книги из ГПНТБ / Шор Э.Р. Новые процессы прокатки

Часть вторая

ПОПЕРЕЧНАЯ ПРОКАТКА ПРОФИЛЕЙ ПЕРИОДИЧЕСКОГО СЕЧЕНИЯ

Глава I

ПРОКАТКА ПЕРИОДИЧЕСКИХ ПРОФИЛЕЙ КРУГЛОГО

СЕЧЕНИЯ

1. ПРОЦЕСС ПРОКАТКИ ПЕРИОДИЧЕСКИХ ПРОФИЛЕН НА ТРЕХВАЛКОВОМ СТАНЕ

Одним из наиболее экономичных методов уменьшения стои­ мости детали в машиностроении является изготовление ее из та­

кой заготовки, которая обеспечит минимальную обработку на металлорежущих станках. Даже незначительное уменьшение от­ ходов при обработке отдельной заготовки может дать большую экономию металла, снизить себестоимость и увеличить выпуск изделий. В то же время заготовка должна быть Получена про­ изводительным и дешевым способом. Таким способом, наиболее отвечающим этим требованиям, является прокатка, по сравне­ нию с ковкой или же другими существующими в промышлен­ ности технологическими процессами.

Для производства круглых заготовок переменного сечения разработаны новые прогрессивные технологические процессы по­ перечно-винтовой прокаткиКруглые периодические профили сравнительно большой длины прокатывают на трехвалковых ста­ нах, постепенно сближая и раздвигая валки по копиру, в соответ­

ствии с заданным профилем периодического проката. Преимуще­ ством поперечно-винтовой прокатки круглых периодических про­ филей по сравнению с продольной прокаткой таких же профилей

является отсутствие облоя, высокая точность размеров и прямо­

линейность заготовок. Это позволяет резко сократить припуск на дальнейшую механическую обработку деталей. При поперечно­ винтовой прокатке—более универсальном способе, чем продоль­ ная прокатка, перестройка стана с одного профиля на другой осуществляется очень быстро и обычно без смены валков.

В основу процесса поперечно-винтовой прокатки круглых пе­

руководством чл.-корр. АН СССР А. И. Целикова.

196 Поперечная прокатка профилей периодического сечения

жение рабочих валков, симметрично приближая и удаляя их от оси изделия. Таким образом, конфигурация прокатываемого про­ филя определяется режимом работы двигателей нажимного уст­ ройства. Этот режим задается в зависимости от длины выходяще­ го из валков конца заготовки. Изменением режима работы на­ жимных механизмов может быть достигнута прокатка на одном и том же стане и теми же рабочими валками периодических про­ филей различной конфигурации.

Описанная схема представляет собой новый способ прока гки

периодических профилей, имеющий ряд преимуществ по сравне­ нию с другими известными способами периодической прокатки. К этим преимуществам следует отнести возможность прокатки периодических профилей простыми по форме рабочими валками, возможность получать периодический прокат со значительными обжатиями, универсальность стана и инструмента для различно­ го сортамента проката. Описанная схема разрешает проблему

периодической прокатки различных заготовок, имеющих форму тел вращения с переменным диаметром по длине.

Исследования, проведенные во ВНИИМЕТМАШ', позво­ лили создать оригинальную конструкцию опытного стана для поперечно-винтовой прокатки периодических профилей и внед­ рить в промышленность этот новый процесс.

Прокатка периодического профиля на стане производится по схеме, приведенной на рис. 115, а и б.

Три приводных рабочих валка /, вращаясь каждый по часовой

стрелке, прокатывают заготовку 2. Последняя перемещается в осевом направлении. Во время прокатки рабочие валки то приб­ лижаются к оси изделия, то удаляются от нее, вследствие чего

выходящая из валков заготовка получает переменный диаметр

по длине. Оси рабочих валков установлены под небольшим уг­ лом по отношению к оси прокатки, так что окружная скорость на поверхности рабочих валков, соприкасающихся с заготовкой, имеет составляющую, направленную вдоль оси прокатки, подоб­ но тому, как это происходит, например, в прошивных станах тру­ бопрокатных агрегатов.

