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

винтовой прокатки отличается высокой производительностью. При среднем диаметре периодического профиля 50 мм, средней:

скорости выхода проката 2,5 м/мин м двухсменной работе про­ изводительность стана 70 равна примерно 6500 т в год.

Рис. 139. Заготовки, прокатанные на трехвалковых стамах

При существующей технологии штамповки полуоси автома­

шины «Москвич» норма выработки в смену составляет 600 де­

талей; при переводе данной детали на периодическую прокатку

достигнута норма выработки в смену 1200 деталей.

Высокая производительность и экономичность процесса по­ перечно-винтовой прокатки определяют целесообразность при­ менения трехвалковых станов в самых различных отраслях про­

мышленности. На рис. 139 показаны различные детали, прока­ танные на трехвалковом стане ЦКБММ-9 одним и тем же

инструментом.

Исключительно выгодным является обработка на трехвалко­ вых станах деталей типа торсионных валов, вагонных и вагоне­ точных осей, валов электродвигателей и др.

Полная автоматизация всех операций на станах позволяет устанавливать их в автоматические линии.

Особый интерес представляет технология изготовления на трехвалковых станах изделий типа вагонеточных осей, разрабо­ танная во ВНИИМЕТМАШ.

246Поперечная прокатка профилей периодического сечения

Внастоящее время такие детали изготовляются из круглого проката диаметром 60 мм путем снятия стружки иа металлоре­

жущих станках.

Производительность применяемых станков составляет за сме­ ну 500 шт. осей. По новой технологии заготовки оси прокатыва­ ют на трехвалковом стане типа 70 из прутка диаметром 60 мм с припуском на сторону 0,5—0,8 мм. Габариты стана позволяют

производить прокатку трех последовательно расположенных за­ готовок. После прокатки заготовки подаются на линию резки, где разрезаются на три отдельные оси, затем оси поступают в

другую сдвоенную трехвалковую клеть, где их концы обжима­

ются (калибруются) одновременно гладкими ступенчатыми вал­ ками. Благодаря этой операции шейки оси получаются строго соосными, улучшается их поверхность и уменьшается припуск на дальнейшую механическую обработку. Обжатие шеек про­ изводится в горячем состоянии, при этом используется нагрев перед прокаткой на стане 70.

От калибровочного стана заготовки попадают на холодиль­ ник. Остывшие заготовки поступают на вторую сдвоенную трех­ валковую клеть, аналогичную первой для окончательной холод­ ной калибровки шеек и накатки резьбы.

Для упрощения узла крепления валков и резьбонакатных роликов резьбонакатку можно выделить в отдельную опера­ цию, применив для этого также двухстороннюю трехвалковую клеть.

При экспериментальном опробовании процесса машинное

время на обработку осей составляло: прокатка на стане 70— 0,5 мин., машинное время горячей калибровки концов осей (три

обжатии £ = 1,3 мм) —8 сек.; машинное время холодной калиб­ ровки (при обжатии 5=0,1—0,2 мм) 8-г-10 сек.; машинное вре­

мя накатки резьбы— 10 сек.

Новый процесс, кроме повышения производительности, обес­ печивает изготовление более качественных концов осей, у кото­ рых волокна, в результате пластической деформации, ориенти­ руются по контуру изделия, а холодная калибровка вызывает наклеп на несущей части оси, что в значительной степени повы­

шает ее сопротивление усталостному излому.

ВНИИМЕТМАШ разработаны и внедряются в промышлен­ ность ряд трехвалковых станов для прокатки круглых периоди­ ческих профилей. В табл. 27 приведена техническая характе­

ристика этих станов.

