книги из ГПНТБ / Повышение точности поковок С. И. Ключников. 1960- 23 Мб

ной линией их разъема. Количество штампов в комплекте, требующихся для штамповки вала, определяется количеством раз­ ных положений колен у данного вала. Для предупреждения воз­ можного смещения верхней половинки штампов относительно ниж­ ней в конструкции штампов предусматриваются шиповые замки. Колена в штампе ориентируют вниз от прилежащих коренных ше­

валов с любым углом между коленами при малой длине коренных шеек (/:<^<1,5) и овальной

форме щек колена. При ковке с подштамповкой производитель­ ность возрастает в 4—5 раз, поэтому он с полным основанием может быть назван скоростным. Новый процесс обеспечивает по­ лучение поковок валов с более точным повторением размеров и формы в каждом экземпляре вала при значительном уменьшении припусков, напусков и допусков. Расход металла против метода

свободной ковки уменьшается на 50%. Повышаются механические свойства металла поковок, в особенности ударная вязкость, и ис­ ключается брак по надрывам металла в поверхностных слоях коренных шеек, ввиду отсутствия скручивания их.

Рассмотренный способ ковки с подштамповкой может -быть при­ менен при производстве дизельных и многоколенчатых валов дру­ гих машин, при наличии благоприятного соотношения между разме­ рами отдельных элементов и при изменении формы щек с прямоу­

гольной на овальную.

Другим типом поковок, которые могут быть изготовлены ков­

кой с подштамповкой, служит рабочее колесо шагающего экскава­ тора диаметром 1400 мм и высотой ступичной части 340 мм

301

(фиг. 167, а). Технологический процесс показан на фиг. 167, где приведено сравнение двух способов изготовления колеса — свобод­ ной ковкой (фиг. 167,6) и ковкой с подштамповкой (фиг. 167,в). По

Слиток 6700 кг

Фиг. 167. Переходы при изготовлении рабочего колеса экскаватора с под­ штамповкой.

старой технологии облегченное сечение колеса со стороны ступич­ ной части глубиной 115 мм после ковки вытачивалось на станке,

и лишь кольцевое углубление снизу глубиной 100 мм продавлива­ лось в нижнее при ковке на прессе. При этом из слитка весом

6700 кг изготовлялась одна поковка с коэффициентом использо­

302

вания металла, равным 1476 : 6700 = 0,22 (где 1476—вес чистой де­ тали в кг). Переход на изготовление поковки колеса с большей точ­

ностью потребовал применения специального бойка с кольцевым выступом, соответствующим кольцевой выемке в поковке со сторо­ ны ступицы. Устранение напуска в выемке со стороны ступицы об­ легчило поковку и позволило изготовлять из слитка весом 12 000 кг две поковки, т. е. с коэффициентом использования металла равным

1476: =0,246.

2

За первый вынос производятся следующие переходы: а — ков­ ка цапфы под патрон; б — обжим граней слитка на диаметр 900 мм;

в— проковка заготовки на диаметр 700 мм; г— обрубка прибыли

иотрубка двух заготовок длиной по 1300 мм каждая.

За второй вынос производится осадка до высоты 700 мм.

пающей части ступицы с помощью специального бойка (с кольце­ вым выступом); в — прошивка в ступице отверстия диаметром 175 мм; г — обкатка по наружному диаметру и по высоте с при­

менением специального бойка.

Ковка с подштамповкой рабочего колеса наряду с экономией металла дала возможность уменьшить расход условного топлива

на 12,6 т на одну деталь и сократить объем последующей механи­ ческой обработки.

Большое значение при штамповке крупногабаритных поковок из алюминиевых и магниевых сплавов имеет род применяемой смазки. По данным Бателлского мемориального института (США)

исключительно хорошее заполнение ручья при штамповке алюми­ ниевых сплавов получается при нанесении на холодные стальные штампы грунтового слоя в виде дисперсии тетрафторэтиленовой

смолы в воде, с последующей полимеризацией слоя при температу­ ре 310°. Однако при нагреве до 400° слой смазки выделяет дым, об­ ладающий токсическим действием.

При штамповке магниевых сплавов с таким же покрытием эф­ фективность смазки проявляется при температуре полимеризации

(315°).

