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

294 Поперечная прокатка профилей периодического сечения

Изготовление конических шестерен на зуборезных станках — весьма трудоемкий процесс, связанный с использованием доро­ гостоящего оборудования. Поэтому применение высокопроизво­ дительного и дешевого способа прокатки для изготовления кони­

ВНИИМЕТМАШ п построен опытный стан для горячей прокат-

Рис. 164. Конические шестерни, изготовленные про­ каткой

ки конических шестерен с модулем до 4,5 мм .* Прокатанные конические шестерни показаны на рис. 164.

На стане предусмотрена возможность всестороннего исследо­ вания процесса прокатки шестерен. Стан оборудован универсаль­ ной установкой для нагрева заготовок токами высокой частоты.

Вращение валков и заготовки осуществляется от регулируемого электродвигателя постоянного тока. Изменение скорости сбли­ жения валков и заготовки производится с помощью коробки ско­ ростей. Для одновременного согласованного перемещения каре­ ток валков и заготовки на стане предусмотрены сменные шестер­ ни, которые кинематически связывают винты, осуществляющие перемещение кареток. Накатные валки закрепляются на стане консольно, что обеспечивает их быструю и удобную смену. Для предотвращения бокового течения металла при прокатке приме­

няются ограничительные диски.

М. В. Барбаричем на данном стане выполнено исследование процесса прокатки конических шестерен и отработана техноло­ гия изготовления шестерен, удовлетворяющих требованиям про­ изводства. Определены силовые параметры процесса и условия

* Авторы: А. Д. К у з ь м и н, М. В. Васильчиков и М. В. Б а р б а- р и ч. Авторское свидетельство № 554632/26.

получения качественных 'Конических шестерен; разработана ме­ тодика калибровки валков и другие элементы технологии про­ цесса прокатки конических шестерен с прямыми и спиральными

зубьями.

На основе этих исследований во ВНИИМЕТМАШ спроекти­ рован промышленный стан для прокатки конических шестерен с модулем до 12 мм, применяемых в угольных комбайнах. Предва­ рительные расчеты показали, что один прокатный стан при его загрузке на 40% будет полностью удовлетворять потребность

Горловского машиностроительного завода в конических шестер­ нях для угольных комбайнов и может заменить шесть зубофре­ зерных станков, работающих в две смены. Применение прока­ танных шестерен позволит повысить работоспособность уголь­ ных комбайнов за счет более высоких механических качеств про­ катанных шестерен по сравнению с фрезерованными.

Уровень развития и применения в промышленности способа прокатки шестерен за границей значительно ниже, чем в Советс­ ком Союзе. По имеющимся данным, в других странах еще нет станов для прокатки шестерен. Некоторые фирмы используют способ прокатки для изготовления в холодном состоянии мелко­ модульных шестерен, рифов и шлицев. В ГДР недавно разрабо­ тан метод штамповки конических шестерен (метод лауреата На­ циональной премии Чемпиля), однако он по производительности значительно уступает методу прокатки, разработанному в нашей стране.

Кроме указанных выше процессов образования зубчатых

поверхностей на цилиндрических и конических шестернях путем

пластической деформации, во ВНИИМЕТМАШ канд. техн, наук М. В. Васильчиковым разработаны технологический процесс и оборудование для поперечно-винтовой холодной и горячей на­ катки одно- и многозаходных трапецеидальных и других специ­

клонены по отношению к оси накатываемой детали, а межцент­ ровое расстояние между накатными роликами в процессе про­ катки сохраняется постоянным. Заготовка задается в осевом на­ правлении, захватывается вращающимися роликами и получает вращательно-поступательное движение, удерживаясь между ро­ ликами при помощи проводок. Спроектирован специальный ме­ ханизированный стан для поперечно-винтовой накатки деталей с. крупной резьбой, позволяющий производить резьбовые детали с наружным диаметром от 16 до 100 мм при длине до 1200 мм и наибольшем шаге накатываемой резьбы 8 мм.

На рис. 165 показаны образцы изделий с крупной резьбой,

прокатанные на опытной установке ВНИИЛ4ЕТМАШ.

Особенностью прокатной резьбы является сильно уплотнен­

ная и ориентированная по профилю структура металла, что обес­ печивает более высокую, чем при фрезеровании, грузоподъем­ ность и износостойкость резьбы. Накатка резьбы сопровождает­ ся, кроме того, значительной экономией металла, переходящего в стружку при зубофрезероваиии. Эта экономия составляет от 16

до 25% в зависимости от размеров резьбы. Накатка резьбы по

методу ВНИИЛ4ЕТМАШ является непрерывным процессом, при установившемся режиме которого вспомогательное время может быть сведено к нулю. Процесс накатки обеспечивает получение резьбы по 2-му классу точности..

Одним из основных элементов различного рода теплообмен­ ных аппаратов являются ребристые трубы (рис. 166).

Существующая технология изготовления теплообменных реб­ ристых элементов обычно весьма трудоемка и неэкономична, и их качество не удовлетворяет требованиям конструкторов тепло­ обменных аппаратов.

