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

материал с высокими механическими свойствами. Использование

уменьшился до 1,5 кг). Применение же азотирования с повыше­ нием поверхностной твердости до 60—64 Rc устраняет налипа­

ние металла на валки.

Однако для массового выпуска деталей типа шпинделей, ког­ да производительность стана при прокатке одинарной заготовки должна быть 1000—1300 шт. в смену, потребовалось провести

изыскание более стойких материалов, обеспечивающих высокую чистоту поверхности. Эта задача решена на Коломенском заво­ де текстильного машиностроения, где для головок валков приме­

нен металлокерамический сплав карбида вольфрама с кобаль­

том ВК8 (85—87 Яв).

Головки валков из твердого сплава, обладая достаточной вязкостью и высокой жаропрочностью, а также значительной из­

носоустойчивостью, позволили резко повысить стойкость инстру­ мента стана 10 и обеспечить прокатку на одном комплекте вал­ ков до 15000 шпинделей. Если стоимость одного комплекта вал­

ков и возросла, то при значительном увеличении стойкости (об­ щий расход их по весу 0,4 кг)т) стоимость таких валков в де­ нежном выражении не превышает стоимости затрат на инстру­ мент при токарной обработке.

Каждая головка выдерживает до 10 перерегулировок (перешлифовок).

Кроме валков, к инструменту станов поперечно-винтовой про­ катки относятся зажимы автоматического патрона, предназна­ ченные для захвата и центрирования заготовки в процессе про­ катки и передачи ей осевого натяжения. Зажимы патрона (по три в каждом комплекте) работают в условиях ударной нагруз­

хват и прокатку заготовок различных диаметров. Для расшире­

ния диапазона размеров заготовок при прокатке следует выби­ рать для каждого стана автоматические патроны нескольких ти­ поразмеров. Более простым способом захвата заготовок в широ­ ком диапазоне диаметров на одном патроне является применение

224 Поперечная прокатка профилей периодического сечения

универсальной головки, которая позволяет быстро менять и уста­ навливать различные по высоте зажимы. Применение таких за­ жимов на другом стане (стане 70) позволило обеспечить захват

кромки каждого выступа, так как зажимы, захватывая заготов­ ку, соприкасаются с ней в первую очередь в центре. Это вызы­ вает усиленный износ середины кромки. Затем линия износа по­ степенно расширяется и принимает форму, близкую к дуге окружности заготовки. При наличии на зажимах нескольких кромок, расположенных по высоте таким образом, что износ их

в процессе прокатки происходит последовательно, на стане 70 достигнута стойкость инструмента (из стали 5ХНМ) в среднем до 5000 заготовок. Вес зажимов незначительный и в связи с

этим удельный расход инструмента составляет не более 0,01 кг/т. Промышленный стан 70 (рис. 132) предназначен для прокат­

ки круглых периодических профилей диаметром от 20 до 70 мм

длиной до 2500 мм, с обжатием по диаметру (отношением диа­ метра заготовки до прокатки к диаметру после прокатки) до

2—2,1. Производительность стана, при прокатке заготовок диа­

метром 50 мм, около 6000 т металла в год; общий вес стана 25 т.

Прокатка осуществляется тремя конусными или дисковыми вал­ ками, расположенными под углом 120° друг к другу и наклонен­ ными под углом 60° к оси прокатки. Привод валков производит­ ся от двигателя постоянного тока ПН-550, мощностью 50 кет,

через клиноременную передачу, шестеренную клеть, универсаль­ ные шпиндели и конические шестерни подушек валков. Гидрав­ лические цилиндры валков связаны между собой рычажным ме­ ханизмом синхронизации, что позволяет одновременно сближать и разводить все три валка от одного приводного цилиндра и

копировально-следящей системы.

Осевое натяжение в зоне деформации заготовки создается с помощью специальных плунжеров и передается на заготовку че­ рез подвижную каретку и зажимной патрон.