Применение периодического проката позволяет снизить рас­ ход металла на единицу годного в среднем на 10—ЗО°/о- Так, на­ пример, при производстве заготовки полуосей заднего моста ав­

Техническая характеристика трехвалковых станов для прокатки периодических профилей

Наименование параметров Стан 10 Стан 70 Стан 120 Стан 250

ного рычага и распределительного валика экономия металла со­ ответственно составляет 27 и 18%. При производстве заготовок шпинделей веретен ткацких станков на трехвалковом стане, установленном на Коломенском заводе текстильного машино­ строения, достигается экономия 40% металла по сравнению с

применявшимся ранее способом токарной обработки заготовки из обычного проката. При освоении производства периодиче­ ского проката для вагонных осей вместо кованых заготовок

ожидается экономия металла в размере 12,5%.

При применении периодического проката резко сокращает­ ся трудоемкость механической обработки деталей на металлоре­

жущих станках. Например, потребное время на механическую

обработку одной вагонной оси из периодического проката долж­ но снизиться с 2 до 1,4 станко-часа.

Сравнительные технико-экономические показатели производ­

ства вагонных осей из периодического проката и обычного про­ ката представлены в табл. 28.

В табл. 29 приведены сравнительные технико-экономические показатели производства шпинделей веретен ткацких станков.

При годовой программе завода 2 600 000 шпинделей эконо­ мия металла составляет 312 т лепированной стали ШХ9.

Шпиндели изготовляют на 34 токарных станках, которые об­

служивают 66 человек; станки занимают производственную пло­ щадь 320 м2. Указанный годовой выпуск шпинделей может быть обеспечен тремя станами поперечно-винтовой прокатки перио­

дических профилей, которые будут обслуживать 30 человек. Станы будут занимать производственную площадь 50 м2.

248 Поперечная прокатка профилей периодического сечения

Таблица 28

Технико-экономические показатели производства вагонных осей (проектные)

Глава II

ПРОКАТКА ПРОФИЛЕЙ В ВИНТОВЫХ КАЛИБРАХ

Во многих областях техники широко применяются сравни­ тельно короткие сплошные и полые круглые изделия перемен­ ного сечения. Так, например, на мельницах для размола руды,

клинкера и угля используют сотни тысяч тонн шаров и цилинд­ ров. Подшипниковыми, велосипедными и другими заводами в массовом масштабе изготовляются заготовки шаров, колец и втулок. Такие изделия и заготовки изготовлялись ранее штам­ повкой или токарной обработкой из прутков. Производство круг­ лых изделий и заготовок отличалось малой производитель­ ностью, большой трудоемкостью и сопровождалось большим

отходом металла в стружку.

За последние годы в Советском Союзе разработан и успеш­ но внедрен в промышленность новый способ поперечно-винто­

вой прокатки изделий в валках с винтовыми калибрами. Этот способ отличается высокой производительностью и большой точ­ ностью формы и размеров прокатываемых изделий. Последнее

преимущество позволяет значительно сократить припуски на ме­ ханическую обработку изделий. Непрерывность процесса дает возможность сравнительно легко механизировать и атоматизировать трудоемкий процесс производства.

Новые станы для прокатки шаров для размольных мельниц,

заготовок шаров подшипников качения и цилиндрических изде­ лий успешно освоены и внедрены на многих заводах Союза. При­ менение нового способа прокатки позволило в несколько раз по­ высить производительность, сократить трудоемкость и сэконо­

мить большое количество металла, перерабатывавшегося ранее

в стружку. В ближайшие годы этот прогрессивный способ про­

катки найдет еще большее применение в промышленности.

1. СХЕМА ПРОЦЕССА ПРОКАТКИ В ВИНТОВЫХ КАЛИБРАХ

Поперечно-винтовая прокатка круглых заготовок осуществ-. ляется между двумя или тремя вращающимися валками, на боч­ ках которых нарезаны винтовые калибры. Профиль и размеры их соответствуют профилю прокатываемого изделия. Оси про­

250 Поперечная прокатка профилей периодического сечения

катных валков обычно наклонены под небольшим углом к оси ■обжимаемой заготовки, благодаря чему устраняются искажение профиля калибра и в определенных пределах регулируется осе­ вая подача металла в валки. При необходимости полного отде­

ления формуемых изделии сплошного сечения прокатку ведут между двумя валками.

