Abstract
Een smeedpers omvat een reeks mallen, die een vaste mal, een beweegbare mal en een externe beperking hebben. De beweegbare mal heeft een referentievlak, dat zich doorgaans bevindt op het vlak van het werkstuk loodrecht op de as van de pers, en drie rotatiesymmetrische sectorblokken die boven het referentievlak uitsteken. Elk sectorblok omvat een sectorhoek van een schijf met een bepaalde hoek, die door een bepaalde hoek gescheiden is van de andere sectorblokken. Een drukmechanisme omvat een axiaal aandrijfmechanisme voor het manipuleren van de beweegbare mal om te bewegen in een richting evenwijdig aan de as van de pers, en een indexeringsmechanisme voor het manipuleren van de beweegbare mal om rond de as van de pers te roteren met een vooraf bepaalde rotatiehoek.
Beschrijving
Gesloten matrijssmeedproces en roterende smeedpers
De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een smeedwerkwijze voor algemene asymmetrische producten en een smeedpers, waarbij de algemene asymmetrische producten stapsgewijs worden gesmeed.
Tijdens het smeedproces wordt een machine, een smeedpers genaamd, gebruikt om het werkstuk in twee of meer smeedmatrijzen te persen. De vorm die wordt gevormd door de plastische vervorming van het werkstuk wordt bepaald door de vorm van de smeedmatrijs en de grootte van de perskracht. Het smeden kan worden voltooid in een enkele persslag, of er kunnen meerdere persslagen zijn om het werkstuk geleidelijk te vervormen tot de gewenste vorm van het product.
De smeedbewerking zorgt ervoor dat het werkstuk dunner wordt in de richting van de kracht en ervoor zorgt dat het langs een verticaal vlak uitrekt, wat resulteert in vervorming tot de uiteindelijke gesmede vorm. De uiteindelijke gesmede vorm van het werkstuk verschilt onvermijdelijk van de vorm van het eindproduct. Omdat het over het algemeen onmogelijk of onpraktisch is om het werkstuk nauwkeurig in de uiteindelijke gewenste productvorm te smeden. De mate van aanpassing tussen de uiteindelijke gesmede vorm en de vereiste productvorm bepaalt tot op zekere hoogte de moeilijkheidsgraad van de smeedbewerking. Het is relatief eenvoudig om het gehele vlakke zichtoppervlak van het werkstuk uniform te smeden, wat vlak smeden wordt genoemd. In veel voorkomende gevallen waarbij sprake is van complex gevormde werkstukken, laat vlak smeden echter een grote hoeveelheid materiaal achter dat moet worden gesneden om de precieze uiteindelijke gewenste productvorm te bereiken. Bij een meer geavanceerde smeedmethode wordt het werkstuk gesmeed tot een bijna netvorm (NNS), die de vorm van het uiteindelijke werkstuk benadert, maar de maat opzettelijk iets groter maakt voor ultrasoon testen, waarbij voldoende materiaal wordt verwijderd om vervorming tijdens de warmtebehandeling en de uiteindelijke verwerking op te vangen. snijvergoeding. Bij deze NNS-smeedmethode is de hoeveelheid metaal die moet worden afgesneden relatief klein. NNS-smeedwerk vereist meer creativiteit bij het ontwerpen van smeedprocessen dan vlaksmeedwerk.
Smeden wordt veel gebruikt bij verschillende bewerkingen om kleine of grote producten te produceren. Om het werkstuk te vervormen, moet de smeedpers de benodigde kracht leveren. De productie van grote producten is bijzonder complex, want hoe groter het product, hoe groter de vereiste smeeddruk. Daarom zijn grotere en duurdere smeedpersen nodig om het smeden te voltooien. Zoals gezegd vereist NNS-smeedwerk doorgaans een grotere smeeddruk dan vlak smeden, en vereist daarom grotere smeedpersen.
In sommige gevallen is het noodzakelijk een product te produceren waarvan de structurele afmetingen en materialen de capaciteit van bestaande smeedpersen te boven gaan. Om dit product te smeden, is het algemeen bekend dat de smeedbewerking met open matrijs kan worden gebruikt om stapsgewijs smeden op het werkstuk uit te voeren. Bij stapsgewijs smeden zijn het ontwerp van de smeedmatrijs en de werking van de smeedpers als volgt: op elk moment wordt slechts een deel van het werkstuk gesmeed, en na elk deel van het smeedstuk beweegt het werkstuk ten opzichte van het smeedstuk. sterven in stappen, waardoor uiteindelijk het volledige smeden van het hele werkstuk wordt bereikt. Helaas kan het smeden van open matrijzen en het stapsgewijs smeden van open matrijzen voor de meeste producten niet de uiteindelijke vorm bereiken, omdat de onbelemmerde delen op het werkstuk zich in elke maat en vorm kunnen uitstrekken, in plaats van een bijna definitieve vorm.
In één toepassing werd het werkstuk tot een asymmetrische turbineschijf gesmeed voor gebruik in grote gasturbines op het land. De diameter van deze turbineschijf is 70-96 inch of groter. Ze zijn gemaakt van hooggelegeerd staal op nikkel- of ijzerbasis en kunnen zelfs op een pers met een capaciteit van 50.000 ton niet in de gewenste bijna definitieve vorm worden gesmeed. De mechanische eigenschappen die vereist zijn voor de vorm, grootte en uiteindelijke turbineschijf van de asymmetrische bijna uiteindelijke vorm zijn behoorlijk streng. Voor dit type schijf kan de bestaande stapsmeedtechnologie niet aan deze eisen voldoen.