Нагрев заготовок под прокатку производится в индукцион­ ной печи, питание которой производится от машинного генера­ тора мощностью 250 кет. Подлежащие нагреву заготовки в виде

штанг диаметром 30—70 мм и длиной 900—1500 мм загружают­ ся в бункер нагревателя и из него скатываются по наклонной плоскости на направляющие ролики. Ходом толкателя заготовка

задается в индуктор и выталкивает при этом ранее нагревшуюся заготовку, которая подвижной кареткой удаляется из индуктора и скатывается по наклонной решетке стана в желоб. Когда пнев­ матический толкатель стана задает нагретую заготовку в патрон,

226 Поперечная прокатка профилей периодического сечения

каретка загрузочного устройства и толкатель индуктора возвра­

щаются в исходное положение. Продолжительность пребываниязаготовки в индукторе регулируется фотопирометром, установ­ ленным на необходимую температуру нагрева. Из приемного же­ лоба заготовка через проводку и разведенные валки подается пневматическим толкателем до упора автоматического патрона,, захваты которого плотно зажимают ее конец. Во время зажима конца заготовки в патроне происходит сближение валков до раз­ меров, установленных началом прокатки по копиру. Вращаю­ щиеся валки сближаются и, обжимая заготовку, сообщают ей вращение. В это же время гидравлическое натяжное устройство' начинает перемещать тележку с зажимным патроном в направ­ лении рабочего хода. По мере движения тележки, вращающиеся валки сближаются в соответствии с заданным копировальной ли­ нейкой профилем, благодаря чему происходит изменение разме­ ров заготовки по длине. После выхода заготовки из валков те­

лежка на ускоренном ходу отходит до упора, патрон под воздей­ ствием упора освобождает заготовку и она остается на желобах. Желоба опускаются и заготовка поступает на наклонный стол,,

по которому транспортируется на линию резки. После опускания желобов срабатывает командо-аппарат и тележка с раскрытым патроном возвращается на ускоренном ходу к рабочей клети.

При работе стана подача заготовки в патрон, опускание ро­ лика на копир, перемещение тележки при прокатке и обратный ход ее к рабочей клети происходят автоматически.

При налаживании процесса прокатки на стане 70 было опро­

бовано большое количество различных марок стали (5ХГТ, 5ХНМ, ЗХНВ) для изготовления валков. Как показал производ­ ственный опыт, стойкость валков, изготовленных из этих марок

стали, невелика; после прокатки партии заготовок в 400—500 шт. рабочий профиль валков быстро теряет свою форму и не обес­

печивает нужную точность и чистоту поверхности. Расход инст­ румента составлял при этом 12 кг/т, кроме того, затрачивалосьвремя на смену валков.

Лучшие результаты показывают валки, изготовленные из стали ЭИ 160, термическая обработка которых заключается в на­ греве до 1050° с последующей закалкой в масле и отпуске в те­

их износа обеспечить прокатку на стане 70 более 3000 шт. полу­ осей автомашины «Москвич».

В качестве примера ниже приводится методика построения

копировальной линейки для трехвалкового стана. В процессе об­ катки рабочие валки и обкатной ролик копировальной системы совершают плоско-параллельное перемещение относительно не-

228 Поперечная прокатка профилей периодического сечения

Нагретая в печи круглая заготовка диаметром до 250 мм и длиной до 1750 лм1 подается по наклонной решетке в приемный желоб, крышка которого открывается с помощью особого пнев­ матического цилиндра. Другой пневматический цилиндр, распо­ ложенный по продольной оси стана, установлен для задачи за­ готовки в валки стана, предварительно разведенные копироваль­ ной системой. Как только заготовка поступит в валки стана и бу­ дет зажата автоматическим зажимом, крышка желоба с помо­ щью первого гидравлического цилиндра закрывается.

Мощность двигателя этого стана равна 1500 л. с. Скорость выхода проката из рабочих валков — до 4 м)мин. Габариты ста­ на (без вспомогательного оборудования): длина 19 м, ширина 5 м, высота 3,5 м (над уровнем пола). Вес (вместе со вспомога­ тельными механизмами) ~800 т.

Работа стана полностью автоматизирована и управление им производится с одного пульта.

Канд. техн, наук В. А. Жаворонковым проведено исследова­

ние процесса поперечно-винтовой прокатки в условиях освоения его на первых промышленных трехвалковых станах. Работа по исследованию параметров станов проводилась в производствен­

ных условиях на Коломенском заводе текстильного машино­ строения, где на стане 10 прокатываются шпиндели веретена ше­ сти типоразмеров, и на стане 70 — на Московском заводе мало­ литражных автомобилей при прокатке полуоси автомобиля «Москвич» и нескольких наименований заготовок под штамповку.

Определение давления металла на валки и деформаций, воз­ никающих в клети трехвалковых станов, по теоретическим фор­ мулам довольно сложно. Оно может быть осуществлено только

при точном учете ряда переменных технологических факторов процесса поперечно-винтовой прокатки.

Непосредственное измерение давления металла на валки, вы­ полненное канд. техн, наук В. А. Жаворонковым с помощью проволочных датчиков сопротивления, значительно упростило подсчет усилий, действующих на рабочую клеть, и имеет практи­

ческое значение для определения расхода энергии при прокатке.

