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

>324 Поперечная прокатка профилей периодического сечения

Это обстоятельство является весьма существенным, так как если изготовить стан для прокатки, точность кинематической це­ пи которого будет обеспечивать заданную ошибку длины общей

цовая часть верхней заготовки находилась на уровне кольцевого нагревательного индуктора, расположенного под рабочими валками. Вращение заготовка получает от делительной шестер­ ни, находящейся в зацеплении с зубчатыми валками. При вклю­ чении индуктора т. в. ч. верхний конец вращающейся заготовки

нагревается до 1100—1150°, после чего включается механизм по­ дачи и заготовка начинает перемещаться в осевом направлении.

Для облегчения захвата заготовок входная часть рабочих валков имеет коническую форму. В заборной части валков со- 'вершается основная работа по деформации заготовки и образованию зубьев, а в цилиндрической происходит калибровка гото­ вых зубьев. Зубчатые валки устанавливаются на определенном межцентровом расстоянии. Кинематические схемы станов i ЦКБММ-22 и ЦКБММ-13 аналогичны.

По техническим условиям точность шестерен, изготовляемых на заводе, не превышает третьего класса. Поскольку прутковый

способ прокатки обеспечивает эту точность, то процесс прокатки применяется на заводе как окончательная зубообрабатывающая операция. Технологический процесс изготовления шестерен про­ каткой состоит из следующих операций (табл. 37).

Окончательная механическая обработка шестерен после про­ катки зубьев заключается в обработке посадочного отверстия и

торцов.

Проведенная работа по контролю горячекатаных шестерен показала, что окружности выступов и впадин, а также делитель­ ная окружность концентричны. Исходя из этого, в качестве ос­ новной технологической базы принята окружность выступов, т. е.

наружный диаметр заготовки.

Обработка шестерен в цанговом патроне с базой по наружно-

■ му диаметру при проверке радиального биения профиля относи­ тельно посадочного отверстия (для шестерен III класса точно­ сти 0,08 мм) дает удовлетворительные результаты. Однако

ввиду сравнительно большого отношения диаметра окружности

выступов к толщине заготовки недостаточно в качестве базы для правильной установки в цанге принимать только один наружный диаметр. Проверка отклонения направления зубьев показала, что кроме этого, необходимо иметь вспомогательную установочную базу — торец заготовки, который предварительно подвергают ме­ ханической обработке в специальном приспособлении. Таким об­ разом, при выполнении операции расточки отверстия в качестве основной технологической базы принимается окружность высту­

пов, а вспомогательной — торец шестерен.

Снятие заусенцев по профилю зуба и окружности впадин, об­ разующихся после подрезки торцов зубчатого венца, производит­ ся на шевинговальном станке.

Для уменьшения трудоемкости механической обработки на заводе сконструирован специальный патрон, в котором заготовка с помощью трех шестерен точно центрируется по профильной,

поверхности зубьев, и надобность в подрезании технологического торца в этом случае отпадает.

При прокатке шестерен с модулем от 1,5 до 3 мм число оборо­ тов валков принимается в пределах 30—40 в минуту. Скорость подачи прутковых заготовок в зависимости от диаметра принима­ ется в пределах 6—8,5 мм!сек. С повышением скорости осевой подачи увеличивается обжатие за оборот, что приводит к наплы­ ву металла:на заготовке перед ©алками и порче зубьев. Это яв­ ление может быть устранено при одновременном увеличении Чис­ ла оборотов валков.

Ввиду отсутствия на заводе зубошлифовальных станков' про­

катные валки обрабатываются на зуборезном станке. В качестве’ материала для валков применялась сталь 20 с последующей,

цементацией и закалкой зубьев на глубину 0,5—1 мм. ЗаКйлку

326 Поперечная прокатка профилей периодического сечения

зубьев валков проводят на установке т. в. ч. Нормальная стой­ кость таких валков 3 000—5 000 шт. шестерен, что значительно превосходит стойкость червячных фрез для нарезания зубьев. Та­ кую же стойкость имеют валки, изготовленные из стали марок

40ХН и 20ХН; лучшие результаты получаются при изготовлении

валков из стали марки 5ХНТ. Стойкость их составляет 10—

12 тыс. шестерен.

Сравнительные данные экономической эффективности изго­ товления одной шестерни методом нарезки и прокатки приведены

в табл. 38.

Таблица 38

Сравнительная эффективность изготовления шестерен прокаткой и фрезерованием

Стоимость изготовления одной шестерни, руб.

Показатели

Несмотря на недостаточно совершенную технолопию изготов­ ления заготовок (ковка под молотом, расточка отверстий и др.), прокатанная шестерня на 20% дешевле фрезерованной.

