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

мичным. Наблюдаются значительные потери мощности при под­ воде высокой частоты от нагревателя к индуктору. Для станов

типа стана 10 следует рекомендовать применение контактного

способа электронагрева, который для заготовок малых диамет­

ров является наиболее эффективным.

Для снижения трудоемкости дальнейшей обработки прокат­

ных заготовок периодических профилей требуется усовершенст­ вование существующего метода резки заготовок на мерные дли­ ны. Удаление технологически неизбежных отходов с переднего и заднего концов заготовки, а также получение из проката от­

дельных деталей и заготовок под штамповку представляют зна­ чительные трудности. При этом не может быть осуществлен обычный зажим заготовки перед рубкой, так как прокатанная штанга имеет коническую или ступенчатую цилиндрическую фор­ му, периодически повторяющуюся по длине. Опробованные для

этих целей рубка проката на прессе и резка его карборундовыми

кругами на станке с применением специальных подкладных штампов и упоров оказались непроизводительными и значитель­ но удорожают себестоимость изделий.

Вопрос получения мерных заготовок и деталей может быть решен применением комплекса механизмов, обеспечивающих ме­ ханизацию и автоматизацию резки прокатанных штанг. В на­ стоящее время на МЗМА для целей резки используется дисковая пила с большим числом оборотов. При этом резка с одновремен­ ным удалением технологических отходов осуществляется автома­ тически. Таким образом, имеются предпосылки для создания новых трехвалковых станов поперечно-винтовой прокатки с со­ вмещением операций нагрева, прокатки и резки заготовок в од­ ном автоматическом агрегате.

4. МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И СТРУКТУРА МЕТАЛЛА, ПОДВЕРГНУТОГО ПОПЕРЕЧНО-ВИНТОВОЙ ПРОКАТКЕ.

ТОЧНОСТЬ ПРОКАТКИ

Для изучения качества и свойств металла после поперечно-

винтовой прокатки во ВНИИМЕТМАШ было проведено срав­ нительное испытание образцов, изготовленных путем поперечно­

винтовой прокатки и выточенных из заготовок, полученных обыч­ ной продольной прокаткой.

В объем сравнительных испытаний входили испытания на ус­ талость, статическое растяжение, ударную вязкость, твердость по сечению образца, а также детальное изучение макро- и микро­ структуры.

Все исследования проводились на образцах из стали марки Ст. 5 одной плавки следующего состава: 0,37% С; 0,35% Si; 0,66% Мп; 0,042% S; 0,021 % Р; 0,08% Сг; 0,14% А1.

234 Поперечная прокатка профилей периодического сечения

Образцы диаметром 30 и 50 мм для усталостных испытаний были прокатаны из круглой заготовки диаметром 60 мм следую­

Результаты исследований механических свойств и структуры образцов, полученных поперечно-винтовой прокаткой, позволяют сделать следующие выводы.

1.Образцы, полученные поперечно-винтовой прокаткой, име­ ют предел выносливости, превышающий предел выносливости

образцов, выточенных из прутка, на 12—22%.

2.Образцы, изготовленные поперечно-винтовой прокаткой, имеют повышенные показатели пластичности и вязкости.

3.Поперечно-винтовая прокатка способствует измельчению зерна стали и исправлению строчечное™.

4.Сопротивление усталости не уступает усталостной стой­ кости образцов, изготовленных ковкой и резанием из прутка.

Суммируя данные усталостных испытаний и испытаний на

растяжение, следует отметить, что образцы, изготовленные попе­

речно-винтовой прокаткой, не только не уступают образцам,

выточенным из обычного прутка, но и превосходят их по механи­ ческим свойствам. Более высокий предел выносливости в сочета­ нии с повышенной ударной вязкостью, относительным удлинени­ ем и относительным сужением, объясняется характером процес­ са поперечно-винтовой прокатки. Исследование макроструктуры показало, что волокна металла, особенно поверхностные, закру­ чиваются по винтовой линии, благодаря чему анизотропность структуры, свойственная обычной продольной прокатке, в значи­ тельной степени уменьшается.

Наряду с измельчением зерна стали при поперечно-винтовой прокатке происходит дробление неметаллических включений.

Глубокое проникновение пластической деформации, с изменени­ ем первоначального направления течения металла, способству­

ет более равномерному распределению включений по всему объе­ му металла.

На основании исследований механических свойств и струк­

туры прокатанных заготовок можно сделать следующие вы­ воды.

