Комбинированный метод прецизионной ковки для сложных компонентов подъемного крюка.
2026-04-30
Для решения ключевых технических проблем в области прецизионной ковки был разработан комбинированный метод прецизионной ковки сложных деталей подъемных крюков. Этот метод эффективно обеспечивает получение деталей, близких к окончательной форме, чистую форму и точный контроль над процессом и параметрами ковки, значительно расширяя функциональность и область применения традиционных процессов ковки, штампов и оборудования. Он также решает уникальные технические проблемы, связанные с низким качеством ковки, низкой точностью, низким пределом текучести, низкой эффективностью, коротким сроком службы штампов и высокой стоимостью сложных деталей подъемных крюков.
1
Введение
GB/T 12362 «Допуски и припуски на механическую обработку стальных поковок» определяет прецизионную ковку как: ковку с точностью, достигающей уровня точности GB/T 12362 [1] ; GB/T 8541 «Терминология ковки» определяет прецизионную ковку как: один из методов ковки, при котором точность поковки высока и требует минимальной или нулевой механической обработки [2] . Поэтому ключом к прецизионной ковке является соответствие требованиям к точности поковки, близкой к точности размеров детали или достигающей ее (включая малые, незначительные, нулевые припуски на механическую обработку, дефекты качества и риски для качества). Ключом к достижению прецизионной ковки является эффективный контроль процесса (включая параметры процесса) от входных параметров ковки до выходных параметров. Сложный компонент подъемного крюка является одним из ключевых компонентов, используемых для подъема и перемещения мощных двигателей судов. Только посредством процесса ковки, включающего «формование и модификацию», можно обеспечить соответствие техническим требованиям высокого качества, высокой эффективности, высокой надежности и высокой безопасности при ковке подъемного крюка. Существующие технологии штамповой ковки сложных деталей подъемного крюка не могут эффективно решить уникальные технические проблемы, связанные с «низким качеством, низкой точностью, низким выходом годных изделий, низкой эффективностью, коротким сроком службы штампа и высокой стоимостью» — ситуация, характеризующаяся «одним низким качеством, четырьмя недостатками и одной высокой стоимостью». Это особенно очевидно из ключевых элементов процесса, таких как форма, размеры и точность штамповой ковки подъемного крюка; условия и методы нагрева; технологические процессы и методы; тип и характеристики оборудования; а также конструкция и изготовление штампа. Очевидно, что достижение требуемой точности при штамповой ковке подъемного крюка является сложной задачей.
Достичь обычного класса GB/T 12362 относительно легко, но достичь класса точности GB/T 12362 гораздо сложнее [3~4] . Теория и практика показывают, что комбинированный метод прецизионной штамповки является одним из эффективных способов решения вышеупомянутых уникальных технических проблем, особенно уникальных технических проблем штамповки с подъемным крюком до класса точности GB/T 12362.
2
Традиционный метод штамповой ковки для изготовления сложных деталей подъемного крюка.
Существует четыре основных традиционных метода штамповки крюков для кранов (см. рис. 1):
(1) Сложные детали подъемного крюка: метод «штамповка (формование заготовки и окончательная ковка) → гибка»: Шаг 1: Заготовка подъемного крюка, нагретая до начальной температуры ковки, подвергается штамповке (формование заготовки и окончательная ковка) на штамповочном молоте (или другом типе штамповочного оборудования) с использованием штампа для изготовления плоских полуфабрикатов подъемного крюка, а затем плоские полуфабрикаты подъемного крюка с облоем обрезаются на обрезном прессе с использованием обрезного штампа; Шаг 2: Плоские полуфабрикаты подъемного крюка, нагретые до начальной температуры ковки, затем окончательно прессуются на прессовом или гидравлическом прессе с использованием штампа для изготовления плоских полуфабрикатов подъемного крюка. Этот метод имеет особенно очевидные недостатки: большая деформационная сила (особенно большая и труднодоступная зона деформации и чрезмерная деформационная сила при окончательной ковке вилкообразной детали); низкая эффективность (нагрев при ковке составляет 3-4 раза на деталь, и количество деформационных ударов велико); Чрезвычайно короткий срок службы ковочных штампов (от 3000 до 5000 штук); плохая форма, размер, точность, надежность качества, стабильность, однородность и равномерность поковок (точность ковки не достигает класса точности GB/T12362, а процент годных поковок обычного класса составляет от 93% до 95%).