Отличное заполнение ручьев было достигнуто путем травления холодных слитков алюминиевых сплавов в растворе едкого натра с последующим погружением в суспензию коллоидного графита в воде. После нагрева такие слитки штамповались с обычной техно­ логической смазкой. Значительно также улучшается заполнение ручьев при штамповке магниевых сплавов со слегка шероховатой

поверхностью, с погружением перед нагревом в водную суспензию коллоидного графита и использованием обычной смазки ручьев.

303

ГЛАВА VI

РОТАЦИОННОЕ ОБЖАТИЕ ПРИ ПОВЫШЕНИИ ТОЧНОСТИ ПОКОВОК

За последние годы в промышленности начала внедряться точная обработка (или доводка) поковок посредством вращающихся инст­ рументов: валков, накатников и роликов. Технология ротационного

обжатия применяется в виде операций прокатки, раскатки, накат­

ки, обкатки и пульсирующего обжатия. Каждая из указанных опе­ раций может осуществляться при обработке поковок или заготовок в холодном и горячем состоянии в зависимости от пластичности деформируемого металла и имеющихся мощностей оборудования. Каждая из этих операций имеет свою специфичность и соответст­

венно ряд конструктивных форм заготовок, выполнение которых данной операцией технически наиболее целесообразно.

Операции ротационного обжатия являются весьма перспектив­

ными. Если поперечная и продольная прокатка, а также раскат­ ка экономически оправдываются главным образом в массовом и крупносерийном производстве, то накатка эффективна в серийном производстве, а обкатка даже при мелкосерийных размерах вы­ пуска.

Рассмотрим технологическую сущность операций ротационного обжатия применительно к машиностроительному производству как при изготовлении точных поковок, так и специальных заготовок для последующей штамповки повышенной точности.

РАСКАТКА

Раскатка кольцевых заготовок является одним из важных спо­ собов получения точных поковок. Особое место раскатка занимает в технологии изготовления подшипниковых и прядильных колец,

программа которых исчисляется миллионами штук в год.

Горячая раскатка заготовок подшипниковых колец. В 1948—

1949 гг. на 1 Государственном подшипниковом заводе была изго­ товлена и внедрена в производство высокопроизводительная раскаточная машина модели МГР-полуавтомат для раскатки штампо­

ванных поковок диаметром от 80 мм и выше. Принципиальная кинематическая схема указанной машины приведена на фиг. 168.

304

Раскатка кольцевых заготовок происходит между двумя валка­ ми (роликами) — верхним и нижним. Верхний валок 1 имеет воз­ вратно-поступательное движение от гидравлического цилиндра 2, шток которого соединен с подвижной бабкой шпинделя верхнего валка. Вращение шпинделю передается от электродвигателя 4 че­ рез редуктор и шарнирный вал 3, с которым шпиндель соединен

шлицевой муфтой. Окружная скорость рабочей поверхности банда­

жа составляет 2,85—3,0 м!сек.

Чбратный ход

Фиг. 168. Кинематическая и гидравлическая схема раскаточной машины МГР

(1ГПЗ).

Бабка шпинделя нижнего (раскатного) валка 5 закреплена в раме станины. Шпиндель нижнего валка получает вращение в ре­ зультате сил трения, возникающих между раскатываемой поковкой и обоими валками. Верхний и нижний валок расположены на шпин­ делях консольно. Верхний валок опирается на роликовый подшип­ ник, установленный на корпусе бабки шпинделя в плоскости пе­

редаваемого усилия обжатия от гидравлического цилиндра 2, т. е. строго по его оси. Нижний валок имеет минимальный вылет консо­ ли по отношению к первой опоре шпинделя. Консольное располо­ жение нижнего валка облегчает загрузку заготовки, а также сме­ ну валка при переналадке машины на другой типоразмер поковки.

Сменным инструментом верхнего валка служит бандаж с двумя ребордами, образующими профиль раскатываемой поковки.

