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

Рис. 188. Кинематическая схема стана ЦКБММ-42 для прокатки конических ■пестерен:

/—шестеренчатая клегь; 2 —рабочая клеть; 3 — вин­ ты; -/ — каретки; 5 —кониче­

версальные шпиндели

При прокатке конических шестерен вершины начальных кону­ сов заготовки и инструмента совпадают в общей точке только в

конце процесса прокатки. Боковая профильная поверхность кони­ ческих зубьев получается при этом как огибающая бесчисленно­ го множества последовательных положений профиля зуба крничёского прокатного валка, совершающего сложное движение; со­

стоящее из движения обкатки и движения подачи.

Опытный стан ЦКБММ-42 предназначен для горячей прокат­ ки конических шестерен с модулем до 4,5 мм и диаметром до

200 мм.

Кинематическая схема стана ЦКБММ-42 для прокатки кони­

ческих шестерен приведена на рис. 188. Основными узлами стана являются шестеренная клеть 1 и рабочая клеть 2. В рабочей кле­ ти на винтах 3 смонтированы каретки валков 4, в которых закреп­ лены два конических валка 5. При вращении винтов 3, имеющих правую и левую резьбу, каретки 4 одновременно сближаются или расходятся. Заготовка закреплена на каретке 6, которая связа­ на с одним из винтов 3 сменными шестернями 7 и коническими шестернями 3. Заготовка и валки приводятся во вращение от ре­ гулируемого электродвигателя постоянного тока 9 через коробку

дуктор поднимается вместе с трансформатором специальным ги­ дравлическим цилиндром, после чего заготовка надевается на

шпиндель каретки. Затем индуктор опускается в исходное поло­

жение и включается в цепь машинного генератора; одновремен­ но с этим от электродвигателя приводятся во вращение валки и заготовка.

После нагрева заготовки до 1100—1150° включается механизм подачи и приводятся во вращение винты кареток. При этом про­ исходит одновременное сближение кареток до заранее заданного размера, который контролируется индикатором. Во время сбли­ жения кареток конические валки деформируют нагретую поверх­ ность заготовки, образуя на ней зубья. Торцовые шайбы ограни­ чивают течение металла с поверхности заготовки в боковом на­

правлении, способствуя тем самым хорошему заполнению зубьев.

На стане можно прокатывать конические шестерни с прямы­ ми и спиральными зубьями, что достигается сменой зубчатых валков. При прокатке шестерен различных диа!метров меняются рабочие калиброванные шестерни (валки) и шестерни шестерен­

На рис. 189 показаны заготовка (справа), применяемая для

прокатки конических шестерен, и готовая прокатанная шестерня

со спиральным зубом:(тп,—.4,5 мм).

р,— коэффициент трения; Ре? — среднее удельное давление, кг]мм2.

Коэффициенты а и с определены экспериментально. С учетом их значений формула для определения величины давления метал­ ла на валки имеет вид:

Для определения крутящего момента на шпинделях рабочих валков при прокатке конических шестерен М. В. Барбаричем ре­ комендуется формула

i2

где г — передаточное отношение от заготовки к валку; У — половина угла наружного конуса валка.

Величина среднего удельного давления рср определена М. В. Барбаричем экспериментально. При нагреве заготовок под прокатку до 1100—1180° и при вышеуказанных условиях прокат­ ки рекомендуется принимать значение рср, равное 22 кг/мм2.

Причины возникновения дефектов на прокатанных шестернях

Одной из основных причин, вызывающих необходимость до­ полнительной механической обработки шестерен, изготовленных способом горячей прокатки, являются поверхностные дефекты на накатанных зубьях.

Основными дефектами зубьев прокатанных конических ше­

стерен являются: слоистость металла во впадинах и ножках зу­ бьев, закаты на боковой профильной поверхности и раскаты плен на головках зубьев.

Все дефекты ориентированы, как правило, определенным обpaaotM по отношению к направлению вращения заготовки.

Результаты проведенных М. В. Барбаричем исследований по­ казали, что основными источниками поверхностных дефектов зубьев являются: контактные силы трения, действующие на про­ фильных поверхностях зубьев, неправильный выбор калибровки

валков и режимов накатки и неправильная настройка валков. Силы трения способствуют в основном возникновению зака­

тов на боковой профильной поверхности и плен на головках зубьев.