Daarom is een verbeterde methode nodig om grote asymmetrische producten te smeden. De onderhavige uitvinding kan aan deze behoefte voldoen en verder overeenkomstige kenmerken verschaffen.
De onderhavige uitvinding verschaft een stapsgewijze smeedpers en een technologie voor het produceren van grote asymmetrische smeedstukken met een bijna uiteindelijke vorm. De vorm, grootte en mechanische eigenschappen van smeedstukken zijn geschikt voor nauwkeurige bewerkingen, zoals het laatste snijden van grote turbineschijven op het land. Bij de laatste smeedbewerking komt tijdens elke smeedslag slechts een deel van het werkstuk in contact met de smeedmatrijs, zodat de grootte van het werkstuk groter kan zijn dan de smeedcapaciteit van bestaande smeedpersen. Vergeleken met bestaande methoden is de hoeveelheid eindsnijwerk die nodig is voor het product aanzienlijk verminderd. Dit laatste is belangrijk omdat een groot deel van de smeedkosten bestaat uit het materiaalverbruik van het werkstuk, dat een hooggelegeerd staal op nikkelbasis is. Het verminderen van de hoeveelheid materiaal die nodig is voor het snijden verlaagt ook de productiekosten van het product.
Volgens de onderhavige uitvinding kan de werkwijze voor het smeden van werkstukken worden gebruikt voor de bewerking van algemene originele werkstukken die asymmetrische schijfvormige werkstukken zijn met een vlak zichtoppervlak. Deze methode omvat het eerst smeden van het gehele planaire oppervlak van het originele werkstuk en vervolgens het stapsgewijs smeden van het eerste gesmede werkstuk om het de uiteindelijke smeedvorm te geven. Bij de eerste smeedbewerking wordt een smeedmatrijs (niet-staptype) gebruikt die het gehele vlakke zichtoppervlak bedekt om het originele werkstuk te smeden. Het radiale binnenste deel van het werkstuk wordt bij voorkeur gesmeed om de uiteindelijke smeedcontour te benaderen, maar het radiale buitenste deel van het werkstuk wordt niet gesmeed tot de uiteindelijke smeedcontour. In het daaropvolgende smeedproces wordt het radiale buitenste deel van het werkstuk in de eerste stap in de uiteindelijke smeedvorm gesmeed, zonder significante vervorming van het radiale binnenste deel van het werkstuk, hoewel er relatief kleine radiale binnenste vervorming van het werkstuk in de vorm kan zijn. stap smeedproces.
De onderhavige uitvinding maakt gebruik van gesloten matrijssmeedtechnologie, die producten kan smeden met grotere radiale en in wezen asymmetrische vormen vergeleken met gewone niet-stapsgewijze gesloten matrijssmeedtechnologie. De maximale smeedcapaciteit van een smeedpers wordt bepaald door de maximale productgrootte die door een gesloten matrijssmeedpers kan worden gesmeed. Door het stapsgewijs smeden van gesloten matrijzen kunnen grotere (maar verder identieke) producten worden gesmeed onder dezelfde pers- en smeedomstandigheden. Volgens dit aspect van de onderhavige uitvinding omvat de werkwijze voor het smeden van grote werkstukken de volgende stappen: het configureren van een smeedpers met een maximale smeedcapaciteit die voldoende is om asymmetrische producten met de grootste uiteindelijke maat te smeden met gebruikmaking van gesloten matrijssmeedwerk. Deze methode omvat ook het verschaffen van asymmetrische werkstukken en, onder bepaalde smeedomstandigheden, het gebruik van gesloten matrijzensmeden in een smeedpers om getrapt smeden op de werkstukken uit te voeren, waardoor deze vervormen tot getrapt smeden. Dit product heeft een eindgrootte voor stapsgewijs smeden die groter is dan de grootste eindmaat voor niet-stapsmeedwerk. Om overeenkomstige vergelijkingen te kunnen maken, zijn alle andere smeedomstandigheden zoals materiaal, temperatuur, smeedhoeveelheid en geometrische gelijkenis hetzelfde, alleen de grootte van het werkstuk en de mal verschillen. 'Grootte' verwijst naar de radiale afmeting, gemeten naar buiten vanaf de symmetrieas.
Stap voor stap smeden, bij voorkeur gesloten matrijs stap voor stap smeden, wordt gebruikt om een bijna definitieve smeedvorm te vormen die het vereiste eindproduct benadert, maar met iets grotere afmetingen voor ultrasoon testen, en om overtollig materiaal te verwijderen om vervorming tijdens warmtebehandeling op te vangen en laatste snijwerk. De bestaande open matrijssmeedpers en technologie kunnen in deze toepassing niet een bijna definitieve vorm produceren, dus is het noodzakelijk om een gesloten matrijssmeedpers en technologie te ontwikkelen voor het smeden van axiaalsymmetrische, meestal schijfvormige werkstukken die tijdens het initiële smeedproces zijn gesmeed.
