книги из ГПНТБ / Поперечно-клиновая прокатка

Для толстостенных труб степень обжатия может до­ стигать значительной величины; для тонкостенных труб значительные обжатия могут быть получены последова­ тельно за несколько переходов.

При свободной прокатке труб наблюдается некоторое увеличение толщины стенки, однако при относительной толщине стенки более 0,35 происходит утонение стенки, в связи с чем сварка или полное закрытие отверстия в процессе клиновой прокатки труб затруднительны.

3. Дефекты при поперечно-клиновой прокатке

Дефекты, возникающие при клиновой прокатке, мож­ но разделить на две основные группы — наружные и внутренние.

К наружным дефектам относятся закаты, следы от инструмента в виде спиралевидных гребешков, искаже­ ния формы прокатанных участков (конусность, оваль­ ность, бочкообразность), недокат или смятие концевого участка, торцовая утяжина и некоторые другие.

Внутренние дефекты — образование осевой рыхло­ сти и вскрытие полости.

Наиболее распространенными наружными дефектами при клиновой прокатке являются закаты. Следует разли­ чать закаты, причиной которых служат дефекты прокаты­ ваемого металла (плены, волосовины, трещины, заусен­ цы и пр.), и закаты, возникающие из-за нарушения тех­ нологического режима прокатки или неправильно спроектированного клинового инструмента. Основным мероприятием по устранению закатов, образование ко­ торых связано с дефектами прокатываемого металла, является введение тщательного контроля заготовок пе­ ред их прокаткой.

Закаты, возникающие при самом процессе клиповой прокатки, бывают двух типов: продольные и поперечные. Продольные (рис. 27, а) образуются при внедрении клиньев в заготовку. Возникающие при этом наплывы металла раскатываются затем наклонными гранями кли­ нового инструмента. Для устранения продольного заката необходимо, чтобы моменту внедрения клиньев в заготов­

6=1,2—1,3. В случае если требуемая степень обжатия

80

заготовки превышает допустимую но этому условию, то на клиновом инструменте необходимо изготавливать участок захвата, обеспечивающий плавное увеличение степени обжатия от допустимой до требуемой.

Поперечные закаты могут образовываться при одно­ сторонней прокатке заготовки, т. е. при прокатке на клиньях с одной боковой наклонной гранью (рис. 27, б). При этом вследствие того что продольные боковые нера-

Рис. 27. Дефекты при поперечно-клиновой прокатке: а — про­ дольный закат; б — поперечный-.закат; в — спиралевидные гре­ бешки; г — недокат

бочие поверхности верхнего и пижпего клиньев лежат нс в одной плоскости, при их взаимном смещении в процес­ се прокатки происходят срезание металла с переходного торца заготовки и закатывание его в прокатываемый стержень. Это явление имеет место и в том случае, если при прокатке заготовки ее ось не перпендикулярна на­ правлению движения плит. Чтобы избежать образования поперечных закатов, необходимо тщательно выставлять верхние и нижние клинья относительно друг друга. Для устранения возможности перекоса прокатываемой заго­ товки нужно обеспечить одновременность захвата (для случая прокатки нескольких участков) и постоянство окружных скоростей участков, находящихся в контакте с инструментом. Если глубина продольных и поперечных закатов меньше, чем допуск на последующую механиче­ скую обработку, то эти дефекты не являются браком. В случае когда при последующей механической обработ­ ке снимается небольшой припуск или прокатанный уча­ сток не подвергается дальнейшей обработке, закаты представляют собой серьезный дефект, по которому де­ таль может быть забракована.

Иногда на поверхности прокатанного участка оста­ ются следы от инструмента в виде гребешков, располо­ женных по винтовой линии (рис. 27, в). Их высота в зави­ симости от условий прокатки может колебаться от 0,05 до 0,2 мм. Наличие гребешков на поверхности прокатан­ ных участков заготовки снижает чистоту поверхности и ухудшает внешний вид деталей. Для их устранения иногда необходима дополнительная механическая обра­ ботка.

