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

ность получить большие обжатия за один проход, и, кроме того, конструкция узла рабочих валков получается более простой. Од­ нако расход энергии при прокатке дисковыми валками в 1,5—2 ра­

за больше, чем при прокатке коническими валками.

Нагрев заготовок для прокатки на стане ЦКБММ-15 произво­ дится в индукторе.

Установлено, что в процессе поперечной прокатки пластичность металла прокатанных заготовок повышается, а равно увеличивает­ ся показатель ударной вязкости и предел усталости. Это важно,

Фиг. 176. Схемы поперечной прокатки коническими а и дисковыми б валками.

особенно для деталей машин, работающих на динамическую на­ грузку и кручение.

Из опыта прокатки полуосей для автомашин ЗИМ-12 и «Моск­ вич» можно сделать вывод, что отклонения в размерах заготовок колеблются в пределах 0,3—0,5 мм. Дальнейшее повышение раз­ мерной и конфигурационной точности прокатанных заготовок воз­

можно за счет устранения погрешностей построения профиля и из­ готовления копировальной линейки, устранения погрешностей,

определяемых конструкцией стана и точностью настройки.

Указанная точность размеров прокатанных заготовок состав­

ляет не более 1,5% по диаметру и не более 1—1,5 мм по длине за­ готовки, что обусловливает заметное снижение припусков на меха­ ническую обработку деталей. На опыте Московского завода мало­ литражных автомобилей установлено также, что при переходе к изготовлению поковок типа тел вращения из поперечного проката

сокращение металла достигает 12—25%. Сокращение расхода ме­ талла складывается из двух частей: некоторого уменьшения объе­ ма металла, идущего в заусенец (ввиду более равномерного его рас­

пределения по периметру поковки), и уменьшения допусков при штамповке, обусловленного также равномерным распределением

металла при заполнении фигуры окончательного ручья штампа. Отмечено, что в случае, когда изготовленная поперечной прокат­

кой заготовка не проходит штамповки, вес ее в большинстве случа­ ев меньше веса штампованной поковки, полученной из продольного проката. Так, например, заготовка рычага переключения передач имеет вес: штампованная — 0,215 кг, а прокатанная — 0,183 кг;

заготовка нижней петли передней двери на кузове — соответст­

венно 0,55 кг и 0,433 кг. Уменьшается также и вес заготовки, полу­ ченной поперечной прокаткой, по сравнению с весом заготовки, по­ лученной продольной прокаткой с последующей штамповкой: по

распределительному валу с 6,15 до 5,0 кг; по реактивному рычагу передней подвески с 1,71 до 1,24 кг; по головке поперечной рулевой тяги с 0,483 до 0,358 кг.

Еще более высока эффективность снижения расхода металла при переходе на заготовку поперечного периодического проката

при изготовлении валов электродвигателей. Так, снижение на 1 шт. составляет: по электродвигателю МТ-61-10 с 136,5 до 88,6 кг;

ЦК-ЮЗ-105 с 134,5 до 100,8 кг; ДК-8А с 157,5 до 112,0 кг; МП-52 с 110,8 до 75,3 кг.

На Коломенском машиностроительном заводе освоено изготов­ ление методом поперечной периодической прокатки шпинделей пря­ дильных веретен, производство которых является массовым. По сравнению с токарной обработкой этот метод позволяет сократить расход металла с 248 до 180 г на 1 шпиндель и снизить себестои­

мость соответственно с 2 р. 43 к. до 2 р. 05 к.

В1949 г. на Московском заводе «Серп и молот» был изготовлен

иосвоен стан для поперечной прокатки шаров для размольных мель­

ниц, а в 1950 г. на стане конструкции ЦКБММ ЦНИИТМАШ была освоена на 1ГПЗ горячая прокатка заготовок для шаров подшипни­ ков качения.

Принципиальная схема поперечно-винтовой прокатки шаров по­ казана на фиг. 177. Пруток задается между двумя вращающимися

валками и по мере продвижения по калибру происходит последова­ тельное его формоизменение и отделение швов. Стан состоит из ра­ бочей клети, универсальных шпинделей, шестеренной клети, редук­ тора и электродвигателя. Два рабочих валка расположены в одной горизонтальной плоскости. Удержание заготовки на уровне оси про­ катки осуществляется проводками, выполненными в виде ножей.

