенную микроструктуру.
Вышеприведенное обсуждение объясняет, что традиционная форма шагового ковочного пресса подходит для любого устройства загрузки с верхним давлением. Заявка изобретателя связана с ковкой больших рабочих колес для газовых турбин с использованием высоколегированной стали на основе никеля или стали из титанового сплава на вертикальном ковочном прессе с закрытой матрицей усилием 50000 тонн. Огромные размеры заготовки и огромная нагрузка при штамповке требуют особого внимания к прижимному механизму формы.
Как показано на фигурах 9 и 10, верхняя опорная пластина 101 представляет собой подвижный компонент ковочного пресса. Базовая поверхность 102 прикреплена к верхней опорной пластине болтами, кольцо 103 прикреплено к базовой поверхности 102 болтами, а вращающаяся опорная пластина 104 закреплена с возможностью вращения в кольце 103. Верхнее соединительное устройство 105 формы прикреплено к вращающуюся опорную пластину 104 с помощью болтов. Верхняя форма 106, соответствующая упомянутой выше подвижной форме 24, прикреплена к устройству соединения верхней формы с помощью болтов. Вращающаяся опорная пластина 104 закреплена в центрирующем приспособлении 108, которое может вращать вращающуюся опорную пластину 104 вокруг оси 30 пресса и позволять вращающейся опорной пластине 104 перемещаться вверх и вниз в кольце 103. Центрирующее приспособление 108 предотвращает вращающаяся опорная пластина 104 удерживается от радиального перемещения относительно оси 30 пресса.
Нижняя опорная пластина 151 поддерживает нижнюю форму 152, соответствующую неподвижной форме 22, упомянутой выше. Форма включает нижнюю форму 152 и кольцевое отверстие 154. Нижняя форма 152 и кольцевое отверстие 154 образуют пустое пространство в нижней форме, и заготовка может быть помещена в полость нижней формы.
В втянутом состоянии, открытом положении пресса на фиг.9, вращающийся рабочий стол установлен на опорной пластине 109, закрепленной внутри кольца 103. Эти опорные пластины 109 позволяют вращающемуся рабочему столу легко вращаться вокруг оси 30 пресса под действие гидравлического цилиндра, тем самым завершая индексационное вращательное движение. Наблюдается устойчивое, надежное и относительно быстрое вращательное движение, что повышает производительность ковочных прессов, а также обеспечивает возможность быстрой ковки горячих заготовок, когда они еще достаточно горячие. Описанный выше метод позволяет осуществлять вращение даже в механизмах больших ковочных прессов.
Как показано на рисунке 10, во время контакта между верхней формой 106 и заготовкой 155 вращающаяся опорная платформа 104 отталкивается вверх от опорной пластины 109 и к верхней поверхности базовой поверхности 102. Фрикционный контакт между вращающимися рабочий стол 104 и базовая поверхность 102 ограничивают вращение. Как показано на рисунке 11, используя имитационные формы, такие как формы 106 и 153, заготовке можно выковать почти окончательную форму посредством штамповки в закрытых штампах. Профиль 160 обычной плоской ковки обычно снабжен соответствующими плоскими формами для открытой ковки, которые оборачиваются вокруг формы 162 ближней окончательной ковки и заготовки окончательной резки. Ближайшая к конечной форме ковочная форма оснащена имитационными формами 106 и 153. В каждом случае для получения конечного продукта необходимо отрезать любой лишний материал. Как при окончательной ковке, так и при плоской ковке окончательная резка неизбежна. Однако процесс окончательной резки намного меньше при ковке в закрытых штампах почти окончательной формы, чем при плоской ковке. Заштрихованная область представляет собой лишний материал, который необходимо вырезать из плоской открытой штамповки сверх того, что необходимо вырезать из поковки почти окончательной формы. В данном случае это примерно 30% объема плоской поковки. Когда заготовка изготовлена из дорогой высоколегированной стали на основе никеля, например, в случае высокоскоростных наземных газовых турбин, разница между стоимостью сырья и стоимостью отходов избыточных материалов из высоколегированной стали на основе никеля может составлять относительно высокая доля в общей стоимости продукта, например 10-20% или более. Таким образом, этот технический метод позволяет добиться переменной экономии затрат на материалы и постоянной экономии затрат при ковке заготовок при более низких давлениях, чем в других ситуациях.
Производство таких изделий, как турбинные лопатки, из высоколегированной стали на основе никеля обычно осуществляется, когда заготовка находится при высоких температурах. Например, чтобы выковать большие лопатки для наземных турбин, конечный диаметр лопатки составляет 70-96 дюймов, вес более 15 000 фунтов, она изготовлена из высоколегированной стали на основе никеля, такой как Inconel706, и заготовка должна быть нагрета в нагревательная печь выше температуры плавления, обычно 1825 градусов по Фаренгейту. Рекристаллизованная заготовка передается в ковочный пресс, а затем заготовка куется. Заготовка охлаждается до температуры затвердевания в течение определенного периода времени, а затем падает ниже температуры затвердевания. При остывании заготовки необходимое давление ковки увеличивается, а также увеличивается напряжение ее пластической деформации, но ступенчатый процесс ковки позволяет продолжать ковку. Последний этап ковки лучше всего выполнять при температуре примерно на 1750 градусов по Фаренгейту выше температуры затвердевания, чтобы достичь относительно небольших размеров зерен согласно ASTM3-5. Металлографические исследования показали, что металлографическая структура, полученная с помощью шагового ковочного пресса и процесса, показанного на рисунке 1, по существу такая же, как и структура, полученная с использованием обычных процессов ковки и термообработки (хотя этот метод не может успешно ковать очень большие детали, вызывающие беспокойство в этом случае). статья). Вышеприведенное обсуждение конкретно относится к Incnel706, предпочтительному материалу, используемому в настоящем изобретении. Для других материалов могут потребоваться другие процессы, что входит в объем настоящего изобретения.
Хотя настоящее изобретение было описано в связи с конкретными вариантами осуществления, различные улучшения и усовершенствования могут быть сделаны без отклонения от сущности и объема изобретения. Следовательно, настоящее изобретение не ограничивается формулой изобретения.
2024 1 декабряНеделя Рекомендации по продукту WBM:
Роллинг умирает:
Являясь одним из профессиональных производителей инструментов, мы предлагаем прокатные штампы высокой твердости, быструю доставку и хорошее обслуживание.
https://www.bearingroller.com/tools/rolling-dies.html
