Исследование процесса ковки глухих отверстий.
2026-08-11
Исследование процесса ковки глухих отверстий.
В настоящее время процесс ковки глухих отверстий обычно включает в себя отдельную ковку с последующей сваркой после механической обработки. Для изделий со строгими требованиями к эксплуатационным характеристикам этот метод часто не соответствует этим требованиям. Поэтому для глухих отверстий, где сварка не допускается, распространенным подходом является сначала выковка сплошных или небольших, неглубоких глухих отверстий, а затем их механическая обработка до желаемых размеров детали. Однако такой подход не только увеличивает вес поковки и объем последующей механической обработки, но и нарушает линии потока волокон в поковке. В отличие от этого, процесс ковки, который непосредственно создает глухое отверстие, может значительно уменьшить вес и объем механической обработки поковки, сохраняя при этом более полную линию потока волокон, тем самым обеспечивая качество поковки.
1.
Процесс ковки
На примере производимых компанией поршневых гильз мы проанализируем процесс ковки глухих отверстий.
1.1 Технические требования
Изготовленная методом ковки деталь представляет собой поршневую гильзу, материалом которой является 20Mn2.
Стальной слиток должен быть изготовлен методом цельной ковки; сварка не допускается. Стальной слиток производится с использованием электропечной плавки, рафинирования в ковше и вакуумной дегазации. Химический состав образцов для испытаний на растяжение проверяется на концах, а допустимое отклонение химического состава готового изделия контролируется в соответствии с GB/T 3077—2015.
Ультразвуковой контроль: В соответствии с требованиями SEP 1921—1984 Gr.3, приемка должна проводиться на уровне CLASS C/c.
Требования к механическим характеристикам: R <sub>eL </sub> ≥590 МПа, R <sub>m </sub> ≥785 МПа, A ≥10%; Z ≥40%, K<sub> U<sub>2</sub> ≥47 Дж.
1.2 Анализ формы
Изделие представляет собой фланцевый цилиндр со ступенчатым внутренним отверстием. Размер большого отверстия составляет Φ 950 мм × 1650 мм, а размер малого отверстия — Φ 200 мм × 200 мм. Габаритные размеры изделия показаны на рисунке 1.
1.3 Трудности ковки
Внутреннее отверстие на меньшем конце этой поковки слишком мало, и традиционные процессы ковки не позволяют получить такое отверстие. Поэтому был проведен технический анализ и обсуждение этой поковки, и разработан подробный процесс ковки.
1.4 Концепция традиционного процесса ковки
Поршневая гильза выковывается в цельную форму, для чего требуется приблизительно 31 тонна стальных слитков. После ковки внутреннее отверстие фрезеруется на станке, что занимает около 170 часов.
1.5 Новая технологическая схема
Для снижения расхода материалов и повышения эффективности производства разработана следующая схема: после основной деформации при вытяжке, ковки до диаметра Φ 1900 мм, сначала вытягиваются секции II и III, затем с помощью оправки для глухих отверстий пробиваются и куются глухие отверстия, и, наконец, каждая деталь куется до требуемых размеров, как показано на рисунке 2. Этот процесс позволяет сэкономить почти 5 тонн стальных слитков по сравнению с традиционным методом и примерно 80 часов времени механической обработки.
После обсуждения технологического процесса была определена схема ковки глухих отверстий, и с помощью программного обеспечения для компьютерного моделирования были смоделированы линии потока и деформация металлических волокон в процессе ковки глухих отверстий, как показано на рисунке 3. Результаты моделирования показали, что это осуществимо, поэтому были проведены производственные испытания.
1.6. Конкретный технологический процесс
(1) Выплавка стальных слитков: рафинирование в электропечи + рафинирование в ковше + вакуумная дегазация. Для литья используются формы для стальных слитков весом 35 т. После извлечения из форм стальные слитки в горячем состоянии транспортируются в кузнечный цех для нагрева в печи.
