автореферат диссертации по металлургии, 05.16.05, диссертация на тему:Исследование и разработка технологии разделения проката круглого сечения методом винтовой прокатки

-о од

московский

ордена октябрьской революции и ордена трудового красного знамени институт стали и сплавов

На правах рукописи

КАЛ ЕВ Альберт Олегович

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ РАЗДЕЛЕНИЯ ПРОКАТА КРУГЛОГО СЕЧЕНИЯ МЕТОДОМ ВИНТОВОЙ ПРОКАТКИ

Специальность 05.16.05 — «Обработка металлов давлением»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1993

Работа выполнена в Московском институте стали и сплавов и Челябинском филиале научно-производственного объединения по технологии тракторного и сельскохозяйственного машиностроения.

Научные руководители: доктор технических наук, профессор ПОТАПОВ И. Н. кандидат технических наук, с. н. с. ХАРИТОНОВ Е. А.

Официальные оппоненты: доктор технических наук ЕРИКЛИНЦЕВ В. В. кандидат технических наук, доцент ГОЛУБЧИК Р. М.

Ведущее предприятие:

ПО «ЧТЗ им. Ленина»

Защита диссертации состоится 2 июня 1993 г. в 3 час.З^ мин. на заседании специализированного совета К-053.08.02 по присуждению ученых степеней в области обработки металлов давлением в Московском институте стали и сплавов по адресу: 117936, Москва, ГСП-1, Ленинский проспект, дом 4.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского института стали и сплавов.

Автореферат разослан « 19 1993 г.

Ученый секретарь специализированного совета

Н. А. ЧИЧЕНЕВ

-3-

ВВ1ЩЕНИЕ

АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ. Современный уровень развития кузнечно-прессового производства предъявляет высокие требования к заготовкам под точную объемную штамповку и процессы холодного выдавливания. Ставится задача получения заготовок правильной геометрической формы с разбросом по массе в пределах 1,5$,от номинального значения. При этом должна обеспечиваться высокая производительность процесса. Особенно остро стоит вопрос при разделении проката

из дорогостоящих легированных марок сталей и цветных металлов и проката круглого поперечного сечения, как наиболее массового. В связи с этим, работа по созданию и внедрению технологии и оборудования, дозволяющих получить заготовки правильной геометрической формы с высокой весовой точностью, является актуальной.

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ РАБОТЫ. Разработка технологии разделения прока-га круглого сечения на мерные длины .с применением винтовой прокатки. В работе.поставлены следующие задачи:

- разработать технологические основы теории прокатки-ломки;

- разработать методику расчета геометрических параметров очага деформации и энергосиловых характеристик процесса;

- исследование влияния технологических факторов (деформационной схемы приложения изгибающей нагрузки, температуры нагрева проката, материала проката, углов подачи и частоты вращения валков, способов нанесения концентратора напряжений) на процесс прокатки-ломки;

- разработать, технологию и определить технические характеристики

. оборудования технологической линии, по разделению, проката кругло-, го поперечного сечения на мерные заготовки.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА; Показана возможность1 ¿¿пользования стана-1 1 ¡интовой прокатки для качественного и высокопроизводительного )азделения проката круглого поперечного сечения. Разработана мето-[ика расчета геометрических параметров очага деформации и энерго-!иловых характеристик процесса. Разработаны.и исследованы техноло-'ические режимы процесса прокатки-ломки.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ. Разработана новая высокопроизводитель-;ая технология разделения проката круглого сечения на мерные дли-[Ы, определены основные технические характеристики оборудования ■ехнологической линии.

РЕАЛИЗАЦИЯ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ. Разработанная технология процесса прокатки-ломни пр!шята Кувацдыкским производственным объединением "Долина" для организации серийного выпуска оборудования реализующего настоящую технологию. По техническому предложению, разработанному с участием автора на ПО "ЧТЗ им. Ленина", создаются три технологические линии по разделению проката в инструментальном, кузнечном и шпилечном производствах.

ПУБЛИКАЦИЯ И АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Содержание работы опубликовано в печатных работах, получено 4 положительных решения на изобретения. Результаты работы доложены и обсуждены:

1. На заседании металлургической секции НТС МИНАВТОСЕДЬХОЗ-МАША, г.Челябинск, КТИАЫ, 1991г.

2. На школе-семинаре секции КШП ОП ВИТОМ ПО "ЧТЗ им.В.И.Ленина" и Челябинского кузнечно-прессового завода, г.Челябинск, 1991г.

3. На заседании НТС ЧФ НИИТСХМ г.Челябинска, 1992г.

