Своеобразная форма трех лепесткового слитка, сложность физического очага деформации при ковке определяют интерес к детальному изучению стадий обжатия и развития деформаций. Проведенные исследования 1 напряженно-деформируемого состояния при ковке трех лепесткового слитка позволили выявить характер течения металла в очаге деформации. Наиболее эффективным методом для получения требуемой конфигурации и заданных границ очага деформации является метод линий скольжения. В начальный момент обжатия трех лепестковой заготовки один лепесток устанавливают в вырез нижнего бойка, а два других — под верхний плоский боек. Контакт заготовки с инструментом происходит по шести линиям — площадкам (рис. 4.24). На первой стадии деформирования обжатие не превышает 1 %, деформация локализуется у поверхности вблизи площадок контакта заготовки с инструментом. Вторая стадия деформирования характеризуется стыковкой полей от площадок контакта, расположенных на нижнем бойке. При увеличении обжатия до 2 % основание выреза нижнего бойка заполнится металлом, а развитие пластической зоны приведет к слиянию близлежащих площадок контакта в одну. Протяженность площадки контакта в основании выреза бойка будет измеряться расстоянием между крайними дальними точками. Как и на первой стадии, под плоским верхним бойком деформация локализуется вблизи контактных поверхностей, и характер поля аналогичен полю начальной стадии деформирования. На рис. 4.24, б показано два предельных момента распространения очага деформации под верхним плоским бойком. Поле слева соответствует началу данной стадии обжатия, а справа — моменту окончания. Третья стадия деформирования характеризуется наличием стыковки полей от верхнего и нижнего бойков в осевой области заготовки. По мере увеличения обжатия пластические зоны в нижнем вырезном бойке увеличиваются до момента заполнения металлом выреза бойка. По достижении предельной контактной площадки под верхним плоским бойком, показанной в правой части рис. 4.24, в, поле начинает развиваться в центральную область. Размер контактных площадок определяли по равенству гидростатического давления в точке стыковки полей от верхнего и нижнего бойков. Величина площадки, при которой поле от плоского бойка начинает развиваться в глубь заготовки, соответствует обжатию 4,5 %. На данной стадии поля от двух площадок контакта под верхним бойком стыкуются с аналогичным полем от нижнего бойка по прямым линиям, пересекающим ось симметрии заготовки в центральной ее части под углом я/4. Следовательно, при обжатии менее 5 % деформация уже достигает осевой зоны заготовки. Трех лепестковая заготовка после единичного обжатия е < 10 % сохраняет принципиальную исходную форму сечения, поэтому характер поля после кантовки ее на ,120° и такого обжатия не изменяется. В процессе последовательных кантовок на 120° и обжатий происходит расширение пластической области от двух контактных площадок под верхним плоским бойком. Вследствие перемещения жестких зон и расширения пластической области происходит выпрямление вогнутых боковых поверхностей заготовки. Выступы исходной трех лепестковой заготовки в процессе последовательных обжатий и кантовок на 120° приобретает форму вершин треугольной заготовки. Когда произойдет слияние контактных площадок под верхним бойком в одну, поле линий скольжения будет иметь вид, как в случае осадки тупого клина. Поэтому после получения из трех лепестковой заготовки треугольной ее кантуют на 60°.
Окантованная таким образом треугольная заготовка имеет две линии — площадки контакта с нижним вырезным бойком и с верхним плоским бойком. На первой стадии деформирования трех лепестковой заготовки под верхним плоским и нижним вырезным бойками деформация локализуется у поверхности. Поле линий скольжения состоит из элементов двух центровой веерной сетки и системы ортогональных прямых. У треугольной заготовки очаг деформации локализован у поверхности при обжатии до е = 13 %. Это благоприятно сказывается на проработке металла в вершинах треугольной заготовки, которые на стадии ковки трех лепестковой заготовки находились в зоне затрудненной де
формации у нижнего вырезного бойка. При увеличении обжатия более 13 % наступает вторая стадия деформирования, когда очаги деформаций проникают в глубь заготовки и поля от верхнего бойка и двух площадок нижнего стыкуются. Вырез нижнего бойка остается незаполненным. Стыковки между собой очагов деформаций от нижнего бойка не происходит.
После чередования обжатий с кантовками на 60 и 120° получают заготовку шестигранной формы, которая легко перековывается в круглую.
Анализ кинематики зон деформации, выполненный по построенным полям линий скольжений, позволяет сделать заключение о механизме образования поверхностных зажимов в области больших вогнутых граней заготовки.
