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

метра (6—10 мм), что дисковыми валками не удается осуще­ ствить из-за возникающих в этом случае конструктивных пре­

пятствий.

С другой стороны, применение конусных валков связано с ус­ ложнением конструкции механической части привода для пере­ дачи вращения валкам с наклонной осью и схемы управления электроприводом, так как требуется автоматическое регулиро­ вание скорости приводного двигателя, при которой число оборо­ тов заготовки при различных обжатиях сохранялось бы прибли­

зительно постоянным1.

С точки зрения технологических возможностей процесса,

универсальности стана, эксплуатационной и установочной эко­ номичности конусные валки имеют ряд преимуществ по срав­ нению с дисковыми, но применение конусных валков усложняет конструкцию рабочей клети и привода стана. Применение дис­ ковых валков целесообразно только на станах поперечно-винто­ вой прокатки специализированного назначения (для прокатки деталей при сравнительно небольших обжатиях и с 'малыми ко­ лебаниями исходных размеров прокатываемых на стане заго­ товок) .

Осевая скорость выхода металла из валков определяет про­ изводительность процесса поперечно-винтовой прокатки перио­

дических профилей.

С увеличением скорости выхода заготовки из валков возрас­ тает скорость деформации металла в очаге деформации и, сле­ довательно, возрастает величина требуемого осевого натяжения заготовки, необходимого для осуществления прокатки без обра­ зования полости. Чтобы передать возросшее натяжение через выходное сечение заготовки, последнее должно быть увеличено,

т. е. предел наибольшего обжатия по диаметру должен быть снижен. С увеличением осевой скорости выхода металла из вал­ ков уменьшается возможная величина достигаемого обжатия.

Толщина обжимаемого валком в данный момент слоя ме-

талла Д (рис. 125) ограничивается условием поперечного зах-

вата заготовки валками. При очень больших величинах Д возможно буксование заготовки в валках.

резких изменениях обжатия. У дисковых валков передаточное число не зави­ сит от обжатия и инерционный крутящий момент практически не возникает. По данным В. А. Жаворонкова, поддержание постоянства скорости заготовки не является технологически необходимым.

214 Поперечная прокатка профилей периодического сечения

п3 — скорость вращения заготовки; г0—исходный радиус заготовки;

г—радиус заготовки в 'рассматриваемом сечении; § — обжатие по диаметру;

а—угол образующей конуса деформации с осью заготовки; пг—число рабочих валков (т = 3).

Из равенства (98) следует, что с увеличением скорости вы­ хода металла из валков при ограниченном Д нужно увеличи­ вать скорость вращения заготовки три прокатке (п 3 ).

Рис. 125. Предельная толщина обжимаемого валком слоя металла по условию захвата заго­ товки в тангенциальном направлении (Г. А. Лив­

шиц)

Как показали опытные работы, выполненные канд. техн,

наук Г. А. Лившицем, прокатка заготовки со скоростью, превышающей 1000 об/мин, сопровождается значительным уве­ личением центробежных сил, сильными ударами заднего конца заготовки по проводке, вибрацией всего стана. Следствием это­ го является неудовлетворительное качество поверхности прока­ та, невыполнение заданного профиля по копиру и т. д.

Указанная предельная скорость вращения заготовки при по­ перечно-винтовой прокатке относится к заготовкам с исходнььм диаметром 30—50 мм. При увеличении диаметра заготовки до­ пустимая скорость вращения снижается; для заготовки мень­ шего диаметра скорость вращения заготовки может 'быть уве­ личена.

Таким образом, условия захвата и ограниченная скорость вращения заготовки при прокатке лимитируют величину осевой

скорости выхода металла из валков при поперечно-винтовой

прокатке периодических профилей на трехвалковом стане.

На опытном стане прокатывали периодические профили с осевой скоростью выхода металла из валков до 6,5 м/мин. При соответствующем конструктивном изменении некоторых узлов стана может быть достигнута скорость выхода металла из вал­ ков до 10—12 м]мин.

3. ПРОМЫШЛЕННЫЕ ТРЕХВАЛКОВЫЕ СТАНЫ ДЛЯ ПОПЕРЕЧНОВИНТОВОИ ПРОКАТКИ КРУГЛЫХ ПЕРИОДИЧЕСКИХ ПРОФИЛЕЙ

Внедрение нового технологического 'процесса получения зза­ готовок периодического профиля методом поперечно-винтовой прокатки дает большие технико-экономические преимущества,

а именно: 1) значительно снижается удельный расход металла

на тонну годного (до 25%); 2) упрощается технология изготов­

ления сложных деталей кузнечного производства, а часть из них может быть переведена со штамповки непосредственно на про­ катку (вагонные и вагонеточные оси, полуоси автомобиля и т. п.); 3) освобождается значительный парк металлорежущих

станков, занятых изготовлением подобных деталей; 4) снижает­

ся себестоимость изделий и 5) повышается производительность

труда (в 2—3 раза).