Volgens dit aspect van de onderhavige uitvinding omvat een smeedpers een vaste matrijs met een vast matrijsoppervlak en een beweegbare matrijs met beweegbare matrijsoppervlakken die tegenovergesteld zijn aan het vaste matrijsoppervlak langs de as van de pers maar op afstand van elkaar liggen. met een bepaalde afstand. Het vaste matrijsoppervlak kan vlak zijn, of kan worden gerepliceerd op basis van de vorm van het werkstukoppervlak waarop de matrijs wordt geplaatst. Het beweegbare matrijsoppervlak omvat een referentieoppervlak dat zich bevindt binnen het werkstukoppervlak loodrecht op de as van de pers en ten minste één sectorblok, bij voorkeur drie rotatiesymmetrische sectorblokken die precies uit het referentieoppervlak steken. Elk sectorblok omvat een waaiervormige schijf evenwijdig aan de as van de pers en met een waaiervormige hoek ten opzichte van de as van de pers. Er zijn meer dan één sectorblok en elk sectorblok is door een bepaalde hoek gescheiden van andere sectoren. Er is ook een externe ringvormige verlengingsbeperking om radiale verlenging van het werkstuk te voorkomen wanneer dit wordt samengedrukt tussen de vaste mal en de beweegbare mal. Dat wil zeggen dat smeden gesloten matrijzensmeedwerk is in plaats van open matrijzensmeedwerk. De externe beperking is bij voorkeur een cirkelvormige buitenwand, die kan worden gescheiden of geïntegreerd met de vaste mal. De ruimte omsloten door vaste mallen, beweegbare mallen en externe beperkingen beperkt het volume van het werkstuk dat kan worden ondergebracht. Het drukmechanisme omvat een axiaal aandrijfmechanisme dat de beweegbare mal kan manipuleren om in een richting evenwijdig aan de as van de pers te bewegen; En het indexeringsaandrijfmechanisme kan de beweegbare mal manipuleren om rond de as van de pers te roteren met een gespecificeerde rotatiehoek. Hoewel rotatie en axiale beweging naast elkaar kunnen bestaan wanneer de beweegbare mal is teruggetrokken en niet langer in contact is met het werkstuk, kunnen de axiale beweging van de beweegbare mal en de roterende beweging van het indexerende aandrijfmechanisme alleen worden uitgevoerd in de conversiemodus wanneer de beweegbare mal in contact komt met het werkstuk.
Over het algemeen bestaat een smeedpers uit een reeks mallen, waaronder een vaste mal en een beweegbare mal die tegenovergesteld is aan de vaste mal langs de as van de pers, maar op een bepaalde afstand van elkaar. Er is ook een externe beperking die zich in een cirkelvorm rond het volume van het werkstuk uitstrekt. De ruimte omsloten door de vaste mal, de beweegbare mal en externe beperkingen beperkt het volume van het werkstuk dat erin kan worden geplaatst. Ten minste één van de vaste mal en de beweegbare mal heeft bovenaan een uitstekende vorm. Het gebruikte drukmechanisme is hetzelfde als hierboven beschreven.
In de voorkeursuitvoeringsvorm zijn er drie of meer symmetrische waaiervormige uitsteeksels boven het referentievlakgebied van de beweegbare mal. Hoewel er af en toe een plaatselijke laterale en/of binnenwaartse stroming kan zijn om de vorm te vullen die wordt gedefinieerd door de waaiervormige blokken, veroorzaken deze waaiervormige blokken, in combinatie met externe beperkingen die het smeden van gesloten matrijzen vormen, een gedeeltelijke vervorming van het werkstuk, wat resulteert in de werkstuk dat over het algemeen radiaal naar buiten stroomt. Ze veroorzaken ook vervorming in delen van het werkstuk zonder sectorblokken om metaalvloei te veroorzaken.
De overgang van elke zijde van elk sectorblok naar het referentievlakgebied aan de zijkant van het sectorblok zou bij voorkeur een schuine helling moeten hebben van ongeveer 45 graden tot 60 graden. Zonder een dergelijke schuine hoek kunnen er aan de buitenzijde van het werkstuk rimpels of scheuren ontstaan die bij daaropvolgende smeedslagen niet kunnen worden geëlimineerd.
Bij de werking van een stepper-smeedpers wordt het werkstuk geladen op de plaats waar het is opgenomen. De smeedpers smeedt tijdens de eerste smeedslag een deel van het werkstuk in axiale richting. De kracht die op de smeedmatrijs inwerkt, wordt opgeheven en tegelijkertijd trekt de mal zich terug. Het indexerende aandrijfmechanisme zorgt ervoor dat de beweegbare mal rond de as van de pers draait met een gespecificeerde rotatiehoek, en het axiale aandrijfmechanisme zorgt voor nog een smeedslag. Bij het smeden van het gehele werkstuk wordt dit proces herhaald.
Deze smeedpers en smeedmethode hebben aanzienlijke vooruitgang geboekt in de technologie van het smeden van grote asymmetrische producten. Gesmede producten hebben een bijna definitieve contour en zijn groter dan producten die zijn geproduceerd met behulp van bestaande machines voor het smeden van gesloten matrijzen. Het gesmede product wordt gevormd tot een bijna definitieve contour, waardoor het totale materiaalverbruik en de snijvereisten worden verminderd, waardoor de productkosten worden verlaagd.