Одновременно с этим изготовление шестерен прокаткой обес­ печивает более высокую производительность (табл. 39).

В таблице приведена производительность стана при прокатке различных шестерен.

Промышленная эксплуатация стана ведется заводом только

путем 'прокатки шестерни прутковым методом. При этом длина прокатываемой детали (или стопки деталей) не .превышает

200 мм. В настоящее время завод, применяя этот метод прокатки,

тем фрезерования зубьев с последующей доводкой их шевингова­ нием. Эти операции длительны (10—45 сек. на обработку одного зуба) и связаны со значительным расходом инструмента (чер­ вячных фрез и шеверов из быстрорежущей стали). При наре­

зании зубьев шестерни около 10% металла уходит в стружку, а прочность зубьев снижается вследствие перерезания волокон металла штампованной заготовки.

Применение горячей прокатки зубьев ускоряет процесс изго­ товления шестерен и устраняет недостатки, связанные с нареза­ нием зубьев; однако невысокая точность горячекатаных шесте­ рен не удовлетворяет требованиям автотракторной промышлен­ ности.

Харьковским тракторным заводом совместно с Научно-иссле­ довательским институтом токов высокой частоты имени В. П. Во­ логдина разработана технология комбинированной горяче-хо­ лодной прокатки шестерен, обеспечивающая точность II—III

■классов при затрате 2—3 сек. на изготовление одного зуба .* Эта технология устраняет также такие дефекты горячей прокатки, как образование закатов окалины у ножки зуба и облой на его

вершине, что уменьшает дополнительную обработку после горя­

чей прокатки и позволяет проводить холодную прокатку горяче­ катаного зуба без промежуточного фрезерования. Применено автоматическое управление индукционным нагревом и подачей прокатных валков по заданному циклу прокатки.

На рис. 178 представлен общий вид опытного прокатного ста­ на ХТЗ.

Увеличение производительности в 5—6 раз при прокатке сни­ жает расходы на заработную плату (вместе с начислениями) примерно на 1 руб. на шестерню. Экономия металла 'составляет 10% от веса шестерни. Общую экономию от перехода на горяче­

холодную прокатку можно оценивать примерно в 5 руб. на ше-

1 По данным ииж. Половикова В. В., опубликованным в Бюллетене технико-экономической информации, № 9 за 1956 г., стр. 11—12.

Рис. 178. Стан для прокатки шестерен, работающий на ХТЗ

стерню при заводской ее стоимости в 26 руб. Кроме того, проч­ ность зуба горячекатаных шестерен повышается на 20—50% пс сравнению с фрезерованием.

Индукционный нагрев заготовок для прокатки зубчатых колес

В целях получения зубчатых колес высокого качества и обе­ спечения высокой производительности работы стана Централь­ ным бюро поверхностной электрозакалки ЦНИИТМАШ разрабо­ тан процесс индукционного нагрева заготовок для прокатки зуб­ чатых колес.

Прокатка зубчатых колес диаметром до 70 мм производилась из заготовки длиной 250 мм, нагретой до 1100—1200°. Заготовки закрепляются в стане ЦКБММ-22 в вертикальном положении

между прокатными валками, и при вращении и поступательном движении на них прокатываются зубья по всей их длине. Прока­ танная таким образом заготовка разрезается на отдельные зубча­ тые колеса. Для зубчатых колес диаметром 140 мм в конструк­ ции стана предусмотрена возможность поштучной их обработки.

В этом случае нагретая заготовка устанавливается между валка­ ми, и зубья прокатываются при постепенном сближении валков.

Индукционный нагрев заготовок имеет большие преимущест­ ва перед нагревом в печах. Благодаря быстрому доведению тем­ пературы заготовок до требуемой образуется меньше окалины, чем при нагреве в печи. Индукционный нагрев токами высокой

частоты более экономичен по расходу энергии, так как в этом случае создаются условия для нагрева заготовки не по всем^ сечению, а лишь тех слоев, которые подлежат обработке. Кроме того, при электронагреве значительно улучшаются условия тру­ да, а подача энергии осуществляется непосредственно в момент обработки, тогда как при нагреве в печах энергия расходуется для разогрева и поддержания постоянной температуры в рабо­ чей камере и в то время, когда производится наладка или проис­ ходит перерыв в работе стана.

Экспериментальные работы по индукционному нагреву заго­ товок-зубчатых колес проводились с использованием машинного преобразователя ПВ-100/2500 (мощность 100 кет, частота тока

2500 пер/сек, напряжение 750 в). В процессе работы было устано­

влено, что нагретый токами высокой частоты поверхностный слой заготовок при прокатке быстро охлаждается за счет отвода теп­ ла в холодную сердцевину и за счет потерь тепла через контакт с холодными валками. Быстрое охлаждение наружного слоя за­ трудняет процесс прокатки.