1) прочностные характеристики металла в результате прокат­ ки не изменяются; 2) ударная вязкость и предел усталости про­ катанного металла по сравнению с исходной заготовкой повыша­ ются на 20—30%; 3) пластичность металла прокатанных образ­ цов выше, чем у образцов из исходной заготовки; особенно от­ четливо это сказывается на угле закручивания при испытании на кручение. Наибольший угол закручивания при испытании на кручение полуосей машины «Москвич» в два-три раза превысил

угол закручивания точеного образца; 4) в прокатанном металле нет внутренней рыхлости.

На рис. 134 и 135 показаны заготовки под штамповку дета­ лей автомашин, полученные поперечно-винтовой прокаткой. Мик­

роструктура металла, прокатанного на трехвалковом стане попе­ речно-винтовой прокатки отличается от микроструктуры исход­ ной заготовки более мелким зерном и отсутствием строчечности

Рис. 134. Заготовка первичного вала автомашины «Москвич»

(рис. 136). Повышение пластичности металла в результате про­

катки на трехвалковом стане, а также увеличение ударной вязко­ сти и предела усталости прокатанного металла имеют большое значение для машиностроения, так как позволяют увеличить не­ сущую способность деталей машин, испытывающих динамиче-

Рис. 135. Заготовка шатуна автомашины «ЗИЛ»

скую нагрузку и работающих на кручение. На основании стати­

стических материалов по обмеру нескольких партий заготовок для полуосей автомашин ЗИМ и «Москвич», прокатанных на станах ЦКБММ-9 и 70, установлено, что отклонения по диаметру в размерах в среднем находятся в пределах 0,3—0,8 мм. Точ­ ность, достигнутая при изготовлении поперечно-винтовой про­ каткой шпинделей веретен, позволяет отказаться от их механи­ ческой обработки за исключением шлифовки центрирующих ко­ нусов.

5.ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ПРОЦЕССА

ПОПЕРЕЧНО-ВИНТОВОЙ ПРОКАТКИ

Новый технологический процесс поперечно-винтовой прокат­ ки периодических профилей круглого сечения характеризуется экономией металла, достигаемой при изготовлении деталей и заготовок.

Заготовки круглого сечения прокатываются на станах попере­ чно-винтовой прокатки с высокой точностью. Отклонения от за­ данных размеров составляют <1,5% по диаметру и <1,5 мм

по длине изделия, что позволяет значительно уменьшить припускй и, следовательно, меньше металла перерабатывать в стружку. При прокатке устраняется отход металла в облой (за­ усенец), который является неизбежным при изготовлении таких деталей штамповкой.

Благодаря точности периодического проката при использова­ нии его в качестве заготовок для штамповки деталей некрутлого сечения уменьшается отход металла в облой при штамповке.

Расчеты показывают, что экономия металла достигает примерно 25%, а для некоторых изделий еще выше.

Промышленные испытания текстильных веретен типа 325Б и 385Б, прокатанных на трехвалковом стане ВНИИМЕТМАШ,

показали, что экономия металла достигает 47% и только по одному заводу «Текстильмаш» она выражается в сумме около 800 тыс. руб. ежегодно.

По некоторым изделиям длительность обработки деталей из периодического проката уменьшается в 2 раза за счет снижения припусков на механическую обработку.

Производительность штамповочных прессов и молотов повы­ шается, во-первых, благодаря разгрузке последних от ковки и штамповки большого количества поковок круглого сечения, во-

вторых, благодаря освобождению кузнечно-прессового оборудо­ вания от операций предварительной штамповки и переводу прес­ сов и молотов на штамповку из периодического проката.

Механические свойства деталей, прокатанных на опытном стане, были проверены в лабораториях ЦНИИТМАШ, ЦНИИ железнодорожного транспорта и- Московского завода малоли­

тражных автомобилей.

Испытания полуосей автомашины «Москвич» показали, что прочностные характеристики периодического проката не хуже,

чем у кованых изделий; пластические свойства прокатанных де­ талей значительно (в несколько раз) выше свойств кованых де­ талей (угол скручивания прокатанной полуоси 1230°, кова­ ной 290°).

Большим преимуществом нового процесса является его уни­ версальность, заключающаяся в возможности прокатки на одном

238 Поперечная прокатка профилей периодического сечения

агрегате как сплошных, так и полых периодических профилей

различной конфигурации.

Другими преимуществами нового процесса являются: малый износ рабочих валков по сравнению со штампами, значительно

меньшие вес и стоимость механического и электрического обору­

дования прокатного стана по сравнению с весом и стоимостью соответствующих по производительности молотов и прессов; простота и дешевизна рабочего инструмента (простые некали­

брованные валки и несложная копировальная линейка, изготов­ ляемая из листовой стали).

