Горячая обработка на ротационно-обжимных и радиально-обжимных машинах
Процесс ротационного обжатия состоит в деформировании заготовки по периметру сечения на относительно небольшом участке длины сходящимися бойками, обеспечивающими всестороннее периодическое приложение усилия. В качестве заготовок используются прутки и трубы.
Технологический процесс разрабатывается в следующей последовательности:
1. Составление чертежа поковки.
2. Определение размеров исходной заготовки и количества переходов.
3. Проектирование инструмента.
4. Определение усилий и подбор оборудования.
Применяется холодная и горячая обработка на ротационных машинах. Холодная обработка обеспечивает лучшую чистоту поверхности, более высокую точность. Однако при обработке сплошных изделий диаметрами выше 60 мм, а также при реализации больших степеней деформаций без промежуточных отжигов целесообразна горячая обработка. Обжатие полых заготовок может производиться без внутреннего подпора и с внутренним подпором.
Ротационное обжатие осуществляется на ротационно-обжимных и радиально-обжимных машинах в широком диапазоне размеров (от 0.3 мм диаметра швейной иглы до диаметра 320 мм трубы и 250 мм ступенчатого вала).
Ротационно-обжимные машины подразделяются на три группы:
1. Шпиндельные машины, у которых бойки с ползунами расположены в пазах шпинделя и при вращении его производят обжатие.
2. Кольцевые машины, у которых обжатие изделия бойками производится при воздействии на них роликов кольца (обоймы), вращающегося вокруг неподвижного шпинделя.
3. Барабанные машины, у которых рабочие функции бойков осуществляются при одновременном вращении в разные стороны шпинделя и обоймы.
Шпиндельные и барабанные машины имеют вращающийся инструмент, а кольцевые - невращающийся.
Большое распространение получили конструкции машин, имеющие две пары бойков, действующих во взаимно перпендикулярных направлениях. Количество обжатий в минуту зависит от числа оборотов и количества бойков, а также от того, действуют они поочередно или одновременно.
Степень обжатия определяется отношением:
%,
где
- диаметр заготовки до обжатия, мм;
- диаметр после обжатия, мм.
Размеры исходной заготовки определяются из условий закона сохранения постоянства объема с суммированием отводов на угар и подрезку торцов. Если требуемая степень обжатия не превышает допустимую, то обработка осуществляется за один переход (табл. 1).
Таблица №1
Допустимые степени обжатия при ротационной обработке.
Тип заготовки |
|
|
Сплошные заготовки |
30...40 % 35...50 % |
без заходного конуса с заходным конусом |
Полые заготовки с отношением толщины стенки к среднему диаметру |
35...50 % 40...60 % |
без заходного конуса с заходным конусом |
Полые заготовки с отношением толщины стенки к среднему диаметру |
20...25% |
с заходным конусом |
Если площадь сечения заготовки не значительно отличается от площади сечения изделий, то используются бойки с цилиндрическим профилем ручья. Для получения больших степеней обжатий предусматривается конический заход с углом . Степень неравномерности металла увеличивается с увеличением угла.
Ротационно-обжимные машины с вращающимся шпинделем и одной парой бойков имеют постоянный ход. Форма и точность поковок обеспечиваются формой и размерами ручья бойков в закрытом состоянии. Скорость вращения шпинделя с увеличением размера машины уменьшается от 1200…600 до 250...150 об/мин. Длина бойков составляет 25...375 мм. Количество роликов в сепараторе - 10...12.
Для обработки концевых участков заготовок на большой длине применяются ротационно-обжимные машины с переменной степенью обжатия. Форма и точность поковки обеспечивается периодическим изменением закрытой высоты пространства между бойками и величиной подачи заготовки.
Радиально-обжимные машины по сравнению с ротационно-обжимными создают меньше шума при работе, имеют большую стойкость рабочих и приводящих узлов и используются при обжатии крупных заготовок. Привод инструмента осуществляется посредством жесткой кинематической связи между эксцентриковым валом, шатуном и бойком. В основном эти машины имеют переменную степень обжатия и предназначены для изготовления валов с несколькими перепадами по длине. Они бывают вертикального и горизонтального исполнения.
Бойки у них расположены в одной плоскости, перпендикулярной к оси обрабатываемой заготовки, направлены радиально и образуют вокруг заготовки равные центральные углы. Каждый боек прикреплен к своему шатуну, который непосредственно связан с эксцентриком. Все эксцентрики имеют общий привод. Бойки обжимают заготовку одновременно.
Горячая заготовка крепится вертикально в универсальной головке с пневмозажимом и, вращаясь вокруг своей оси, подается в механизм обжима, который поворачивается вместе с заготовкой вокруг ее оси, а при обратном ходе бойков возвращается в исходное положение. Это обеспечивает равномерную вытяжку заготовки, обжатие происходит строго в радиальном направлении.
Современные машины имеют усилие на каждом бойке 60...160 т. Максимальная глубина обжатия за один переход 2...10 мм на диаметр. Частота вращения заготовки 16...25 об/мин. Скорость осевой подачи в механизм обжима – 0.5...1 м/мин.
Обычно обработка осуществляется без отходов металла, если не считать потери на угар, и обеспечивает получение поковок с допусками в 1.5...2 раза более жесткими, чем при штамповке на молоте.
Обработка на ротационно-обжимных и радиально-обжимных машинах производится способами раздельного и профильного обжатия. Форма изделия при раздельном обжатии обеспечивается поочередным применением комплекта бойков с различными размерами ручья в закрытом состоянии. Форма изделия при профильном обжатии обеспечивается одним и тем же универсальным бойком, но с изменением закрытой высоты между бойками и шага подачи.
Применение смазки уменьшает потребное усилие и улучшает условия при работе с повышенными степенями деформации. Трение играет активную роль, обеспечивая необходимые условия захвата в заходном конусе. С другой стороны, его наличие вызывает образование утяжин на торцах и закручивание поковок.
Усилие обжатия определяется по формуле:
,
где - угол заходного конуса;
- сопротивление деформированию при температурно-скоростных условиях обработки, МПа;
- диаметр части
заготовки в месте раздела течения
металла,
;
- диаметр до деформации;
- диаметр после
деформации.
Линия раздела с ростом коэффициента трения смещается в сторону уширения конуса, что благоприятно сказывается на качестве поковки, так как приводит к уменьшению неравномерности деформации металла по зонам и поэтому способствует интенсификации процесса.