Рис. 140. Схема прокатки шаров

Впервые поперечно-винтовая прокатка с полным отделением изделий была разработана применительно к производству ша­

ров. Схема процесса прокатки шаров представлена на рис. 140. Нагретый пруток задается во вращающие валки, на бочках ко­ торых нарезаны винтовые калибры. Передний конец прутка за­ хватывается ребордами калибра. При этом заготовка начинает

вращаться и одновременно продвигается по оси прокатки. Вследствие постепенного возрастания высоты реборды калибра, вращающаяся заготовка обжимается и приобретает форму ша­ ра, соединенного перемычкой с остальной заготовкой. При даль­ нейшем продвижении в валках шар калибруется и полностью от­ деляется от прутка. Для удержания обжимаемой заготовки на оси прокатки служат проводки. За каждый оборот валков про­ катывается один шар, и, таким образом, производительность стана определяется скоростью вращения валков.

Поперечно-винтовая прокатка заготовок между тремя ка­ либрованными валками находит применение при прокатке полых изделий и профилированных прутко<в. При наличии трех валков,

оси которых расположены под углом 120°, минимальный диаметр обжимаемой заготовки определяется наибольшим возможным

меньшего диаметра заготовка может быть обжата валками. При­ менение трехвалковой схемы, по сравнению с двухвалковой, обеспечивает получение заготовок более точных размеров, спо­ собствует уменьшению разрыхления металла и устраняет необ­ ходимость в проводках, подвергающихся обычно интенсивному

Рис. 141. Схема прокатки заготовок для кольцевых и втулочных изделий

износу и вызывающих иногда появление надиров и царапин на прокатываемых заготовках. В связи с этим при производстве полых изделий, а также сплошных изделий, где не требуется большое обжатие заготовок по диаметру, предпочтительнее при­ менять трехвалковую схему процесса. Поперечно-винтовая про­

катка между тремя калиброванными валками разрабатывается применительно к производству заготовок колец для подшипни­ ков качения и втулок велосипедов.

Схема процесса представлена на рис. 141. Нагретая труба (гильза), сидящая на оправке, задается в валки. Так же, как и при прокатке шаров, передний конец заготовки захватывается валками, начинает вращаться и, постепенно обжимаясь приоб­ ретает форму, соответствующую профилю калибра валков. Об­ жатие полой заготовки осуществляется между валками и оправкой, причем оправка может перемещаться по оси вместе с обжимаемой заготовкой либо оставаться неподвижной в осе­ вом направлении. При прокатке на подвижной (плавающей)

оправке, последняя извлекается из профилированной трубы после того, как она полностью выходит из валков; при прокатке на закрепленной оправке труба как бы сползает с нее.

252 Поперечная прокатка профилей периодического .сечения

2. ЭЛЕМЕНТЫ ТЕОРИИ ПРОЦЕССА

Течение металла и условия формообразования сплошных заготовок

Для нормального процесса прокатки профиль и размеры фор­ мующего участка калибра рассчитываются таким образом, чтобы

в процессе обжатия заготовки соблюдались следующие три ос­ новных положения.

1.Объем металла, обжимаемый в калибре, должен оставать­

ся постоянным в течение всего процесса формовки.

2.Изменение профиля и размеров реборды калибра должно соответствовать вытяжке обжимаемой заготовки.

3.Обжатие должно осуществляться относительно узкими

участками, чтобы предотвратить разрыхление металла по оси за­

готовки.

Соблюдение указанных условий обеспечивает прокатку заго­ товок правильной геометрической формы, без плен, накатов и рыхлостей, при минимальном расходе энергии на деформацию.

Однако, практически, при проектировании и изготовлении ка­ либрованных валков неизбежны отступления от этих условий в

пределах, существенно не нарушающих нормальное течение про­ цесса прокатки.