Figuur 1 is een schematisch diagram van de optimale smeedprocesstroom;
Figuur 2 is een vooraanzicht van het originele werkstuk;
Figuur 3 is een vooraanzicht van het werkstuk na het eerste niet-stapsgewijze smeedproces;
Figuur 4 is een vooraanzicht van het werkstuk nadat het stapsgewijs smeden is voltooid;
Figuur 5 is een doorsnede van de smeedapparatuur van de onderhavige uitvinding;
Figuur 6 is een perspectivisch explosieaanzicht van het in figuur 5 getoonde smeden zonder voorbereiding;
Figuur 7 is een bovenaanzicht van de beweegbare mal, genomen langs sectie 7-7 in figuur 5;
Figuur 8 is een doorsnede van de beweegbare mal, genomen langs lijn 8-8 in Figuur 5;
Figuur 9 is een vooraanzicht van een grote smeedpers met beweegbare terugtrekking van de matrijs;
Figuur 10 is een vooraanzicht van de in Figuur 9 getoonde smeedpers wanneer de beweegbare matrijs contact maakt met het werkstuk;
Figuur 11 is een doorsnede van een turbineschoep die in een vrijwel definitieve vorm is gesmeed;
Het beste implementatieschema van de werkwijze van de onderhavige uitvinding wordt getoond in Figuur 1. Nummer 80 is het originele werkstuk. Het originele werkstuk kan gemaakt zijn van elk smeedbaar metaal, zoals staal, aluminiumlegering, hooggelegeerd staal op ijzerbasis, hooggelegeerd staal op nikkelbasis of titaniumlegering. De afmetingen van het originele werkstuk zijn als volgt: het bevat voldoende metaal om te vervormen tot de uiteindelijke smeedvorm waar het metaal ernaar toe stroomt. Bij het ontwerp van het originele werkstuk kan elke bekende metaalstroomontwerptechniek worden gebruikt. Voor de asymmetrische turbineschijf op land waar de uitvinder zich in het bijzonder zorgen over maakt, zoals weergegeven in de figuur, is de uiteindelijke diameter ongeveer 70-96 inch en de dikte ongeveer 20 inch. Zijn asymmetrisch origineel werkstuk 90 is een cilindrisch lichaam met een diameter van ongeveer 31 inch en een hoogte van ongeveer 65-75 inch. Het originele werkstuk 90 heeft een origineel bovenaanzichtoppervlak 92, dat het oppervlak is van het werkstukuiteinde waarmee de smeedmatrijs in contact komt tijdens het eerste smeedproces.
Nummer 82, het originele werkstuk wordt eerst gesmeed met behulp van een algemeen niet-stapsgewijs smeedproces. Bij de eerste smeedbewerking, wanneer vervorming wordt uitgevoerd, bedekt de smeedmatrijs in principe het gehele vlakke zichtoppervlak 92. De smeedmatrijs kan een gesloten mal of een open mal zijn, maar het is het beste om een gesloten mal te gebruiken. De vorm van de smeedmatrijs bij het eerste smeden is in wezen vlak, hoewel de doorsnede in het midden een bepaalde vorm kan hebben. Omdat het metaal hoofdzakelijk radiaal naar buiten stroomt, vervormt het werkstuk naar de uiteindelijk vereiste vorm. Om de vorm van het gesmede werkstuk te beperken, zijn er meerdere subprocessen en het opnieuw verwarmen van het werkstuk binnen de reikwijdte van de eerste smeedbewerking 82. Het is het beste voor de mal om de radiale binnenkant 94 van werkstuk 90 te vervormen tot zijn uiteindelijke vorm . Het aangegeven naafgedeelte zoals weergegeven in figuur 3. Probeer echter niet het radiale buitengedeelte 96 van het werkstuk 90 in zijn uiteindelijke vorm te smeden. Als het eerste smeden een open mal is, vervormt het radiale buitengedeelte 96 tot een vorm die lijkt op een bol, zoals weergegeven in figuur 3. Als het een gesloten mal is, wordt het een meer vaste vorm. Het is vaak onmogelijk om het radiale buitengedeelte 96 van het werkstuk in zijn uiteindelijke vorm te smeden, omdat het smeedvermogen van de smeedpers niet voldoende is om ervoor te zorgen dat het metaal vervormt tot de vereiste bijna uiteindelijke vorm.
Nadat het eerste smeden van 82 is voltooid, is de volgende stap het gebruik van gesloten matrijssmeedwerk om het werkstuk stapsgewijs te smeden. De benodigde apparatuur en technologie voor stapsmeedwerk zijn nog niet beschikbaar. De volgende discussie gaat over een stap in het smeden van pers en technologie die door de uitvinder is onderzocht. In een stapsgewijze smeedpers maakt de smeedmatrijs slechts contact met een deel van het vlakke zichtoppervlak van het werkstuk 90. Idealiter zou het grootste deel van de smeedkracht moeten worden geconcentreerd op het waaierringgedeelte van het radiale buitenste deel 96 van het werkstuk 90. Hoewel er kan enig smeden zijn op het radiale binnenste gedeelte 94, maar het ondervindt relatief weinig smeedkracht en vervorming. Wanneer het stapsmeedproces 84 is voltooid, zoals weergegeven in figuur 4, wordt het werkstuk vervormd tot een vrijwel eindproduct, dat een radiaal buitengedeelte heeft dat hoofdzakelijk in proces 82 is gesmeed. Deze methode is de beste, maar bestaande methoden zijn ook haalbaar onder andere omstandigheden, zoals stap 82 voor het definiëren van de uiteindelijke vorm van het radiale buitengedeelte 96, of stap 84 voor het definiëren van de uiteindelijke vorm van het radiale binnengedeelte 94.