Причинами образования гребешков могут являться: 1) неодновременный захват заготовки или ее про­ скальзывание в процессе прокатки, вследствие чего про­ екции контактных поверхностей очага деформации верх­ него и нижнего клиньев па. горизонтальную плоскость смещены на величину, равную шагу винтовой линии,

образованной гребешками; 2) неодинаковая ширина калибрующих поверхно­

стей (поясков) верхнего и нижнего клиньев, отклонения в размерах углов заострения верхнего и нижнего клиньев, отсутствие радиусов закруглений в местах сопряжения боковой наклонной грани с калибрующей плоскостью и др. Вероятность образования спиралевидных гребешков

82

наибольшая при прокатке на клиньях с большими угла­ ми заострения. Объясняется это тем, что с увеличением угла заострения возрастает склонность к проскальзыва­ нию заготовки. Повышение степени обжатия приводит к образованию гребешков и увеличению их высоты.

Недокат (рис. 27, г) образуется при прокатке концево­ го участка, когда происходит уменьшение диаметра по всей его длине. При определенных геометрических пара­ метрах процесса концевой участок, находящийся в очаге деформации, может потерять устойчивость и оказаться смятым боковыми наклонными гранями инструмента. Объясняется это тем, что вследствие образования осевой утяжины концевой участок прокатываемой заготовки в этот момент представляет собой полую втулку, жест­ кость которой значительно ниже, чем жесткость исход­ ной заготовки.

Экспериментально установлено, что достигаемая сте­ пень обжатия по условию прокатки концевых участков без образования недоката при одинаковых параметрах клинового инструмента на 30—40% меньше, чем при прокатке заготовки с наличием непрокатываемого тор­ цового участка.

При клиновой прокатке концевых участков так же, как и при поперечной прокатке, первоначально плоские торцы заготовки искривляются. При этом после прокатки длина участка по поверхности больше длины его по оси. Образуется утяжина, основным параметром которой является ее относительная глубина. Установлено, что глубина утяжины в основном определяется степенью обжатия заготовки и увеличивается с повышением обжа­ тия. Кроме того, она определяется геометрическими па­ раметрами клинового инструмента, температурой прока­ тываемой заготовки и особенно температурой ее торца. Увеличение углов наклона боковой грани а, заострения ß и степени обжатия заготовки б вызывает возрастание осевого растягивающего усилия PY, а следовательно, и увеличение деформации поверхностных слоев заготовки, что в конечном счете и приводит к образованию более глубокой торцовой утяжины.

При изготовлении клиновой прокаткой целого ряда деталей, таких, как зубья легкой, средней и тяжелой бо­ роны, осей и пальцев скребковых транспортеров, наличие утяжины на торце готовых изделий не отражается на их

качестве, а в последнем случае является желательным, так как благодаря этому отпадает необходимость в до­ полнительной операции засверливаиня торцовых отвер­ стий в этих деталях. При прокатке тех деталей, условия эксплуатации и технология последующей обработки ко­ торых требуют наличия плоских торцов, па клиновом инструменте устанавливают специальные отрезные ножи, с помощью которых удаляют торцовые участки с утяжиной. Это влечет за собой дополнительную потерю метал­ ла, идущего в отход. Можно рекомендовать несколько способов, позволяющих предотвратить образование тор­ цовой утяжииы или свести потери металла в виде торцо­ вого отхода к минимуму:

1) осуществление прокатки от прутка или одновре­ менной прокатки двух или более деталей с последующим разделением их отрезными ножами;

2)приложение давления к торцам прокатываемой заготовки вдоль оси в направлении, обратном осевому растягивающему усилию, что достигается специальной калибровкой клинового инструмента путем создания на соответствующих участках закрытых калибров;

3)использование исходной заготовки с предваритель­ но образованной на ее торцах фаской, которая компенси­

рует неравномерную деформацию поверхностных и цен­ тральных слоев заготовки;

4) подстуживание или иедогрев торцового участка прокатываемой заготовки.