Наиболее рациональной конструкцией теплообменных эле­ ментов являются прокатанные трубы, наружная поверхность ко­

торых имеет форму спиральных тонких ребер, образованных из металла самой трубы. Ребристые трубы данного типа обладают

наибольшей теплообменной способностью, отличаются высокой механической прочностью и позволяют применять более высокую-

рабочую температуру, определяемую стойкостью металла самой

ребристой трубы, а не стойкостью металла припоя, как в случае изготовления тонких труб путем припайки ребер к поверхности обычной круглой трубы.

Процесс прокатки ребристых труб, разработанный во ВНИИМЕТМАШ инж. Ф. П. Кирпичниковым, заключается .в том, что цилиндрическая труба-заготовка захватывается тремя про­ филированными принудительно вращающимися валками и в про­ цессе прокатки получает вращательно-осевое перемещение с об­ жатием на свободной или закрепленной оправке. В процессе про­ катки удается достигнуть значительного утонения ребер и увели­ чения наружного диаметра трубы. В зависимости от пластичес­ ких свойств металла заготовки прокатку труб практически лю­ бой длины проводят в холодном или горячем состоянии на трех-

валковом стане поперечновинтовой прокатки.

По сравнению с существующими способами изготовления ребристых труб прокатка их дает повышение производительности, в 5—15 раз и более и соответствующее снижение затрат труда и-, себестоимости.

Ниже на основе работ, выполненных во ВНИИМЕТМАШ,

приводятся характеристики вышеуказанных технологических

процессов.

:298 Поперечная прокатка профилей периодического сечения

1. ПРОКАТКА ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС

Схема процесса и конструкция стана

Существует два варианта процесса прокатки зубчатых венцов:

прокатка из штучной заготовки и прокатка из прутковой заготов­ ки. В первом случае заготовка в виде плоского диска устанав-

/— чистовой валок; 2 — ка; 3 — калибрующая часть валка; 4 —

торых равна ширине прокатываемой шестерни, причем в процессе прокатки валки сближаются (рис. 168). Заготовка зажимается между двумя головками суппорта. Суппорт стана располагает­ ся между двумя зубчатыми валками, имеющими модуль зацепле­ ния, равный модулю прокатываемой шестерни. Заготовка, зажа­ тая в суппорте, нагревается токами высокой частоты. После на­ грева заготовки на сравнительно небольшую глубину валкам со­ общается вращение и одновременно они сближаются. Заготовка также приводится во вращение от специального делительного ме­ ханизма с числом оборотов, соответствующим передаточному числу между прокатываемой шестерней и валками. Валки, сбли­ жаясь, обжимают заготовку, вытесняя металл из впадин в го-

.ловку зуба, и постепенно образуют форму зубчатого венца. Для получения симметричного профиля зуба направление вращения

.валков в процессе прокатки реверсируется.

Во втором случае (рис. 167) заготовка, представляющая со­

пруток, устанавливается в центрах суппорта. При этом верхний центр суппорта выполняется заодно с делительной шестерней,

имеющей такое же число зубьев и модуль, как и прокатываемая шестерня. В начале прокатки заготовку устанавливают так, что­

бы ее верхняя торцовая часть была на уровне кольцевого нагре­ вательного индуктора, расположенного под валками. Делитель­

ная шестерня в это время находится в зацеплении с валками и при их включении приводит во вращение заготовку. После на­ грева заготовки включается механизм подачи и заготовка по­

ступает в валки. Для облегчения захвата заготовки входная часть рабочих валков имеет конусную форму, так называемый

«заборный» конус. Диаметр заготовки для шестерен устанавли­ вается опытным путем, и он должен быть близок к диаметру де­

лительной окружности прокатываемой шестерни. Прутковый ме­ тод прокатки может быть применен только для изготовления прямозубых и косозубых цилиндрических шестерен.

Шестерня, полученная прокаткой из штучной заготовки, пред­ ставляет собой шестерню заданных размеров по диаметру и по длине зуба, но с небольшими заусенцами на торцовых поверх­ ностях. Из прутка прокатывают цилиндрическую заготовку с зубьями по всей ее длине, которую затем разрезают на отдель­ ные шестерни. Если отдельные диски прокатывались сложенны­ ми стопкой, то при снятии их со стопы они легко отделяются друг

■от друга, распадаясь на несколько отдельных цилиндрических шестерен.

Соответственно двум указанным методам прокатки шестерен применяются валки различной формы. Для прокатки из штучной

заготовки валки составляются из двух комбинированных шесте­

рен и четырех ограничительных дисков, образующих реборды. Для прокатки из «прутковой» заготовки применяются валки,

представляющие собой шестерни, которые, как это уже было от­ мечено, имеют конусную часть, служащую для захвата заготов­ ки и постепенного образования зуба.