Режим работы гидравлических нажимных устройств задается

сменной копировальной линейкой с помощью специального следя­ щего устройства. Для того чтобы перейти от прокатки изделия

одного профиля к прокатке изделия другого профиля, достаточно

сменить копировальную линейку.

Заготовка прокатывается при наличии значительного осевого натяжения, без которого поперечно-винтовая прокатка периоди­ ческих профилей сплошного сечения на трехвалковом стане не-

1 А. И. Ц ел и к о в, Е. И. Левин, Г. А. Л и в ш и ц, В. П. А н и с и ф о- ■р б в и И. И. Казанская. Авторские свидетельства № 84905 и 89339.

возможна. Осевое натяжение создается гидравлическим цилинд­ ром через свободно вращающийся зажим, захватывающий перед­ ний конец заготовки. Натяжное устройство перемещает также и копировальную линейку. Величина усилия натяжения, создавае­ мого гидравлическим цилиндром, регулируется так же, как и осевая скорость выхода заготовки из валков.

Прокатка может быть осуществлена дисковыми рабочими вал­ ками (рис. 115, б) или конусными рабочими валками, дающими максимальное обжатие по диаметру 1,5—1,6 (рис. 115, а). Последние имеют ряд технологических преимуществ (допускают обжатие по диаметру до 2, расширяют сортамент профилей, про­ катываемых иа одном и том же счане, позволяют прокатывать изделия малого диаметра, уменьшают в несколько раз крутящий

момент прокатки, обеспечивают наименьшее скольжение по кон-

Рис. 116. Общий вид тре.хвалкового стана периодической прокатки

тактной поверхности металла с валками, но усложняют конструк­ цию привода рабочих валков и схему управления главным двига­ телем стана).

На рис. 116 показан один из трехвалковых станов периодичес­ кой прокатки, на котором осуществлен новый технологический процесс.

На сварной станине установлена рабочая клеть 1, в которой под углом 120° расположены три рабочих валка с короткой боч­ кой. Валки приводятся во вращение шпинделями 3 от шестерен­ ной клети 2. На валу ведущей шестерни шестеренной клети имеет­ ся шкив, связанный клиновидными ремнями со шкивом на валу электродвигателя постоянного тока мощностью 32 кет, с регули­ руемым числом оборотов в пределах 750—1200 об/мин.

Нагретая заготовка задается через проводку 7, проходящую

через полый вал ведущей шестерни шестеренной клети, пропуска­ ется между рабочими валками и закрепляется во вращающемся зажиме подвижного корпуса 4. Последний получает поступатель­

ное перемещение от штока одного из двух гидравлических цилин­ дров осевого натяжения 5 и 6. Цилиндр 5 обеспечивает регулиру­ емое усилие на штоке, а цилиндр 6 осуществляет постоянную скорость выхода проката из валков. Таким образом, применение того или иного цилиндра натяжения позволяет вести прокатку на стане с различными величинами натяжения.

К подвижному корпусу 4 зажима прикреплена копировальная линейка, управляющая через специальное следящее устройство работой гидравлических нажимных механизмов рабочих валков. Рабочие валки, вращаясь, приводят во вращение заготовку и об­ жимают ее. Подвижной корпус зажима, перемещаясь вдоль на­

правляющих, создает нужное усилие натяжения в заготовке и через копировальную линейку управляет положением рабочих валков, благодаря чему получается заданный профиль проката.

Перемещения всех трех рабочих валков относительно оси прокат­ ки строго симметричны, что достигается специальной рычажной системой.

В рабочую клеть стана могут монтироваться рабочие валки двух типов: дисковые и конусные. Конструкция узла подушек дис­ ковых валков обычная; конусные валки имеют более сложные подушки с шестеренной передачей внутри каждой подушки. По­

душки рабочих валков опираются на три гидравлических ци­ линдра, выполняющих функции нажимных механизмов.

Гидравлические цилиндры нажимных механизмов рабочих вал­

ков, цилиндр натяжения заготовки и гидравлические аппараты управления питаются от общей гидросистемы, принципиальная

схема которой показана «а рис. 117.

Управление гидросистемой автоматизировано. Установленное рабочее давление масла поддерживается постоянным. Питание си­

200 Поперечная прокатка профилей периодического сечения

стемы производится масляным лопастным двухцилиндровым на­ сосом.

