Resum
Una premsa de forja inclou un conjunt de motlles, que tenen un motlle fix, un motlle mòbil i una restricció externa. El motlle mòbil té un pla de referència, que generalment es troba al pla de la peça perpendicular a l'eix de la premsa, i tres blocs sectorials simètrics de rotació que sobresurten per sobre del pla de referència. Cada bloc de sector inclou un angle de sector d'un disc amb un angle determinat, que està separat dels altres blocs de sector per un angle determinat. Un mecanisme de premsa inclou un mecanisme d'accionament axial per manipular el motlle mòbil per moure's en una direcció paral·lela a l'eix de la premsa i un mecanisme d'indexació per manipular el motlle mòbil perquè giri al voltant de l'eix de la premsa per un angle de rotació predeterminat.
Descripció
Procés de forja amb matriu tancat i premsa de forja de pas rotatiu
La present invenció es refereix a un mètode de forja per a productes axisimètrics generals i una premsa de forja, en què els productes axisimètrics generals es forgen de manera gradual.
Durant el procés de forja, s'utilitza una màquina anomenada premsa de forja per premsar la peça en dos o més matrius de forja. La forma formada per la deformació plàstica de la peça de treball està determinada per la forma de la matriu de forja i la magnitud de la força de premsat. La forja es pot completar en un sol cop de premsat, o pot haver-hi múltiples cops de premsat per deformar gradualment la peça a la forma requerida del producte.
L'operació de forja fa que la peça es torni més fina en la direcció de la força i fa que s'estiri al llarg d'un pla vertical, donant lloc a una deformació fins a la forma final forjada. La forma final forjada de la peça de treball és inevitablement diferent de la forma del producte final. Perquè, en termes generals, és impossible o poc pràctic forjar amb precisió la peça de treball en la forma final del producte requerit. El grau d'aproximació entre la forma final forjada i la forma del producte requerida determina fins a cert punt la dificultat de l'operació de forja. És relativament senzill forjar uniformement tota la superfície de vista plana de la peça de treball, que s'anomena forja plana. No obstant això, en els casos habituals que impliquen peces de forma complexa, la forja plana deixa una gran quantitat de material que cal tallar per aconseguir la forma precisa del producte final requerida. En un mètode de forja més avançat, la peça de treball es forja en una forma propera a la xarxa (NNS), que s'aproxima a la forma de la peça de treball final, però intencionadament fa que la mida sigui lleugerament més gran per a les proves d'ultrasons, eliminant prou material per adaptar-se a la deformació durant el tractament tèrmic i el final. bonificació de tall. En aquest mètode de forja NNS, la quantitat de metall que cal tallar és relativament petita. La forja NNS requereix més creativitat en el disseny de processos de forja que la forja plana.
La forja s'utilitza àmpliament en diverses operacions per produir productes petits o grans. Per deformar la peça, la premsa de forja ha de proporcionar la força necessària. La producció de grans productes és especialment complexa, ja que com més gran és el producte, més gran és la pressió de forja necessària. Per tant, es necessiten premses de forja més grans i cares per completar la forja. Com s'ha esmentat, la forja NNS normalment requereix una pressió de forja més gran que la forja plana i, per tant, requereix premses de forja més grans.
En alguns casos, és necessari produir un producte les dimensions estructurals i materials del qual superin la capacitat de les premses de forja existents. Per forjar aquest producte, és ben sabut que l'operació de forja amb matriu obert es pot utilitzar per dur a terme la forja a pas de la peça. En la forja per pas, el disseny de la matriu de forja i el funcionament de la premsa de forja són els següents: en un moment donat, només es forja una part de la peça de treball i, després de cada part de la forja, la peça de treball es mou en relació amb la forja. morir per passos, aconseguint finalment la forja completa de tota la peça. Malauradament, la forja de matriu oberta i la forja de matriu oberta pas a pas no poden aconseguir una forma gairebé final per a la majoria de productes, perquè les peces sense restriccions de la peça de treball es poden estendre a qualsevol mida i forma, en lloc d'una forma gairebé final.
En una aplicació, la peça es va forjar en un disc de turbina axisimètric per utilitzar-lo en grans turbines de gas terrestres. El diàmetre d'aquest disc de turbina és de 70-96 polzades o més. Estan fets d'acer d'alt aliatge a base de níquel o ferro i no es poden forjar en la forma gairebé final requerida fins i tot en una premsa amb una capacitat de 50.000 tones. Les propietats mecàniques necessàries per a la forma, la mida i el disc final de la turbina de la forma axisimètrica gairebé final són força estrictes. Per a aquest tipus de disc, la tecnologia de forja de pas existent no pot complir aquests requisits.