При обжатии двух выступов трех лепестковой заготовки плоским бойком можно получить три различных очага деформации в зависимости от радиуса большой вогнутой грани.
На рис. 4.26, а представлена пластическая область, равномерно распространенная в обе стороны от площадки контакта. Равновесие в распределении потоков пластического течения обеспечивается радиусом вогнутости большой грани R, равной крит (крит — радиус большой вогнутой грани, отклонение от которого по величине приведет либо к отсутствию зажима, либо к неизбежному его появлению). При R ># кри т форма очага деформации имеет вид, показанный на рис. 4.26, б. Пластическая область распространяется по обе стороны от площадки контакта, однако течение преобладает в сторону свободной поверхности, что гарантирует отсутствие зажима по большой вогнутой грани. При R <3 < ^крит преимущественное течение наблюдается в сторону вогнутости, что неизбежно приведет к образованию зажима (рис. 4.26, в). Рассмотренные в п. 2.3 формы трех лепестковых заготовок имеют радиусы больших вогнутых граней R больше, по этому при первом обжатии гарантировано отсутствие зажимов. В процессе обжатия под действием нормальной силы и изгиба момента начальные радиусы двух других вогнутых граней, находящихся в межбойковом пространстве, уменьшаются. В зависимости от величины обжатия эти радиусы могут стать равными или меньше. После кантовки и обжатия это приведет к получению под плоским бойком очагов деформации двух видов (по рис. 4.26, а, в) и возникновению возможности или неизбежности образования поверхностного зажима. Экспериментальные данные показали, что обжатие с е < 10 % гарантирует получение радиусов двух других вогнутых граней трех лепестковых заготовок больше, а следовательно, гарантирует отсутствие поверхностных зажимов. Заготовки 4 и 5 не удалось проковать без поверхностных зажимов. Объясняется это тем, что с уменьшением отношения R резко снижается сопротивление лепестка изгибающему моменту. Даже при незначительном обжатии два других радиуса вогнутых граней становятся меньше, что неизбежно приводит к образованию зажима. Таким образом, для исключения возможности образования зажимов в области больших вогнутых граней необходимо вести обжатия с 8 < 10 %, а соотношение. размеров исходной трех лепестковой заготовки R должно быть равно или больше 0,75. При ковке поковок типа валов в комбинированных бойках угол выреза нижнего бойка выбирают в пределах 90—135°. Исследование влияния угла выреза на распределение деформаций по сечению в процессе ковки трех лепестковой заготовки, а также результаты анализа статистической модели процесса ковки показали, что на стадии скругления трех лепестковой заготовки угол выреза не имеет существенного значения. Эти выводы подтверждаются анализом полей линий скольжения, построенных для обжатия трех лепестковой заготовки в нижнем вырезном бойке с углами выреза 90, 110, 120 и 135°.
Во всех случаях в первую очередь осуществляется стыковка смежных очагов деформации, развивающихся от контактных площадок нижнего вырезного бойка с образованием единой пластической области. По мере увеличения обжатия угол выреза всех рассматриваемых бойков заполняется металлом под действием развития пластической области и перемещения жесткой зоны вдоль оси заготовки в сторону основания выреза. После заполнения нижнего вырезного бойка металлом заготовки во всех случаях дальнейшее развитие поля линий скольжения подобно показанному.
В связи с этим на стадии получения из трех лепестковой заготовки угол выреза нижнего бойка не изменяет схему течения металла и не оказывает заметного влияния на распределение деформации по сечению заготовки 4.5. опыт ковки КРУПНЫХ слитков Достаточно подробно рассмотренные в предыдущих главах особенности строения слитков и литых заготовок, а также разнообразные способы и приемы деформационного воздействия на структуру металла позволяют кратко изложить результаты их применения и достижения в улучшении качественных показателей машиностроительного производства. Например, активное воздействие на формирование макро строения поковки путем за данного потокораспределения металла в технологическом процессе позволило гарантированно увеличить выход годного до 71 % и из того же исходного слитка производить поковку большей массы. Сосредоточение деформаций в осевой зоне слитка массой 53 т при ковке достигнуто применением термозонального фактора. Кузнечный цикл сокращен на 30 %, устранена трудоемкая операция осадки и высвобождено мощное прессовое оборудование, время пассивного охлаждения слитка на воздухе уменьшено более чем в 3 раза. Механические свойства металла повышены как по прочности, так и по показателям пластичности при идентичных режимах окончательной термообработки.