Калибровка валков оказывает влияние на характер и глуби­ ну дефектов во впадинах и на ножках зубьев. Установлено, что на этих участках шестерен дефекты возникают в основном за счет «соскабливания» частиц металла головками зубьев валков с ножек накатываемых зубьев и их тангенциального перемеще­ ния во впадинах.

350 Поперечная прокатка профилей периодического сечения

Исследование влияния калибровки валков и режимов прокат­

ки на качество накатанных зубьев позволило установить, что лучшее качество шестерен обеспечивает применение валков с ко­

эффициентом смещения 0,3.

Сопоставление макрошлифов, взятых из шестерен, прокатан­ ных по различным режимам, показывает, что при прокатке кони­ ческих шестерен при указанных выше условиях процесса прокат­ ки следует применять окружную скорость валков 0,15—0,25 м^сек. и скорость сближения валков 0,25—0,7 мм!сек. Указанные опти­ мальные скорости вращения валков и скорости их сближения не могут рассматриваться обязательными для других условий про­ катки, отличных от условий, в которых производились опытные работы. '

Неправильная угловая настройка валков может также слу­ жить причиной появления дефектов. Эти дефекты возникают на головках зубьев и боковых профильных поверхностях. Наиболее радикальным средством устранения таких дефектов является применение одного накатного валка.

Точность конических шестерен, изготовленных прокаткой

Для оценки точности способа прокатки шестерен М. В. Бар-

баричем замерялись ошибки окружного шага прокатанных шес­ терен, проверялись расположение и величина «пятна касания» и

уровень шума при обкатке с эталонными шестернями на об­

катном станке.

Наибольшая ошибка окружного шага у прокатанных шесте­ рен с модулем 4,5 мм и числом зубьев 36 составляет 0,10 мм и

наибольшая накопленная ошибка 0,46 мм. По ГОСТ 1758—52

.для шестерен четвертого класса точности указанных выше разме­ ров, изготовленных на зуборезном станке, допускается соответ­ ственно 0,11 и 0,50 мм.

При проверке по «пятну касания» установлено, что зубья прокатанных шестерен контактируют с зубьями эталонных ше­ стерен по всей длине. Такая форма контакта не отвечает соот­ ветствующим стандартам, согласно которым пятно касания дол­ жно быть расположено центрально по высоте зуба со смещени­ ем по длине зуба к его узкому концу. Для удовлетворения этих

стандартов надо вносить поправку в калибровку валков: для шестерен со спиральными зубьями — на угол наклона спирали; для прямозубых шестерен — на толщину зуба.

Замер уровня шума специальным прибором — шумомером Ш-32, установленном на расстоянии 200 мм от обкатного ста­ нка, показал, что уровень шума при вращении шестерен со спи­

ральными зубьями с модулем 4,5 км и числом зубьев 36 состав­ лял при окружной скорости 12 м!сек 80 децибедл, что несколько

выше, чем уровень шума от конических автомобильных шесте­ рен со спиральным зубом (т = 4 мм; г=1), изготовленных на зу­

борезных станках.

М. В. Барбаричем проведены оригинальные эксперименты с применением радиоактивных изотопов. Были прокатаны кони­

профильную поверхность зубьев наносились радиоактивные изо­

топы углерода, места расположения которых фиксировались на

{рентгеновской пленке. После нанесения изотопов шестерни об­

жимались до полной высоты (2Л = 6,6 мм) и расположение изо­

топов снова фиксировалось на рентгеновской пленке. Сравнение рентгеновских снимков зубьев шестерен до и после деформации указывает направление перемещения поверхностных слоев ме­ талла при прокатке, так как изотопы, нанесенные на боковую профильную поверхность, переместились на дно впадины и на основание профильной поверхности.

В результате проведенного М. В. Барбаричем теоретического анализа, подтвержденного экспериментально, выяснилось, что для получения качественных прокатанных зубьев следует при­ менять валки с отрицательным коэффициентом смещения. Опти­ мальным коэффициентом смещения для конкретных условий,

имевших место в опытных работах М. В. Барбарича, следует счи­ тать |=—3.

