книги из ГПНТБ / Капорович В.Г. Обкатка в производстве металлоизделий

общается поступательное перемещение вдоль оси винта со скоростью, соответствующей шагу резьбы за один оборот оправки. При накатке резьбы на полой заготовке узким роликом заготовка немного укорачивается. Ее недеформированный конец при этом скользит вдоль оп­ равки. Готовая деталь свинчивается с оправки (с мет­ чика).

Представляет интерес глубокая накатка гофрирован­ ных труб при помощи шнека и патрона с переменным шагом винтовой линии (табл. 1, схема 27 на рис. б). По этому способу трубы накатывают при одинаковом числе оборотов шнековой оправки и обоймы с роликами, вра­ щаемыми в одну сторону. При этом заготовка не враща­ ется, а лишь перемещается поступательно, сползая с оправки.

Широкое применение для внутренней и наружной на­ катки резьб без оправки получили роликовые накатные головки различных вариантов, представляющие собой обоймы с вмонтированными в них регулируемыми или нерегулируемыми роликами [20].

Для получения винтов неограниченной длины с круп­ ным шагом резьбы все более широкое применение на­ ходит поперечно-винтовая прокатка (табл. 1, схема 17) с винтовой калибровкой валков.

Поскольку основные технологические вопросы обкат­ ки, накатки и прокатки резьб достаточно полно освеще­ ны в специальной литературе [4, 20], укажем далее лишь на перспективы совмещения обкатки и накатки резьб с рассмотренными выше способами получения полых осе-

нии запас технологической теплоты, как правило, доста­ точен для того, чтобы, не извлекая деталь из шпинделя

для этого будут роликовые накатные головки, отрегули­ рованные на накатку резьбы заданного профиля. Для совмещения других известных способов накатки резьбы на трубчатых заготовках с обкаткой на обкатных ма­ шинах, например с обкаткой на машине с тангенциаль­ ной подачей инструмента, следует установить жесткую кинематическую связь между приводами шпинделя и

100

поперечного суппорта, так как при обкатке без накатки резьбы указанные приводы кинематически не связаны.

То же можно сказать и о стане поперечно-винтовой обкатки труб конструкции Всесоюзного научно-исследо­ вательского трубного института. Включение после окон­ чания обкатки жесткой кинематической связи между приводами шпинделя и каретки, перемещающей инстру­ мент, при соответствующей калибровке инструмента обеспечит накатку крупной резьбы на трубах.

19. ОСОБЕННОСТИ ОБКАТКИ И РАСКАТКИ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ТУГОПЛАВКИХ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

Полые осесимметричные изделия из тугоплавких ме­

Технология обработки давлением тугоплавких метал­ лов и сплавов в связи с их особыми физическими и хи­ мическими свойствами (табл. 7) имеет ряд особенностей, отличающих ее от технологии обработки конструкцион­ ных сталей. Основной ее особенностью является высо­ кая температура начала и конца деформации, когда металл находится в однофазном состоянии, так как де­ формация отдельных кристаллитов протекает более рав­ номерно при гомогенной структуре.

Так как для большинства тугоплавких металлов ра­

окисления и насыщения газами нагрев, а в некоторых случаях и деформацию проводят в вакууме, в нейтраль­ ных или других контролируемых средах или создают ло­ кальную защиту нагреваемой и деформируемой заго­ товки.

В некоторых случаях защита нагреваемого и дефор­ мируемого металла и сплава от контакта с атмосферой достигается применением особой технологии. Например, А. Д. Кирицев для получения днищ и горловин на кон­ цах трубчатых заготовок из металлов, интенсивно по­

101

Однако создание безокнслптелы-юй атмосферы при­ водит к интенсификации налипания обрабатываемого металла на инструмент, которое развивается по мере увеличения количества обкатанных образцов. Лавинный характер развития налипания объясняется увеличением

лолегированные сплавы при температуре 20° С имеют не­ значительную пластичность. При нагреве до температу­ ры 350—450° С пластичность молибдена и его низколе­ гированных сплавов повышается и становится равной пластичности мягких сталей при комнатной температу­ ре. Например, допустимая деформация ез, определен­

при прокатке из слитков температура и допустимая де­

вании — обкатных и раскатных установках, после на­ грева заготовки и контактирующего с ней инструмента

луфабриката для очистки от окисленного слоя. Проме­ жуточный отжиг проводится в вакууме. Остаточные на­ пряжения в готовом изделии снимаются отжигом в те­ чение 3—4 <г при температуре 1000—1100°С.