(2) Сложные детали подъемных крюков: метод «ковка (формование заготовки, предварительная ковка и окончательная ковка) → гибка»: Шаг 1: Заготовка подъемного крюка, нагретая до начальной температуры ковки, подвергается ковке (формование заготовки, предварительная ковка и окончательная ковка) на ковочном молоте (или другом ковочном оборудовании) с использованием штампа для ковки плоских полуфабрикатов подъемных крюков. Затем плоская полуфабрикатная деталь с облоем обрезается на обрезном прессе с использованием обрезного штампа. Шаг 2: Плоская полуфабрикатная деталь подъемного крюка, нагретая до начальной температуры ковки, затем окончательно прессуется на прессовом оборудовании или гидравлическом прессе с использованием штампа для гибки плоских полуфабрикатов подъемных крюков. Этот метод имеет особенно очевидные недостатки: большая деформационная сила (особенно большая труднодеформируемая зона при окончательной ковке вилкообразной детали, что приводит к чрезмерной деформационной силе); низкая эффективность (нагрев при ковке составляет 3-4 раза на деталь, и количество деформационных ударов велико); Чрезвычайно короткий срок службы ковочных штампов (от 5000 до 7000 штук); плохая форма, размер, точность, надежность качества, стабильность и однородность кованых изделий (точность ковки не достигает класса точности GB/T 12362, а процент годных кованых изделий обычного класса составляет от 95% до 98%).
(3) Способ «вырубка и формовка → штамповка (окончательная ковка) → гибочная формовка» для сложных деталей подъемных крюков: Шаг 1: Заготовка подъемного крюка, нагретая до начальной температуры ковки, специально и независимо формуется на свободноковочном молоте (или валковочном станке) для получения плоской полуфабрикатной заготовки подъемного крюка; Шаг 2: Плоская полуфабрикатная заготовка подъемного крюка подвергается ковке (окончательной ковке) на штамповочном молоте (или другом типе штамповочного станка) с использованием ковочного штампа, а затем плоская полуфабрикатная деталь с облоем обрезается на обрезном прессе с использованием обрезного штампа; Шаг 3: Плоская полуфабрикатная заготовка подъемного крюка, нагретая до начальной температуры ковки, затем окончательно прессуется и формуется на прессе или гидравлическом прессе с использованием плоского полуфабрикатного гибочного штампа для подъемного крюка. Этот способ имеет особенно очевидные недостатки: большая деформационная сила (особенно большая труднодоступная зона деформации при окончательной ковке вилкообразной детали, что приводит к чрезмерной деформационной силе); Низкая эффективность (нагрев при ковке составляет 3-4 раза на деталь, и количество деформационных ударов велико); чрезвычайно короткий срок службы ковочных штампов (3000-5000 штук); плохая форма, размеры, точность, надежность качества, стабильность и однородность поковок (точность ковки не достигает класса точности GB/T 12362, а процент годных поковок обычного класса составляет 93-97%).
(4) Способ «вырубка и формовка → штамповка (предварительная и окончательная ковка) → гибка и формовка» для сложных деталей подъемных крюков: Шаг 1: Заготовка подъемного крюка, нагретая до начальной температуры ковки, специально и независимо формуется на свободноковочном молоте (или ковочном станке) для получения плоской полуфабрикатной заготовки подъемного крюка; Шаг 2: На штамповочном молоте (или другом типе штамповочного оборудования) плоская полуфабрикатная заготовка подъемного крюка подвергается ковке (предварительная и окончательная ковка), а затем плоская полуфабрикатная заготовка с облоем обрезается на обрезном прессе с использованием обрезной матрицы; Шаг 3: Плоская полуфабрикатная заготовка подъемного крюка нагревается до начальной температуры ковки, а затем плоская полуфабрикатная заготовка подъемного крюка окончательно прессуется и формуется на прессе или гидравлическом прессе с использованием гибочной матрицы для плоских полуфабрикатов подъемных крюков. Этот способ имеет особенно очевидные недостатки: большая деформационная сила (особенно большая труднодоступная зона деформации при окончательной ковке вилкообразной детали, что приводит к чрезмерной деформационной силе); Низкая эффективность (нагрев при ковке составляет 3-4 раза на деталь, и количество деформационных ударов велико); низкий срок службы ковочных штампов (5000-7000 штук); плохая форма, размеры, точность, качество, надежность, стабильность и однородность поковок (точность ковки не достигает класса точности GB/T 12362, а процент годных поковок обычного класса составляет 95-98%).
3
Комбинированный метод прецизионной ковки для сложных подъемных крюков.