ОЕЬЕй РАБОТЫ. Диссертация изложена на (Ы* листах машинописного текста и состоит из введения, 5 глав с V/ рисунками, (8 таблицами, общих выводов, списка литературы, включающего 8'5 наименования и С приложений.

разработка рационально;! дЕзои.эдионна; cm.li прмошшя изгишоцш натру31® 3 момент излома проката

Разделение проката в способе прокатки-ломки осуществляется изгибом в калибре валков стана винтовой прокатки. При этом за основные параметры деформационной схемы приложения изгибающей нагрузки в момент излома приняты (рис. I): ^ - расстояние от задней опоры до плоскости концентратора напряжений, - рас-

стояние от передней опоры до плоскости концентратора напряжений,

I - расстояние между опорами, А - смещение плоскости концентратора напряжений от промежуточной опоры, 2Аь ~ расстояние от передней до промежуточной опоры, £а - расстояние от промежуточной до задней опоры.

Выпуклый валок в момент излома контактирует с прокатом на участке,, находящемся в середине валка (промежуточная опора), а вогнутый валок - на его входном и выходном участках (крайние ---торы) . Крайняя опора на входном участке валка в процессе продвиже- , ния проката по очагу деформации практически не изменяет своего местонахождения, а местоположение промежуточной опоры, зависящей от радиуса кривизны выпуклого валка в момент предшествующи:"! излет.-;

-/Г-

0С1ЮВШЕ ПАРАШЮТ ДЕФОРМАЦИОННОЙ СХЕШ ПРШЮШШЯ ИЗГИЕАЮЦШ НАГРУЗКИ. УЧАСТКИ ПРОДОЛЬНОГО ПРОФИЛЯ ОЧАГА ДЕФОРМАЦИИ

Рис. I

изменяется незначительно. Таким образом, изгиб осуществляется зе счет силового воздействия на прокат со стороны опоры на. выходном участке вогнутого валка и, посредством чего, в процессе прокатки-ломки реализуется деформационная схема консольного изгиба.

Рассмотрены четыре возможных схемы деформирования проката в момент излома:

1. Консольный изгиб при равных расстояниях от крайних опор до плоскости концентратора напряжений. Точка приложения промежуточной опоры совпадает с плоскостью концентратора напряжений. Длина валка цревышает расстояние между крайними опорами -Рэ;

гй>1 >.

2. Консольный изгиб при равных расстояниях от крайних опор до плоскости концентратор напряжений. Точка приложения промежуточной опоры совпадает с плоскостью концентратора напряжений. Длина валка равна расстоянию между крайними опорами ( I, - Ег '

гьч )•

3. Консольный изгиб при неравных расстояниях от крайних опор до плоскости концентратора напряжений. Точка приложения промежуточной опоры смещена в сторону с меньшим расстоянием от крайней опоры до плоскости концентратора. Длина, валка превышает расстояние между крайними опорами ( / 4 ^в У £ ) •

4. Консольный изгиб при неравных расстояниях от крайних опор до плоскости концентратора напряжений. Точка приложения промежуточной опоры смещена в сторону с меньшим расстоянием от крайней опоры до плоскости концентратора. Длина валка равна расстоянию между крайними опорами ( ¿г ; = £ ).

При этом за принцип, обеспечивающий качественный излом проката, взято равенство упругих энергий отделяемых частей проката5^.

Iг I,

где Ди - перепад потенциальных энергий участков проката,

находящихся по разные стороны от плоскости разделения М, Г X) - изгибающий момент на участке I / , Нчч МаСО - изгибающий момент на участке ¿г , Мм Е - модуль упругости при растяжении, Па $ - момент инерции деформируемого проката, М

Тимощенко В.А. Комплексные исследования и совершенствование разделительных процессов обработки металлов давлением (обобщение опыта работы Кишиневского политехнического института)/Дузнечно-штамловочное производство.-1392.-,','5.

Анализ указанных схем деформирования проката проводился путем их сравнения при одинаковой величине отклонения схемы деформационной нагрузки от расчетной, соответствующей равенству потенциальных энергий отделяемых частей проката. Установлено, что при ломке проката предложенным способом, деформационная схема с ^ / ^ и 2й > £ обеспечивает меньший перепад потенциальных энергий отделяемых частей проката и приводит к более высокому качеству поверхностей разделения.

