книги из ГПНТБ / Шнейдер, Юрий Григорьевич. Холодная бесштамповая обработка точных деталей давлением

вании, а также и при других процессах, связанных с давлением инструмента на металл, объясняется в первую очередь снижением сил трения на контактных поверхностях заготовки и инструмента,

и275 кг!мм2.

Втабл. 3 приведены данные, характеризующие влияние различ­ ных смазок на сопротивление деформации стальных образцов толщи­

ной 0,5 и 0,25 мм при 30-процентном обжатии.

Помимо указанных в таблице смазок, при прокатывании при­ меняются вода, солидол, машинное, веретеннсе, дизельное, паль­ мовое и касторовое масла, мазут и различного состава эмульсии.

Действие смазки наиболее эффективно, когда тончайшая пленка, не стекая и не выдавливаясь, надежно удерживается между валками и прокатываемым металлом, что зависит от величины поверхностного натяжения смазки. Выполнение этих условий определяется наличием свободных жирных кислот в смазке, величиной давления при прока­

тывании и температурой валков. Эти факторы и должны главным

образом приниматься во внимание при выборе смазки.

В табл. 4 приведены характеристики ряда смазок, применяемых при холодном прокатывании стали [10].

Эффективность смазки при холодном прокатывании значительно повышается за счет увеличения вязкости масел под давлением.

Так, исследованиями было установлено, что при давлении

1050 кг/см2 и температуре 38° вязкость минерального масла в 10 раз больше, чем при атмосферном давлении и той же температуре. Вяз­

кость животных жиров и растительных масел также возрастает под давлением, но в меньшей степени — примерно в 2 4-2,5 раза. С повышением температуры, как видно из табл. 4, вязкость большин­

ства смазок резко снижается.

39

Таблица 4

Характеристика смазок, применяемых при холодном прокатывании стали

При выборе смазки необходимо также учитывать ее охлаждающие свойства, особенно при большой скорости прокатывания, когда выделяется значительное количество тепла. В последнее время соче­ тание требований смазки и охлаждения достигается применением водных эмульсий, процентное содержание масла в которых, в зави­ симости от условий прокатывания, составляет от 5 до 15%.

Режим обжатий при холодном прокатывании зависит от химического состава прокатываемого металла, от размера заго­ товки, от степени предварительной нагартовки, от твердости и диа­ метра валков, от величины натяжения полосы, от смазки и от ряда других факторов. При установлении оптимального режима обжатий по пропускам, обеспечивающего высокую производительность и высо­

кое качество проката, необходимо учитывать также допустимую нагрузку на валки и мощность приводных двигателей стана. Таким образом, в связи с большим числом факторов, определяющих режим прокатывания, — в первую очередь число пропусков и величину обжатий по пропускам, необходимо в каждом случае определять эти величины опытным путем с учетом специфики данного производ­ ства. Во всех случаях нужно исходить из следующих основных поло­ жений.

1. В связи с образованием наклепа и повышением твердости

металла после каждого пропуска при холодном прокатывании в пер­ вом пропуске обычно устанавливается максимальное обжатие с постоянным уменьшением его величины; так, при прокатывании полосы молоуглеродистой стали (0,01% С) толщиной 2 мм обжатие

по пропускам составляет 30; 25; 16 и 9%. Возрастающая твердость

40

металла, несмотря на относительное уменьшение обжатия, приводит к почти одинаковой величине давления металла на валки по пропу­ скам.

2. Малопластичные металлы с высокой сопротивляемостью пла­ стической деформации прокатываются с меньшими обжатиями, чем высокопластичные.

3. В целях получения проката (ленты, листа) высокой точности

и чистоты поверхности прокатывание производится с большим

числом пропусков.

4.При прокатывании углеродистой и нержавеющей стали, а также других металлов, с увеличением числа пропусков (т. е. с уменьшением величины частных обжатий) при постоянном суммарном обжатии предел прочности и твердость металла увеличиваются, а удлинение уменьшается.

5.При постоянном суммарном обжатии и малых частных обжа­ тиях, т. е. при прокатывании металла с большой дробностью дефор­

мации, наблюдается большая волокнистость структуры.

6.Применение больших суммарных обжатий не только приводит

кповышению производительности прокатывания, но и способствует образованию равномерного мелкого зерна после термической обра­ ботки. На ряде заводов суммарное обжатие стали при прокатывании

на трехклетьевых непрерывных станах составляет 60 ч-70%,

ана пятиклетьевых достигает 90% и более.

7.Полированная поверхность прокатанной стали сохраняется

тем лучше, чем более мелкозерниста сталь.

8.Применение больших суммарных обжатий обеспечивает лучшее качество металла и в отношении чистоты поверхности, так как мно­

гие поверхностные дефекты устраняются в результате закатыва­ ния.