Nummer 86 is een optionele stap voor de warmtebehandeling van producten met een uiteindelijke vorm, maar deze stap verdient de voorkeur.
Het bestaande proces van het combineren van niet-stapsgewijze eerste smeden en stapsgewijze gesloten matrijs smeden is ontwikkeld voor het smeden van grote en complexe werkstukken tot vrijwel definitieve vormen. Dit proces is niet bedoeld om alle algemene smeedtechnieken te vervangen, aangezien het duurder is om te implementeren dan algemeen niet-stapsgewijs smeden. Vanwege beperkingen in de perscapaciteit van smeedpersen of andere redenen kan het algemene smeedproces echter niet de uiteindelijke gesmede schijfvorm bereiken. Daarom is deze methode praktisch en kan de bijna definitieve vormstructuur van grote smeedstukken verkrijgen, waardoor onvermijdelijke besparingen op materiaal, snijverwerking en andere kosten worden bereikt.
Zoals opgemerkt is er apparatuur voor getrapt smeden ontwikkeld voor de bovengenoemde processen en andere toepassingen. Figuur 5 toont een smeedpers 20 met een vaste matrijs 22 en een beweegbare matrijs 24. De onderste matrijs toont een vaste matrijs 22, terwijl de bovenste matrijs een beweegbare matrijs 24 toont, hoewel deze ook in de tegenovergestelde richting kan worden opgesteld. Omdat het werkstuk op de onderste mal is geplaatst, is de onderste mal een vaste mal 22. De vaste mal 22 heeft een vast maloppervlak 26, en de beweegbare mal 24 heeft een beweegbaar maloppervlak 28. Het vaste matrijsoppervlak 26 en de beweegbare matrijs oppervlak 28 liggen tegenover elkaar langs de as 30 van de pers, maar zijn op een bepaalde afstand van elkaar gescheiden. De mallen 22 en 24 zijn gewoonlijk bij voorkeur axiaalsymmetrisch, alhoewel hun oppervlakken niet axiaalsymmetrisch hoeven te zijn en vervangen kunnen worden door niet-stapvormige elementen. Werkstuk 32 wordt tussen de mallen 22 en 24 geplaatst.
De radiale buitenste beperking 34 in de vorm van een ringvormige verlengingswand strekt zich uit rond de omtrek van het werkstuk. De mallen 22 en 24 en de ringvormige verlengingswand 34 definiëren een gesloten werkstukopnamepositie 36 die het werkstuk 34 volledig kan huisvesten. De ringvormige verlengingswand 34 kan een afzonderlijke ringvormige ring zijn van de vaste mal 22 of geïntegreerd zijn met de vaste mal 22. Uit figuur 5 kan worden gezien dat voordat met de smeedbewerking wordt begonnen, het werkstuk wel of niet in contact kan komen met het binnenoppervlak 38 van de ringvormige verlengingswand. 34. Tijdens het smeedproces wordt het werkstuk 32 samengedrukt in een richting evenwijdig aan de as van de pers, en als gevolg van de radiale buitenwaartse stroom van het metaal ondergaat het radiale expansie totdat het contact maakt met het binnenoppervlak van de ringvormige uitstekende wand 34. , wat verdere radiale uitzetting van het werkstuk 32 beperkt.
Dit smeden binnen een beperkt volumebereik is de essentie van het smeden van gesloten matrijzen en is een belangrijk voordeel geworden ten opzichte van het smeden van open matrijzen. Bij het smeden van gesloten matrijzen ondergaat het metaal radiaal naar buiten plastische vervorming, waardoor het wordt gedwongen te transformeren in de vorm die wordt gedefinieerd door de mal en/of de verlengingswand. Aan de andere kant wordt bij het smeden met open matrijzen de plastische vervorming van het metaal radiaal naar buiten niet beperkt, zodat het metaal tijdens het smeden radiaal naar buiten plastische vervorming ondergaat langs het pad met de minste weerstand zonder te vervormen tot een gedefinieerde vorm. Dit is echter noodzakelijk voor het produceren van bijna definitieve vormproducten. Daarom behaalde het smeden van gesloten matrijzen resultaten die onmogelijk te behalen waren met het smeden van open matrijzen, inclusief bijna-eindstructuren met oppervlaktevormen gedefinieerd door de smeedmatrijs.
Figuur 6 toont gedeeltelijke doorsneden van de mallen 22 en 24, de ringvormige verlengingswand 34 en het werkstuk 32.
De beweegbare matrijs 24 is beweegbaar in de richting evenwijdig aan de as van de pers en beweegt naar de vaste matrijs tijdens de smeedslag, zoals aangegeven door de axiale pijl in figuur 5, en draait op een gespecificeerde manier rond de persas 30, zoals aangegeven door de rotatiepijl 42. (De beweegbare matrijs kan ook in de tegenovergestelde richting bewegen) Wanneer de beweegbare matrijs in contact komt met het werkstuk 32, kan er slechts één beweging worden uitgevoerd in de richting van de smeedslag en de draairichting op een bepaald moment. Daarom zijn deze bewegingen optioneel, wat hieronder zal worden besproken. Wanneer de beweegbare mal wordt teruggetrokken en niet langer in contact is met het werkstuk 32, kunnen axiale en roterende bewegingen gelijktijdig worden voltooid. De beweegbare mal 24 wordt bewogen door een drukmechanisme 44, dat twee soorten bewegingen 40, 42 verschaft. De beste manier zal hieronder worden besproken.