К наружным относятся также дефекты, связанные с искажением геометрической формы прокатываемых участков: конусность, овальность и бочкообразность.

Конусность при прокатке цилиндрических участков может возникать как следствие неправильной установки или изготовления клинового инструмента. Если при отно­ сительном перемещении клиньев расстояние между их калибрующими поверхностями не остается постоянным, то это приводит к образованию конусности. Для ее устра­ нения необходимо обеспечить параллельность калибрую­ щих поверхностей на протяжении всего рабочего хода для станов с плоской конструкцией инструмента и по­ стоянство зазора между калибрующими поверхностями при валковой конструкции инструмента.

Овальность и бочкообразность при поперечной про­ катке клиновым инструментом являются, как правило,

84

следствием неправильно выбранных геометрических па­ раметров инструмента и в первую очередь угла наклона боковой грани а и ширины калибрующего пояска. Оба эти параметра влияют на соотношение между танген­ циальной раскаткой и деформацией металла, направлен­ ной вдоль оси заготовки. Облегчение течения металла в осевом направлении и затруднение тангенциальной рас­ катки уменьшают образование овальности и бочкообраз­ ности при клиновой прокатке. С этой целью ширина ка­ либрующего пояска должна быть минимальной, а угол наклона боковой грани — не менее 30° При этом, однакд, следует помнить, что чрезмерно узкий калибрующий мо­ стик приводит к образованию другого дефекта — спира­ левидных гребешков, о чем упоминалось выше.

Иногда овальность и бочкообразность при клиновой прокатке являются внешним проявлением возникновения внутреннего дефекта — образования полости. В этом случае устранение овальности и бочкообразности связа­ но с соблюдением мероприятий, направленных на лик­ видацию условий вскрытия полости (см. гл. III).

4. Расчет точностных характеристик прокатанных деталей

Точность деталей, получаемых горячей обработкой металлов давлением, определяется совершенством тех­ нологического процесса, организационной и технической культурой производства.

Совершенным технологическим процессом следует считать тот, при котором себестоимость получаемой дета­ ли минимальная, а коэффициент использования металла и коэффициент точности максимальные. К таким про­ цессам горячей обработки относится процесс поперечно­ клиновой прокатки деталей типа ступенчатых и фасон­ ных валов, характеризующийся высоким коэффициен­ том использования металла (до 0,8—1,0) и позволяющий получать детали с допусками на диаметральные разме­ ры до 40 мм 0,1—0,2 мм и на линейные размеры до 300 мм 0,2—0,8 мм, при этом чистота поверхности соот­ ветствует V4—Ѵ5 [1,4, 11, 18].

Приведенные точностные характеристики, безусловно, говорят о высокой точности процесса и характеризуют конкретное производство с его организационной и техни­

85

ческой культурой, так как погрешности, получаемые при изготовлении деталей поперечно-клиновой прокаткой, зависят от жесткости стана, температурно-скоростного режима прокатки, качества наладки и изготовления ин­ струмента, геометрии инструмента, его износа, интенсив­ ности работы, уровня конструирования и др.

На основании анализа погрешностей, получаемых при изготовлении деталей поперечно-клиновой прокаткой, их распределение по группам в зависимости от характера проявления выглядит следующим образом.

Случайные погрешности (первая группа)—рассеива­ ние значений показателей механических свойств исход­ ного проката; рассеивание веса (размеров) исходных заготовок; колебание температуры конца прокатки; изме­ нение условий внешнего трения; погрешности наладки для партий деталей, изготавливаемых с нескольких нала­ док (Диал); погрешности изготовления инструмента для партий деталей, полученных прокаткой на разном инстру­ менте (Д„зг); рассеивание значений смещения инструмен­ та (Дсм).

Систематические переменные погрешности (Деист)

(вторая группа) — колебание размеров детали, вызван­ ное изменением температуры инструмента и прокатной установки (станов клиновой прокатки); изменение разме­ ров деталей, вызванное износом инструмента.