Расчет прогиба нейтральной линии проката с нанесенным на его наружную поверхность концентратором напряжений в виде трещины критической длины проводился графо-аналитическим способом по методике предложенной для случая изгиба балки защемленной одним концом А.С.Мостовым и Б.А.Лавровым в статье "Влияние усталостной трещины на изгибную жесткость образца" (КАИ, Труды, выпуск XXIX, 1967г.). Математическое выражение для прогиба нейтральной линии проката /"мл. получено в следующем виде:

На участке от передней опорной поверхности до промежуточной опоры х

=Л/-х-Сх-хо) у Р(*)с1х , (2)

п г

где А; ^ . \

ЕГ^У -13)

Хо ,--— (4

] Р И) Ж

0

На участке от промежуточной опорной поверхности до задней опоры

х

/нл. М/ Х-б/Гх -Ьь)-(%-и) / Р(Х) а* , (5)

1 ?Л6

1де =-к- & (6)

в %

Л» -т- (V)

J р(*)-ах

р

где г(ч - функция описывающая эпюру моментов фиктивной балки.

Далее ставилась задр'та оцредедения возможности разделения в одном очаге, деформации заготовок одного диаметра с различной длиной ^ . При условии достижения критического ш. ;ряжения в плоскости концентратора проводился расчет прогиба проката на участке от промежуточной до задней опоры (от В до С) (рис. 2) для

прогиб нейтральных лэдш! проглтл при различно;i длине заготовок ( 1{ )

Прогиб нейтральных

Рис. 2

различных значений , соответствующих Рц . Расстояние от передней до промежуточной опоры ь и геометрические параметры концентратора напряжений принимались постоянными.

В результате расчета установлено, что с увеличением £eci прогиб проката в опорной точке увеличивается. В диапазоне от С до С нейтральная линия проката, соответствующая большей длине , лежит выше опорной точки нейтральной линии проката

Ci , которая соответствует меньшей длине itci , т.е. пра )tgci зыполняется условие fit, > fk . В этой связи, в работе делается утверждение, что выполнение профиля очага деформации стана винтовой прокатки эквидистантно с кривой, описывающей местоположение крайних опорных точек нейтральных линий проката, позволит при задаче в калибр заготовок различной длины до-

биваться минимального перепада упругих энергий отделяемых частой проката в момент излома, и, следовательно, высокого качества поверхностей разделения.

МЕТОДИКА РАСЧЕТА ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ОЧАГА

ДЕФОРМАЦИИ И ЭНЕРГОСШЮВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ПРОЦЕССА ПРОКАТКИ-ЛОМКИ

Разделение проката на заготовки рассматриваемым способом осуществляется в очаге деформации, образованном развернутыми на угол подачи валками и направляющими линейками, реализующими выбранную деформационную схему. Под формой очага деформации, в данном случае, подразумевается ее продольный профиль, который определяется характером изменения по длине очага деформации раствора между валками. В этой связи, рассматривается в отдельности продольный профиль очага деформации, образованный вогнутым и выпуклым, валками.

Продольный профиль очага деформации, образованный вогнутым валком, складывается из пяти различных по своему функциональному предназначению участков (рис. I): Lt - участок передней опорной, поверхности, Lz - входной участок, ¿3 - выходной участок, 1-ч - участок задней опорной поверхности, Ls - участок долома.

Наиболее ответственным является разработка калибровки участка задней опорной поверхности. Это связано с тем, что профилем данного участка определяется схема напряженно-деформированного состояния проката в момент излома. Настоящий профих описывается по представленным выше формулам путем расчета местоположения крп. -них точек нейтральных линий проката ( imir, , ), в за-

доданном диапазоне изменения длины заготовки , от ее минимального значения timin до максимального значения . Кривая, соединяющая указанные крайние точки нейтральных линий, является участком задней опорной поверхности.

Настоящим расчетом учитывается обкатка передней боковой приторцовой поверхности проката, которая наиболее сильно проявляется при отношении длины отделяемой заготовки к диаметру в диапазоне значений 1,5...1,7. В данном случае энергия, предназначенная для изгиба проката, затрачивается на сдвиговую деформацию поверхности переднего конца. Усилия деформирования при малом отношении длины заготовки к диаметру значительно возрастают, в то время как сопротивление деформации со стороны материала снижено наличием свободной поверхнос а торца заготовки, благодаря которой металл цроката имеет возможность течь в осевом направлении. В этой связи происходит увеличение пятна контакта проката с задней опорной поверхностью и, соответственно, смещение точки приложения изгибающего усилия в сторону противоположною движению проката на величину , которая, согласно опытным данным, рпвна

: Lh-^tr t^ , (8)

где ^т - длина обкатанного участка, мм

У - угол обкатки, рад

На входном и выходном участках очага деформации в момент разделения контакт црутка с валком, с целью обеспечения заданной консольной схемы, отсутствует. В э'.ой связи, с целью построения действительного очага деформации, обеспечивающего надежность захвата прутка, его центрирование, а также подачу проката вперед по очагу деформации в формулу расчета црогиба. нейтральной линии проката на участках ¿2 ц L3 вводятся поправочные коэффициенты зазора К^ и Kg. На участке математическое выражение для

расчета продольного профиля очага деформации найдется по формуле:

/ = /н.л + /г , ' (9)

где /а -t) при (1С

fe. при fi^X^ifiiL^ZQ+Un, (II

где Ki - коэффициент, обеспечивающий задание зазора между . прокатом л валком, Ко = 0,0С5...0,015.

tmin - расстояние между крайними опорами соответствующее минимальной длине заготовки .