3.1 Проектирование ковочных штампов для сложных деталей подъемного крюка
Для изготовления сложных деталей крюков крана используются прямоточные ковочные штампы (для вытяжки и выравнивания заготовок, предварительной и окончательной ковки) (см. рис. 2). Ковочный штамп для полуфабриката прямоточной детали крюка крана включает в себя продольно расположенные штампы для вытяжки и выравнивания заготовок 1, находящиеся в левой задней части прямоточного ковочного штампа. Его основная функция заключается в уменьшении объемного распределения радиального поперечного сечения заготовки круглого прутка крюка крана для получения заготовки крюка крана с требуемым объемом, формой и размерами; диагональный фиксатор 2 расположен продольно и находится в левой передней и правой задней частях прямоточного ковочного штампа. Его основная функция заключается в контроле выравнивания направляющей и уменьшении смещения при одновременном использовании верхнего и нижнего штампов прямоточного ковочного штампа крана; Предварительно-ковочная матрица 3 расположена продольно, в средней левой задней части прямой ковочной матрицы (конструкция предварительно-ковочной матрицы 3 и окончательно-ковочной матрицы 5 соответствует принципам проектирования метода обратной деформации и метода последовательного формования [5~7]). Основная функция предварительно-ковочной матрицы — выполнение предварительной ковки для получения требуемого полуфабриката предварительно кованого подъемного крюка. Предварительно-ковочная канавка 4 представляет собой клиновидную конструкцию с симметричными верхней и нижней частями, расположенную вокруг полости предварительно-ковочной матрицы 3. Ее основная функция — увеличение сопротивления текучести деформированного металла по периферии предварительно-ковочной канавки и размещение избыточного металлического облоя, образующегося во время предварительной ковки. Полость окончательно-ковочной матрицы 5 расположена продольно (противоположно направлению расположения полости предварительно-ковочной матрицы) и находится в средней правой передней части прямой ковочной матрицы. Ее основная функция — выполнение окончательной ковки для получения требуемого полуфабриката окончательно кованого подъемного крюка. Канавка 6 для окончательной ковки расположена по периметру полости 5 матрицы для окончательной ковки. Ее основная функция заключается в увеличении сопротивления потоку деформированного металла по периметру канавки для окончательной ковки, в компенсации избыточного металлического облоя, образующегося в процессе окончательной ковки, и в смягчении ударной силы при окончательной ковке.
Процесс ковки прямых заготовок крюков крана выглядит следующим образом: Установка и фиксация: Установите и зафиксируйте матрицу для прямой ковки на ковочном молоте (или другом ковочном оборудовании), затем предварительно нагрейте матрицу для прямой ковки до 150℃–350℃; Подготовка заготовки: Поместите круглую стальную заготовку, нагретую до начальной температуры ковки, в полость 1 матрицы для вытяжки и выравнивания для вытяжки и выравнивания; Предварительная ковка: Поместите вытянутую и выравниваемую заготовку продольно в полость 3 матрицы для предварительной ковки; Окончательная ковка: Переверните предварительно кованую заготовку и поверните ее на 180° вправо, затем поместите ее продольно в полость 5 матрицы для окончательной ковки; Обрезка: Наконец, поместите сформированную полуфабрикатную заготовку крюка крана с облоем в матрицу для обрезки кромок, получив таким образом полуфабрикатную прямую заготовку крюка крана, которая еще не полностью соответствует требованиям к окончательной форме, размеру, точности и качеству.
3.2 Точное литье сложных компонентов для подъемных крюков.
Для точной штамповки сложных компонентов, таких как крюки кранов, используется прецизионный пресс-форма для окончательной точной штамповки (предварительная гибка и окончательная точная штамповка) (см. рис. 3). Прецизионный пресс-форма включает в себя полость для гибки, полость для окончательной точной штамповки и единый продольный двухугольный составной фиксирующий механизм; при этом полость для предварительной гибки расположена в правой задней части прецизионного пресс-формы, полость для окончательной точной штамповки расположена в левой задней части прецизионного пресс-формы, а единый продольный двухугольный составной фиксирующий механизм расположен в передней части прецизионного пресс-формы.
Предварительная гибочная полость штампа для прецизионной штамповки сложных деталей подъемного крюка в основном состоит из предварительной выпрямляющей позиционирующей полости 7, предварительного гибочного позиционирующего выступа 8, предварительной гибочной матрицы 9, предварительного гибочного пуансона 10 и предварительной гибочной полости для фиксации высоты 11. Предварительная выпрямляющая позиционирующая полость 7 используется для позиционирования переднего и заднего концов полуфабриката горячей прямой поковки подъемного крюка перед гибкой в нижнем штампе. Глубина ее переднего и заднего концов, а также глубина нижней плоскости, снабжены углом наклона вперед, а угол уклона и радиус скругления на полукруге заднего конца соответствуют углу уклона и радиусу скругления на полукруге хвостовика горячей прямой поковки. Предварительный гибочный позиционирующий выступ 8 используется для позиционирования полуфабриката горячей прямой поковки подъемного крюка в процессе гибки. Скругление заднего конца снабжено углом уклона, а радиус скругления заднего конца соответствует V-образному выступу полуфабриката горячей прямой поковки. Радиус закругления выемки соответствует заданным размерам, и с левой и правой сторон отсутствует угол уклона; матрица предварительной гибки 9 используется для предварительной гибки, размещения и зажима предварительно изогнутой заготовки, при этом форма и размеры предварительной гибки совпадают с формой и размерами предварительно изогнутой горячей штамповки; пуансон предварительной гибки 10 используется для гибки верхней части предварительно изогнутой горячей штамповки и передачи силы деформации при изгибе, при этом форма и размеры предварительной гибки совпадают с формой и размерами предварительно изогнутой горячей штамповки; полость фиксации высоты предварительной гибки 11 используется для фиксации высоты и вспомогательного позиционирования предварительной гибки, при этом размер рабочей высоты совпадает с размером высоты предварительно изогнутой горячей заготовки, соответствующей предварительной гибке.