Систематические постоянные погрешности (третья группа) ■— вмятины на поверхности детали от закатанной окалины ( Д о к ) ;изменение размеров деталей при термооб­ работке и очистке ( Д т . о ч ) .

Технологические погрешности (четвертая группа) —

смятие при выходе деталей из контакта с инструментом;

искривление оси детали (ДКр); погрешности при разделе­ нии и отрезке концевых отходов (Д рез) .

Аналитические методы определения точностных ха­ рактеристик процессов горячей обработки металлов дав­ лением в настоящее время отсутствуют. Исследования точности деталей, изготовленных механической обработ­ кой, литьем и штамповкой, показали, что статистический метод дает объективную оценку точности производства и позволяет рассчитать точностные характеристики как на отдельных операциях, так и всего технологического про­ цесса, а также наметить пути его совершенствования

86

При расчете точностных характеристик прокатанных деталей составляющие систематических погрешностей суммируем алгебраически с учетом их взаимного совме­ щения. Суммирование составляющих случайных погреш­ ностей на основании правила о сложении дисперсий про­ изводим квадратично.

Правило сложения дисперсий гласит, что дисперсия суммы взаимно независимых случайных величин равна сумме их дисперсий [57]:

где Осум — дисперсия суммы взаимно независимых случай

ных величин; — дисперсия і-й составляющей случайной величины.

Из выражения (81) следует, что

Так как при нормальном законе распределения вели­ чина случайной составляющей погрешности принята равной 6а, то, исходя из равенства (82), величина сум­ марной погрешности составит

87

Для партии прокатанных деталей, изготовленных при одной наладке, полное поле рассеивания размеров по диаметрам прокатываемых ступеней определяется мгно­ венным рассеиванием и смещением центра мгновенного рассеивания под влиянием суммарной переменной систе­ матической погрешности:

Для партии прокатанных деталей, изготовленных на различных инструментах с переналадками:

А, - Аснст + К 1/(Ам.р)2 + (АІІал)2 + (Аиэ^. (87)

Так как погрешности изготовления клиньев для раз­ меров диаметров прокатываемых шеек могут быть ком­ пенсированы при наладке, то ее можно не учитывать и тогда выражение (87) примет вид

Следовательно, величина поля допуска на прокатывае­ мый диаметр определяется по формуле

Величину поля допуска на линейные размеры можно записать

6; = А'нст + К К (А І.РУ + (А11ал)2 + (АизД2. (90)

Припуск на обработку, предусматриваемый в прока­ танной детали,— это слой металла, предназначенный для компенсации производственных погрешностей прокатно­ го, термического, механообрабатывающего производст­ ва, а также поверхностных дефектов исходного проката:

2АМ-{- 2Аок -f- 2Аре3 + 2А0б + 2АТ0Ч+

где П — припуск на обработку на сторону; Дм — необхо­ димый слой металла для компенсации погрешностей ме­ ханической обработки; Д0б — величина обезуглероженно-

88

го слоя на поверхности прокатанной детали; Ду.м.р — ус­ ловное мгновенное рассеивание:

Однако при расчете припуска необходимо учитывать совмещение погрешностей. Так, например, когда глубина обезуглерожештого слоя меньше наименьшего возможно­ го расчетного припуска, рассчитанного без этой погреш­ ности, то, естественно, ее величину при расчете припуска учитывать не следует, так как обезуглероживание будет иметь место только в том слое металла, который удаляет­ ся при обработке. Аналогично глубину вмятин от зака­ танной окалины можно также не учитывать при расчете припуска, если наименьший возможный припуск, рас­ считанный без нее, больше данной погрешности и если вмятины от окалины не влияют на положение прокатан­ ной детали при установке во время обработки, так как в данном случае окалина закатывается в тот слой металла, который удаляется при обработке.

Для расчета припуска на сторону, формула (91) при­ мет вид:

припуск на диаметральные размеры..

Коэффициент К\ необходимо брать наибольшим из ре­ комендуемых (равным 1,27) [55] во избежание брака по черноте.

При нормальном законе распределения, как известно [85], поле рассеивания располагается симметрично отно-

89