Измерение температуры последовательно нагреваемой заго­ товки диаметром 70 мм показало, что при движении заготовки

6 мм)сек при нагреве в двухвитковом индукторе (при мощности генератора 95 кет).

Использование индукционного нагрева позволило также про­ катывать заготовки зубчатых колес, составленные в стопку.

Для нагрева заготовки диаметром 140 мм при штучной про­ катке зубчатых колес был изготовлен петлевой индуктор с магни­

топроводом (рис. 180). При помощи этого индуктора нагрев за­ готовки производился между валками при ее вращении во время

Рис. 180. Схема расположения индуктора при штучной прокатке шестерен:

1 — индуктор; 2 — магнитопровод; 3 — заготовка; 4 —>

прокатные валки

прокатки зубьев. Потери тепла за счет отвода с периферии холод­

ной сердцевиной заготовки и через контакт с холодными валка­

ми при таком нагреве непрерывно компенсировались. Продол­ жительность нагрева заготовки до 1100° на глубину примерно 12—15 мм при мощности 75 кет составляла 30 сек.

Значительные тепловые потери могут иметь место в индукторе

на участке трансформатор—виток. Чем больше этот участок, тем больше могут быть потери. Поэтому понижающий трансформа­

тор следует монтировать непосредственно в стане, как можно ближе к инструменту. Имеется в виду тот случай, когда нагрев производится в рабочем пространстве, где происходит непосред­ ственное формирование зубьев, т. е. когда заготовка после на­ грева или при нагреве тут же прокатывается.

Тепловые потери могут происходить также вследствие индук­ тирования токов в лежащих вблизи от индуктора металлических частях стана. Однако эти потери зависят не только от расстояния

между индукторам и частями стана, но и от общего расположе­ ния этих частей и конструкции индуктора. При соответствующей конструкции индуктора токопровод его может практически про­ ходить от отдельных частей стана весьма близко. В данном слу­ чае наименьшее расстояние между индуктором и частями стана

332 Поперечная прокатка профилей периодического сечения

составляло 15 мм, наибольшее — 65 мм. Несмотря на такое близкое расстояние от индуктора, металлические части стана на­

гревались весьма незначительно. Например, после 30-мин. рабо­

ты наиболее близко расположенный от токопровода участок ста­ нины нагрелся лишь до 40°. Рабочие валки нагревались в большей степени от контакта с горячей заготовкой, чем от индук­

тируемых токов.

2. ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ СТАНОВ ДЛЯ ПРОКАТКИ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС

Станы ЦКБММ-13 и ЦКБММ-22

Электрооборудование станов ЦКБММ-13 и ЦКБММ-22, ана­ логичное в отношении системы привода и схемы управления, рас­ смотрим на примере стана ЦКБММ-22. Стан предназначен для штучной и прутковой прокатки зубчатых колес диаметром от 25 до 200 мм с шириной обода от 15 до 230 мм и имеет два элект­ ропривода для вращения рабочих валков и механизма установки валков и два гидропривода для механизма зажима заготовки и для подачи заготовки.

Оба механизма с гидроприводом имеют электрическое дистан­ ционное управление с помощью электромагнитов.

Главный привод, служащий для вращения рабочих валков,

осуществлен от двигателя постоянного тока мощностью 13,5 кет

через цилиндрический редуктор и соответствующие передачи (ом. кинематическую схему на рис. 181). Применение двигателя пос­ тоянного тока вызвано потребностью регулирования скорости

вращения валков в зависимости от сортамента, а также в связи с возможностью работы с относительно частыми реверсами валков при штучной прокатке.

В местах установки стана может отсутствовать сеть постоян­ ного тока требуемой мощности, вследствие чего питание двигате­ ля рабочих валков осуществляется от отдельного генератора мощностью 16,2 кет, 220 в. Генератор входит в состав трехма-

шииного преобразовательного агрегата, имеющего асинхронный двигатель мощностью 22 кет и возбудитель мощностью 2 кет. По­ следний питает обмотку возбуждения двигателя и цепи управле­ ния. Обмотка возбуждения генератора с целью интенсивного и наиболее оптимального протекания переходных процессов пи­ тается от электромашинного усилителя (ЭМУ).

Ввиду наличия отдельного генератора с управляемым возбу­ дителем — ЭМУ, — регулирование скорости двигателя валков

производится изменением питающего напряжения. Такая схема позволяет сократить время протекания переходных процессов и,

кроме того, уменьшается напрев двигателя.

1