9.Суммарное обжатие оказывает решающее влияние на механи­

ческие свойства прокатанной нагартованной стали. Так, в зависи­ мости от условий и режима прокатывания низкоуглеродистая сталь

(0,12% С) может иметь предел прочности от 34 до 80 кг!мм2, удли­ нение от 30 до 2%. В качестве примера можно привести режимы прокатывания различных металлов, применяемые в производствен­ ных условиях, и предельные суммарные обжатия, характеризующие

возможности этого процесса.

Подкат из сталей марок 40—45 толщиной 1,45 мм при ширине 730 мм прокатывается на лист толщиной 1 мм (суммарное обжатие 31%) за 8 пропусков, а при ширине 1020 мм — за 10 про­

и ленты.

41

Прокатывание сплавов типа пермаллой после термической обработки может производиться с суммарным обжатием, равным70%.

Прокатывание низколегированной стали марки НЛ2 из подката толщиной 3,5 мм на трехклетьевом стане может произво­ диться до толщины 2 мм с обжатиями, равными 0,9 мм в первой клети, 0,45 мм — во второй и 0,015 мм — в третьей.

Режим прокатывания кремнистой стали (полоса толщиной 2,5 мм, шириной 600 мм) таков: первый пропуск — обжа­ тие в первой клети 48 ч- 40 %, во второй — 33 ч- 30% ив третьей —

19 ч- 3%; второй пропуск — обжатие впервой клети 23,5 ч- 29,5%,

во второй — 11ч15% и в третьей — 6 ч- 10%.

Суммарное обжатие между термической обработкой для н е-

ржавеющих сталей обычно принимается равным 40 ч-50%.

Прокатывание ленты толщиной более 0,5 мм при ширине 400 мм с суммарным обжатием 40 ч50% производится за 5 ч- 6 пропусков. Так, на одном из заводов на четырехвалковом стане холодного про­ катывания (диаметр рабочих валков 275 мм и опорных валков 700 мм, мощность двигателя 88 кет) принят следующий режим про­

катывания рулонов шириной 400 мм из нержавеющей стали марок 1Х18Н9, 2Х18Н9 и 1Х18Н9Т: при исходной толщине 1,20 мм

и конечной толщине 0,78 мм (суммарное обжатие 35%) число обжатий 4 ч- 5, а при исходной толщине 0,45 мм и конечной толщине 0,28 мм

(суммарное обжатие 37,5%) —■ 5 ч- 7.

Никельалюминиевая сталь из подката толщиной

2,5 мм может быть прокатана на ленту толщиной 1,5 мм без проме­ жуточной термической обработки (суммарное обжатие 40%) и на ленту толщиной 0,5 мм с двумя промежуточными термообработками по схеме: 2,5 — 2,25 — 2,05 — 1,89 — 1,70 — 1,65 — 1,57 — 1,53— 1,50 мм.

Экспериментальное испытание холодного прокатывания спла­ вов на основе титанамарок ВТ1Д и ВТ5Д [92] на стане 300 со скоростью 0,4 м!сек показало следующее:

1)в процессе прокатывания нагрев образцов достигает 70°;

2)с увеличением степени деформации до 60% при прокатывании сплава ВТ1Д предел прочности повышается с 80 до 97 кг!мм2, удли­ нение падает с 15 до 5%, угол загиба уменьшается с 80 до 21°;

3)с увеличением степени деформации до 35% при прокатывании сплава ВТ5Д предел прочности повышается с 83 до 106 кг!мм2, удли­ нение падает с 14 до 6%, угол загиба уменьшается с 33 до 4°;

4)рекомендуемая степень деформации при прокатывании спла­ вов ВТ1Д — 40 ч- 50%, ВТ5Д —20 ч- 25%;

5)холодное прокатывание целесообразно вести с подогревом листов и валков до 200 ч-250°, так как в этом случае предел прочно­

сти несколько снижается, а удлинение возрастает в 1,5 раза.

Прокатные станы разделяются на станы, работающие по принципу прокатывания, и станы, работающие по принципу про­ катывания-волочения.

Установ второй группы рабочие валки не имеют привода, лента протягивается через стан с помощью моталок, создающих одновре-

42

менно и натяжение ленты. По числу валков станы разделяются на двухвалковые, четырехвалковые и многовалковые, а по прин­ ципу подачи заготовок — на реверсивные и непрерывные. Наиболее

часто используются одноклетьевые реверсивные станы и непрерыв­ ные станы из трех и пяти клетей.

Современные одноклетьевые станы холодного прокатывания с передней и задней стороны снабжены моталками, обеспечивающими

переднее и заднее натяжение прокатываемой полосы, благодаря чему уменьшается давление металла на валки, достигается большая вели­ чина обжатия, повышается точность прокатывания и частично пре­ дотвращаются такие де­ фекты как коробоватость листов и волни­ стость боковых кромок.