Возможность автоматизации процесса прокатки периодиче­ ских профилей улучшит условия труда в горячих цехах и по­ высит культуру производства. Сравнительно простое и малога­ баритное оборудование позволяет осуществлять на одном и том же стане прокатку заготовок в широком диапазоне размеров, а

также обеспечивает быстрый переход с прокатки одного профи­

ля на другой. К достоинствам поперечно-винтовой прокатки сле­

дует отнести и то, что инструмент стана, представляющий собой

небольшие по размерам некалиброванные валки, значительно

дешевле другого инструмента, например штампов и т. п., необ­ ходимого для изготовления такого рода изделий.

Габариты стана поперечно-винтовой прокатки определяются размерами прокатываемых на нем профилей.

Основными факторами, определяющими размер стана, яв­ ляются диаметр исходных заготовок и наибольшая длина полу­

чаемых прокаткой изделий. Первые станы 10 и 70, сконструи­

рованные во ВНИИМЕТМАШ под руководством инж. Е. А. Сто-

ша, получили свое наименование по наибольшим размерам про­ катываемого профиля по диаметру (10 и 70 мм).

Конструктивное оформление станов как автоматических аг­ регатов в целом определяется: 1) назначением стана (специали­ зированные агрегаты для прокатки массовых изделий — осей,

шпинделей и др.); 2) размещением нагревательных устройств (в линии стана или параллельно оси прокатки); 3) способом уда­ ления прокатанных заготовок из стана (цепные транспортеры, приемные столы и др.) и 4) размещением приводных электри­ ческих и гидравлических систем.

На каждом из станов можно прокатывать различные профи­

ли, входящие в сортамент данного стана по диаметру и длине.

Трехвалковые станы в основном состоят из рабочей клети,

двигателя привода валков, передаточных механизмов для осу­

чем достигается точность размеров по всей длине проката и пол­ ностью устраняется влияние вытяжки на окончательные размеры

изделия.

Опытный стан ЦКБММ-9 состоит из рабочей клети с тремя валками, установленными под углом 120° друг к другу. Рабочие валки через универсальные шпиндели, шестеренную клеть — редуктор и клиноременную передачу получают вращение от элек­ тродвигателя мощностью 50 кет. Заготовка подается в рабочую клеть по специальному направляющему желобу; передний конец заготовки захватывается зажимом, смонтированным в подвиж­ ном корпусе, причем последний передвигается по направляю­ щим станины. Подшипники рабочих валков установлены на гид­ равлических цилиндрах, с помощью которых обеспечивается сближение или раздвижение рабочих валков во время прокатки.

Положение рабочих валков, а следовательно и профиль про­ ката, определяется копировальной линейкой, которая прикрепле­ на к подвижному корпусу зажима и, двигаясь вместе с прокаты­

100 л масла в минуту.

Прокатка различных профилей производится одними и теми же валками; смена копировальной линейки, определяющей про­ филь прокатываемой детали, происходит в течение 5—10 мин.

На стане можно получать круглые сплошные периодические

профили диаметром 18—55 мм, длиной до 1000 мм и полые пе­ риодические профили диаметром до 100 мм и длиной до 1000 мм.

Максимальное обжатие по диаметру доходит до 60%, что соот­ ветствует уменьшению диаметра прокатываемого изделия в 2,5 раза, или по площади поперечного сечения заготовки за один

проход в 6,25 раза.

При проведении исследований прокатка производилась двумя типами рабочих валков: а) конусными валками, форма и ось вращения которых определялись условием получения наимень­ шего тангенциального скольжения на поверхности контакта ме­ талла с валком; б) дисковыми валками, оси вращения которых почти параллельны оси прокатываемого изделия.

Валки первого типа позволяют получать большие обжатия (уменьшение площади поперечного сечения в 6,25 раза) и яв­ ляются наилучшими для станов с разнообразным сортаментом продукции. Валки второго типа (дисковые) упрощают конструк­ цию стана и схему управления электроприводом, но ограничи­ вают возможное максимальное обжатие (уменьшение площади.

щих значительную длину при отсутствии резких переходов от большого сечения к малому или наоборот.

При освоении стана ЦКБММ-9 была прокатана партия шпин­

делей текстильных веретен, представляющих собой сложенные большими основаниями конуса, диаметром 10—И мм в середине и 5—6 мм на концах при длине 300—325 мм. После испытаний шпинделей на заводе «Текстильмаш» (г. Коломна) было уста­ новлено, что можно отказаться от их токарной обработки и огра-

I

Рис. 129. Заготовки для деталей автомашины «Москвич»

ничиться только шлифовкой прокатанных заготовок. В дальней­ шем для прокатки текстильных шпинделей был изготовлен спе­ циальный стан ЦКБММ-10.

На рис. 127 показана полученная на стане ЦКБММ-9 деталь, применяемая в автопромышленности, партии этих деталей успешно прошли нормальный заводской цикл обработки и уста­ новлены на автомашинах «Москвич», «Победа» и др. На рис. 128 показаны полые детали различной конфигурации, которые про­ катаны на этом же стане.