322

Валки имеют регулировку как в горизонтальной плоскости, так и по оси прокатки. Правильная геометрия прокатываемой заготовки обеспечивается наклоном осей валков под углом друг к другу. Сов­

1—2 мм меньше диаметра шара. Калиброванный металл берется не по соображениям обеспечения размерной точности шаров, а из-за повышенного требования к качеству металла, в особенности в от-

ЗлектрсМигатель Н=32кйт; п=700+1200 об/мин

Фиг. 177. Схема стана поперечной прокатки конструкции ЦКБММ ЦНИИТМАШ

ношении чистоты его поверхности. Перед прокаткой пруток нагре­ вается до температуры 850° и по желобу подается к валкам, кото­ рые автоматически захватывают его и подают дальше. Процесс прокатки шаров состоит из двух выполняемых одновременно опера­ ций: формовки гирлянды шаров и отрезки перемычки для отделе­ ния шаров. После прокатки шары проходят галтовку в барабанах

для удаления остатков (следов) перемычки. Затем они проходят

тот же цикл термической и механической обработки, что и штампо­

ванные (высаженные) шары.

Проведенными экспериментальными работами на заводе по прокатке шаров при температуре 660—710° С подтверждается воз­ можность качественной прокатки шаров без последующего отжига

сто калиброванного), что повлечет уменьшение стоимости исходного материала почти в 1,5 раза.

Для получения правильной геометрической формы шара без плен и накатов калибр валка конструируется так, чтобы в процессе де-

формации заготовки сохранялись два основных условия: постоян­ ство объема металла в каждом витке калибра и постоянство со­ прикосновения между деформируемым металлом и валком по всему периметру калибра. Для соблюдения этих условий винтовой калибр ■выполняется в виде спирали с переменным шагом нарезки. Про­ филь по всей длине калибра образуется сферой с радиусом, равным радиусу прокатываемого шара.

Прокатанный шар по сравнению со штампованным имеет

геометрически более правильную форму, не имеет остатков облоя, что создает возможность уменьшения припусков под механи­ ческую обработку и устраняет операцию обрезки облоя. За каждый оборот валков прокатывается один шар. Таким образом, производи­

тельность стана определяется числом оборотов его прокатных валков.

При опытно-производственной эксплуатации стана на 1ГПЗ в 1951 г., когда программа обеспечивала пропускную способность стана всего лишь на 25 — 30%, было достигнуто снижение трудо­ емкости при переходе со штамповки на прокатку на 33%. В настоя­ щее время, после пуска в эксплуатацию индукционных нагревате­ лей, производительность прокатки увеличилась в 2—2,5 раза. Особенно большой эффект достигается при прокатке шаров диа­ метром свыше 13/в", которые раньше штамповались на молотах из штучной заготовки и затем обтачивались на токарных станках. Уменьшается и расход металла. Так, например, при изготовлении шаров диаметром I7/16" штамповкой с последующей токарной

обработкой расход металла составлял 429 г на один шар, при переходе на прокатку расход металла сократился до 254 г или на 40%. При замене процесса горячей высадки шаров диаметром от Р/16 до 13/в" прокаткой достигнуто увеличение коэффициента ис­ пользования металла с 0,75 до 0,79.

В настоящее время исследуется процесс получения бочкообраз­

ных роликов диаметром больше 35 мм методом поперечно-винто­ вой прокатки. Сейчас такие ролики изготовляются на токарных

автоматах из прутка с большими потерями металла в стружку и

относительно небольшой производительностью. Если при токарной обточке из прутка ролика диаметром 42 мм расход металла со­ ставляет 525 г, то при поперечной прокатке расход металла сни­ жается до 450 г и соответственно снижается трудоемкость механи­ ческой обработки.

