Ковка катаных колец: процесс изготовления вязаных колец, допуски и проверки поставщиков

Кольцо обычно выходит из строя там, где металл встречается сам с собой. Это может быть сварной шов или обрезанная кромка, которая останавливает поток зерна. Ковка катаных колец устраняет это слабое место. Вместо того, чтобы вырезать кольцо из пластины или приваривать его из прутка, процесс начинается с прокалывания заготовки в форме пончика и прокатки ее до тех пор, пока материал не будет сжат в непрерывный круговой поток зерен на полные 360 градусов.

Сначала вывод, потому что он избавляет от доработок в дальнейшем. Если кольцо подвергается крутящему моменту, внутреннему давлению, реверсивной нагрузке или усталостному циклу, то бесшовное прокатанное кольцо обычно является правильным решением, хотя оно и стоит дороже, чем пластинчатое кольцо с плазменной резкой. Если деталь представляет собой прокладку с низким напряжением или плоскую крышку, дополнительная раскатка редко стоит дополнительных действий. В оставшейся части этой страницы объясняется, как проходит процесс, какие допуски следует ожидать при ковке и что необходимо проверить перед выпуском заказа на поставку.

Почему бесшовное катаное кольцо лучше разрезанного или сварного

Металл имеет направление после того, как с ним поработали. Ковка выравнивает включения и границы зерен по направлению потока материала, а прокатка колец выравнивает их по окружности, что является именно тем направлением, в котором вращающееся кольцо несет окружное напряжение. В служении имеют значение три последствия.

• Отсутствие сварного шва означает отсутствие зоны термического влияния и необходимость контроля сварных швов в наиболее нагруженном участке детали.
• Непрерывный кольцевой поток зерен обеспечивает лучшую усталостную устойчивость и лучшую устойчивость к образованию трещин, чем кольцо, вырезанное из пластины, где поток течет по прямой линии и просто останавливается на кромке среза.
• Сквозная деформация по толщине при прокатке закрывает внутреннюю пористость, оставшуюся от исходного слитка или блюма, поэтому прокатанные кольца предпочтительнее для выдерживающих давление и высоконагруженных деталей.

Разрезанное кольцо не является автоматически плохой деталью. Для неконструкционной прокладки, защитного кольца или единичной ремонтной детали резка пластины выполняется быстро и недорого. Дорогостоящей ошибкой является выбор разрезанного кольца для задачи, требующей кованых свойств текучести, а затем обнаружение разницы из-за сбоя на месте или неожиданного брака при ультразвуковом контроле.

Последовательность ковки катаного кольца, шаг за шагом

Прокатка колец — это вторая половина более длительной процедуры ковки, и первая половина определяет, насколько хорошей может быть вторая половина. Типичный маршрут выглядит следующим образом.

1. Разрежьте заготовку до расчетного веса и нагрейте ее до температуры ковки в контролируемой печи.
2. Осадите заготовку для увеличения сечения и закрепления литой конструкции.
3. Проткните расстроенную заготовку пуансоном, чтобы создать полую заготовку, которую часто называют бубликом.
4. Поместите заготовку между основным валком и оправкой. Главный валок приводится в движение, оправка вдавливается внутрь, а стенка утончается по мере увеличения диаметра.
5. Используйте осевые или конические ролики, чтобы контролировать высоту и выравнивать грани, пока кольцо расширяется.
6. Раскатайте до окончательного размера, затем проверьте охлаждение, термообработку, машинную обработку и осмотр.

Критической переменной является коэффициент обжатия, означающий, насколько уменьшается толщина стенки во время прокатки относительно стенки преформы. Преформа, прошитая слишком тонко или прокатанная со слишком малым обжатием, может иметь недостаточную деформацию в отверстии и менее однородную структуру. Слишком тяжелая преформа приводит к потере материала и времени прокатки. Вот почему прокатку колец планируют назад от готовой детали, а не вперед от заготовки, оказавшейся на стойке.

Радиально-осевые станы выполняют большую часть промышленных работ, а вертикальные станы для прокатки колец обычно используются для прокатки больших диаметров, где кольцо нуждается в поддержке во время его роста. Размерный ряд широкий. Кольца диаметром от примерно 200 мм до нескольких метров изготавливаются по одному и тому же принципу: толщина стенки, высота и производительность машины определяют, какой маршрут подходит для работы.

Сравнение маршрутов производства колец

Прежде чем выбрать процесс, полезно увидеть, где на самом деле выигрывает каждый маршрут. В приведенном ниже сравнении в качестве решающих критериев используются поток зерна, состояние шва и использование материала.

Если деталь представляет собой заготовку фланца, зубчатое кольцо, кольцо подшипника или кольцо редуктора ветряной турбины, прокатка, как правило, является лучшим способом, поскольку эксплуатационные нагрузки действуют в окружном направлении, и линии потока оказываются там, где находится напряжение.

Фланцевые поковки Доступные в различных материалах, они просты в установке и обслуживании, что позволяет быстро строить различные трубопроводные системы. Обладая выдающимися герметизирующими характеристиками... Посмотреть продукт →

Допуски и условия штамповки для планирования

Прокатанные кольца поставляются либо в прокатанном виде с припуском на механическую обработку, либо в виде колец, обработанных черновой и контрольной обработкой. Поскольку размеры поковки являются отправной точкой, а не конечным допуском, значения варьируются в зависимости от диаметра, толщины стенки, материала и количества проходов прокатки. В таблице ниже показан общий диапазон, который следует ожидать и который можно подтвердить на рисунке.

Далее следуют два практических момента. Всегда указывайте минимальный припуск на обработку отверстия, а не наружного диаметра, поскольку именно очистка отверстия обычно определяет возможность восстановления кольца. И ожидайте, что кольца большого диаметра с тонкими стенками будет труднее всего удерживать круглыми. Овальность — это то место, где начинается большинство разногласий между покупателем и поставщиком.