На участке Lb математическое выражение для расчета продольного профиля очага деформации найдется по формуле:

f = Ал. + /» , (12)

где fü=K3(*-Í«,;n) hPu UJ±l, 13)

где Kj - коэффициент, обеспечивающий задание зазора между прокатом и валком, Kg=0,0I...0,03.

Участок долома Ls предназначен для повышения стабильности процесса прокатки-ломки и организации отвода отделенных заготовок. Согласно экспериментальным данным, участок долома следует назна-' чать до 30$ от Рщущ • Математическое выражение для расчета продольного профиля очага деформации участка долома имеет вид:

/ = /н.д. fs (14)

fs - К5 (X - f (15)

где ^s - коэффициент долома . Кд = 0,02...О,05

tmxi - расстояние между крайними опорами соответствующее максимальной длине заготовки Pfmc** .

Геометрический профиль очага деформации, образованный выпуклым валком, складывается из трех различных по своему функциональному предназначению участков: L\ - входной участок, L¿ - участок промежуточной опорной поверхности, L¿ - выходной участок.

В момент предшествующий излому, контакт проката с валком осуществляется на участке промежуточной опорной поверхности. Профиль настоящего участка из условия обеспечения надежного контакта предлагается выполнять совпадающим с кривой прогиба нейтральной линии проката в момент излома.

На входном и выходном участках очага деформации образованного выпуклым валком, контакт проката с телом валка, как и для аналогичных участков очага деформации образованных вогнутым валком, отсутствует. Математическое выражение для расчета продольного профиля очага деформации вг чного участка, обеспечивающего надежность захвата проката, его центрирование, подачу вперед по очагу деформации имеет следующий вид:

и -'¿К -*), (IV)

где/ К/ _ коэффициент, обеспечивающий задание зазора мевду

прокатом и валком. KJ = 0,015...0,07. Расчет продольного профиля очага деформации выходного участка, обеспечивающего центрирование и отвод отделенных от проката заготовок, осуществляется по следующему математическому выражению:

/ = /н Л. + /а (18)

/з ^з-f*- í . (19)

где - коэффициент, обеспечивающий задание зазора между

прокатом и валком. K¿ = -0,017...0,017 Отрицательное значение для назначается при организации ускоренного отвода отделенных заготовок из зоны валков.

Для окончательного построения очага деформации процесса прокатки-ломки определена величина расстояь-л между валками (величина сближения валков) в следующем виде:

: Ас5л. = Апрог. ~ AoSk. ~ Аупр- , (20>

где Апрсг,- оближение, создающее прогиб проката:

Лпрог. ^J^.f(t) (21)

АоБк- сближение, компенсирующее обкатку в местах контакта валка с прокатом:

AoSk. ^—(g9 , (22)

где НВ - твердость металла по Бринелю.

Лупр - сближение, компенсирующее упругую деформацию стана:

Ау пр. (23)

где Р( - радиальное усилие на валок стана винтовой прокатки, н

С - жесткость рабочей клети, HjM. Вывод формул для расчета энергосиловых характеристик процесса прокатки-ломки (крутящего момента и мощности) проведен при упругом изгибе проката без учета концентратора напряжений. При рас-э-те полной мощности, обусловленной вращательным, поступательным движением проката и преодолением сил трения, получено

/JoSUÍ, s 4 Tf' p/ ticlL (ч_ 4 M4 < r d,n w

l-E-Jt-pЧЛ-et-iffi [' / 2 / ' (24)

где IT. - осевая скорость проката, м/с Pi - радиальное усилие на валок, н • ^ - угол подачи, рад m - плечо трения качения валков по прокату, м • f - коэффициент трения в подаипниках роликов иГ - частота вращения, с-1 den- диаметр цапфы валков,м R - радиус проката, м

Разработку методики расчета геометрических параметров-очага деформации и , энергосиловых характеристик процесса ifd окат кило].тки заканчивается перходом от профиля очага деформации к калибровкам рабочих валков с учетом искажения очага деформации при развороте валков на угол подачи.