Прокатка подшипниковых колец. На I-om Государственном под­ шипниковом заводе освоен процесс поперечно-винтовой прокатки профилированных труб с последующей разрезкой их на кольца подшипников качения [11]. Профилированная труба (фиг. 178) представляет собой гирлянду колец, соединенных тонкими пере­ мычками. Принципиальная схема ковки-прокатки профилирован­ ных труб для колец подшипников качения показана на фиг. 179. Исходной заготовкой для прокатки служит гладкая цилиндриче­ ская труба, насаженная на оправку. Труба обрабатывается между

тремя валками, на бочке которых нарезаны винтовые калибры. Для

324

(допуски) на 50% жестче. Производительность стана в 10—15 раз больше производительности горизонтально-ковочных -машин на

высадке колец. По нормам 1ГПЗ при изготовлении горячей высад­

кой одного внутреннего кольца расход металла составляет 1150 г,

а коэффициент использования металла 0,356; при изготовлении это­ го кольца из прокатанной профилированной трубы расход металла сокращается до 749 г с повышением коэффициента использования до 0,5.

Вытяжка методом поперечной прокатки. Известно, что одним из

недостатков изготовления поковок типа пустотелых стаканов яв­ ляется разностенность, обусловливающая большие припуски под механическую обработку. Так, прн штамповке пустотелых стаканов на гидравлических штамповочных прессах в зави­ симости от наружного и внут­ реннего диаметров стакана и его длины разностенность до­

стигает от 3 до 10 мм, а при­ пуски на сторону по наружно­

му диаметру соответственно от

4 до 12 ЖЛ1. Для повышения точности таких поковок при­ меняется метод вытяжки на станах косой поперечной про­

катки предварительно прошитых заготовок на гидропрес­ сах или горизонтально-ковочных машинах. Схема косой про­ катки показана на фиг. 180. Прошитая заготовка б надевается на оправку а, которая автоматически подает ее вперед по стрелке А во

входной конус, образуемый наклоном передней части валков в к оси прокатки. Наибольшую нагрузку при прокатке-вытяжке несет

II часть валков, наиболее короткая, с наклоном стенок к оси вал­

ка 50°. Наконец, III часть валков с наклоном стенок 30—50° выпол­ няет функции выходного конуса, отделывающего под размер вы­ тянутое изделие. Изменение угла наклона валков к оси прокатки достигается изменением входного и выходного конусов. Диаметр валков подбирается по диаметру вытягиваемого изделия. Количе­ ство валков — три. При изменении углов наклона валков изме­ няются углы входного и выходного конусов калибра между валка­ ми. Скорость прокатки применяется от 0,14 до 0,34 м/сек при коэффициенте вытяжки 1,7—3,3. Наличие перегиба (горба) во II части валков хорошо центрирует положение заготовки и валков при проходе оправки в стане. Стан приводится в движение от электро­ двигателя через редуктор. Изменение расстояния между валками достигается с помощью муфт на обоих концах валков, позволяю­

щих менять угол между валками. Вытяжка-прокатка почти в три

раза уменьшает разностенность, а соответственно, и припуски под механическую обработку (против протяжки в кольцах на прессах). Более равномерное обжатие стаканов при прокатке-вытяжке обес­

326

печивает сокращение расхода металла до 20% с соответствующим уменьшением объема механической обработки стаканов.

Для вытяжки-прокатки стаканов диаметром 75 мм используют­ ся валки диаметром 240 мм, а для стаканов диаметром 85 мм —■ валки диаметром 470 мм. Производительность стана для указан­

ных размеров составляет до 300 шт. в час.

ОБКАТКА С УТОНЕНИЕМ (СПИННИНГОВАНИЕ)

В технологии изготовления точных поковок конической и ци­

линдрической формы заслуживает внимания процесс обкатки ме-

T, — t since

Фиг. 181. Схема формообразования конической детали способом обкатки (спиннингования):

/ — конус в процессе обкатки; 2—вращающаяся оправка; 3—пе­ редняя • бабка давильно-обкатного станка; 4—вращающийся центр задней бабки станка; 5 — формующий ролик; 6—готовая деталь; 7—круглая плоская заготовка.

таллической заготовки роликом. Схема обкатки детали конической

формы показана на фиг. 181. В процессе спиннингования диаметр заготовки в точности соответствует диаметру получаемого изделия. Спиннингование не требует нагрева заготовки. Металл выжимает­ ся закаленными роликами, создающими удельное давление до

280 к,Г]мм2. В процессе пластической деформации металл переме­ щается только в горизонтальном направлении. Процесс спиннин­ гования представляет собой комбинацию давильной операции и хо­ лодной прокатки.