После того как нагретая штампованная поковка надета на ва­ лок, поворотом ручки золотника 6 включается сжатый воздух от

общей сети давлением 5—7 ат и по воздухопроводу он поступает в пневмоцилиндр мультипликатора 7. В первый момент раскатки сжатый воздух попадает в нижнюю часть цилиндра и давит на пор­ шень, заставляя его передвигаться вверх. Шток поршня воздушно­ го цилиндра несет на себе другой поршень масляного цилиндра,

который перегоняет масло из цилиндра 2 по трубопроводу 8 в верх­

нюю полость главного цилиндра. На штоке главного масляного

цилиндра возникает усилие, достаточное для пластического дефор­

мирования нагретой заготовки. Для получения требуемой геомет­ рической точности поковок и высокой производительности с мини­ мальной затратой труда и времени раскаточная машина снабжена дополнительным устройством — упорным 9 и контрольным 10 ро­ ликами — с автоматическим гидравлическим механизмом управле­ ния. В процессе раскатки оба ролика — правый и левый — пере­ мещаются радиально в противоположные стороны относительно центров вращения их рычагов 11 и 12. Благодаря силе трения о по­ верхность раскатываемой поковки ролики вращаются вокруг своих осей и нажимают на поковку. В процессе раскатки ролики 9 и 10

выравнивают вибрацию поковки, обеспечивая получение поковок вы­ сокого качества по их геометрии и чистоте поверхности. Когда раз­

мер раскатываемой поковки приближается к заданному диаметру, правый ролик автоматически подходит к упору. При достижении заданного диаметра поковки левый ролик срабатывает на отклю­ чение давления главного цилиндра при помощи особого отключаю­ щего механизма 13.

Вследствие движения поршня масляного цилиндра мультипли­ катора в обратную сторону масло из рабочей полости цилиндра 2 перегоняется по трубопроводу в верхнюю полость цилиндра муль­ типликатора. В нижней полости мультипликатора создается давле­ ние, передаваемое по трубопроводу 14 в нижнюю полость главного цилиндра. Поршень главного цилиндра передвигается вверх, увле­ кая за собой при помощи штока бабку шпинделя верхнего нажим­ ного валка, которая скользит по своим направляющим до упора.

При этом прекращается процесс обжатия заготовки. Боковые упор­ ные ролики также автоматически освобождают поковку от зажи­

ма, и левый ролик отходит в сторону, позволяя снять раскатанную заготовку с нижнего валка. Производительность рассмотренной ма­ шины 2000—4000 поковок за смену.

На раскаточных машинах МГР-250, 300 и 450 можно раскаты­ вать поковки диаметром от 80 до 250 мм и высотой до 60 мм и диа­

метром от 250 до 450 мм и высотой до 130 мм. Поковки диаметром от 300 до 700 мм и высотой 180 мм раскатываются на раскаточной машине другой модели.

До введения раскатки заготовочные подшипниковые кольца вы­ саживались на горизонтально-ковочных машинах, после чего пос­ тупали на механическую обработку. С применением раскатки за­

готовочные кольца вначале так же высаживаются на горизонталь­ но-ковочных машинах (но уже меньшего тоннажа), затем проходят

раскатку, после чего поступают на механическую обработку.

306

Экспериментальный научно-исследовательский институт под­ шипниковой промышленности (ЭНИИП), исследовав фактическое рассеивание отклонений размеров колец № 307/01 после раскатки

«открытым» способом, установил, что фактические допуски на рас­ катанных кольцах не превыша­

особенности за нарушением геометрии канавки ролика.

На точность раскатанных колец несомненно влияет точность от­

штампованных поковок под раскатку. Отклонения размеров по трем основным параметрам колец № 307/01, отштампованных в количе стве 14 шт. от прутка за один нагрев, показало (фиг. 169), что при существующих на 1ГПЗ условиях штамповки только по внутрен­ ним диаметрам поковки укладываются в разрешенные допуски (ли­ нии аб и вг). Остальные параметры (наружный диаметр и высота)

имеют значительные отклонения от чертежа и эти отклонения име­ ют тенденцию увеличиваться с увеличением порядкового номера кольца, снимаемого за один нагрев от прутка. В отличие от обыч­ ных поковок (не проходящих раскатку) в поковках под раскатку

сдвиги фактического поля допусков относительно заданных могут не иметь большого значения. Различные направления этих сдвигов

Таблица 49

Колебания веса заготовочных колец под раскатку при изменении наружного и внутреннего диаметров и в зависимости от размерных допусков

в верхнюю сторону и в нижнюю сторону (сплошные линии) для одного и того же размера в конечном счете могут привести к незна­

чительному отклонению объема (веса) поковки. После замеров от­ штампованных поковок от четырех прутков (№ 1, 2, 3, 4) было про­ изведено контрольное взвешивание в том же порядке, в каком про­

изводились замеры, т. е. с сохранением порядковых номеров сни­ маемых с каждого прутка поковок. Результаты взвешивания, отра­ жающие действительное рассеивание (объемное рассеивание) по­ ковок перед раскаткой, показаны на фиг. 170.