Чистый ниобий имеет довольно высокую пластичность даже при комнатной температуре; раскатке, обкатке, штамповке подвергается в холодном состоянии. Физиче­ ские и механические свойства ниобия в значительной

103

степени зависят от метода получения и чистоты металла. Так, спеченный из порошка нагартованный ниобий при 20° С имеет свойства: 6=14-2%> ов=70 кгс/мм2, а полу­ ченный электроннолучевой плавкой после рекристалли­

зации ô = 6 0 % , О о 2 = 1 5 кгс/мм2 и а 0 = 2 2 , 5 кгс/мм2.

В качестве заготовок для обкатки и раскатки при­ меняют цельнотянутые и сварные трубы, а также листы в отожженном состоянии.

Для снижения усилий деформирования при обработ­ ке толстостенных заготовок обрабатываемый металл и инструмент подогревают до 200—260° С.

Высолегированные сплавы ниобия легко обрабатыва­ ют обкаткой и раскаткой, если в них содержится не бо­ лее 0,03% С и 0,05% С>2. Основные трудности в техно­ логии обработки ниобия и его сплавов давлением и в термообработке, как и в эксплуатации, связаны с его низкой стойкостью к окислению. Уже при температуре

обладают защитными свойствами. Обкатка и раскатка ниобия в нагретом состоянии осложняется явлениями схватывания — налипания металла на инструмент. Чем выше температура деформации и линейная скорость скольжения на контакте металл — инструмент, тем больше налипание.

Эффективной смазкой при холодной деформации нио­ бия и его сплавов является сало, парафин, а при дефор­ мации с нагревом — графит с водой.

Хром при комнатной температуре — малопластичный металл (см. табл. 7). С повышением температуры его пластичность значительно повышается. Например, по данным работы [16], с повышением температуры нагрева хрома, полученного дуговой плавкой, от комнатной до 500°С относительное удлинение увеличивается от 0 до 37% и относительное сужение от 0—2 до 40—50% при

Особенно резко на пластичность хрома влияет ско­ рость деформации. Максимальное охрупчивание хрома

104

при динамическом нагружении наблюдается при тем­ пературах 1100—1200°С. Его пластичность при этом сни­

соотношением скоростей деформации и релаксации на­

предварительным нагревом инструмента до температур, близких к температуре деформации, и при относительно небольших скоростях деформирования.

Указываются также и другие температурные интер­ валы нагрева заготовок из хрома перед обкаткой и рас­ каткой — 400—800° С и инструмента до 300—400° С с обязательным немедленным отжигом после деформации при температуре 600—700° С в течение 15 мин [16]. В случае необходимости нескольких переходов при обкат­ ке назначается промежуточный рекристаллизационный отжиг при температуре 1200°С в течение 15 мин. Окон­ чательный отжиг проводится при" температуре 600— 700°С в течение 15 мин.

Деформируемый инструмент для раскатки хрома и его сплавов рекомендуется изготовлять из карбида вольфрама и других твердых сплавов.

Интересно отметить, что в качестве смазки, наряду

105

с общепринятыми жаростойкими смазками (см. § 15), при волочении применяют расплав эвтектики свинец— сурьма с температурой плавления 350—400°С, который может быть использован при обжиме труб и обкатке по схемам 2, 23 и другим в табл. 1.