Per tant, es necessita un mètode millorat per forjar grans productes axisimètrics. La present invenció pot satisfer aquesta necessitat i proporcionar més les característiques corresponents.
La present invenció proporciona una premsa de forja pas a pas i una tecnologia per produir grans forjats axisimètrics de forma gairebé final. La forma, la mida i les propietats mecàniques dels forjats són adequades per a operacions precises, com ara el tall final de grans discos de turbina terrestres. En l'operació final de forja, només una part de la peça entra en contacte amb la matriu de forja durant cada carrera de forja, de manera que la mida de la peça pot ser més gran que la capacitat de forja de les premses de forja existents. En comparació amb els mètodes existents, la quantitat de tall final necessària per al producte s'ha reduït significativament. Això últim és important perquè una part important dels costos de forja és el consum de material de la peça de treball, que és un acer d'alt aliatge basat en níquel. La reducció de la quantitat de material necessària per tallar també redueix el cost de producció del producte.
D'acord amb la present invenció, el mètode de forja de peces es pot utilitzar per a l'operació de peces de treball originals generals que són peces de treball axisimètriques en forma de disc amb una superfície de visió plana. Aquest mètode consisteix a forjar primer tota la superfície de vista plana de la peça de treball original i, a continuació, forjar la primera peça forjada per convertir-la en la forma de forja final. En la primera operació de forja, s'utilitza una matriu de forja (tipus sense escales) que cobreix tota la superfície de vista plana per forjar la peça original. La part interior radial de la peça de treball es forja preferentment per aproximar-se al contorn final de forja, però la part radial exterior de la peça no es forja fins al contorn de forja final. En el procés de forja posterior, la part exterior radial de la peça de treball es forja el primer pas en la forma de forja final, sense una deformació significativa de la part interior radial de la peça de treball, tot i que pot haver-hi una deformació interior radial relativament petita de la peça de treball. procés de forja de pas.
La present invenció adopta la tecnologia de forja de matriu tancada, que pot forjar productes amb formes radials i bàsicament axisimètriques més grans en comparació amb la tecnologia ordinària de forja de matriu tancada sense pas. La capacitat màxima de forja d'una premsa de forja està determinada per la mida màxima del producte que es pot forjar amb una premsa de forja amb matriu tancada. L'ús de la forja de matriu tancada pas a pas permet forjar productes més grans (però idèntics) amb les mateixes condicions de premsa i forja. D'acord amb aquest aspecte de la present invenció, el mètode per a forjar peces grans comprèn els passos següents: configurar una premsa de forja amb una capacitat màxima de forja suficient per forjar productes axisimètrics amb la mida final més gran utilitzant forja amb matriu tancada. Aquest mètode també inclou el subministrament de peces axisimètriques i, en determinades condicions de forja, l'ús de forja de matriu tancada en una premsa de forja per dur a terme la forja esglaonada de les peces de treball, fent que es deformin en productes de forja esglaonada. Aquest producte té una mida final de forja esglaonada que és més gran que la mida final més gran de forja sense pas. Per fer les comparacions corresponents, totes les altres condicions de forja com el material, la temperatura, la quantitat de forja i la similitud geomètrica són les mateixes, només la mida de la peça i el motlle tenen diferències. "Mida" es refereix a la dimensió radial mesurada cap a l'exterior des de l'eix de simetria.
La forja pas a pas, preferiblement la forja de matriu tancada pas a pas, s'utilitza per formar una forma de forja gairebé final que s'aproxima al producte final requerit, però amb dimensions lleugerament més grans per a les proves d'ultrasons, i per eliminar l'excés de material per adaptar-se a la deformació durant el tractament tèrmic i tall final. La premsa i la tecnologia de forja de matriu oberta de tipus pas existent no poden produir una forma gairebé final en aquesta aplicació, per la qual cosa és necessari desenvolupar una premsa de forja de matriu tancada i una tecnologia per forjar peces de treball axisimètriques, generalment en forma de disc forjades en el procés de forja inicial.