Трехвалковый стан периодической прокатки, как указывалось выше, предназначен для получения изделий, имеющих форму тел

вращения с переменным диаметром по длине. Исходной заготов­ кой для прокатки периодических профилей сплошного сечения служит обычный круглый прокат, диаметр которого не должен

быть меньше, чем наибольший диаметр получаемого профиля. На трехвалковом стане поперечной винтовой прокатки могут быть прокатаны также полые периодические профили в виде тел вра­ щения с переменными по длине диаметром и толщиной стенки. В этом случае исходной заготовкой служит полая гильза (труба).

Заготовки могут быть любой формы, образованной из соосно

расположенных цилиндрических, конических и сферических по­

верхностей. Образующие этих поверхностей наклонены к оси про­

катки под углом ф (рис. 118). По данным Г. А. Лившица на станах поперечно-винтовой прокатки можно прокатывать из­

делия, у которых угол образующей находится в пределах

+ 20°>ф> —45° (положительным указан наклон образующей в сторону выхода металла из валков). При этом отношение наи­ большего диаметра изделия к наименьшему не должно превы-

Рис. 118. Характеристики периодиче­ ского профиля, прокатываемого на трехвалковом стане

шать 2 : 1, т. е. обжатие —<2.В некоторых случаях предельные

d

значения углов ф или обжатий могут быть несколько увеличены.

Отклонения размеров проката от заданных (при налаженной технологии) находятся в пределах: по диаметру (на цилиндриче­ ских участках) ±1,0%, по длине — менее ±0,5% • Указанная точ­ ность прокатки может быть увеличена при условии повышения точности изготовления копировальной системы.

Металл заготовок, полученных прокаткой на трехвалковом стане, имеет повышенные пластические свойства. Опытами уста­ новлено, что ударная вязкость, предел усталости и угол закручи­ вания прокатанного металла существенно возрастают. Статичес­ кая прочность металла (предел текучести и предел прочности) остается неизменной.

Для практической проверки качества изделий, прокатанных на трехвалковом стане, и для установления экономического эффек­ та от внедрения нового способа прокатки в промышленность во ВНИИМЕТМАШ был прокатан ряд заготовок деталей круглого сечения (заготовки полуосей заднего моста автомобиля, заго­ товки валов коробки передач автомобиля, валов электродвига­

телей и т. д.).

Обработка и испытание этих заготовок на соответствующих машиностроительных заводах полностью подтвердили преиму­ щества поперечно-винтовой прокатки периодических профилей при прокатке заготовок деталей круглого поперечного сечения.

202 Поперечная прокатка профилей периодического сечения

Прокатывали также заготовки, которые предназначались для последующей штамповки с целью получения деталей некру­

молотах.'Доказана реальная возможность повышения произво­

дительности сложного кузнечного оборудования при такого ро­ да комбинированном процессе производства, несмотря на необ-

Рис. 119. Схема технологического процесса прокатки на трехвал­ ковом стане

ходимость вторичного нагрева прокатанных заготовок перед их

штамповкой.

Результаты проведенных опытов по прокатке заготовок, тех­ нико-экономические расчеты и анализ существующей в настоя­ щее время технологии изготовления ряда деталей свидетель­

ствуют о том, что внедрение поперечно-винтовой прокатки пери­ одических профилей в различные области промышленности

(автостроение, электромашиностроение, транспортное машино­ строение и др.) приведет к значительному усовершенствованию

технологии производства.

Трехвалковый стан периодической прокатки работает следу­ ющим образом (рис. 119).

Нагретая заготовка передается из печи 1 в приемный желоб 2.

Толкателем 3 она подается через проводку 4 в рабочую клеть 5. Передний конец заготовки захватывается зажимом 6. После сближения рабочих валков начинают прокатку. Натяжное устройство 7 сообщает продольное перемещение заготовке и ко­

пировальной линейке и создает в прокатываемой заготовке не­ обходимое натяжение. По мере выхода заготовки (прокатанной

по профилю, заданному копировальной линейкой) из рабочей клети качающиеся желоба 8 подходят к оси прокатки и поддер­ живают (направляют) выходящий конец изделия.