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

Таблица 2

П р и м е ч а н и е . Цифры в скобках в головке таблицы — номера формул Для расчета указанных величии.

Г Л А В А II

Э К С П Е Р И М Е Н Т А Л Ь Н Ы Е ИССЛЕДОВАНИЯ И П Р О И З В О Д С Т В Е Н Н Ы Й ОПЫТ

ПО О П Р Е Д Е Л Е Н И Ю ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ОБКАТКИ

5.ФОРМОИЗМЕНЕНИЕ ПРИ ОБКАТКЕ ДНИЩ

Впромышленности находит широкое применение об­ катка концов цилиндрических заготовок в сферу по схе­ ме, показанной на рис. 9. Хорошо освоенной можно счи­ тать обкатку трубчатых заготовок по наружному диа­ метру 30—325 мм, по стенке толщиной 3—15 мм при

отношении - ^ - « 0 , 1 для малых и - ^ - » 0 , 0 5 для боль­ ших толщин и диаметров. При этом производительность одношпннделы-іых обкатных машин достигает свыше 200 операций в час для заготовок малых диаметров и 80—130 для заготовок диаметром 219—325 мм. Толщи-

на стенки в различных сечениях днищ, полу­ ченных таким спосо­ бом, различна и ее рас­ пределение вдоль об­ разующей зависит от отдельных технологи­ ческих параметров об­

катки.

Основными техно­ логическими парамет­ рами, влияющими на формообразование дни­ ща, являются: толщина

42

товки — расстояние от центра обкатки до торца заготов­ ки В, дробность деформации cpCJJ и температура нагрева обкатываемого конца Т°С. Под дробностью деформации понимается средний угол поворота инструмента за один оборот заготовки, определяемый зависимостью (42).

Влияние каждого из перечисленных параметров на формообразование сферических днищ показано на рис. 10 в координатах относительной толщины стенки

—— и относительного радиуса диаметрального сечения

Для анализа деформации обкатываемого конца на каждом графике построены кривые (штриховой линией) изменения толщины стенки вдоль образующей при ус­

43:

деформации

15 мм происходит наибольшее удлинение заготовки вдоль вбразующей, при дальнейшем увеличении толщи­ ны стенки удлиняются лишь поверхностные слои. Дли­ на внутренних слоев при толщинах 25—34 мм практиче­ ски остается неизменной [5].

При равном вылете В с увеличением удлинения об­ катываемого конца обеспечивается получение более плотного стыка. С уменьшением толщины стенки удли­ нение уменьшается, и может наступить момент, когда к. концу обкатки длина образующей исходной заготовки будет равна длине образующей заданного изделия. Тог-

44

да может не произойти сварки стыка или образоваться сквозное отверстие в центре днища (кривая SQ^). Следо­ вательно, для правильного ведения технологического процесса с уменьшением толщины стенки исходной за­ готовки следует увеличить величину вылета В или вы­ тяжку вдоль образующей за счет уменьшения срср или температуры.

личению «набора» металла и к значительному уплотне­ нию стыка.

Однако с увеличением набора металла на внутрен­ ней поверхности днища образуются мелкие радиальные складки, которые значительно увеличиваются, когда в

катываемого конца вдоль образующей, благодаря чему стык хорошо уплотняется.

С понижением температуры нагрева уменьшается удлинение обкатываемого конца вдоль образующей, что объясняется переходом от схемы объемного напряжен­ но-деформированного состояния оболочки к схеме пло­ ского деформированного состояния. Это приводит к об­ разованию отверстия или глубокой воронки в центре днища. Поверхностные слои заготовки в результате на­ грева за счет трения о формующий инструмент все же удлиняются относительно внутренних, затягивая частич­

45

части вновь увеличивается; это приводит к образованию брака (вздутию). Следовательно, более благоприятное распределение металла вдоль образующей достигается при повышении температуры обкатки. Если учесть, что качество сварки стыка с понижением температуры на­ грева обкатываемого конца заготовки также ухудшает­ ся, то температурный фактор следует считать главным.