D'acord amb aquest aspecte de la present invenció, una premsa de forja comprèn una matriu fixa que té una superfície de matriu fixa i una matriu mòbil que té superfícies de matriu mòbils oposades a la superfície de matriu fixa al llarg de l'eix de la premsa però estan separades entre si. per una certa distància. La superfície fixa del motlle pot ser plana o es pot replicar en funció de la forma de la superfície de la peça on es col·loca el motlle. La superfície de matriu mòbil inclou una superfície de referència situada dins de la superfície de la peça perpendicular a l'eix de la premsa i almenys un bloc sectorial, preferiblement tres blocs sectorials rotacionalment simètrics que sobresurten exactament de la superfície de referència. Cada bloc sectorial inclou un disc en forma de ventall paral·lel a l'eix de la premsa i que té un angle en forma de ventall respecte a l'eix de la premsa. Hi ha més d'un bloc de sectors i cada bloc de sectors està separat d'altres sectors per un angle determinat. També hi ha una restricció d'extensió anular externa per evitar l'extensió radial de la peça quan es comprimeix entre el motlle fix i el motlle mòbil. És a dir, la forja és una forja amb matriu tancada en lloc d'una forja amb matriu oberta. La restricció externa és preferiblement una paret exterior circular, que es pot separar o integrar amb el motlle fix. L'espai tancat per motlles fixos, motlles mòbils i limitacions externes limita el volum de la peça que es pot acomodar. El mecanisme de pressió inclou un mecanisme d'accionament axial que pot manipular el motlle mòbil per moure's en una direcció paral·lela a l'eix de la premsa; I el mecanisme d'accionament d'indexació pot manipular el motlle mòbil per girar al voltant de l'eix de la premsa amb un angle de rotació especificat. Tot i que la rotació i el moviment axial poden coexistir quan el motlle mòbil es retreu i ja no està en contacte amb la peça de treball, el moviment axial del motlle mòbil i el moviment de rotació del mecanisme d'accionament d'indexació només es poden realitzar en el mode de conversió quan el motlle mòbil. entra en contacte amb la peça de treball.
En general, una premsa de forja consta d'un conjunt de motlles, que inclou un motlle fix i un motlle mòbil oposat al motlle fix al llarg de l'eix de la premsa, però a una certa distància l'un de l'altre. També hi ha una restricció externa que s'estén en forma circular al voltant del volum de la peça. L'espai tancat pel motlle fix, el motlle mòbil i les limitacions externes limita el volum de la peça que pot acollir. Almenys un del motlle fix i el motlle mòbil té una forma que sobresurt a la part superior. El mecanisme de premsa utilitzat és el mateix que el descrit anteriorment.
En la forma de realització preferida, hi ha tres o més sortints simètriques en forma de ventall per sobre de l'àrea del pla de referència del motlle mòbil. Tot i que hi pot haver un flux local ocasional lateral i/o cap a dins per omplir la forma definida pels blocs en forma de ventall, aquests blocs en forma de ventall, juntament amb les restriccions externes que formen la forja de matriu tancada, provoquen una deformació parcial de la peça de treball, donant lloc a la la peça flueix generalment radialment cap a fora. També provoquen deformacions en parts de la peça sense blocs sectorials per induir el flux metàl·lic.
La transició de cada costat de cada bloc sectorial a l'àrea del pla de referència al costat del bloc sectorial hauria de tenir preferiblement una inclinació obliqua d'aproximadament 45 graus a 60 graus. Sense aquest angle oblic, es poden produir arrugues o esquerdes a la part exterior de la peça de treball que no es poden eliminar durant els traços de forja posteriors.
En el funcionament d'una premsa de forja pas a pas, la peça es carrega al lloc on s'allotja. La premsa de forja forja una part de la peça durant la primera carrera de forja en direcció axial. S'allibera la força que actua sobre la matriu de forja i, al mateix temps, el motlle es retrau. El mecanisme d'accionament d'indexació fa funcionar el motlle mòbil per girar al voltant de l'eix de la premsa amb un angle de rotació especificat, i el mecanisme d'accionament axial proporciona una altra carrera de forja. En forjar tota la peça, aquest procés es repetirà.
Aquesta premsa de forja i el mètode de forja han fet un avenç significatiu en la tecnologia de forja de grans productes axisimètrics. Els productes forjats tenen un contorn gairebé final i són més grans que els productes produïts amb màquines de forja tancades existents. El producte forjat té la forma d'un contorn gairebé final, la qual cosa redueix el consum global de material i els requisits de tall, reduint així el cost del producte.