Het vaste vormoppervlak 26 is in het algemeen vlak. Het kan ook worden vervangen door een imitatievorm. Tijdens het smeedproces wordt de platte of imitatievorm van het vaste matrijsoppervlak op de zijkant van het tegenoverliggende werkstuk gedrukt (het onderoppervlak van het werkstuk in de figuur).
Er zijn twee soorten vormen gerangschikt in een cirkelvormig patroon op de beweegbare mal. Deze kenmerken zijn te zien in figuur 5-8. Eén van de kenmerken is dat er ten minste één waaiervormig referentieoppervlak 46 is, bij voorkeur ten minste drie, en slechts drie heeft de voorkeur. Deze waaiervormige referentieoppervlakken 46 zijn in wezen vlak en gewoonlijk evenwijdig aan het werkstukvlak loodrecht op de persas 30. Een ander kenmerk is de aanwezigheid van een gelijk aantal sectorblokken 50, waarvan de bovenoppervlakken vlak of van contouren voorzien zijn en evenwijdig aan de persas. werkstukvlak 48. Zoals weergegeven in figuur 8, is het vlak van het bovenoppervlak 52 van het sectorblok longitudinaal geplaatst langs de as 30 van de pers, vanaf het referentievlakgebied 46 naar het vaste matrijsoppervlak. 26. Met andere woorden, sectorblok 50 steekt uit boven het referentievlakgebied 46. Het aantal benchmarkgebieden 46 komt overeen met het aantal sectorblokken 50.
Er moet ten minste één sectorblok 50 zijn, en als er meer dan één sectorblok is, is het het beste om deze sectorblokken symmetrisch te plaatsen met hetzelfde aantal referentieoppervlakken op het beweegbare matrijsoppervlak. Dat wil zeggen dat als er twee, drie, vier of meer sectorblokken zijn, deze axiaal symmetrisch moeten worden opgesteld, gezien vanuit een bovenaanzicht, om de asymmetrische belasting van de smeedpers te minimaliseren. Als het aantal sectorblokken minder dan drie bedraagt, moet er rekening mee worden gehouden dat de belasting op de sectorblokken te hoog kan zijn en dat de pers aan asymmetrische belastingen kan worden blootgesteld. Voor de pers met supergrote capaciteit die door de uitvinder wordt gebruikt, zoals een pers van 50.000 ton, is het belangrijk rekening te houden met asymmetrie van de belasting om de vereiste vorm en structuur van het product, de levensduur en stabiliteit van de machine en de veiligheid te verkrijgen. van werknemers. Voor sectoren 50 met drie of meer segmenten worden de corresponderende booghoeken relatief smaller. Daarom hebben ze de neiging om meer in het metaal te bijten als stalen caissons met een ronde bodem, in plaats van het metaal te vervormen door smeden, wat resulteert in een ineffectieve plastische vervorming van het werkstuk. Deze theoretische en praktische overwegingen leiden tot de adoptie van drie sectorblokken 50 en drie verspringende referentievlakgebieden 46 (zoals weergegeven in figuur 7) als de optimale keuze, hoewel het gebruik van minder of meer sectorblokken 50 in het matrijsoppervlak in sommige gevallen haalbaar is. .
Waaiervormige blokken 50 zijn symmetrisch opgesteld op een bepaalde afstand rond het beweegbare matrijsoppervlak 28, en elk individueel waaiervormig blok komt overeen met een waaierhoek A. Eén van de referentievlakgebieden 46 is tussen elk sectorblok 50 aangebracht, en bevindt zich op een hoek C ten opzichte van een van de referentievlakgebieden. De som van de hoeken A van alle sectorblokken, plus de som van de hoeken C van het gebruikte referentievlakgebied, is 360 graden.
De hoek A van het ingeklemde sectorblok ligt bij voorkeur tussen ongeveer 45 graden en 65 graden. Als A feitelijk kleiner is, kan de mal vast komen te zitten in het werkstuk als gevolg van de werking van de hierboven genoemde stalen caisson met ronde bodem. Als het daadwerkelijk groter is, zal de mal meer op een gewone platte of gevormde mal gaan lijken, en zal het effect van het torsiekoppel van het stempelvermogen van het stapsmeedproces erg klein zijn. Hoek C wordt bepaald door hoek A en het aantal sectorblokken.