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕШ.ЮВ ПРОЦЕССА ПРОКАТКИ.-ЛОМКИ

Эксперименты по исследованию процесса прокатки-ломки прово-яшшсь на мо,инфицированном двухроликовом профиленакатном полуавтомате модели А9527 Азовского завода КПА, который по своим харак-теристижам представляет собой, вид стана винтовой прокатки. ■

При проведении прокатки-ломки цо опробовании калибровок валков, рассчитанных .по разработанной ранее методике, использовался горячекатзнный прокат широко распространенной в промышленности стали 40XI0C3M, излом которой сходен -т изломом таких марок сталей как Р6М5» У8„ 9ХС, ШХ-15 и т.п. Построение калибра валков .проводилось тагам образом, чтобы получить качественный излом проката в широко распространенном в кузнечно-прессовом производстве диапазоне отношений длин заготовок к диаметру у, 1,5. ..3. Исходные пзннвш при которых проводился расчет исследуемых калибровок сведены в табл. I. Опробование разработанных калибровок валков проводилось путем задачи в очаг деформации проката в расчетном диапазоне длин заготовок, г.е. при < l/^f/m^t - Правильность построения продольного профиля очага деформации калибра валков эпределялось по качеству поверхности разделения, с одной стороны, а по полученной экспериментально относительной величине перепада упругих энергий отделяемых частей проката, с другой стороны. При этом, относительная величина перепада упругт'Х энергий определи-

лась соответствующим расчетом через известные параметры деформационной схемы нагрукення £Ае> , и полученные экспериментально £ > ¿у . Замер параметров деформационной схемы нагружения I , Ег проводился путем фиксации места излома приспособлением для записи шага.

• ■ Таблица I

№ калибровки Диаметр валков проката

сС ,мм

Глубина концентратора напряжений , И мм

¿/т» и

мм

Длина заготовки ■

ЛтлУ

Ш

Расстояние от передней до промежуточной опоры £ль .мм

I . зо 3 40 50 52

2 30 3 50 70 88

3" 30 3 70 100 125

В результатег эксперимента получено, что при прокатке-ломке проката'в расчетом диапазоне =40... 50 мм на калибровке Н, • прокатке-ломке проката в расчетном диапазоне ^ =50...70 мм на калибровке Га 2, прокатке-ломке проката в расчетном диапазоне ^ =70...100 мм на калибровке И 3 относительная величина перепада потенциальных энергий отделяемых частей проката близка к нулю, а "отклонение поверхности разделения от плоскости концентратора нап-' ряжений минимально. Отношение величины максимального отклонения поверхности разделения к диаметру проката составило

0,001...0,017.-При длине заготовок, не входящих в расчетный диапазон ' [/т;^ . Щ>и прокатке-ломке проката в диа-

• пазоне 40 > } 50 на калибровке № I, прокатке-ломке проката в

' диапазоне 50 > ) 70 на калибровке № 2, прокатке-ломке проката

• -в диапазоне 70 ) у 100 для калибровки № 3 с увеличением отно-

сительной величины перепада потенциальных энергий отделяемых частей проката наблюдалось ухудшение качества поверхности разделения

• ( =0,03.. .0,08). При этом следует отметить, что при прокатке лом!<е на калибровке № 3 обеспечивающей в сравнении с калиб-ровгами 3 I и )? 2 наименьший относительный перепад потенциальных энергий'отделяемйх чг.ртей проката в диапазоне 70 > 61 } 100,' получен лучший результат по качеству поверхностей разделения

< £/<■ = о,01...0,02).

-ts-

Исследования влияния температуры нагрева к . процесс прокатки-ломки проводились на углеродистой качественной, стали марок Ю, 45,55, инструментальной стали марок У8, Р6Ж>, лег--рованной стали марок 40Х, I2X2H4A, 12Х18Щ0Т, 40Л0С2М.

Установлено, что характер разрушения для всех материалов в холодном состоянии, как правило одинаков - излом хрупкий. Для материалов с повышенными прочностными характеристикалш'наблюдается значительное искривление поверхности разделения (плоскости торцов заготовок). При этом, в результате отдачи частей проката ~леред-назад от места излома отмечалось прекрадёнпе процесса, прокатки-ломки. Увеличение температуры ~о 400°С приводит к значительному улучшению качества торцов практически всех испытываемых материалов. При увеличении температуры до 800°С качеств' заготовок ухудшается вследствие обкатки боковых приторцовых поверхнос- ' . тей. Дальнейшее увеличение температуры нагрева приводит к нарушению стабильности процесса разделения из-за значительного увеличения вязкости материала разделяемых заготовок. На основанпи обработки данного экспериментального материала делается заключение, что для пластичных материалов оптимальная температура прокатки-ломки лежит в диапазоне 50...200°С, а для высокопрочных -в диапазоне 300...500°С.