La figura 1 és un diagrama esquemàtic del flux òptim del procés de forja;
La figura 2 és una vista frontal de la peça original;
La figura 3 és una vista frontal de la peça després del primer procés de forja sense pas;
La figura 4 és una vista frontal de la peça després de completar la forja;
La figura 5 és una vista en secció de l'equip de forja de la present invenció;
La figura 6 és una vista en perspectiva explotada de la forja sense preparació mostrada a la figura 5;
La figura 7 és una vista superior del motlle mòbil presa al llarg de la secció 7-7 de la figura 5;
La figura 8 és una vista en secció del motlle mòbil presa al llarg de la línia 8-8 de la figura 5;
La figura 9 és una vista frontal d'una gran premsa de forja amb retracció de matriu mòbil;
La figura 10 és una vista frontal de la premsa de forja que es mostra a la figura 9 quan la matriu mòbil entra en contacte amb la peça de treball;
La figura 11 és una vista en secció d'una pala de turbina forjada en una forma gairebé final;
El millor esquema d'implementació del procés de la present invenció es mostra a la figura 1. El número 80 és la peça original. La peça original es pot fer de qualsevol metall mal·leable, com ara acer, aliatge d'alumini, acer d'alta aliatge a base de ferro, acer d'alta aliatge a base de níquel o aliatge de titani. Les dimensions de la peça original són les següents: conté prou metall per deformar-se en la forma final de forja on el metall flueix cap a ella. El disseny de la peça original pot utilitzar qualsevol tècnica de disseny de flux metàl·lic coneguda. Per al disc de turbina terrestre axisimètric que preocupa especialment a l'inventor, com es mostra a la figura, el seu diàmetre final és d'aproximadament 70-96 polzades i el gruix és d'unes 20 polzades. La seva peça original axisimètrica 90 és un cos cilíndric amb un diàmetre d'unes 31 polzades i una alçada d'unes 65-75 polzades. La peça original 90 té una superfície de vista en planta original 92, que és la superfície de l'extrem de la peça amb la qual la matriu de forja contacta durant el primer procés de forja.
Número 82, la peça original es forja primer mitjançant un procés general de forja sense escales. En la primera operació de forja, quan es duu a terme la deformació, la matriu de forja cobreix bàsicament tota la superfície de vista plana 92. La matriu de forja pot ser un motlle tancat o un motlle obert, però el millor és utilitzar un motlle tancat. La forma de la matriu de forja a la primera forja és bàsicament plana, tot i que la secció transversal pot tenir una forma especificada al mig. Com que el metall flueix principalment radialment cap a l'exterior, la peça es deforma cap a la forma final requerida. Per limitar la forma de la peça forjada, hi ha múltiples subprocessos i reescalfament de la peça dins de l'àmbit de la primera operació de forja 82. El millor és que el motlle deformi l'interior radial 94 de la peça 90 en la seva forma final. . La secció de cub designada com es mostra a la figura 3. Tanmateix, no intenteu forjar la part radial exterior 96 de la peça de treball 90 en la seva forma final. Si la primera forja és un motlle obert, la porció radial exterior 96 es deforma en una forma que s'assembla a una esfera, com es mostra a la figura 3. Si és un motlle tancat, esdevé una forma més fixa. Sovint és impossible forjar la part radial exterior 96 de la peça a la seva forma final perquè la capacitat de forja de la premsa de forja no és suficient per fer que el metall es deformi en la forma gairebé final necessària.
Un cop finalitzada la primera forja de 82, el següent pas és utilitzar la forja de matriu tancada per forjar la peça de manera gradual. L'equip i la tecnologia de forja de pas necessaris encara no estan disponibles. La discussió següent tracta sobre una premsa de forja i una tecnologia investigades per l'inventor. En una premsa de forja pas a pas, la matriu de forja només entra en contacte amb una part de la superfície de vista plana de la peça de treball 90. Idealment, la major part de la força de forja s'hauria de concentrar a la part de l'anell del ventilador de la part exterior radial 96 de la peça de treball 90. Tot i que pot haver-hi una mica de forja a la part interior radial 94, experimenta relativament poca força de forja i deformació. Quan s'ha completat el procés de forja 84, com es mostra a la figura 4, la peça es deforma en un producte gairebé final, que té una part exterior radial forjada principalment en el procés 82. Aquest mètode és el millor, però els mètodes existents també són factibles sota altres condicions, com ara el pas 82 per definir la forma final de la part radial exterior 96, o el pas 84 per definir la forma final de la part radial interior 94.
El número 86 és un pas opcional per al tractament tèrmic de productes amb forma final, però és preferible tenir aquest pas.
