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

Давление при прокатывании изменялось в пределах от 5 до 180 кг.

Для выявления стабильности процесса были проведены две серии опытов; в первой давление изменялось от минимального к максималь­ ному, во второй — от максимального к минимальному.

Величина поперечного сечения прокатанной ленты первоначаль­

но определялась двумя способами: 1) расчетом по приближенной формуле; 2) по весу ленты определенной длины, замеренному с боль­ шой точностью на аналитических

весах.

Второй способ оказался более точным и был принят как основной

для всех последующих расчетов. На фиг. 17 показан график зависимости величины обжатия,

характеризуемого изменением сече­ ния прокатываемой ленты, от вели­ чины давления на шарики (при постоянном исходном диаметре проволоки). Эта зависимость

что характеризует стабильность процесса.

При максимальном в испытаниях давлении на шарики, равном 200 кг (это давление далеко не предельное), обжатие за один пропуск составляло 56%.

Результаты испытаний на прочность при многократном перегибе (угол перегиба 70°) нихромовой ленты, прокатанной с различной

Исследование микрогеометрии поверхности прокатанной ленты

выявило наличие микронеровностей, располагающихся в направ­

ний Нкр — 0,5 -4- 1,0 мк. Основные выводы исследования сводятся

кследующему.

1.Прокатывание тонких лент между шариками дает большую точность и производительность, чем прокатывание между цилиндри­

ческими валками. За один пропуск обжатия нихромовой проволоки могут составлять свыше 50%.

2.Основным фактором режима прокатывания является величина

давления на шарики. При прокатывании лент с точными размерами величина давления должна устанавливаться с точностью в пределах

0,25 кг.

3.С увеличением степени обжатия при прокатывании нихромовой

проволоки и с уменьшением сечения прокатанной ленты прочность ленты на перегиб возрастает: при малых степенях обжатия незначи­ тельно, а начиная с полутора-двукратных обжатий — в 3-: 4 раза.

4.Микрогеометрия поверхностей ленты, контактирующих с шари­ ками, определяется состоянием и микрогеометрией рабочих поверх­ ностей шариков и находится в пределах 9 -4- 10-го класса чистоты.

6. Волочение профилей в цельных, составных и роликовых волоках

Достоинства безштамповой холодной обработки металлов давле­ нием особенно заметно выявляются при обработке профильных

поверхностей.

В этом отношении характерным является способ волочения профи­ лей, отличающийся высокой производительностью, отсутствием

отхода металла, а также высокой точностью и качеством обрабаты­ ваемых поверхностей.

Примеры различных профилей, которые могут быть получены волочением, представлены на фиг. 18.

Улучшение прочностных характеристик обработанного воло­ чением металла (пределы прочности, текучести, упругости) и повы­ шение поверхностной твердости в результате холодного наклепа позволяют в ряде случаев исключить термообработку, повысить износоустойчивость деталей или заменить высококачественные доро­ гостоящие металлы менее качественными.

График на фиг. 19 иллюстрирует изменение предела прочности

медной проволоки в зависимости от степени деформации при волоче­ нии.

Значительное изменение физико-механических свойств металла при волочении должно учитываться конструкторами и технологами.

Так, например, при обжатии волочением прутка из стали 45 с умень­ шением площади сечения прутка на 20%, изменение свойств стали характеризуется следующими примерными цифрами: предел теку­ чести возрастает вдвое, предел прочности увеличивается на 23%, вели­ чина относительного удлинения при разрыве уменьшается на 75%, величина относительного сужения сокращается на 30%, удельное электрическое сопротивление повышается на 40%, коэрцитивная сила возрастает на 120%, растворимость в серной кислоте увеличивается в 1,5 -н 2 раза, коррозийная стойкость уменьшается в 2 раза, уста­ лостная прочность возрастает в 7 4-8 раз [37].

50

Необходимо также учитывать влияние на размеры упругого последействия усадки вследствие остывания после волочения (при волочении прутков и профилей заготовки так же, как и волоки,

могут нагреваться до 150 ~ 200°, а при скоростном волочении — до 600°). Наиболее интенсивно естественное старение происходит

Фиг. 18. Примеры профилей, получаемых волочением.

в течение первых 2 т-5 суток, в результате чего линейные размеры

должного распространения. Детали типа показанных на фиг. 18, не входящие в сортамент профилей, получаемых волочением, на боль­ шинстве заводов изготовляются на металлорежущих станках,

51

несмотря на относительную простоту осуществления процесса воло­

чения в условиях любого машиноили приборостроительного завода, даже при отсутствии специального оборудования — волочильных станов.

Для волочения, помимо фирменных станков и волочильных станков внутризаводского изготовления, могут быть использо­ ваны также горизонтально-протяжные и другие станки, главное движение в которых — поступательное.

Профилирующая Гладкая часть часть

Фиг. 20. Типы волоков: а — цельный; б — составной;

в—■ роликовый.