Влияние материала проката на качество поверхностей разделения определялось прокаткой-ломкой в калибрах'JE I- JS 3 проката из углеродистой качественной стали маррк Ю,20,35,4Г ,50, легированной стали марок 50Г, 45Х, 38ХГНМ, I2X2H4A, 12Ж8Н10Т,'20ХШ.1, 40XI0C2M, инструментальной стали марок У8., Р6М5, сплавов на осно- ' ве титана марок ВТ-4, 0Т-4, сплавов :га основе циркония и из цветных металлов - бронзы марки Бр.АШцЮ-3-1,5, латуни марки JI68, алюминиевого сплава марки Д1ь. Исследование проводилось в широком диапазоне изменения относительной величина перепада потенциальных энергий отделяемых частей проката, -которое достигалось изменением длин заготовок, подбором калибровок валков и поднастройкой калибра стана винтовой прокатки.Диаметр проката выбирался от Ю до 100 мм.

Установлено, что лияние перепада упругой энергии на качество поверхностей разделения пластичного материала в сравнении с высокопрочным, менее значительно. Отмечвдо, что при разделении• пластгпшх материалов, снижаются требования к точности калибровки валков и их настройке. Однако, с увеличением пластичности наблюдается лоЕшение шероховатости поверхности пазделения в 1,5...2

-К,-

раза и увеличение на торце заготовок числа спиралей, представляющих собой след разрушающей трещины, что несколько ухудшает качество разделяемых поверхностей. Для исследованных материалов диапа-

■ зон изменения относительной длины участка обкатки (отношения длины'обкатанного участка к диаметру прок, .'а) составил 0,2...0,5, а изменение угла обкатки находилось в пределах от 0°15 до 2°. При этом.величина обкатки передних, в направлении осевого движения проката, боковых приторцовых поверхностей заготовок превышала величину обкатки задних цриторцовых поверхностей на 50...60$.

Частота вращения валков и угол подачи влияния на качество поверхности разделения црактически не оказывают. Однако, для оценки доугих параметров процесса прокатки-ломки (захват заготовки валками, стабильность разделения, состояние наружной поверхности заготовок и т.п.) проводились исследования с изменением частоты ' вращения валков и угла подачи. Диапазон изменения частоты вращения валков принимался от 0,167 до 1,67 с-1, так как при дальнейшем увеличении частоты вращения д.л горячекатанного проката со _ значительной кри^зной возрастает уровень биений и повышается опасность повреждения наружной поверхности проката о входной роль-

■ ганг стана,винтовой прокатки. Диапазон изменения углов подачи

. 'принят от I до 10°. Это связано с тем, что указанным углам накло-■на валков соответствует малая подача проката за один оборот, ко. торая повышает стабильность процесса разделения за счет уменьшения скорости вывода концентратора из области критических напряжений, в особенности для заготовок с 2...3 у которых указанная область имеет незначительную протяженность по очагу деформации.

В результате-проведения эксперимента, установлено, чтр для повышения стабильности разделения следует заготовки с отношением длины к диаметру^ <2...3 получать при углах подачи_у?=2°...4° а заготовки с 2...3 при р =4°...10°. Частоту вращения сле-■ дует принимаи не более I...Г,67с-1. Отмечен удовлетворительный захват проката валками во всем диапазоне изменения параметров по' углам подачи и числу оборотов валков. Наблюдалось улучшение.качества поверхности при.смыве окалины охлаждающей жидкостью и . предотвращении тем са^.мм ее вдавливания в те.;о проката.

В рамках настоящей серии экспериментов рассмотрено влияние способов формирования концентратора и основных его геометрических параметров (радиус устья и глубина) на качество поверхностей раздела.

Установлено, что наилучшее качество поверхности разделения получено при нанесешш кольцевого концентратора резцом. При увеличении радиуса усть. концентратора качество торцов снижается за счет отклонения места зароддения трещины от плоскости симметрии устья концентратора напряжений с одной стороны, .и увеличения области наклепа (для накатных способов), с другой стороны. 3 ходе эксперимента также установлено, что влияние глубины концентратора на качество поверхностей разделения незначительно.-Анализ результатов проведенных исследований позволил предложить способ формирования кольцевого концентратора обеспечивающий повышение качёстг ва торцов разделяемых заготовок3^.

Проводился эксперимент по замеру приводной мощности стана' винтовой прокатки и изменению радиального усилия на валок в процессе прохождения проката по очагу деформации. Установлено, что расхождение фактической величины мощности привода и ее значения рассчитанного по формуле (24), не превышает 10%. В момент разделения проката набжздается снижение радиального усилия на валок на 20...ЗС£?.