Спиннингованием могут быть получены изделия четырех конст­ руктивных форм: конические, детали с криволинейными образую­ щими, полусферические и эллиптические детали, прямостенные

трубы.

327

Важнейшим преимуществом процесса спиннингования является

возможность получения высокой точности изделий, а именно:

Достигаемая чистота поверхности 0,15—0,20 мк не уступает чис­ тоте поверхности после шлифования. Во многих случаях процесс спиннингования исключает необходимость в последующей механи­ ческой обработке, включая и отделочные операции.

Материалом изделий, изготовляемых спиннингованием, могут быть: нержавеющая сталь при толщине заготовки до 16 мм, алюми­ ниевые и медные сплавы при толщине заготовки до 38 мм, углеро­ дистые, молибденовые и другие стали.

В отличие от операции горячей или листовой штамповки (вы­ тяжки) процесс спиннингования является наиболее выгодным, в особенности в условиях мелкосерийного производства, ввиду не­ значительной стоимости обкаточного инструмента. При больших партиях деталей процесс спиннингования не дает преимуществ пе­ ред штамповкой, так как экономия за счет инструмента уравнове­

шивается за счет большой длительности процесса спиннингования.

Наименьшим оптимальным углом при коническом выдавлива­

нии является угол 30°, при котором обеспечивается сокращение тол­ щины заготовки на 75%. Конусы с постепенно уменьшающейся

толщиной стенки и конусы с углом при вершине меньше 30° тре­

буют применения фасонной заготовки (фиг. 182). Фасонные заго­ товки для спиннингования могут быть получены литьем, горячей штамповкой, резанием, вытяжкой или обкаткой на другой оправке.

52R

Предварительно откованная и обточенная короткая фасонная заготовка, как показано на фиг. 183, была применена при изготов­

лении спи!ннингован.ием за две операции (на двух оправках) поло­ го вала турбины. Указанный вал раньше изготовлялся обточкой из поковки с большим отходом металла и большой трудоемкостью.

Несмотря на значительное утонение и формоизменение, вторая опе­ рация производится без предварительного отжига.

Чтобы избежать уменьшения толщины стенки более чем на 75%, а также для образования углов меньше 30° применяют заготовки

чашеобразной формы (фиг. 184).

Угол чаши-заготовки Р определяется следующим образом.

Как видно из фиг. 184

sin р ?i

329

г1-0,70 ’

Утолщения и фланцы на обкатываемых заготовках можно по­ лучить, регулируя с помощью следящего устройства скорость по­

дачи роликов.

Фиг. 185. Крышка картера, имеющая криволинейную образующую и посте­ пенно уменьшающуюся толщину стенки (на выносках приведены расчеты толщины стенки в различных местах сечения):

ti — t sinan = /sin aa).

Для получения изделий, имеющих криволинейную поверхность формообразующей, используется следящее устройство, управляю­ щее обоими движениями суппортов. Из простой плоской заготовки можно получить изделие с постепенно уменьшающейся толщиной стенок (фиг. 185).

Многие из полых изделий конической и цилиндрической формы, ранее изготовлявшиеся на металлорежущих станках, теперь с большим экономическим эффектом переведены на спиннингование. Так, например, одна из деталей, весившая в чистом виде 23 кг,

раньше изготовлялась из поковки весом 168 кг, в настоящее время эта деталь переведена на спиннингование с помощью роликов, из плоской заготовки весом всего лишь 30 кг. Таким образом, Км.х повышен с 0,14 до 0,77 или в 5,5 раза.

Примером применения процесса спиннингования с утонением стенки может служить изготовление кожуха компрессора из не­ ржавеющей стали (фиг. 186) с внутренним диаметром 690 мм. Заготовкой служит сваренный в стык цилиндр длиной 185 мм, с внутренним диаметром 710 мм и толщиной стенки 5,2 мм. Последо­ вательность переходов при спиннинговании кожуха компрессора такова.

330