Скорость прокаты­ вания в некоторых ста­ нах достигает свыше

30м/сек.

Классификация, ха­

ление таких устройств обусловлено также ограниченностью сорта­ мента на профильный прокат, в результате чего многие детали слож­ ного профиля приходится изготовлять на металлорежущих станках,

что непроизводительно и связано с большим отходом металла. Особые трудности возникают при изготовлении тонких деталей пластинчатого типа и деталей малого сечения сложного профиля.

Применение в этих случаях холодного прокатывания даже в усло­ виях мелко- и среднесерийного производства оказывается вполне

целесообразным. Задача осуществления прокатывания в этих слу­

небольшой мощности или металлообрабатывающие станки. При­ мерами таких несложных устройств для холодного прокатывания

могут служить волочильно-прокатный станок, показанный на фиг. 12,

и прокатное устройство к токарному станку для прокатывания про­

фильных прутков и полос (фиг. 13).

43

Приспособление к токарному станку представляет собой малога­

баритный двухвалковый прокатный стан, состоящий из механизма

Фиг. 14. Профильные детали, получаемые прокатыванием в приспособлении к токарному станку.

Прокатывание производится при обильной смазке верхних валков маслом из резервуара 2, подводимым к ручьям валков через трубки 3.

Для предотвращения заклинивания между валками прокаты­ ваемой заготовки на задней стороне приспособления установлен

44

прокатывания и числом проходов. В большинстве случаев исход­ ной заготовкой служит пруток цилиндрического сечения.

В качестве примера на фиг. 14 приведены эскизы деталей, обраба­

тываемых прокатыванием в описанном приспособлении.

Допуски на размеры (3 -н 4-й класс точности), надежно выдер­ живаемые при прокатывании, характеризуют этот процесс в отно­

в пяти ручьях. Пятый ручей — калибрующий. Возможность смены валков делает данное приспособление универсальным; эксплуатация его несложна и не требует высококвалифицированного труда. При­ менение прокатывания при изготовлении деталей, показанных на фиг. 14, позволило повысить производительность труда в 15 :- 20

раз по сравнению с многооперационной обработкой на металлорежу­ щих станках.

Способы поперечного прокатывания, осуществляемые по схеме,

до 0,3 л-ш2) для плоских моментных пружин, волосков, различного рода подвесок, проволоки прямоугольного сечения для сопротив­ лений и нагревательных элементов и других деталей механизмов и приборов обычно производят между цилиндрическими валками, как описано в предыдущем разделе.

Необходимые четырех- и пятикратные обжатия достигаются многократными пропусками с промежуточным отжигом и травлением прокатываемой проволоки.

Многократное прокатывание обусловлено недостаточной проч­ ностью цилиндрических валков, испытывающих огромные удельные давления при больших обжатиях тонкой проволоки с одного про­

пуска. Вследствие многократного прокатывания затрудняется полу­ чение равномерной по толщине ленты, так как в этом случае особо сказывается влияние неточности установки валков и дефектов их рабочих поверхностей (канавок, вмятин, царапин и т. п.).

Неравномерность лент по толщине при многократном прокаты­ вании между цилиндрическими валками характеризуется откло­ нениями +3 -г- 5 мк, что не удовлетворяет требованиям, предъяв­ ляемым к ленте, идущей на изготовление точных моментных пружин, растяжек и других ответственных деталей приборов и механизмов. Кроме того, способ прокатывания тонких лент между цилиндриче­

скими валками вследствие необходимости осуществления большого числа пропусков и промежуточных отжигов ленты малопроизво­ дителен и сопряжен с быстрым износом даже твердосплавных валков.

45

Более совершенным и высокопроизводительным является Способ

Кинематическая схема такого шарикового стана показана на фиг. 15.

Принцип действия стана таков.

От электродвигателя 1 через шестеренчатый редуктор 2 вращение передается ролику 4 и посредством шестерен 8, 9 и 10 — ролику 5.

От ролика 5 через шестерни 9, 11 и 12 получает вращение ролик 18 и далее — через шестерни 14 и 13 — ролик 17. Между парой ниж-

Фиг. 15. Кинематическая схема шарикового стана для прока­ тывания тонких лент.

них роликов 4 и 5 расположен шарик 6, а между верхними роликами 17

и 18 — второй шарик 7. Продольное перемещение шариков вдоль оси роликов ограничивается с каждой стороны специальными упо­

рами, установленными в обойме. Нижняя пара роликов с шариком 6 установлена в корпусе стана, а верхняя пара с шариком 7 — в шар­ нирно закрепленном в корпусе откидном рычаге, который с опре­ деленным усилием прижимает шарик 7 к шарику 6.