Взависимости от конструкции применяемого инструмента (во­ лока) различают три способа волочения:

1)через цельные нерегулируемые волоки;

2)через составные регулируемые волоки;

3)через волоки, выполненные в виде свободно вращающихся роликов, расстояние между которыми может регулироваться (плю­ щение).

Цельные нерегулируемые волоки (фиг. 20, а) применяются для волочения прутков простых по форме профилей (круг, квадрат, прямоугольник) и состоят из самого волока 1, изготовляемого чаще

всего из твердого сплава, и обоймы 2. Рабочее отверстие волока соответствующей формы и размера тщательно шлифуется и дово­ дится. Во избежание растрескивания в процессе работы волок запрессовывается в нагретую обойму. При этом способе обработки

относительное обжатие за один пропуск для стальных прутков

и профилей обычно не превышает 30%, а для стальной проволоки —

35 -г- 40%.

Основными недостатками цельных нерегулируемых волоков является сложность, трудоемкость и высокая стоимость их изготов­ ления при относительно малой стойкости.

52

Составные регулируемые волоки (фиг. 20, б) состоят из несколь­

ких твердосплавных вкладышей — плашек 1, установленных

в обойме 2 и перемещаемых относительно друг друга с помощью

регулировочных винтов. Составные волоки могут использоваться для волочения профилей прутков как прямолинейных, так и криво­

линейных очертаний.

Изменение взаиморасположения плашек составных волоков по­ зволяет применять их для волочения прутков однотипных профилей различного размера, а также компенсировать износ плашек, в резуль­

тате чего появляется возможность использовать их до полного износа. Однако общим органическим недостатком волоков обоих типов являются весьма тяжелые условия пластического деформиро­

вания металла, обусловленные значительным трением скольжения

между рабочими поверхностями волока и обрабатываемым металлом.

Именно это в первую очередь определяет низкую стойкость волоков,

снижение производительности за счет необходимости осуществления

многократных пропусков с промежуточной термической обработкой прутков, ухудшение микрогеометрии поверхности заготовок, явление налипания металла прутка на волоки и даже разрыв прутков.

Практикой накоплен и освещен в технической литературе доста­ точно большой опыт волочения в цельных и регулируемых волоках.

Наибольший интерес представляет третий способ волочения —плю­

щение между свободно вращающимися на осях роликами, представ­ ляющее как бы промежуточный процесс между прокаткой и волоче­

нием, поскольку в этом случае применяется схема волочения,

но используются, как при прокатке, валки-ролики.

К основным преимуществам такого способа относятся:

1) значительно меньшее трение между рабочими поверхностями

роликов и обрабатываемым металлом, чем при волочении через волоки;

2) наличие трения качения между роликом и прутком, создаю­ щее лучшие условия пластической деформации металла: оно поз­

воляет снизить потребное тяговое усилие, уменьшает износ рабочих

поверхностей роликов и способствует созданию качественного поверх­ ностного слоя обрабатываемого металла;

3) простота и меньшая трудоемкость изготовления роликов по сравнению с изготовлением составных и цельных волоков;

4) повышение производительности по сравнению с волочением

через волоки за счет уменьшения необходимого числа пропусков

(относительное обжатие за один пропуск при волочении несложных профилей может достигать 35 42%);

5) замена одним комплектом роликов большого числа волоков. Профилирование пруткового материала роликами может осуще­

ствляться на волочильных и протяжных станках с использованием двух или четырех роликовых специальных устройств, некоторые конструктивные варианты которых приводятся ниже.

На фиг. 20, в показана схема двухроликового приспособления к волочильному станку, изготовленного в заводских условиях для волочения профильного пруткового материала.

53

Приспособление состоит из обоймы 3, прикрепляемой к стойке волочильного станка, где обычно устанавливаются волоки, двух роликов 5, вращающихся в подшипниках 4, и пластины 2, соединен­ ной с подшипниками верхнего ролика и перемещающейся в верти­ кальной плоскости с помощью винта 1.

Преимущества профилирования роликами в данном приспособ­ лении по сравнению с волочением через волоки видны из сравнения

технологических схем получения прямоугольного профиля из прутка

круглого сечения каждым из способов.

Волочение через волоки стального прутка 0 10 мм для получе­ ния сечения 4X8 осуществляется за четыре перехода: I — на раз­ мер 9x8 мм; II — 8,5 X 7 мм; III — 8x6 мм; IV — 8x4 мм.

В зависимости от марки стали протягиваемого прутка, между пере­

ходами производятся два или три промежуточных отжига с после­

дующим травлением.

При волочении в роликовом приспособлении в качестве заго­ товки принимается пруток диаметром 8 мм, протягиваемый через профилирующую часть роликов (фиг. 20, в), представляющую собой квадрат сечением 6,5 X 6,5 мм.

При первом переходе получается квадрат сечением 6,5 X 6,5 мм со скругленными углами.