Нагрев заготовок под прокатку

Для нагрева заготовок использовался машинный генератор типа ВТО мощностью 250 кет с частотой 2500 гц. При исследова­ нии индукторов различных конструкций путем замеров темпера­ туры заготовок, времени нагрева и потребляемой мощности ус­ тановлено, что для нагрева наиболее целесообразным является

секторный индуктор с железным сердечником Ш-образной фор­ мы. Время нагрева таким индуктором заготовок диаметром

180 мм и шириной венца 20 мм до температуры 1150° на глубину

5—10 мм составляет 35—50 сек. при потребляемой мощности 90—100 кет. Зазор между поверхностью заготовки и шинами ин­ дуктора в начале нагрева не должен превышать 3—4 мм; в про­ цессе прокатки этот зазор следует сохранять постоянным за счет

постепенного отвода индуктора.

Железо магнитопровода должно перекрывать торец заготов­ ки со стороны большого модуля на величину 1—2 модулей.

Основным фактором, определяющим эффективность сектор­ ного индуктора, является величина угла охвата заготовки. Для повышения к.п.д. индуктора и снижения стоимости нагрева за­ готовок следует применять индукторы с большим углом охвата;

352 Поперечная прокатка профилей периодического сечения

что может быть достигнуто за счет применения при прокатке од­

ного накатного валка.

Производительность процесса прокатки конических шестерен

Время, требующееся для прокатки конической шестерни, мо­ жет быть определено по формуле

^ — ^ + /2 + ^3 сек.,

где ti — время, затрачиваемое на пластическую деформацию и калибровку прокатанных зубьев;

г'г — время, затрачиваемое на нагрев заготовки; /3— вспомогательное время (на установку и снятие заготов­

ки и т. д.).

Время, затрачиваемое на пластическую деформацию, зави­ сит от выбранной скорости сближения валков и модуля прока­ тываемой шестерни.

Скорость сближения валков v может быть рекомендована, исходя из полученных при исследовании процесса результатов, в

пределах от 0,05 до 0,10 мм!сек. Путь, проходимый валками до получения полной высоты зуба, определяется равенством

1,2m

S =-------- 1---------- > sin у + i sinp

где у — угол начального конуса валка;

i — передаточное отношение от заготовки к валкам. Р — угол начального конуса заготовки.

Тогда время пластической деформации будет равно

, s

—------ сек.

v

Прокатка конических шестерен (т = 3 мм, z = 54) на стане производилась при v = 0,07 мм/сек валками, у которых у=26°40'.

Подставив эти значения в уравнение, получим t[ = 23 сек.

Для получения лучшего качества зубьев шестерен в конце процесса прокатки производится калибровка — обкатка без осе­

вой подачи валков, для чего заготовка должна сделать 5—6 обо­

ротов. Прокатка шестерен производилась при /г = 80 об/мин, вре­ мя калибровки в этом случае составляет 5 сек. Общее время на пластическую деформацию и калибровку при прокатке кониче­ ских шестерен с модулем 3 составляет 28 сек.

4. ПОПЕРЕЧНАЯ НАКАТКА КРУПНОЙ РЕЗЬБЫ

Накатка резьбовых профилей является новым способом об

работки металлов давлением, который находит все более широ­

кое применение в промышленности. Еще недавно накатка при­

354 Поперечная прокатка профилей периодического сечения

Таким образом, предполагается, что на катающем диаметре

происходит жесткое фрикционное сцепление между роликами и заготовкой в процессе накатки. Приближенно катающие диамет­ ры резьбы на роликах и заготовке можно принять равными сред­ нему диаметру резьбы. При соблюдении указанного условия практически отсутствует осевое перемещение заготовки в про­ цессе накатки, благодаря чему получается качественная резьба на определенном участке изделия, в том числе на изделиях с буртами.

В настоящее время на ряде заводов имеются мощные резь­ бонакатные станки роликового типа, работающие по схеме по­ перечной прокатки (табл. 40).

Таблица 40

Техническая характеристика резьбонакатных станков роликового типа

резьбонакатных роликов, которая в свою очередь определяется максимальным усилием подачи, жесткостью и мощностью станка.

Это обстоятельство существенно ограничивает возможности резьбонакатных станков данного типа, так как оказывается не­ возможным изготовлять обширную номенклатуру деталей ’ с крупной резьбой, длина которой превышает ширину роликов.

При накатке длинной резьбы необходимо в процессе накатки обеспечить осевую подачу заготовки. Метод накатки длинной резьбы роликами с параллельными осями, применяемый иногда на практике (при этом осевая подача заготовки обеспечивается

нарушением кратности заходов резьбы на роликах и заготовке) является неудовлетворительным. Такой метод можно применять лишь при накатке сравнительно мелкой резьбы, так как он при­ водит к снижению точности резьбы, одностороннему давлению