Окончательная формовочная полость штампа для изготовления сложных деталей подъемных крюков включает в себя окончательный позиционирующий выступ 12, окончательный штамп 13, окончательный прессовый пуансон 14 и окончательную формовочную полость 15 для фиксации высоты. Окончательный позиционирующий выступ 12 используется для позиционирования предварительно изогнутой горячей поковки подъемного крюка в переднем, заднем, левом и правом направлениях при размещении в нижнем штампе для окончательной прессовки. Задний закругленный угол снабжен углом уклона, а радиус заднего закругленного угла соответствует радиусу V-образного закругленного угла плоской поковки из полуфабриката. С левой и правой сторон угол уклона отсутствует. Окончательный штамп 13 используется для окончательной формовки, размещения, зажима и извлечения окончательного штампа горячей прессовки. Его форма и размеры совпадают с размерами и размерами соответствующего предварительного штампа горячей прессовки, но угол изгиба меньше, чем у соответствующего предварительного штампа горячей прессовки. Глубина изгиба дна совпадает с глубиной соответствующего предварительного штампа горячей прессовки. Окончательная штамповка методом горячего прессования имеет большую глубину изгиба в нижней части; пуансон 14 используется для верхней деформации изгиба и передачи силы деформации изгиба при окончательной ковке методом горячего прессования, радиус изгиба совпадает с радиусом изгиба соответствующей штамповки методом горячего прессования, а угол изгиба меньше угла изгиба соответствующей штамповки; штамповка 13 и пуансон 14 имеют односторонний боковой зазор на своих вогнутых и выпуклых вертикальных поверхностях; полость 15 для регулировки высоты при окончательной штамповке используется для регулировки высоты и вспомогательного позиционирования при окончательной штамповке, а рабочая высота совпадает с высотой соответствующей штамповки после окончательной штамповки; одинарная продольная двухугольная композитная защелка 16 штамповки для сложных деталей подъемного крюка используется для направляющей и противонатяговой фиксации штамповки.
3.3 Эффекты, достигаемые за счет сочетания сложных компонентов подъемного крюка с прецизионной ковкой
Благодаря использованию комбинированного процесса высокоточной штамповки сложных компонентов подъемного крюка, включающего ковочные и прецизионные прессовальные штампы, достигается высокоточная штамповка сложных компонентов подъемного крюка. Этот процесс обеспечивает высокое качество ковки, высокую точность, высокий выход годной продукции, высокую эффективность, длительный срок службы штампов и низкую стоимость. Точность кованых деталей повышается с обычного класса GB/T12362 до прецизионного класса. Уменьшается количество или вовсе отсутствуют припуски на механическую обработку, дефекты качества и потенциальные проблемы с качеством. Выход годной продукции значительно повышается с 93–98% для обычного класса до 98% для прецизионного класса. Срок службы штампов увеличивается с 3000–8000 штук до 8000 штук, а срок службы прецизионных прессовальных штампов составляет не менее 70 000 штук.
4
Заключение
(1) Комбинированный метод прецизионной штамповой ковки сложных деталей подъемных крюков принципиально решает уникальные технические проблемы «низкого качества, низкой точности, низкой процентной очередности, низкой эффективности, короткого срока службы штампов и высокой стоимости» при штамповой ковке сложных деталей подъемных крюков.
(2) Комбинированный метод точной штамповки сложных деталей подъемных крюков значительно расширил функциональность и область применения процесса ковки, оборудования, штампов и т. д. Он позволил реализовать требования к точному, чистому и контролируемому процессу и параметрам процесса от входных параметров штамповки до выходных параметров штамповки и может заменить традиционный процесс штамповки.
(3) Комбинированный метод прецизионной штамповки сложных деталей подъемного крюка позволяет повысить точность штампованных деталей с обычного класса GB/T12362 до прецизионного класса, с малым, незначительным или полным отсутствием припусков на обработку, дефектов качества и рисков для качества. Процент годных изделий значительно увеличивается с 93% для обычного класса до 98% для прецизионного класса. Срок службы штампов увеличивается с 3000–8000 штук до 8000 штук, а срок службы прецизионных штампов составляет не менее 70 000 штук.