Второй переход — волочение между гладкими поверхностями роликов, зазор между которыми устанавливается равным 4,8 мм (пруток протягивается в упор к боковому борту нижнего ролика).

Третий, последний переход — волочение между гладкими поверх­ ностями роликов, зазор между которыми равен 4 мм.

Таким образом, прямоугольный профиль прутка при использо­ вании одной пары роликов получается в три перехода вместо четырех.

Не менее эффективным является профилирование роликами (вместо волоков) прутков сложных профилей — например, профиля

сегментной шпонки.

На фиг. 21, I и II [14] показаны два варианта технологических схем получения профиля прутка для сегментной шпонки в волоках обычного типа. В первом случае — при использовании в качестве подката прутка прямоугольного профиля — профилирование осу­ ществляется в три перехода, во втором случае — при цилиндриче­

ской исходной форме прутка —■ в пять переходов. Использование

же профильных роликов в приспособлении, показанном на фиг. 20, в,

обеспечивает получение данного профиля в три перехода из цилин­

дрического прутка диаметром 14 мм.

На фиг. 22 показано двухроликовое волочильное приспособле­ ние к протяжному станку [15].

Нижний ролик 1 установлен в корпусе 3, верхний ролик 2 — в ползуне 4. Ролики смонтированы на игольчатых подшипниках.

Расстояние между роликами и, соответственно, степень обжатия при каждом пропуске регулируются перемещением ползуна 4 в пазах корпуса.

В табл. 6 приведены различные по форме сечения прутков, обра­ батываемых волочением в описанном роликовом приспособлении,

54

а также размеры и вес исходных заготовок при изготовлении деталей на металлорежущих станках и способом волочения. Как показали сравнительные испытания, усилия, потребные для одинаковых обжа­ тий, при волочении в цельных волоках значительно выше, чем при

волочении в роликах, а при обработке прутков приведенных в табл. 6

профилей (из сталей марок 20 и 45, латуни марки ЛС59 и дуралюмина марки Д1) в 1 н-3 пропуска находится в пределах 600 -ч- 2000 кг.

на фиг. 22, недостаточная жесткость конструкции не позволяет осу­

ществлять волочение с усилиями, превышающими 2000 кг. Примером конструктивного оформления четырехроликового волочильного при­

способления может служить устройство к протяжному станку, пока­

занное на фиг. 23. С помощью четырех болтов 2 приспособление кре­ пится корпусом 1 к фланцу горизонтально-протяжного станка.

В пазах корпуса вмонтированы рамки 3 со сменными роликами 4, вращающимися на игольчатых подшипниках. Сменные ролики путем сближения могут устанавливаться по калибру на требуемый раз­ мер.

Для профилирования прутков квадратного или прямоугольного

профиля применяются ролики с прямолинейной образующей. Схема установки роликов для волочения прутков прямоугольного сечения

показана на фиг. 24, а, а шестигранного — на фиг. 24, б. Во втором

случае два ролика имеют прямолинейные образующие, а два других —

55

профиль, представляющий собой две грани шестигранника с углом при вершине 120°.

При такой схеме волочения точность обработки характеризуется отклонениями + 0,02 мм на длине прутка свыше 2000 мм; чистота поверхности соответствует 8-му классу. Улучшение механических свойств металла характеризуется повышением твердости по сравне­ нию с исходной от НВ = 131 до НВ = 196, т. е. на 50% (для шести­ гранного прутка).

Другая конструкция четырехроликового волочильного приспособ­ ления показана на фиг. 25. В четыре расположенных под углом 90° паза корпуса 1 вставляются державки 3 со свободно вращающимися на осях роликами 4. С помощью винтов 2 по нониусу державки с роли­

необязательно.

57

При волочении прутков сечения, ограниченного прямыми линиями, образующая роликов также прямая. Ширина рабочей площадки В у роликов (фиг. 25) определяется размерами протя­ гиваемого прутка, приведенными в табл. 7.

Во всех случаях, как при волочении на специальных станках, так и при волочении на приспособленных для этого протяжных и других станках, конец протягиваемого прутка должен быть заправ­

лен (путем обжатия или обточки) для зажима в клещах или в зажим­ ных устройствах типа показанного на фиг. 26. Оно состоит из кор­

пуса 6, укрепляемого в ползуне станка, тяги 5, перемещающейся внутри корпуса рукояткой 8, и комплекта зажимных губок 1 с пру­

Фиг. 25. Четырехроликовое приспособление к протяжному станку.

жинами 7. Для надежного захвата конца прутка (заправляемого

на длине 50 ч- 60 мм) рабочие поверхности губок сделаны рифле­ ными. С помощью пальца 3 тяга 5 соединена с губками.

Под действием пружины 4 губки надвигаются на конец прутка

и при перемещении рукоятки 8 влево сжимают его, упираясь наруж­

ными коническими поверхностями во внутреннюю конусную поверх­

ность гайки 2.

Весьма эффективным также является способ получения прутко­ вых заготовок с сечением зубчатого вида волочением в роли­

58