Значительный интерес для многих отраслей машиностроения

представляет прокатка периодических профилей с коническими участками, имеющие сравнительно большую длину при относи­ тельно малом диаметре. Примером таких деталей могут служить полуоси автомашин «Москвич», «Зим» и др. Эти детали изго­

тавливаются в настоящее время штамповкой, для чего необходи­ мы мощные механические прессы. Для высадки концов таких деталей применяют горизонтально-ковочные машины. При по­ перечно-винтовой прокатке значительно повышается производи­ тельность, улучшается качество и сокращается расход металла

при изготовлении этих деталей.

На рис. 129 показаны заготовки автодеталей, полученные по­

220 Поперечная прокатка профилей периодического сечения

перечно-винтовой прокаткой. Качество поверхности прокатанной

полуоси лучше, чем у кованой. «Биение» по длине кованой осиг подвергнутой правке, достигает 3—4 мм, в то время как прока­

танная полуось имеет величину «биения» 0,4—0,5 мм без прав­

ки. Следы удаленных заусенцев на штампованной полуоси весь­ ма заметны и также ухудшают качество детали.

Рис. 130. Макрошлиф образца, прокатанного на стане ЦКБММ-9

Процесс поперечно-винтовой прокатки на стане ЦКБММ-9 с применением натяжения обеспечивает получение заготовок с хорошей структурой металла и высокими механическими свой­ ствами. На рис. 130 показана макроструктура образца, прокатан­ ного на стане ЦКБММ-9. Как видно из этой фотографии, дефор­ мация проникает в глубину профиля приблизительно на '/3 диа­ метра, что способствует значительному размельчению зерна.

Промышленный трехвалковый стан ЦКБММ-10 (рис. 131) предназначен для прокатки шпинделей текстильных веретен из заготовок стали марки ШХ-15. Максимальный диаметр— 14 мм, минимальный — 5 мм при длине детали до 700 мм; скорость вы­ хода заготовки из валков — до 2 м/мин.

Привод валков рабочей клети осуществляется от электродви­ гателя переменного тока АО-52 мощностью 9,5 квт через бессту­ пенчатую фрикционную передачу, обеспечивающую плавную регулировку числа оборотов. Натяжение в процессе прокатки создается одним гидравлическим цилиндром и передается заго­ товке через шток, тележку и автоматический патрон. При дви­ жении тележки вместе с ней перемещаются копиры, один из ко­ торых через следящий клапан изменяет раствор валков, а дру­ гой, действуя на клапан скорости и редуктор давления, создает изменение скорости и величины натяжения в процессе прокатки.

222 Поперечная прокатка профилей периодического сечения

Рабочая часть конусных валков станов поперечно-винтовой прокатки представляет собой сочетание двух усеченных конусов, при этом контактная поверхность валков и металла имеет отно­ сительно малую протяженность вдоль оси заготовки (калибрую­ щий участок), вследствие чего деформация металла в танген­ циальном направлении затруднена влиянием соседних объемов

металла. Входной конус ,в сочетании с правильной формой валка обеспечивает нормальные условия получения проката с больши­ ми обжатиями, чистой поверхностью и точными геометрически­

ми размерами. При калибровке инструмента следует исходить из условий внедрения и выхода валков из металла, прочности голов­

ки валка и обеспечения высокой производительности стана. Процесс поперечно-винтовой прокатки в конусных валках

можно разделить на два периода. В первый период происходит обжатие цилиндрической заготовки по конусу, а во второй — ко­ нечное обжатие по цилиндру на требуемый калибр.

В процессе прокатки происходит значительное уменьшение площади поперечного сечения заготовки, а на отдельных участ­

ках профиля коэффициент вытяжки заготовки достигает 6. По

мере уменьшения площади сечения прокатываемой заготовки поступательная скорость ее отдельных сечений возрастает и мо­ жет меняться по длине очага деформации.

При скольжении металла по поверхности валков работа сил трения на их различных участках неодинакова и зависит также от температуры заготовки. В результате охлаждения конца заго­ товки в процессе прокатки возрастает сопротивление пластиче­ ской деформации и увеличивается коэффициент трения, а это влечет за собой рост удельных давлений и повышенный износ

валков.

Расход валков на тонну прокатываемого металла является одним из основных показателей их качества и стойкости в экс­ плуатации. При выборе жаростойкого материала для валков сле­

дует исходить из того, что они работают в тяжелых условиях при постоянно изменяющихся нагрузках. Валки, изготовленные

из обычной штамповой стали 5ХНМ, оказались нестойкими. Так, один комплект валков из хромоникелевой стали первоначально обеспечивал прокатку только 400—500 заготовок шпинделя вере­ тена, после чего требовалось восстановление их первоначально­ го профиля (при этом расход основного инструмента по стану 10 составлял 20 кг!т). В результате анализа условий работы валков и выяснения причин их износа был подобран более жаропрочный