На рис. 169 приведена кинематическая схема стана для про­

катки шестерен. Шестеренная клеть 1 имеет три шестерни, две

из которых приводят во вращение рабочие валки 2 и одна (сред­ няя) — прокатываемую заготовку 3. Следует отметить, что воз­ можна прокатка шестерен и без принудительного вращения за­ готовки; в этом случае средний шпиндель отсоединяется от ше­ стеренной клети. В случае прокатки штучной заготовки послед­

няя зажимается в центрах специального установочного механиз­

ма 4. При прокатке шестерен из прутковой заготовки вместо это­ го механизма устанавливается другой механизм 5, который не

только зажимает заготовку, но и продвигает ее вдоль продоль­ ной оси валков.

Общий вид этого механизма показан на рис. 170.

Стан рассчитан на прокатку штучных заготовок диаметром от

30 до 180 мм, шириной 30 мм и прутковых заготовок длиной до 200 мм. Наибольший модуль прокатываемых шестерен — 3 мм.

Число оборотов валков регулируется в пределах от 20 до 375 в минуту, что достигается изменением скорости вращения шунто­ вого двигателя и переключением коробки скоростей 6 редуктора, имеющего привод от электродвигателя мощностью 10 кет, через

клиноременную передачу 7 (рис. 169).

Рис. 170. Схема зажима и осевой подачи заго­ товки:

1 — станина; 2 — ползун;

3 — ходовой винт; 4 — не­ подвижная рама; 5 — ци­

линдр гидропривода зажима заготовки; 6 — подвижная бабка; 7 — делительная ше­ стерня; 5 — стопка загото­ вок: 9 — неподвижная баб­ ка: 10 — иилнндр гидропри­ вода осевой подачи заготов­

ки

Рабочая клеть стана имеет два валка, из которых каждый со­

стоит из двух шестерен — черновой и чистовой. Валки покоят­ ся в подушках; одна подушка установлена неподвижно, а другая передвигается нажимным винтом. Для установки зубьев одного валка в определенное положение по отношению к зубьям другого ■одна подушка имеет возможность перемещаться на некоторую ве­ личину в вертикальном направлении.

При указанной схеме устройства прокатного стана валки дан­ ного модуля могут прокатывать шестерни любого размера в пре­ делах технической возможности стана. При изменении диаметра прокатываемой шестерни меняется только средняя делительная шестерня шестеренной клети.

На таком стане были проведены опытные работы, подтвер­ дившие полную возможность изготовления шестерен путем про­ катки.

3(.2 Поперечная прокатка профилей периодического сечения

Элементы теории процесса прокатки цилиндрических зубчатых колес

В фундаментальных исследовательских работах, выполненных

А. Д. Кузьминым, определены кинематические соотношения про­ цесса поперечной прокатки цилиндрических зубчатых колес и установлены формулы для расчета силовых воздействий на про­

катные валки.

Ниже приводятся основные зависимости, характеризующиеданный процесс про-катки, заимствованные из работ А. Д. Кузь­

мина.

Кинематические соотношения процесса прокатки зубчатых колес. Заготовка вращается принудительно посредством дели­ тельного механизма с таким числом оборотов, которое имела бьи готовая шестерня, находящаяся в зацеплении с валками.

Число оборотов и угловая скорость заготовки определяются следующими соотношениями:

п2 = пу\

ш2 =

Для выяснения направления и величины деформации в момент внедрения зубьев прокатных валков в тело заготовки, исходя из схемы, представленной на рис. 171 (когда после образования на заготовке зуба на некоторую высоту, соответствующую подаче Х/г, валок подан еще на величину /г), А. Д. Кузьмин определил

относительные скорости перемещения зубьев валка по отноше­ нию к заготовке в зоне деформации.

Им получена следующая формула для определения s—-тан­ генциального смещения металла, производимого каждым зубом при повороте валка на угол захвата щ:

где m—модуль зацепления;

ХЛ— -величина подачи валков (обжатие).

Главным направлением деформации, по которому происходит относительное смещение металла заготовки при поперечной про­ катке, является направление по радиусу валка. За весь цикл' прокатки шестерни перемещение заготовки относительно зубьещ валка в этом направлении происходит на величину подачи вал­ ка, т. е. на S/г; наибольшее значение S/г равно 1,4 т.

Рис. 171. Окружные скорости валка и заготовки при прокатке шесте­ рен (А. Д. Кузьмин)

Угол захвата и обжатие. Зависимость между углом захвата ац, и обжатием h определена А. Д. Кузьминым в следующем при­

ближенном виде:'

где Di — наружный диаметр валка.

Величина дуги захвата / для данного случая поперечной про­ катки

hD1

(103>

1 + i

Угол захвата по формуле (103) может'быть определен только' в начале процесса прокатки, пока высота накатанных на заго­ товке зубьев невелика. При полной высоте зубьев формула (ЮЗ) дает меньший угол, чем это имеет место в практических усло­ виях прокатки.

На рис. 172 изображена шестерня с полным зубом при обжа­ тии его на величину h. Зуб шестерни встречается с зубом вал­

ка около точки, лежащей на продолжении линии зацепления АВ­