Таким образом, фактическое рассеивание веса поковок уклады­ вается в заданные пределы весовых допусков, кроме прутка № 4.

При определении размеров и веса заготовок под раскатку необ­

ходимо учитывать (применительно к кольцу № 307/01) следующие

— 12% от среднего веса. При раскатке поковки, имеющей минималь­ ный вес, может получиться кольцо с максимальным наружным диаметром (/)„), тогда на припуск по внутреннему диаметру (Z)gH) металла не хватит. Поэтому нижняя граница расчетного веса долж-

на быть поднята с 398 до 415 г, т. е. допуск на вес уменьшен на —

3

за счет сужения поля рассеивания веса. Заданное поле весового до­ пуска может быть сужено даже в 2 раза против расчетного, тем

308

более что и в эти пределы фактические веса поковок могут вполне уложиться (см. фиг. 170). Таким образом, и в поковках под рас­ катку имеются все возможности получить точность более высокую,

группы и разной высоте в зависимости от высоты и веса каждого типоразмера раскатанного кольца. Как следует из табл. 49, умень­

и точнее форма раскатанных колец. Увеличение процента обжатш требует увеличения машинного времени, что определяет окончание раскатки при более низких температурах, что в свою очередь благо­ приятно влияет на чистоту поверхности и микроструктуру металла кольца.

309

С другой стороны уменьшение размеров заготовки под раскат­ ку свыше установленных пределов нежелательно, так как с умень­ шением диаметра заготовки (при неизменных высоте и весе) уве­

личивается толщина ее стенки и возникает необходимость в увели­ чении числа переходов при штамповке, что ведет к снижению про­

изводительности горизонтально-ковочной машины. Кроме того, уменьшение внутреннего диаметра заготовки практически ограни­ чивается наружным диаметром центрального ролика, который дол­ жен свободно входить в отверстие заготовки, имея в соответствии со своими размерами достаточную прочность.

Таким образом, при определении размеров заготовки под рас­ катку указанные соображения должны быть приняты во внимание. Размеры заготовок, указанные в табл. 49, учитывают эти сообра­ жения и считаются нормализованными.

После раскатки практически все кольца в той или иной мере овальны. Открытый способ раскатки дает большую овальность ко­ лец по сравнению с закрытым. Овальность должна укладываться в пределы заданных по чертежу допусков, не оказывая влияния на величину припусков. Как правило, после отжига овальность колец увеличивается. Произведенные на 1 ГПЗ замеры 216 раскатанных колец показали, что если до отжига овальность колец не превыша­ ла 0,6 мм, то после отжига 100 колец (46%) стало иметь овальность выше 0,6 мм, а у некоторых колец она достигала 2 мм. Образова­ ние овальности и искажение формы тонкостенных заготовок про­ исходит в процессе нагрева при отжиге вследствие отсутствия по

некоторым направлениям свободы теплового расширения и глав­ ным образом по направлениям, перпендикулярным оси кольца.

Лучшим средством предупреждения образования овальности при отжиге является правильная загрузка заготовок в доброкачествен­ ные горшки: правильная набивка свободных пространств горшка мелкими кольцами, укладка в определенном порядке (а не навалом), наблюдение за сохранением ровной поверхности

доньев и др.

Схемы раскатки кольцевых поковок различных конструктивных форм представлены на фиг. 171.

Размеры рабочего профиля инструмента для раскаточных ма­

шин типа МГР назначаются с учетом температурной усадки заго­ товок, равной 1,3%. Высота раскатываемых поковок ограничивает­ ся бортами нажимного валика (бандажа).

Сменными рабочими деталями, осуществляющими деформиро­ вание заготовки в процессе раскатки, являются бандаж и раскат­ ной валик. Для каждой схемы раскатки существует своя методика

определения размеров бандажа и раскатного ролика.

Для наладки раскатки поковок применяется контрольная поков­ ка с точным (в пределах допуска) заданным наружным диаметром. Поковка надевается на раскатной валик, а бандаж опускается до соприкосновения с поковкой, и контрольный, и упорный ролики под­ водятся так, чтобы касались поковки. После закрепления роликов

контрольная поковка снимается и производится пробная раскатка

310