De geometrische vormen van sectorblok 50 worden getoond in figuren 7 en 8. Waaierblok 50 is een taartvormig blok, en wanneer getoond in figuur 7 is het een cirkelvormig waaierblok. In de dwarsdoorsnede van figuur 8 omvat het sectorblok 50 een hellend zijoppervlak 58 van het sectorblok, gelegen tussen het bovenoppervlak van het sectorblok 50 en het referentievlak 46. De zijkanten 58 van deze waaiervormige blokken kunnen ook zijn gezien als vrij smalle plakjes in het bovenaanzicht van figuur 7. De zijkant van het waaiervormige blok helt onder een hoek D met het bovenoppervlak van het waaiervormige blok. De optimale hellingshoek D bedraagt ongeveer 45 graden tot 60 graden. Als de hellingshoek D feitelijk kleiner is dan 45 graden, wordt de hoek A van het sectorblok feitelijk vergroot en wordt het torsiekoppeleffect van het stempelvermogen verminderd. Als de hellingshoek D feitelijk groter is dan 60 graden, kan het effect van een bijtende of ronde stalen caisson met bodem worden waargenomen. Bij stapsgewijs smeden zullen defecten zoals rimpels en scheuren optreden, die hieronder zullen worden besproken. Als deze defecten eenmaal zijn ontstaan, kunnen ze niet volledig worden geëlimineerd bij daaropvolgende smeden of andere bewerkingen. Het werkstuk 32 wordt tussen de vaste mal 22 en de beweegbare mal 24 geplaatst om te smeden met behulp van een stapsgewijs smeedproces 84 of andere processen. Bedien tijdens de eerste smeedslag het drukmechanisme om het beweegbare matrijsoppervlak 28 naar het vaste matrijsoppervlak 26 te bewegen. Het werkstuk vervormt onder de hierboven genoemde druktoestand. Keer het persmechanisme om en trek de beweegbare mal terug uit de contacttoestand met werkstuk 32. Manipuleer het persmechanisme 44 om de beweegbare mal rond de as van de pers te roteren met een vooraf bepaalde waarde in een indexerende beweging. De selectie van de rotatiewaarde houdt verband met de eigenschappen, vorm, vereiste beperkingen en afmetingen van het werkstuk van het materiaal. De rotatiewaarde van elke transpositiebeweging moet kleiner zijn dan hoek A. Hoe dikker het materiaal, hoe kleiner de indexeringsrotatie. In het optimale geval ligt de rotatiewaarde voor indexering doorgaans rond de 40 graden tot 60 graden. In een typisch scenario, met drie sectoren en een hoek A van 55 graden, ligt de optimale rotatiewaarde voor indexering rond de 40 graden. Nadat de rotatiebeweging is voltooid, bedient u in de tweede smeedslag het drukmechanisme 44 om de beweegbare matrijs naar het vaste matrijsoppervlak 26 te bewegen. Nadat het werkstuk is vervormd, trekt het drukmechanisme de beweegbare mal 24 terug uit contact met het werkstuk 32. Manipuleer het persmechanisme om de beweegbare mal 24 te roteren. Deze processen worden meerdere keren herhaald om het smeden te voltooien. Voor de optimale situatie: er zijn drie sectorblokken, hoek A is 55 graden en de rotatiewaarde van de pers is 40 graden. De totale som van drie smeedslagen is nodig om één vervorming te voltooien. Bij dikke smeedstukken en smeedstukken met een hoge materiaalsterkte kunnen meerdere vervormingen worden gebruikt. Tijdens het smeedproces verkeert het werkstuk gewoonlijk in een hoge temperatuurtoestand en zal het tijdens het smeedproces afkoelen. Bij smeedbewerkingen kan het werkstuk indien nodig opnieuw worden verwarmd om de plastische spanning te verminderen en specifieke microstructuren in het werkstuk te verkrijgen.
De bovenstaande discussie legt uit dat de conventionele vorm van een stappenpers geschikt is voor elk bovendruklaadapparaat. De aanvraag van de uitvinder heeft betrekking op het smeden van grote waaiers voor gasturbines waarbij gebruik wordt gemaakt van hooggelegeerd staal op nikkelbasis of van titaniumgelegeerd staal met een verticale smeedpers met een gesloten matrijs van 50.000 ton. De enorme omvang van het werkstuk en de enorme smeedbelasting resulteren in speciale overwegingen voor het persmechanisme van de matrijs.
Verwijzend naar figuren 9 en 10 is de bovenste steunplaat 101 een bewegend onderdeel van de smeedpers. Het basisoppervlak 102 is met bouten aan de bovenste steunplaat bevestigd, de ring 103 is met bouten aan het basisoppervlak 102 bevestigd en een roterende steunplaat 104 is draaibaar in de ring 103 bevestigd. Het bovenste malverbindingsapparaat 105 is bevestigd aan de roterende steunplaat 104 met bouten. De bovenste mal 106, die overeenkomt met de hierboven genoemde beweegbare mal 24, is met bouten aan de bovenste malverbindingsinrichting bevestigd. De roterende steunplaat 104 is vastgezet in een centreerarmatuur 108, die de roterende steunplaat 104 rond de as 30 van de pers kan draaien en ervoor kan zorgen dat de roterende steunplaat 104 op en neer beweegt in de ring 103. De centreerplaat 108 verhindert dat de roterende steunplaat 104 verhindert radiaal te bewegen ten opzichte van de as 30 van de pers.
De onderste steunplaat 151 ondersteunt de onderste mal 152, corresponderend met de hierboven genoemde vaste mal 22. De mal omvat een onderste mal 152 en een ringvormig gat 154. De onderste mal 152 en het ringvormige gat 154 vormen een lege ruimte in de onderste mal, en het werkstuk kan in de holte van de onderste mal worden geplaatst.