Для соблюдения первого условия необходимо, чтобы объем заготовки, захваченной валками, в начале прокатки оставался не­

изменным по мере прохождения его через остальные участки ка­

либра. В этом случае в любой данный момент в калибре не будет

избытка металла. Появление избытка металла особенно нежела­ тельно на тех участках калибра, где осевому течению препятст­

вуют высокие реборды калибра. При появлении избытка металла искажается геометрическая форма заготовки и в некоторых слу­

чаях наблюдается разрыхление металла в осевой зоне заготовки.

Наличие небольшого избытка металла (до 1О°/о) допустимо лишь в начале калибра, когда реборда еще сравнительно низкая, и не препятствует вытеснению избытка металла. Однако для вытесне­ ния избытка металла дополнительно расходуется энергия, что приводит к повышению мощности привода стана.

Для обеспечения постоянства объема металла в калибре ре­ борды валка по длине калибра должны иметь строго определен­ ные размеры.

Второе условие нормального формообразования заготовки

требует, чтобы вытяжка обжимаемого участка заготовки соответ­ ствовала изменению формы и размеров реборды калибра.

Если изменение ширины реборды калибра меньше вытяжки обжимаемой заготовки, то формуемая заготовка стремится отой­

ти от реборды, и на поверхности заготовки образовывается накат,

который при дальнейшем обжатии заготовки ведет к образованию плены на ее поверхности. Если же изменение ширины реборды ка­ либра больше, чем вытяжка заготовки, то в обжимаемой пере­ мычке будут возникать осевые растягивающие напряжения, кото­ рые при большей величине могут привести к обрыву перемычки.

При проектировании и изготовлении калиброванных валков обычно не представляется возможным строго выдержать второе условие нормального формообразования заготовки, так же как и не удастся полностью выдержать условие постоянства объема ме­ талла в калибре.

Анализ освоенных в настоящее время калибровок валков по­ казывает, что в конце формующего участка, когда перемычка об­ жата и имеет сравнительно малый диаметр (менее 10 мм), вто­ рое условие формообразования обычно не удается выдержать. Однако, при этом накаты и плены на поверхности заготовок не

образовываются, так как металл легче течет в радиальном напра­

влении, и перемычка приобретает овалцную форму.

Наоборот, в начале калибра, когда диаметр перемычки еще велик, реборда калибра обычно расширяется интенсивнее вытяж­

ки перемычки и вследствие этого в заготовке возникают осевые растягивающие напряжения. Однако сечение перемычки на этом участке калибра еще сравнительно велико, благодаря чему нет опасности обрыва перемычки.

Уточнение размеров реборды в соответствии с формообразо­ ванием заготовок (второе условие) осуществляется в середине формующего витка калибра, где имеется опасность обрыва пере­ мычки или появления плен и накатов на поверхности заготовки. Таким образом, для выполнения как первого, так и второго усло­ вий формообразования заготовки реборда на различных участках калибра должна иметь строго заданную толщину, определенную расчетным путем. Для обеспечения этих же условий формующий участок калибра имеет переменный шаг нарезки. При проектиро­ вании формующего калибра необходимо также соблюдать и тре­ тье условие, ограничивающее в определенных размерах ширину

реборды для предотвращения разрыхления металла внутри за­ готовки.

Исходя из рассмотренных выше основных условий деформа­

ции металла, разрабатывается калибровка валков для прокатки данной заготовки. Методику расчета и проектирования калибров­

ки валков рассмотрим на примере прокатки шара диаметром

33 мм. Винтовой калибр валка состоит из двух участков: форму­

ющего и отделочного. На отделочном участке калибр нарезан по­ стоянным шагом и имеет профиль полушара. Радиус профиля ка­ либра (/?) определяется с учетом температурного расширения на­

гретой заготовки: 1,014г= 1,014 • 16,5=16,7 мм.

Профиль отделочного участка калибра определяется также