(2) Процесс ковки: В этом процессе используется 26 т стальных слитков, которые куются на прессе 50 МН.
Первый нагрев: 1250℃, выдержка 15 ч, прижать конец стального слитка с помощью зажимов, снять фаску, обработать литник напильником, осадить до Φ 1950 мм и вытянуть методом ковки WHF до восьмиугольной формы 1250 мм.
Второй нагрев: выдержка при 1250℃ в течение 12 часов, осадка до Φ 2000 мм, закругление до Φ 1900 мм, формирование плеча, как показано на рисунке 4, вытяжка секций II и III до Φ 1550, как показано на рисунке 5, отрубание рукоятки и выравнивание торцевой поверхности. Третий и четвертый нагрев: выдержка при 200℃ в течение 12 часов, пробивание глухих отверстий глубиной 600 мм с помощью сплошного пуансона Φ 650 мм, вставка большого конца в оправку для глухих отверстий, вытяжка до определенной длины, установка заготовки вертикально отверстием вверх, повторная вставка оправки в глухое отверстие и прессование оправки. После прессования на необходимую глубину, опускание заготовки горизонтально, вытягивание оправки для дальнейшей вытяжки, повторение этого процесса до тех пор, пока заготовка не достигнет желаемых размеров, окончательная обработка, выпрямление и получение готового изделия.
1.7 Ключевые моменты и меры предосторожности при управлении технологическим процессом
(1) Первый процесс волочения осуществляется с использованием широкой плоской наковальни и строго в соответствии с параметрами процесса WHF, при температуре 1250℃ для достижения трех условий центрального уплотнения: хорошего напряженного состояния (сжимающее напряжение), подходящих условий деформации (большое уменьшение) и температурного поля, способствующего уплотнению и сварке (высокая температура). Это разрушает литую структуру стального слитка, уплотняет и сваривает внутренние дефекты стального слитка и обеспечивает соответствие поковки требованиям неразрушающего контроля.
(2) После пробивания глухого отверстия пуансон склонен к заклиниванию и его трудно вытащить из глухого отверстия. Поэтому угол наклона пуансона должен быть ≥10°, а радиус нижнего угла — ≥100 мм.
(3) Для облегчения извлечения оправки конусность оправки должна быть больше 1:20; для уменьшения заломов в нижней части глухого отверстия верхняя и боковая части оправки должны плавно переходить с радиусом ≥100 мм.
(4) Выковать заготовку в ступенчатую круглую заготовку, сначала вытянув ступеньку на меньшем конце, чтобы уменьшить последующую деформацию меньшего конца и сэкономить количество проходов ковки. Затем пробить глухое отверстие специальным пуансоном. Глубина глухого отверстия не должна быть слишком большой. При пробивке после вставки специального стержня в глухое отверстие, стержень должен быть плотно прижат к верхней части глухого отверстия. Если верхняя часть стержня не плотно прижата к нижней части глухого отверстия, легко может произойти деформация нижней части глухого отверстия.
(5) Из-за ограничений вертикального хода пресса длина цилиндра не может быть слишком большой при пробивании глухих отверстий; поэтому этот цилиндр не превысил предел хода. После ковки он прошел один обычный процесс отпуска, достигнув размера зерна 5-го класса. Неразрушающий контроль соответствовал стандартам SEP 1921—1984 Gr.3 CLASSC/c. Механические свойства составили ReL 761 МПа и Rm 958 МПа.
A составляет 12%, Z — 48%, а KU2 — 54 Дж. Характеристики соответствуют требованиям заказчика, и испытание прошло успешно.
2.
Заключение
Благодаря разработке процесса ковки глухих отверстий, эта технология позволяет сэкономить 5 тонн сырья, сократить время обработки на 80 часов и обеспечить хорошую текучесть металлических волокон, что способствует накоплению опыта в проектировании процесса ковки глухих отверстий.