Для определения фактических весовых и геометрических характеристик заготовок, получаемых в процессе прокатки-томки, проводилась экспериментальная отработка процесса в условиях близких к проуягшенннм.. Настоящие исследования проводились на натурных образцах согласно номенклатуры "ПО ЧТЗ им. Ленина" - кузнечно-заго-тоэптельного цеха (КЗЦ-1), автоматно-револьвернох'о цеха (АРЦ-1) и .инструментального .производства (ЧЗСТО) в диапазоне диаметров 12...50 ии. Установленные в ходе экспериментальной отработки характеристики процесса прокатки-ломки'сведены в табл. 2.

Таблица 2

Технологические характеристики

Данные

Относительная длина заготовок (отношение длины заготовки к диаде тру)

Отклонение длины заготовок от номинального значения., мм

+0,5

х) А.с. 1639895 СССР, 1/КП5

продолжение табл. 2

Технологические характеристики • Данные Разброс заготовок по кассе от

номинального значения не более 1,5 Шероховатость торцовых поверхностей

заготовок • £ 80 /

Осевая скорость продвижения заготовок, г ^ ■ м/с ' 0,06...О,15

- Торцы заготовок остаются строго осесимыетричными. Наблвдается незначительная обкатка приторцовых наружных поверхностей на длине 8....10 мм с углом конусности 0°30 ...1°30 . В ходе проведения экс' периментальной отработки отмечено, что процесс прокатки-ломки экологически чист, бесшумен, легко встраивается в автоматические линии.

1 Для более п дного исследования настоящей технологии заготовки из стали 55 диаметром 30 мм полученные в процессе прокатки-лом-. ки задавались под безоблойную штамповку форсунки двигателя тракто-.ра Т-130, 'а заготовки из сталей Й6М5 и 45Х для изготовления режущего инструмента сваривались методом оплавления в стык. В обоих случаях результаты металлографических исследований признаны удовлетворительными.'

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПО РАЗДЕЛЕНИЮ ПРОКАТА КРУГЛОГО, ■ СЕЧЕНИЯ НА МЕРНЫЕ ЗАГОТОВКИ

Результаты проведенных исследований были использованы при . . разработке технологии и создании типовой технологической линии разделения проката! на заготовки .

Под прокатку-ломку задается прокат горячекатанный длиной ; 2000...6000 ми, с регламентированной, кривизной, соответствующей требованиям стандарта. Подогрев проката осуществляют до температур не выше Ас^ с целью снижения усилия и повышения стойкости инструмента при калибровке по наружному ; иаметру и накатке кольце-■ вой канавки в качестве концентратора напря;.:;ний. Калибровка проката производится для достижения точности по наружному диаметру и

Положительное решение. по заявке -Я 005570/20

улучшения качества поверхности заготовок. Эта .лерация осуществляется приводными роликами, развернутыми на угол подачи и сообщающими прокату вращательчо-поступательное движение. ? случае серийного производства заготовок с ограниченной номенклатурой по длине, калибровка проката, совмещается с операцией нанесения на его поверхности концентратора напряжений (кольцевой канавки) с помощью винтовой реборды, размещенной на соответствующих участках калибрующих роликов, чем достигается точность по длине и общая точность по весу. В случае широкой номенклатуры заготовок по длине, операция формирования кольцевой канавки осуществляется специальным'устройством, размещенным за калибрующим ус тройств о:,т. Далее сире«рны-ми головками, смонтированным;, по оси транспортного рольганга с целью снижения температуры проката до Ю0...400°С, осуг зствляют его подстуживание. После охлаждения прокат поступает к стану вин- • товой прокатки, в котором подвергается знакопеременному изгибу в плоскости кольцевой канавки и разделяется на мерные заготовки. После разделения, заготовки с помощью транспортера выводятся из зоны валков стана винтовой прокатки и по наклонному лотку собираются в сменную тару, размещенную на специальном стенде.

В соответствии с данной технологией линия для безотходного разделения проката включает механизированный.стеллаж, транспортный рольганг, индукционный нагреватель, установку для калибровки проката по наружному диаметру, транспортный рольганг, установка для нанесения на поверхность проката кольцевой главки (концентратора напряжений), стол-охладитель, установку для прокатки-ломки проката (стал винтовой прокатки)., транспортер, стенд для съемной ' тары. Техническая характеристика лик'Щ безотходного разделения проката круглого сечения на заготовки сведена в табл. 3. .