El procés existent de combinar la primera forja no pas a pas i la forja de matriu tancada pas a pas s'ha desenvolupat per forjar peces grans i complexes en formes gairebé finals. Aquest procés no pretén substituir totes les tècniques generals de forja, ja que és més car d'implementar que la forja general sense escales. Tanmateix, a causa de les limitacions de la capacitat de premsat de les premses de forja o altres motius, el procés general de forja no pot aconseguir la forma final del disc forjat. Per tant, aquest mètode és pràctic i pot obtenir l'estructura de forma gairebé final de grans forjats, aconseguint estalvis inevitables en materials, processament de tall i altres costos.
Com s'ha assenyalat, s'han desenvolupat equips de forja per passos per als processos esmentats i altres aplicacions. La figura 5 mostra una premsa de forja 20 amb una matriu fixa 22 i una matriu mòbil 24. El motlle inferior mostra un motlle fix 22, mentre que el motlle superior mostra un motlle mòbil 24, encara que també es pot disposar en sentit contrari. Com que la peça de treball es col·loca al motlle inferior, el motlle inferior és un motlle fix 22. El motlle fix 22 té una superfície de motlle fixa 26, i el motlle mòbil 24 té una superfície de motlle mòbil 28. La superfície de matriu fixa 26 i la matriu mòbil. la superfície 28 estan oposades entre si al llarg de l'eix 30 de la premsa, però estan separades per una certa distància entre si. Els motlles 22 i 24 solen ser preferentment axisimètrics, tot i que les seves superfícies poden no ser axisimètriques i es poden substituir per característiques no escalonades. La peça 32 es col·loca entre els motlles 22 i 24.
La restricció exterior radial 34 en forma de paret d'extensió anular s'estén al voltant de la circumferència de la peça de treball. Els motlles 22 i 24 i la paret d'extensió anular 34 defineixen una peça de treball de motlle tancada que allotja la posició 36 que pot acomodar completament la peça de treball 34. La paret d'extensió anular 34 pot ser un anell anular separat del motlle fix 22 o integrat amb el motlle fix 22. A la figura 5, es pot veure que abans d'iniciar l'operació de forja, la peça pot contactar o no amb la superfície interior. 38 de la paret d'extensió anular 34. Durant el procés de forja, la peça 32 es comprimeix en una direcció paral·lela a l'eix de la premsa i, a causa del flux radial cap a l'exterior del metall, experimenta una expansió radial fins que entra en contacte amb la superfície interior. de la paret anular que sobresurt 34, que limita una expansió radial addicional de la peça de treball 32.
Aquesta forja dins d'un rang de volum limitat és l'essència de la forja amb matriu tancada i s'ha convertit en un avantatge important respecte a la forja amb matriu oberta. En la forja amb matriu tancada, el metall experimenta una deformació plàstica radialment cap a l'exterior, obligant-lo a transformar-se en la forma definida pel motlle i/o la paret d'extensió. D'altra banda, a la forja amb matriu oberta, la deformació plàstica del metall radialment cap a l'exterior no està limitada, de manera que el metall experimenta una deformació plàstica radialment cap a l'exterior al llarg del camí amb la menor resistència durant la forja sense deformar-se en una forma definida. Tanmateix, això és necessari per produir productes de forma gairebé final. Per tant, la forja amb matriu tancada va aconseguir resultats que eren impossibles d'obtenir amb la forja amb matriu obert, incloses estructures gairebé finals amb formes superficials definides per la matriu de forja.
La figura 6 mostra unes vistes parcials en secció dels motlles 22 i 24, la paret d'extensió anular 34 i la peça 32.
La matriu mòbil 24 es mou en la direcció paral·lela a l'eix de la premsa i es mou cap a la matriu fixa durant la carrera de forja, tal com indica la fletxa axial de la figura 5, i gira al voltant de l'eix de la premsa 30 d'una manera especificada, com indicat per la fletxa de rotació 42. (El dau mòbil també es pot moure en sentit contrari) Quan el dau mòbil entra en contacte amb el la peça de treball 32, només es pot completar un moviment en la direcció de la carrera de forja i la direcció de rotació en un moment determinat. Per tant, aquests moviments són opcionals, que es comentaran a continuació. Quan el motlle mòbil es retreu i ja no està en contacte amb la peça de treball 32, els moviments axials i de rotació es poden completar simultàniament. El motlle mòbil 24 es mou mitjançant un mecanisme de pressió 44, que proporciona dos tipus de moviments 40, 42. La millor manera es comentarà a continuació.
La superfície fixa del motlle 26 és generalment plana. També es pot substituir per una forma d'imitació. Durant el procés de forja, la forma plana o d'imitació de la superfície de la matriu fixa es pressiona al costat de la peça de treball (la superfície inferior de la peça a la figura).