Поковки колец жесткости В комбикормовом оборудовании, особенно для ключевых деталей, таких как корпуса цилиндров, валы роторов и конвейерные трубы грануляторов, смесителей и дробилок, используются кольца жесткости. Посмотреть продукт →

Выбор материалов и термической обработки для поковок колец

Кольцевая прокатка работает с углеродистыми, легированными, нержавеющими, никелевыми и медными сплавами при условии, что материал можно пробить и прокатать в температурном диапазоне ковки. Типичный выбор включает в себя:

• Углеродистые и микролегированные стали для общеконструкционных колец и проставок.
• Закаленные и отпущенные легированные стали, такие как марки 4140, для зубчатых колец, тяжелых фланцев и ступиц, рассчитанных на высокие нагрузки.
• Марки цементации для зубчатых колец, которые подвергаются цементации после ковки.
• Аустенитные нержавеющие стали, такие как 316L, для защиты от коррозии и гигиенических требований, а также мартенситные марки, такие как 420, для компенсационных колец.

Термическая обработка должна определяться конечными требованиями к свойствам, а не привычкой. Нормализация улучшает структуру перед механической обработкой, закалка и отпуск достигают заданного сочетания прочности и вязкости, а отжиг на раствор используется для аустенитных марок. Для колец из нержавеющей стали имеют значение как диапазон температур ковки, так и путь охлаждения, поскольку неправильная комбинация может привести к сенсибилизации или грубой структуре, которую не исправит никакая последующая механическая обработка. Более подробную информацию можно найти в этой статье о как ковать поковки из нержавеющей стали .

Где катаные кольца используются в тяжелом оборудовании

Редукторы ветряных турбин — ярчайший пример катаных колец, выполняющих серьезную работу. Кольцевые шестерни, солнечные шестерни и водила сателлитов в классе от 3 МВт до 10 МВт имеют размеры в метровом диапазоне, работают при реверсивном крутящем моменте и, как ожидается, выдержат два десятилетия службы, поэтому кольцевая шестерня почти всегда представляет собой бесшовное катаное кольцо из закаленной или закаленной и отпущенной легированной стали.

Поковки кольцевой шестерни 1-й/2-й ступени ветровой турбины 5 МВт-10 МВт Изготовленные из легированной стали высокой чистоты, такой как 18CrNiMo7-6, они подвергаются процессам кольцевой прокатки и цементации-закалки. С твердостью поверхности, достигающей 58-62HRC и... Посмотреть продукт →

Другие обязанности следуют той же логике, поэтому кольцевая форма продолжает появляться в тяжелой промышленности:

• Обоймы подшипников и опорно-поворотные кольца для кранов, экскаваторов и портового погрузочно-разгрузочного оборудования.
• Компоненты морского вала и руля направления, где кованая текучесть и ультразвуковая чистота имеют первостепенное значение.
• Кольца сосудов высокого давления и бурового оборудования, такие как головки обсадных труб, подвески оправок и корпуса клапанов.
• Корпуса подшипников прокатных станов и правильные валки, где кольцо должно одновременно противостоять нагрузке и износу.

Фланцевые кольца заслуживают отдельного упоминания, поскольку они очень распространены. Прокатанная заготовка фланца сохраняет кольцевой поток зерен, что важно для фланцев, подвергающихся циклическому давлению или тепловым движениям, и позволяет избежать направленной слабости, которая проявляется в фланце, вырезанном из пластины.

Что проверять у поставщика поковок колец

Начните со списка оборудования. Поставщик, который занимается прокаткой колец самостоятельно, должен иметь возможность указать размер и мощность своих мельниц, а также молотков или прессов, поскольку эти цифры определяют диапазон диаметров и веса, которые могут быть произведены как единое целое. Например, цех, в котором работают вертикальные кольцевые прокатные станы класса от 1 до 1,5 м, а также 3-, 5- и 15-тонные ковочные молоты, может выполнять как средние кольца, так и более тяжелые работы с открытыми штампами, не делая при этом каких-либо дополнительных действий.

Далее идут возможности проверки. Спросите об ультразвуковом контроле, магнитопорошковом или капиллярном контроле, твердости и механических испытаниях в соответствии с признанными стандартами, а также отчете о размерах. Затем спросите, какая документация поставляется с деталью, обычно это сертификат проверки типа 3.1 с отслеживанием номера плавки, который связывает готовое кольцо со сталью, из которой оно было изготовлено.

Наконец, спросите о нестандартной стороне бизнеса, потому что большинство проектов колец перестают быть стандартными в тот момент, когда на чертеже появляется ступенька отверстия, шпоночная канавка, фланец или набор отверстий для болтов. Поставщик, который уже занимается нестандартная поковка по индивидуальному заказу и чистовая обработка под одной крышей устраняет из графика целую цепочку этапов транспортировки и повторного контроля.

Ключевые выводы

• Ковка катаных колец позволяет получить бесшовное кольцо с непрерывным потоком зерен по окружности, что является правильным выбором для колец, подвергающихся крутящему моменту, давлению или усталостной нагрузке.
• Конструкция преформы и коэффициент обжатия определяют внутреннее качество, поэтому прокатку необходимо планировать в обратном направлении от готовой детали.
• Поскольку кованые размеры являются отправной точкой. Перед первой плавкой письменно согласуйте минимальный припуск на отверстие и приемлемую овальность.
• Материал и термическая обработка должны быть указаны в сервисных требованиях, а не скопированы со старого чертежа.
• Прежде чем размещать заказ на поставку, проверьте мощность завода, объем проверки и отслеживаемость сертификации.