Анализ осциллограмм, полученных при прокатке заготовок диаметром от 10 до 80 мм на промышленных станах, показывает,

что основные части клети несут переменные во времени нагруз­ ки. Изменение этих нагрузок периодическое и зависит в основ­ ном от обжатия и натяжения заготовки, температуры металла при прокатке, числа оборотов валков, скорости прокатки и дру­ гих параметров процесса, причем детали клети испытывают наи­

меньшее напряжение (для данного профиля) в том случае, когда режим прокатки наиболее устойчив. Напряжения, возникающие в деталях рабочей клети, незначительны и в самых тяжелых

Основные усилия, возникающие при прокатке, восприни­ маются подшипниковыми опорами, размещенными в станине ра­

бочей клети стана, и конической передачей корпуса валка. В ре­ зультате расчета на прочность и долговечность этих узлов опре­ делено, что напряжение изгиба в опасном сечении зубьев для станов 70 и 10 составляет ~1000 к.г!см2. Если принять, что при изготовлении шестерни из стали 40ХН допускаемые напряжения ав = 3000 кг!см~ и rs = 2400 кг1см2, то гарантируется доста­

точный запас прочности зубчатого зацепления даже в случае тя­ желых условий работы.

В результате исследования установлено, что применять иголь­

грузоподъемности в условиях повышенных скоростей и высокой температуры эти подшипники при работе нередко выходили из строя. Следует применять только конические роликовые подшип­ ники, которые при значительных осевых нагрузках и повышенных числах оборотов наиболее долговечны.

Длительная и бесперебойная работа новых трехвалковых

станов зависит от характера смазки узлов трения и, особенно, быстро вращающихся деталей стана. Применение для этих целей

циркуляционной смазки под давлением удовлетворяет всем кон­ структивным требованиям оборудования (упрощает ее смену и

способствует охлаждению деталей узла валка). Герметичность смазки в корпусах валков обеспечивается прессованными рези­ новыми уплотнениями, которые успешно опробованы на стане 70 и могут быть рекомендованы (при наличии охлаждения кор­

пусов водой) для новых конструкций станов.

При разработке конструкции стана предполагалось, что воз­ никающий при ускорении вращения заготовки динамический мо­ мент будет значительно скручивать заготовку. Однако опыт экс­ плуатации стана 70 показал, что скручивание заготовки от дей­ ствия динамических моментов незначительно. Так, при водяном охлаждении прокатываемой заготовки после ее выхода из вал­ ков была осуществлена прокатка с обжатием § = 2,61, без зна­

чительного скручивания по длине. Это позволяет сделать вывод,

что применение схемы автоматического регулирования и поддер­ жания постоянства скорости заготовки не является технологиче­ ской необходимостью процесса поперечно-винтовой прокатки.

Опробование различных конструкций патронов показало, что идя по пути уменьшения массы вращающихся частей патрона

230 Поперечная прокатка профилей периодического сечения

(т. е. уменьшения махового момента) можно достигнуть значи­ тельного эффекта в уменьшении скручивания заготовки при про­

катке. Эффективность применения таких мер будет более значи­ тельна, чем от применения для тех же целей сложных схем ав­ томатического регулирования.

Использование электродвигателей постоянного тока для плав­ ной регулировки числа оборотов при настройке стана на про­

Рис. 133. График изменения общего расхода энергии вл. с. • час/т в зависимости от величины

обжатия (стан 70) (В. А.. Жаворонков)

мышленных установках также не требуется, так как скорости вращения валков, заданные технологическими условиями про­ катки, лежат в узких пределах и могут быть осуществлены при применении трех-, четырехступенчатых коробок скоростей, сов­

мещенных с редуктором или шестеренной клетью.

Для подсчета мощности привода, помимо самой величины

нагрузки, необходимо знать еще характер изменения этой на­

грузки по длине прокатываемого изделия.

Кривые, приведенные на рис. 133, отражают не только вели­ чину общего расхода энергии на тонну металла, но и позволяют определить изменения расхода энергии по мере деформации ме­

вращения от шестеренной клети рабочим валкам, рассчитывают­

ся на передачу наибольшего крутящего момента. Так, согласно

Сравнение этой нагрузки с допустимой показывает, что шпин­ дель имеет значительный запас прочности, и этот узел стана не является слабым. Наибольший угол наклона шпинделей в вер­ тикальной плоскости равен 5°, а в горизонтальной 8°. Конструк­ ция же шпинделей допускает наибольший пространственный угол в 10°, что вполне достаточно даже при прокатке заготовок больших диаметров с максимальным обжатием.