Hi ha dos tipus de formes disposades en un patró circular al motlle mòbil. Aquestes característiques es poden veure a la figura 5-8. Una de les característiques és que hi ha almenys una superfície de referència 46 en forma de ventall, preferiblement almenys tres, i només se'n prefereixen tres. Aquestes àrees superficials de referència en forma de ventall 46 són essencialment planes i generalment paral·leles al pla de la peça perpendicular a l'eix de premsa 30. Una altra característica és la presència d'un nombre igual de blocs sectorials 50, les superfícies superiors dels quals són planes o contornades i paral·leles a la pla de la peça 48. Tal com es mostra a la figura 8, el pla de la superfície superior 52 del bloc sectorial es fixa longitudinalment al llarg de l'eix 30 de la premsa, des de l'àrea del pla de referència 46 cap a la superfície del motlle fixa 26. En altres paraules, el bloc de sector 50 sobresurt per sobre de l'àrea del pla de referència 46. El nombre d'àrees de referència 46 és coherent amb el nombre de blocs de sector 50.
Hi ha d'haver almenys un bloc de sector 50, i si hi ha més d'un bloc de sector, el millor és establir aquests blocs de sector simètricament amb el mateix nombre d'àrees de superfície de referència a la superfície del motlle mòbil. És a dir, si hi ha dos, tres, quatre o més blocs sectorials, s'haurien de disposar axialment simètricament vistos en planta per minimitzar la càrrega asimètrica de la premsa de forja. Si el nombre de blocs de sector és inferior a tres, s'ha de considerar que la càrrega sobre els blocs de sector pot ser massa elevada i la premsa pot estar sotmesa a càrregues asimètriques. Per a la premsa de gran capacitat utilitzada per l'inventor, com ara una premsa de 50.000 tones, és important tenir en compte l'asimetria de càrrega per obtenir la forma i l'estructura requerides del producte, la vida útil i l'estabilitat de la màquina i la seguretat. dels treballadors. Per als sectors 50 amb tres o més segments, els angles d'arc corresponents es tornen relativament més estrets. Per tant, tendeixen a mossegar el metall més com caixos d'acer de fons circular en lloc de deformar el metall mitjançant la forja, donant lloc a una deformació plàstica ineficaç de la peça. Aquestes consideracions teòriques i pràctiques porten a l'adopció de tres blocs sectorials 50 i tres regions del plànol de referència esglaonat 46 (tal com es mostra a la figura 7) com a opció òptima, tot i que en alguns casos és factible utilitzar menys o més blocs sectorials 50 a la superfície del motlle. .
Els blocs en forma de ventall 50 estan disposats simètricament a una certa distància al voltant de la superfície del motlle mòbil 28, i cada bloc individual en forma de ventall correspon a un angle de ventall A. Una de les regions del plànol de referència 46 està disposada entre cada bloc sectorial 50 i es troba angle C respecte a una de les regions del plànol de referència. La suma dels angles A de tots els blocs sectorials, més la suma dels angles C de l'àrea del pla de referència utilitzada, és de 360 graus.
L'angle A del bloc sectorial subjectat és preferiblement entre aproximadament 45 graus i 65 graus. Si A és realment més petit, el motlle es pot enganxar a la peça a causa de l'acció del caixó d'acer inferior circular esmentat anteriorment. Si en realitat és més gran, el motlle s'assemblarà més a un motlle pla o amb forma normal, i l'efecte del parell de torsió de la capacitat d'estampació del procés de forja escalonada serà molt petit. L'angle C està determinat per l'angle A i el nombre de blocs sectorials.