При вращении роликов, шарики, прижимаемые один к другому,

начинают вращаться, увлекают проволоку 16, сматывающуюся с катушки 15, и прокатывают ее, обжимая до требуемого сечения.

Прокатанная лента наматывается на катушку 3. На каждом шарике сделана плоская лыска, которой он прижимается к одному из боко­ вых упоров; этим обеспечивается вращение шариков вокруг постоян­ ной оси, что способствует повышению точности прокатки.

На фиг. 16 представлен общий вид шарикового стана, где 1 —

шестерни привода; 2 — нижние валки; 3 — нижний шарик; 4 —

верхние валки; 5 — верхний шарик; 6 — откидной рычаг; 7 — регу­ лировочный винт; 8 — катушка; 9 — прокатываемая проволока;

1 Конструкция шарикового стана разработана инж И. И. Маянским.

46

10 — очиститель; 11 — суппортная каретка; Г2 — барабан. На чер­ теже не показаны имеющиеся в стане последней усовершенствованной

конструкции специальный фрикционный механизм, обеспечиваю­ щий постоянное натяжение проволоки до ее попадания между шари­

ками и устройство с регулируемым грузом, создающим натяг ленты по выходе ее из шариков. Натяжение проволоки и прокатанной

ленты способствует повышению точности прокатывания. Давление при этом регулируется следующим образом. Шарнирно закреплен­ ный в корпусе рычаг 6, в левой части которого расположены верх-

Фиг. 16. Общий вид шарикового стана.

ние валки 4 и шарик 5, в рабочем положении (изображено на фигуре) устанавливается так, что имеющийся на конце его фиксатор со сфе­ рической головкой входит в сферический подпятник, установленный в основании стана, чем достигается строгая фиксация взаимораспо­ ложения шариков 3 и 5. Посредством шарнирно закрепленного

ляет с большой точностью регулировать положение проволоки относительно шариков в вертикальной и горизонтальной пло­ скостях.

Промывка ленты от смазки и пыли осуществляется в процессе прокатки.

С целью облегчения дальнейшей навивки ленты в пружины на специальных полуавтоматах предусмотрено прокатывание лент строго определенной длины.

47

Технико-экономические характеристики описанных шариковых

прокатных станов таковы:

1)минимальный диаметр прокатываемой проволоки 20 мк, макси­

мальный — 500 мк',

2)достигаемые обжатия, например, проволоки БРОЦ4-3 за один

пропуск — пятикратные;

3) точность прокатываемой ленты по толщине 0,2-н 1,0 мк на длине 200 -ч- 300 м (точность рассчитана по моменту навиваемых из ленты пружин);

4)скорость прокатывания 5:8 м!мин\

5)стойкость комплекта шариков при прокатывании бронзовой проволоки с пятикратным обжатием за один пропуск — 20 -н 25 час.;

6)повышение прочности на разрыв ленты, прокатанной между шариками, по сравнению с прокатанной между цилиндрическими валками, на 25-?- 30%.

Возможность осуществления столь больших по величине обжа­

тий за один пропуск между шари'ками по сравнению с прокаты­ ванием между валками может быть объяснена в первую очередь лучшими условиями пластического деформирования металла шари­

ками. Трение между обрабатываемым металлом и шариками в направ­ лении, перпендикулярном движению проволоки, значительно меньше, чем трение между прокатываемым металлом и цилиндрическими вал­ ками. Расплющиваемый шариками металл проволоки как бы сво­

бодно обтекает их в обе стороны от места контакта. Получающееся в этом случае некоторое отклонение сечения проволоки от прямо­ угольного (вогнутость по ширине и закругление на боковых сторо­

нах) столь незначительно по абсолютной величине, что практически может не учитываться. Так, при прокатывании проволоки сечением

0,2 мм2 до сечения 0,09 мм2 между шариками диаметром 15 мм стрела прогиба (вогнутость по ширине) не превышает нескольких

сотых миллиметра. Достоинствами нового метода прокатывания

25 Fe; удельный вес 8,27 г/см3-, удельное электрическое сопротивле­

ние о = 1,10 ом.мм21мк-, предельная температура 1000° С; исход­ ный диаметр проволоки 0,5 мм\ диаметр шариков 15 мм.

В первую очередь исследовалась зависимость степени обжатия от давления на шарики как основного фактора режима прокатыва­ ния, а также, влияние степени пластического деформирования нихро­

1 Исследование проведено на кафедре технологии металлов ЛИАП. В работе принимали участие А. М. Боярина, А. Е. Оборонно, Р. И. Шилейко, А. А. Ростов­ ский и В. А. Радзевич.

48