In de teruggetrokken toestand, de openingspositie van de pers in figuur 9, wordt de roterende werktafel geplaatst op de steunplaat 109 die is bevestigd in de ring 103. Deze steunplaten 109 zorgen ervoor dat de roterende werktafel gemakkelijk kan roteren rond de as 30 van de pers onder de werking van de hydraulische cilinder, waardoor de roterende indexeringsbeweging wordt voltooid. Er wordt een stabiele, betrouwbare en relatief snelle rotatiebeweging waargenomen, die de productiecapaciteit van smeedpersen verbetert en ook het snel smeden van hete werkstukken mogelijk maakt als deze nog heet genoeg zijn. De bovenstaande methode maakt rotatie mogelijk, zelfs in grote smeedpersmechanismen.
Zoals weergegeven in figuur 10 wordt tijdens het contact tussen de bovenste mal 106 en het werkstuk 155 het roterende steunplatform 104 omhoog geduwd, weg van de steunplaat 109 en tegen het bovenoppervlak van het basisoppervlak 102. Het wrijvingscontact tussen de roterende werktafel 104 en het basisoppervlak 102 beperken rotatie. Zoals weergegeven in Figuur 11 kan het werkstuk met behulp van imitatievormen zoals de vormen 106 en 153 tot een vrijwel definitieve vorm worden gesmeed door middel van het smeden van gesloten matrijzen. Het profiel 160 van gewoon vlak smeden is over het algemeen uitgerust met overeenkomstige platte mallen voor open smeden, die rond de bijna laatste smeedmatrijs 162 en het uiteindelijke snijwerkstuk worden gewikkeld. De bijna laatste smeedmatrijs is uitgerust met imitatiematrijzen 106 en 153. In elk geval moet overtollig materiaal worden afgesneden om het eindproduct te produceren. Voor zowel bijna-eindsmeedwerk als vlaksmeedwerk is eindsnijden onvermijdelijk. Het uiteindelijke snijproces is echter veel minder voor het smeden van gesloten matrijzen in de vorm van een bijna definitieve vorm dan voor vlak smeden. Het gearceerde gebied vertegenwoordigt overtollig materiaal dat moet worden gesneden uit het vlakke open matrijssmeedwerk, verder dan wat nodig is om te worden gesneden uit het bijna definitieve vormsmeedwerk. In dit geval is het ongeveer 30% van het volume van het platte smeedwerk. Wanneer het werkstuk is gemaakt van duur hooggelegeerd staal op nikkelbasis, zoals in het geval van hogesnelheidsgasturbines op land, kan het verschil tussen de voedingskosten en de afvalkosten van overtollig hooggelegeerd staal op nikkelbasis verantwoordelijk zijn voor een relatief groot deel van de totale productkosten, zoals 10-20% of meer. Daarom kan deze technische methode een variabele kostenbesparing op materiaalkosten en een vaste kostenbesparing realiseren bij het smeden van werkstukken bij lagere drukken dan in andere situaties.
De productie van producten zoals turbinebladen met behulp van hooggelegeerd staal op nikkelbasis wordt over het algemeen uitgevoerd wanneer het werkstuk een hoge temperatuur heeft. Om bijvoorbeeld grote bladen voor landturbines te smeden, is de uiteindelijke bladdiameter 70-96 inch, met een gewicht van meer dan 15.000 pond, gemaakt van hooggelegeerd staal op nikkelbasis, zoals Inconel706, en moet het werkstuk worden verwarmd in een verwarmingsoven boven de smelttemperatuur, doorgaans 1825 graden F. Het herkristalliseerde werkstuk wordt overgebracht naar de smeedpers en vervolgens wordt het werkstuk gesmeed. Het werkstuk wordt gedurende een bepaalde tijd afgekoeld tot de stollingstemperatuur en daalt vervolgens tot onder de stollingstemperatuur. Wanneer het werkstuk afkoelt, neemt de vereiste smeeddruk toe en neemt ook de plastische vervormingsspanning toe, maar door het stapsgewijze smeedproces kan het smeden doorgaan. De laatste smeedslag kan het beste worden uitgevoerd bij ongeveer 1750 graden F boven de stollingstemperatuur om relatief kleine korrelgroottes van ASTM3-5 te bereiken. Metallografische studies hebben aangetoond dat de metallografische structuur verkregen met behulp van een stepper-smeedpers en het proces getoond in figuur 1 in wezen dezelfde is als die verkregen met behulp van algemene smeed- en warmtebehandelingsprocessen (hoewel deze methode de zeer grote werkstukken die in dit geval van belang zijn niet met succes kan smeden). artikel). De bovenstaande discussie heeft specifiek betrekking op Incnel706, een voorkeursmateriaal dat in de onderhavige uitvinding wordt gebruikt. Voor andere materialen kunnen andere processen nodig zijn, hetgeen binnen de reikwijdte van de onderhavige uitvinding valt.
Hoewel de onderhavige uitvinding is beschreven in samenhang met specifieke uitvoeringsvormen, kunnen diverse verbeteringen en verbeteringen worden aangebracht zonder af te wijken van de geest en reikwijdte van de uitvinding. Daarom is de onderhavige uitvinding niet beperkt tot de conclusies.
2024 1 decemberWeek WBM Productaanbeveling:
Rollende matrijzen:
Als een van de professionele gereedschapsfabrikanten biedt het een rolmatrijs met een hoge hardheid, snelle levering en goede service.
https://www.bearingroller.com/tools/rolling-dies.html
