Изготовление заготовки цельнокованого вала

Основные технологические операции изготовления поковки вала приведены в табл. 7.2. Исходным материалом является кузнечный слиток, у которого отношение длины к диаметру равно примерно двум. Ковка производится в интервале температур 1250—800° С на мощных ковочных прессах усилием 10 000— 12 000 тс. После биллетирования от слитка отрезаются донная и прибыльная части, составляющие соответственно 5% и 25% от полной массы слитка. Прошивкой отверстия после осадки слитка удаляется его центральная часть (5—7%), пораженная осевой рыхлостью. Таким образом, для изготовления заготовки вала используется наиболее качественная часть слитка.

Таблица 7.2 Последовательность изготовления поковки вала
Операция, переход Эскиз перехода
Биллетирование слитка
Вырубка блока
Осадка слитка
Прошивка отверстия
Выравнивание стенок раскаткой
Протяжка на оправке
Разметка и засечка
Съем с оправки
Обжим концов в меру
Обжим середины
Съем с оправки
Правка

Примечание. Перед началом ковки и между переходами производится нагрев заготовки в печи до 1250° С.

С наружной стороны фланцев оттягиваются кольцевые припуски 2 (см. рис. 7.2) длиной не менее 500 мм, служащие для вырезки проб, определения механических свойств и остаточных напряжений заготовки. Наружный и внутренний диаметры кольцевых припусков целесообразно выполнять равными диаметру средней части тела заготовки. Это обеспечивает одинаковую с основным телом вала степень укова металла припусков и идентичную степень его прорабатываемости при термических обработках. Для получения мелкозернистой структуры стали, обеспечивающей требуемый уровень прочностных и пластических свойств, заготовка проходит нормализацию. Далее следует разметка заготовки, ее грубая механическая обработка и испытание механических свойств.

Здесь была рассмотрена типовая последовательность технологических операций изготовления заготовки цельнокованого вала с двумя фланцами и гладкой трубой. Ковка заготовок валов более сложной конфигурации (например, с направляющим поясом под подшипник) осуществляется по этой же схеме с добавлением операций выполнения кольцевого утолщения в месте расположения направляющего пояса.

Заготовка вала поставляется на завод-изготовитель турбины в грубо обработанном по наружной поверхности состоянии. Припуски для чистовой механической обработки составляют 10—15 мм на сторону. Центральное отверстие заготовки растачивается на заводе-изготовителе поковки окончательно с шероховатостью не более Rz 20, обеспечивающей достаточно высокое качество визуального контроля. При назначении припусков на поковку исходят из сложности ковки на прессах уникальных по размерам и массе заготовок, необходимости компенсации деформаций при их термической обработке. Припуск по внутреннему отверстию помимо перечисленных факторов в большой мере зависит от диаметра использованной конической оправки. Заготовки валов с диаметром центрального отверстия менее 300 мм куются сплошными. В этом случае производится глубокое сверление и расточка центрального отверстия в заготовке при ее грубой механической обработке.

Для цельнокованых валов мощных гидротурбин расход металла (масса исходного слитка) более чем в три раза превышает массу готового вала. Если учесть, что масса слитка ограничивается техническими возможностями металлургических заводов и не может быть выбрана сколь угодно большой, то ясно, что размеры цельнокованых валов гидротурбин также имеют свои пределы.