•Таблица' 3

Техническая характеристика линии безотходного разделения проката круглого сечения на заготовки

Прокат I рячекатанный прокат пз

сталей, сплавов и цветных металлов

Размеры проката:

длина, мм ' . 200С...6000

диаметр, мм ' 15...50

продолжение табл. 3

Размеры заготовок: . длина, мм диаметр, мм

отношение длины заготовки к диаметру

глубина кольцевой канавки в % к диаметру Производительность: шт/час Осевое продвижение проката через калибр валков,'м/с Общая цасса оборудования линии, т Установочная мощность двигателей 'главных приводов, кЕт Установочная мощность индукционных нагревателей, кВт "

•Численность рабочих в одну ' смену, чел

Производственная площадь под оборудование, м2 - с калибровкой проката , "- без калибровки проката

25 и более

15...50

1,5 и более

5...10 ' до 6000

0,02...0,15 10...30

5...50

определяется при проектировании конкретной линии

500 250

На основании разработанной технологии на ПО "ЧТЗ им.Ленина" создаются три.технологические линии по разделению проката в инструментальном, кузнечном и шпилечном производствах. Разработанная технология процесса прокатки-ломки принята Кувандыкским производственным объединением "Долина" для организации серийного выпуска оборудования реализующего настоящую технологию.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Разработана технология разделения проката круглого поперечного сечения с-использованием метода винтовой прокатки.

2. Разработаны технологические режимы рг.^деления проката, обеспечивающие получение заготовок с высокой точностью геометрических параметров. Процесс прокатки-ломки целесообразно осуществлять при нагреве проката до температуры 100...400ос углах подачи

-212.. .10°, частоте вращения I...I-.67

3. Разработана рациональная деформационная схема приложения изгибающих усилий к прокату в момент разделения. Целесообразно принять схему консольного изгиба, при неравных расстояниях от крайних опор до плоскости концентратора напряжений со смешением точки приложения промежуточной опоры в сторону с меньшим расстоянием от крайней опоры до плоскости концентратора. Длину валка рекомендуется назначать большей расстояния меэду крайними опорами.

4. Разработан профиль очага деформации стана винтовой прокатки, обеспечивающий ломку проката на заготовки различной длин". . Установлена возможность построения оча1а деформации в котором обеспечивается минимальный перепад потенциальных энергий отделяемых частей проката при его ломке на заготовки различной длины.

5. Разработана методика расчета геометрических параметров очага деформации и энергосиловых характеристик процесса прокатки- . ломки. Предложены математические выражения, позволяющие провести построение очага деформации стана винтовой прокатки. Определены коэффициенты, обеспечивающие 'задание зазора между прокатом и валком на входном и выходном участках очага деформации.

6. Проведена экспериментальная оценка получаемых в процессе прокатки-ломки заготовок по геометрическим и.весовым характеристи- • кам. Установлено, что разработанная'технология-обеспечивает отклонение длины заготовок от номинального значения +0,5 мм, а разброс заготовок по массе I...I,5%. . . .

7. На основании результатов проведенных исследований,-разработана технология', определены технические- характеристики оборудования применительно к сортаменту действующего производства., Техническое предложение на т^оектирование и изготовление трех технологических линий по разделению проката передано на ПО "ЧТЗ им. Ленина", для последующего внедрения в инструментальном, кузнечном

и шпилечном производствах завода. Разработанная технология процесса прокатки-ломки принята Кувандыкским производственным объединением "Долина" для организации cejünoro выпуска оборудования реализующего настоящую технологию.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНО В РАБОТАХ: .

' I. A.c. 1558575 СССР, Г,КИ5 В 23 Д 23/00. Способ разделения проката круглого поперечного сечения и инструмент для его осуществления / И.II.Потапсв, Б.П.Кпртушов, А.л.Свежаков, Л.О.лалев, В.В. .

-22-

Оотряков.-Б.И.-I99Ь.-2с.:ил.

2. А.с'. 1639895 СССР, 1ЛКИ5 В 23 Д 23/00. Способ нанесения на прокат кольцевого концентратора напряжений / Б.П.Картушов, А.А.Светланов; А.О.Калев, В.В.Остряков.-Б.И.-1991.-ЖЗ.-Зс. :ил.

3. Положительное решение Ш1 В2'-.,23/00. Способ разделения проката■круглого сечения на заготовки / Б.П.Картушов, А.А.Светланов, А.О.Калев, В.Г.Казаков, А.М.Мусалов, В.В.Остряков .-

№ 00557С/20; заявлено 3.02.92г.

4. Положительное решение МК115 В 23 23/00. Способ разделения проката и технологический инструмент для его реализации / Б.П. Картушов, А.А.Светланов, А.О.Калев В.В.Остряков.- № 4863442/27; заявлено 11.06.90.

Заказ й Объем I п.л. Тираж 100 экз.

Типография ЭОЗ ЫИСиС, Орджоникидзе, 8/9