Les formes geomètriques del bloc sectorial 50 es mostren a les figures 7 i 8. El bloc de ventall 50 és un bloc en forma de pastís i, quan es mostra a la figura 7, és un bloc de ventall circular. A la vista en secció transversal de la figura 8, el bloc sectorial 50 inclou una superfície lateral inclinada del bloc sectorial 58 situada entre la superfície superior del bloc sectorial 50 i el pla de referència 46. Els costats 58 d'aquests blocs en forma de ventall també poden ser vist com a rodanxes força estretes a la vista en planta de la figura 7. El costat del bloc en forma de ventall està inclinat en un angle D respecte a la superfície superior del bloc en forma de ventall. L'angle d'inclinació òptim D és d'aproximadament 45 a 60 graus. Si l'angle d'inclinació D és realment inferior a 45 graus, l'angle A del bloc sectorial s'amplia realment i l'efecte del parell de torsió de la capacitat d'estampació es reduirà. Si l'angle d'inclinació D és realment superior a 60 graus, es pot observar l'efecte de la mossegada o el caixó d'acer de fons circular. En la forja esglaonada, es produiran defectes com ara arrugues i esquerdes, que es comentaran a continuació. Un cop generats aquests defectes, no es poden eliminar completament en operacions posteriors de forja o altres. La peça de treball 32 es col·loca entre el motlle fix 22 i el motlle mòbil 24 per a la forja mitjançant un procés de forja escalonada 84 o altres processos. Durant la primera carrera de forja, accioneu el mecanisme de pressió per moure la superfície de matriu mòbil 28 cap a la superfície de matriu fixa 26. La peça es deforma sota l'estat de pressió esmentat anteriorment. Inverteix el mecanisme de premsa i retira el motlle mòbil de l'estat de contacte amb la peça 32. Manipuleu el mecanisme de premsa 44 per girar el motlle mòbil al voltant de l'eix de la premsa per un valor predeterminat en un moviment d'indexació. La selecció del valor de rotació està relacionada amb les propietats, la forma, les limitacions necessàries i les dimensions de la peça de treball del material. El valor de rotació de cada moviment de transposició ha de ser inferior a l'angle A. Com més gruixut sigui el material, menor serà la rotació d'indexació. Com a cas òptim, el valor de rotació per a la indexació és generalment d'uns 40 a 60 graus. En un escenari típic, amb tres sectors i un angle A de 55 graus, el valor de rotació òptim per a la indexació és d'uns 40 graus. Un cop completat el moviment de rotació, en la segona carrera de forja, accioneu el mecanisme de premsa 44 per moure la matriu mòbil cap a la superfície de la matriu fixa 26. Després de la deformació de la peça de treball, el mecanisme de premsat retreu el motlle mòbil 24 del contacte amb la peça de treball 32. Manipular el mecanisme de premsat per fer girar el motlle mòbil 24. Aquests processos es repeteixen diverses vegades per completar la forja. Per a la situació òptima: hi ha tres blocs sectorials, l'angle A és de 55 graus i el valor de rotació de la premsa és de 40 graus. Es requereix la suma total de tres traços de forja per completar una deformació. Es poden utilitzar múltiples deformacions per a forjats gruixuts i forjats amb alta resistència del material. Durant el procés de forja, la peça acostuma a estar en un estat d'alta temperatura i es refredarà durant l'operació de forja. En les operacions de forja, la peça es pot reescalfar sempre que sigui necessari per reduir la seva tensió plàstica i obtenir microestructures específiques a la peça.
La discussió anterior explica que la forma convencional de premsa de forja pas a pas és adequada per a qualsevol dispositiu de càrrega de pressió superior. L'aplicació de l'inventor es refereix a la forja de grans impulsors per a turbines de gas amb acer d'aliatge d'alt aliatge a base de níquel o acer d'aliatge de titani amb una premsa de forja vertical de matriu tancada de 50.000 tones. L'enorme mida de la peça de treball i l'enorme càrrega de forja donen lloc a consideracions especials per al mecanisme de premsat del motlle.
En referència a les figures 9 i 10, la placa de suport superior 101 és un component mòbil de la premsa de forja. La superfície de base 102 es fixa a la placa de suport superior per cargols, l'anell 103 es fixa a la superfície de base 102 per cargols i una placa de suport giratòria 104 es fixa de manera giratòria a l'anell 103. El dispositiu de connexió de motlle superior 105 es fixa a la placa de suport giratòria 104 mitjançant cargols. El motlle superior 106, corresponent al motlle mòbil 24 esmentat anteriorment, es fixa al dispositiu de connexió del motlle superior mitjançant cargols. La placa de suport giratòria 104 està fixada en un dispositiu de centratge 108, que pot girar la placa de suport giratòria 104 al voltant de l'eix 30 de la premsa i permetre que la placa de suport giratòria 104 es mogui cap amunt i cap avall a l'anell 103. El suport de centratge 108 impedeix la placa de suport giratòria 104 no es mogui radialment en relació a l'eix 30 de la premsa.
La placa de suport inferior 151 suporta el motlle inferior 152, corresponent al motlle fix 22 esmentat anteriorment. El motlle inclou un motlle inferior 152 i un forat anular 154. El motlle inferior 152 i el forat anular 154 formen un espai buit al motlle inferior i la peça es pot col·locar a la cavitat del motlle inferior.