Продолжительность эксплуатации элементов универсальных шпинделей трехвалковых станов, работающих на повторно-крат­ ковременном режиме, значительно ниже, чем у станов, работаю­ щих на устойчивом режиме. В условиях эксплуатации основному износу подвергаются вкладыши головок шпинделя. Наблюдения за износом этих деталей показали, что он протекает неравномер­ но и соответствует характеру распределения удельного давления по контактным поверхностям. При износе вкладышей всегда сни­ жается также прочность остальных элементов узла, так как по­ вышение зазоров в соединениях приводит к появлению ударных нагрузок. Особенно отрицательно сказывается этот износ на при­ легающих к универсальному шпинделю валах-шестернях кор­ пуса валка и шестеренной клети стана 10.

Характерной особенностью прокатки периодических профи­ лей на трехвалковых станах является применение натяжения.

Приложенные к выходящему концу прокатываемой заготовки растягивающие усилия в пределах 0,5—-7 т изменяют основную -схему рабочих напряжений в очаге деформации и создают пре­ обладание пластического течения металла в осевом направле­

нии. Таким образом, при натяжении исключается поперечная раскатка и, следовательно, устраняется разрыхление металла в осевой зоне, свойственное обычной поперечной прокатке.

Осевое натяжение на станах создается гидравлическими ци­ линдрами и передается заготовке через тележку, автоматический патрон и зажимы. Гидравлическая схема стана не только осуще­ ствляет натяжение заготовки при передвижении тележки, но и обеспечивает в то же время 'перемещение цилиндров рабочих валков от копира через следящую систему. Теоретическое опре­ деление величины натяжения (тянущего усилия гидропривода натяжного устройства) затруднено, так как при этом, кроме па­

раметров процесса, необходимо учитывать характеристику гид­

равлической системы.

Канд. техн, наук Жаворонковым для измерения усилия натя­ жения был выбран способ регистрации деформаций с помощью проволочных датчиков, которые наклеивались на автоматический патрон и рабочие цилиндры стана. Изменение усилия натяжения

232 Поперечная прокатка профилей периодического сечения

при прокатке передавалось от заготовки на корпус патрона через зажимы, шток и подшипники. Одновременно на цилиндре фикси­

550 кг. Достаточно увеличить обжатие при прокатке до ^ — 2,16, т. е. взять исходную заготовку диаметром 14 мм, как величина натяжения возрастет еще больше (S макс = 930 кг}. Повышение же числа оборотов валков до пв = 700 об/мин и температуры

прокатки до 1200°, наоборот, уменьшает величину натяжения до

S = 470 кг (при v = 1,4 м/мин и 5 = 2,16).

Анализируя эти данные, можно прийти к следующим выво­ дам, общим для процесса поперечно-винтовой прокатки перио­ дических профилей: 1) величина натяжения возрастает при уве­ личении скорости выхода металла из валков или обжатия и 2) уменьшается с увеличением числа оборотов валков или тем­ пературы прокатки.

При внедрении в производство новых прокатных станов по­ требовалось усовершенствовать нагревательные устройства. Для автоматизации кузнечного и прокатного производства в послед­

ние годы были разработаны автоматические агрегаты с индук­ ционным нагревом металла. Нагрев заготовок токами высокой частоты позволил сократить время нагрева в 30—40 раз, сокра­

тить на 3% угар металла, а также значительно уменьшить габа­ риты нагревательных устройств, что позволило совместить опе­

рации нагрева и обработки металла в одном агрегате. Установ­ ленный в кузнечном цехе Московского завода малолитражных автомобилей (МЗМА) индукционный нагреватель, питающийся от машинных генераторов частотой 2000 гц, обеспечивает автома­ тическую подачу нагретых заготовок к стану 70 через 45— 60 сек. (в зависимости от цикла прокатки). Пребывание заготов­ ки в индукторе регулируется фотопирометром, устанавливаемым на необходимую границу температуры (1050—1200°). Все опера­ ции, начиная от загрузки холодной заготовки в индуктор и кон­ чая укладкой заготовки в приемный желоб стана, автоматизиро­ ваны.

Заготовки малых диаметров 10—12 мм на стане 10 нагре­ ваются токами высокой частоты (от лампового генератора ГЗ-46). Такой способ нагрева, хотя и обеспечивает подачу нагре­ тых заготовок к стану через 15—20 сек., является очень неэконо­