Осесимметричные полые детали из низколегирован­ ного ковкого вольфрама находят широкое применение в ракетных двигателях. Они работают при температурах 2500—2700° С и др. Вольфрам п его сплавы при комнат­ ных температурах имеют низкую пластичность и высо­ кое сопротивление деформированию (см. табл. 7). Поэтому пластическую деформацию вольфрама и его сплавов выполняют при повышенных температурах. С повышением температуры пластичность металла возра­ стает. При нагреве до 1000° С допустимая деформация равна 35% (осадка образца d=15 мм, /г = 20 мм), при нагреве до 1200°С—47%, до 1400°С—53% и до 1600°С — 68%. Предел прочности вольфрама с изменением темпе­

ма и его сплавов составляет 1700—2000° С, а предвари­ тельно деформированного металла — 1200—1400° С. Об­ катку и раскатку вольфрамовых заготовок осуществля­ ют при температурах ниже 1000° С. Р. Махишалк (22] указывает на раскатку конусов листовых заготовок из

тура 700—900°С ниже температуры рекристаллизации (начало рекристаллизации 1500°С), в процессе раскатки с подогревом металл упрочняется, улучшаются его ме­ ханические свойства, примерно па 100° С снижается порог хрупкости металла.

Заготовки из вольфрама перед деформацией нагре­ вают в электрических печах сопротивления в атмосфере водорода или при использовании тонкого листового ме­ талла — инфракрасными лучами мощных кварцевых ламп. Лист толщиной 1,5 мм нагревают до температуры

нем с помощью инжекторных горелок. Раскаткой из вольфрама получают изделия различных габаритных размеров. Сообщается об удовлетворительной де-

106

Г Л А В А IV

КА Л И Б Р О В КА ИНСТРУМЕНТА

20.КИНЕМАТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ДВИЖЕНИЙ

Поиск новых технологических способов обработки ме­ таллов давлением, обеспечивающих локализацию очага деформации, расширение технологических возможностей процесса, создание новой формы инструмента п нового типа оборудования, может происходить различными пу­ тями. В качестве одного из них можно использовать ки­ нематический анализ и синтез движений пары деформи­ руемой металл—инструмент. Это позволит в какой-то степени упорядочить творческий процесс: анализировать кинематику контактной зоны очага деформации, кон­ тактную поверхность инструмента, синтезировать новые технологические схемы взаимодействия деформируемого металла и инструмента, проектировать инструмент для вновь разработанных схем обработки металла давле­ нием.

Разумеется, что наряду с анализом и синтезом дви­ жений необходимы изучение и учет напряженно-дефор­ мированного состояния и граничных условий в очаге деформации с использованием теории пластичности и экспериментальных методов исследования.

При такой постановке вопроса поиск может прохо­ дить в следующем порядке:

1. Изучают сложение и разложение движений дефор­ мирующейся контактной зоны очага деформации, на ос­ новании чего должны быть составлены кинематически допустимые варианты относительного перемещения ин­ струмента и контактной зоны очага деформации. Если, например, заготовку возможно деформировать поступа­ тельным перемещением контактной зоны очага деформа­ ции, то учитывают, что поступательное движение полу­ чается при сложении:

108

нескольких поступательных движений; двух вращений с равными противонаправленными

угловыми скоростями; двух винтовых движений с параллельными осями и

равными противонаправленными угловыми скоростями

ит. д.

Вобщем случае, если системы ц0, Ль Лг> —, Лп со­ вершают произвольные движения, то движение Л"/Ло можно получить сложением движений Лп/Лп-ь •••> Лг/Ль т]і/г|о- Для анализа контактной зоны очага деформации представляет интерес:

сложение поступательного движения с вращательным вокруг оси, параллельной направлению поступательного перемещения;

сложение поступательного движения с вращательным вокруг оси, перпендикулярной к направлению поступа­ тельного перемещения;

сложение двух вращательных движений вокруг скре­ щивающихся осей;

сложение винтового и поступательного движений.

2. Для выбранного кинематического варианта схемы обработки металла давлением ориентировочно сравне­ нием с близкими известными процессами рассматрива­ ются граничные условия и анализируется механическая схема деформации.

3. Решается предварительно вопрос о режиме дефор­ мации металла по выбранной схеме (либо приближен­ ным аналитическим способом с использованием уравне­ ний равновесия и пластичности, а также граничных ус­

где X, Y, Z — текущие координаты деформируемой по­ верхности;

(Ts, fx — соответственно предел текучести дефор­ мируемого металла, коэффициент трения, другие учитываемые параметры (модуль упрочнения, температура и прочее).

Для установившегося процесса

£ = Л + CjX.

109