Из рассмотрения рисунка следует, что с уменьше­ нием единичного обжатия суммарная вытяжка заготов­ ки вдоль образующей увеличивается, благодаря чему металл вдоль этой образующей распределяется более равномерно и достигается хорошее уплотнение металла в зоне смыкания кромок.

Кроме того, уменьшение фс р благоприятно влияет иа нагрев обкатываемого конца за счет трения: с увеличе­ нием продолжительности обкатки температура заготов­ ки по толщине стенки выравнивается и металл еще бо­ лее равномерно распределяется по сечению днища. Од­ нако уменьшение единичного обжатия вызывает увели­ чение машинного времени обкатки, а значит, и сниже­ ние производительности установки.

Менее изученной является обкатка толстостенных труб

Приведем результаты исследований на обкатной установке конструкции Ждановского металлургического завода им. Ильича технологических возможностей об­ катки сферических днищ инструментом трения на тру­ бах диаметром 219 и 325 мм со стенкой толщиной 22— 34 мм [5]. Заготовки под обкатку нагревали в кузнечной щелевой печи, работающей на природном газе. Конец трубы под обкатку нагревали до 1100—1250° С; его дли­ на составляла 200—250 мм. Параметры обкатки концов различных труб приведены в табл. 3.

Зазор между формователем и инструментом б, а так­ же вылет заготовки В варьировались в процессе обкат­ ки. Для контроля и подбора величины В измеряли дли-

46

тельная толщина стенки в центре стыка составляет 1,44—1,64. Основные технологические параметры обкат­ ки, при которых получена удовлетворительная формовка сферы, приведены в табл. 3.

При обкатке толстостенных труб в течение 30 сек машинного времени длина внутренних слоев металла практически не изменяется вдоль образующей. Это поз­ воляет определить расчетную величину вылета В заго­ товки, при которой обеспечивается стыковка кромок

а также величину укорочения заготовки после обкатки днища

Наружные же слои удлиняются настолько интенсив­ но, что смыкаются намного раньше торцовых кромок внутренних слоев. Это затрудняет формирование каче­ ственного стыка, особенно при необходимости получе­ ния герметичных днищ.

Окислы, шлаковые включения, складки и другие де­ фекты стыка при исходной толщине стенки свыше 15 мм в худшем случае располагаются в центре сферы на диа­ метре, приблизительно равном толщине стенки исходной заготовки, что позволяет при изготовлении особо ответ­ ственных изделий высверливать дефектное место, а в по­ лученное отверстие устанавливать герметичные техноло­ гические пробки.

Качество наружной поверхности полученных днищ при прочих постоянных параметрах обкатки в значи­ тельной степени зависит от исходной величины зазора ô между инструментом и заготовкой, с увеличением кото­ рого увеличиваются кольцевые риски и ступеньки. За­ зор следует принимать минимальным исходя из возмож­ ности загрузки заготовки в шпиндель машины.

6. ОБКАТКА С ПОЛУЧЕНИЕМ РАВНОСТЕННЫХ ДНИЩ

При изготовлении сосудов высокого давления из трубчатых заготовок по условию равнопрочное™ тол­ щина стенки на сферической части сосуда может быть

48

вдвое меньше, чем па цилиндрической (когда толщина стенок мала по сравнению с внутренним и наружным радиусами цилиндра и сферы).

Как показано, вследствие технологической особен­ ности горячей обкатки сферических днищ трубчатых за­ готовок инструментом трения, толщина стенки на пере­ ходе от цилиндрической части к сферической увеливается, что приводит к нерациональному расходу металла на единицу изделия, к увеличению его массы, расхода металла на единицу полезного объема сосуда и т. д.

Изменение толщины стенки по сечению днища при прочих постоянных параметрах процесса зависит от раз­ личных факторов

При массовом производстве, когда процесс обкатки отработан и параметры sо, В, срс р , Т, \.і изменяются не­ значительно, распределение толщины стенки s по сфери­ ческой части днища может быть представлено графиче­ ски некоторой областью 1 (рис. 12).

Тогда приблизительно подбираем функцию

Для получения после обкатки стенки с постоянной толщиной по сечению сферических днищ изменяют тол­ щину стенки обкатываемого конца заготовки, начиная от ее торца, исходя из условия, обратного зависимости