В табл. 22 приведены некоторые данные, характеризующие

производительность трехвалковых станов поперечно-винтовой прокатки при изготовлении автомобильных деталей.

Таблица 2

Производительность трехвалкового стана для поперечно-винтовой прокатки

ризующие преимущество перехода на периодический прокат при производстве деталей автомашины «Москвич». Производитель­

общего времени, Длина исходного прутка, загружаемого в печь,, примерно 1,5 м.

вода на периодический прокат только 6 деталей автомашины

«Москвич» составляет 'почти 300 т. При этом следует отметить,,

что детали изготовляются из специальных марок стали, поэтому в денежном исчислении экономия металла составит около. 580 тыс. руб.

Кроме того следует учесть значительное сокращение обра­

ботки прокатанных заготовок на металлорежущих станках, чтотакже составляет большую экономию средств. Так, например,, изготовление полуоси автомашины «Москвич» на стане ВНИИМЕТМАШ позволяет наполовину уменьшить объем токарной об­ работки.

Экономия, получаемая при переходе на периодический про­

кат может быть подтверждена также и расчетом стоимости куз­

нечно-прессового оборудования, необходимого для изготовления перечисленных деталей в указанных количествах. Так, для изго­ товления шестерни заднего моста при коэффициенте загрузки горизонтально-ковочной машины, равном 0,16, соответствующая

доля стоимости этой машины, относящаяся к загрузке изгото­ влением данной шестерни, составит (по данным Оргавтопрома)

32,6 тыс. руб. По всем перечисленным деталям стоимость кузнеч-- но-прессового оборудования будет составлять около 540 тыс. руб., что соответствует стоимости стана ВНИИМЕТМАШ. В то. же время этот стан указанными шестью деталями не будет пол­ ностью загружен.

Так, на изготовление .путем прокатки годового количества-

шести деталей, приведенных в таблице, необходимо только-. 1950 час., что составляет коэффициент загрузки стана ЦКБММ (при двухсменной работе) всего 0,41.

Ниже приводятся проектные данные, характеризующие техни­

ко-экономические преимущества перехода на периодический!

прокат при производстве вагонных железнодорожных осей.

При существующем способе изготовления вагонных осей рас­ ход металла на ось с диаметром шеек 145 мм, при ее весе в об­ работанном состоянии 412 кг, составляет 545—570 кг в случае­ ковки и 515—520 кг в случае штамповки.

При поперечно-винтовой прокатке вагонных осей расход ме­ талла на юдну ось составит 470 кг (отход металла на чистовую-

обработку'и концы равен 39 кг).

Таким образом, новый способ может дать экономию металла

в 50—120 кг на каждую ось.

При годовой программе выпуска осей в 300 тыс. шт. и сред­ ней экономии металла в 85 кг на одну ось общая экономия ме­ талла при изготовлении осей новым способом составит 25 500 г в-

год.

При поперечно-винтовой прокатке осей на трёхвалковом ста-

242 Поперечная прокатка профилей периодического сечения

позволит сэкономить 25 500 т проката в год, добиться значитель­ ной экономии средств, а также освободить уникальное кузнечно­ прессовое оборудование и крупные обдирочные станки.

Применение поперечно-винтовой прокатки на стане 10 для изготовления шпинделей веретен позволяет наряду с повышением производительности в 7—8 раз значительно сократить расход металла и стоимость единицы изделия.

Например, при механической обработке шпинделя 385В вес заготовки диаметром 11 мм и длиной 350 мм составляет 262 г.

При поперечно-винтовой прокатке вес заготовки шпинделя ра­ вен 150 г. Экономия металла составляет 112 г на один шпиндель.

Сравнительные данные по эффективности изготовления заго­ товок шпинделей веретен прокаткой и токарной обработкой при­ ведены в табл. 24.

Таблица 24

Сравнение эффективности изготовления заготовок шпинделей веретен прокаткой и токарной обработкой

Результаты эксплуатации в промышленности стана 10 ука­

зывают на возможность и целесообразность внедрения прокатки периодических профилей малого диаметра и сравнительно боль­

шой длины в различных отраслях машиностроения. Изготовление заготовок периодического профиля под штам­

повку на стане 70 также дает значительный экономический эф­

фект. В табл. 25 приведена стоимость изготовления 1 т деталей

(распределительный вал) различными способами.

Особенно большая экономия металла при прокатке круглых

заготовок периодического сечения получается благодаря устра­