En l'estat retraït, la posició d'obertura de la premsa a la figura 9, la taula de treball giratòria es troba a la placa de suport 109 fixada dins de l'anell 103. Aquestes plaques de suport 109 permeten que la taula de treball giratòria giri fàcilment al voltant de l'eix 30 de la premsa sota l'acció del cilindre hidràulic, completant així el moviment d'indexació de rotació. S'observa un moviment de rotació estable, fiable i relativament ràpid, que millora la capacitat de producció de les premses de forja i també permet la forja ràpida de peces calentes quan encara estan prou calentes. El mètode anterior permet la rotació fins i tot en grans mecanismes de premsa de forja.
Com es mostra a la figura 10, durant el contacte entre el motlle superior 106 i la peça de treball 155, la plataforma de suport giratòria 104 s'empeny cap amunt lluny de la placa de suport 109 i contra la superfície superior de la superfície de base 102. El contacte de fricció entre el la taula de treball 104 i la superfície base 102 restringeixen la rotació. Com es mostra a la figura 11, utilitzant motlles d'imitació com els motlles 106 i 153, la peça es pot forjar en una forma gairebé final mitjançant la forja de matriu tancada. El perfil 160 de forja plana ordinària generalment està equipat amb motlles plans corresponents per a la forja oberta, que s'emboliquen al voltant del motlle de forja final 162 i la peça de tall final. El motlle de forja gairebé final està equipat amb motlles d'imitació 106 i 153. En cada cas, s'ha de tallar l'excés de material per produir el producte final. Tant per a la forja final com per a la forja plana, el tall final és inevitable. Tanmateix, el procés de tall final és molt menor per a la forja de matriu tancada de forma gairebé final que per a la forja plana. L'àrea ombrejada representa l'excés de material que s'ha de tallar de la forja de matriu oberta plana més enllà del que cal tallar de la forja de forma gairebé final. En aquest cas, és aproximadament el 30% del volum de la forja plana. Quan la peça de treball està feta d'acer d'alt aliatge basat en níquel, com en el cas de les turbines de gas terrestres d'alta velocitat, la diferència entre el cost d'alimentació i el cost de residus de l'excés de materials d'acer d'alt aliatge basats en níquel pot representar un proporció relativament alta del cost total del producte, com ara un 10-20% o més. Per tant, aquest mètode tècnic pot aconseguir un estalvi de costos variables en costos de material i un estalvi de costos fixos en la forja de peces a pressions més baixes que en altres situacions.
La producció de productes com ara pales de turbina amb acer d'alt aliatge a base de níquel es realitza generalment quan la peça es troba a altes temperatures. Per exemple, per forjar àleps grans per a turbines terrestres, el diàmetre final de la paleta és de 70-96 polzades, amb un pes superior a 15.000 lliures, fet d'acer d'alt aliatge a base de níquel, com Inconel706, i la peça s'ha d'escalfar en un forn de calefacció per sobre de la seva temperatura de fusió, normalment 1825 graus F. La peça de treball recristal·litzada es transfereix a la premsa de forja i llavors la peça es forja. La peça es refreda a la temperatura de solidificació durant un període de temps i després cau per sota de la temperatura de solidificació. Quan la peça es refreda, la pressió de forja necessària augmenta i la seva tensió de deformació plàstica també augmenta, però el procés de forja gradual permet que la forja continuï. L'últim pas de forja es realitza millor a aproximadament 1750 graus F per sobre de la temperatura de solidificació per aconseguir mides de gra relativament petites d'ASTM3-5. Els estudis metal·logràfics han demostrat que l'estructura metal·logràfica obtinguda mitjançant una premsa de forja pas a pas i el procés que es mostra a la figura 1 és essencialment el mateix que l'obtingut mitjançant processos generals de forja i tractament tèrmic (tot i que aquest mètode no pot forjar amb èxit les peces molt grans que preocupan en aquest article). La discussió anterior es refereix específicament a Incnel706, un material preferit utilitzat en la present invenció. Per a altres materials, es poden requerir altres processos, que entren dins de l'abast de la present invenció.
Tot i que la present invenció s'ha descrit conjuntament amb formes de realització específiques, es poden fer diverses millores i millores sense apartar-se de l'esperit i l'abast de la invenció. Per tant, la present invenció no es limita a les reivindicacions.
2024 1 de desembreRecomanació de producte de la setmana WBM:
Troqueles enrotllables:
Com a un dels fabricants d'eines professionals, ofereix matrius de rodament d'alta duresa, lliurament ràpid i bon servei.
https://www.bearingroller.com/tools/rolling-dies.html
