автореферат диссертации по металлургии, 05.16.05, диссертация на тему:Совершенствование технологии и оснастки для прокатки и вырубки заготовок абразивных отрезных кругов

На правах рукописи

СОВЕРШЕНСТВО 1!4

ПАВ эвич

1!4 И ОСНАСТКИ

ДЛЯ ПРОКАТКИ И ВЫРУБКИ ЗАГОТОВОК АБРАЗИВНЫХ ОТРЕЗНЫХ КРУГОВ

Специальности:

05.16.05—Обработка металлов давлением 05.03.05 — Процессы и машины обработки давлением

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Челябинск -1997

Работа выполнена в Уральском научно-исследовательском институте абразивов и шлифования (г. Челябинск).

Научные руководители:

доггор технических наук, профессор Барков Л.А., кандидат технических наук, старший научный сотрудник Чаплыгин Б.А.

Официальные оппоненты:

Заслуженный деятель науки РФ,

доктор технических наук, профессор Гун Г.С.,

кандидат технических наук, до цент Некрасов И.И.

Ведущее предприятие - ОАО 'Абразивный завод "Ильич" (г. Санкт-Петербург).

Защита состоится декабря 1997г., в 15 часов, на заседании

диссертационного совета Д 063.04.01 в Магнитогорской государственной горно-металлургической академии им. Г.И.Носова (455000, г.Магнитогорск, пр. Ленина, 38, малый актовый зал).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГМА.

Автореферат разослан и ноября 1997г.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Абразивная резка металлов, в том числе горячая и холодная резка проката, все в большей мере вытесняет другие способы механической резки, поскольку отличается высокой производительностью и малыми затратами.

В настоящее время для резки стального проката и заготовок деталей машин используют главным образом электрокорундовые круги диаметром от 80 до 500 мм на вулканитовой связке. Многие зарубежные фирмы выпускают такие отрезные круги, но сортамент кругов каждой фирмы составляет лишь несколько типоразмеров, поэтому для получения листовых заготовок кругов используют з основном одноклетьевые станы дуо, процесс многопроходной прокатки выполняют с подачей полуфабрикатов через верхний валок.

Только в России на Челябинском заводе шлифовальных изделий (ныне АО "Росси") и Приволжском абразивном заеоде несколько лет назад установлены современные поточно-механизированные линии и разработаны опытно-промышленная технология многопроходной прокатки листовых заготовок и вырубки из них кольцевых заготовок отрезных кругов среднего (от 80 до 250 мм) и большого (от 300 до 500 мм) диаметра.

Однако, опытно-промышленная технология прокатки и вырубки, а также применяемая для их реализации технологическая оснастка отличаются существенными недостатками, которые проводят к большому излишнему расходу вулканитовой массы, снижают точность размеров проката и вырубленных заготовок и требуют дорогостоящей экологически вредной механической обточки кругов после вулканизации.

В связи с указанным проблема совершенствования существующих технологий и оснастки для прокатки и вырубки заготовок отрезных кругов на вулканитовой связке является актуальной и требует своего решения.

Цель и задачи работы. Цель настоящей работы состоит в том, что на основе выполнения исследований физико-механических свойств вулканито-вых абразивных масс и полуфабрикатов, существующей опытно-промышленной технологии прокатки и вырубки, оборудования и технологической оснастхи для их реализации, а также на основе разработанной теории прокатки вулканитовых листовых заготовок, создать с использованием целого ряда изобретений более совершенную новую технологию прокатки и вырубки, а также новую оснастку для их осуществления.

Достижение поставленной цели осуществлялось решением следующих задач: анализа современного состояния производства отрезного инструмента в США, Европе и России; изучения существующих методов и исследований физико-механических свойств вулканитовых масс и деформированных полуфабрикатов; исследований опытно-промышленных технологий

ванных полуфабрикатов; исследований опытно-промышленных технологий прокатки и вырубки, оборудования поточно-механизированных линий и оснастки для прокатки и вырубки; создания математической модели процесса прокатки вулканитовых листовых заготовок, отличающихся высокими пластическими и эластическими свойствами; разработки на основе изобретений новых технологий прокатки и вырубки и новой валковой оснастки и вырубных штампов; промышленного внедрения новых технологий и оснастки.

Научная новизна результатов заключается в том, что:

— с применением известных из резиновой промышленности методов и устройств исследованы плотность, пластические и эластические свойства вулканитовых абразивных масс, на уровне изобретения разработаны новый способ и устройство для определения их механических свойств, предложена новая для абразивной промышленности методика подсчета сопротивления деформации и эластического восстановления размеров проката.

— разработана методика, спроектированы, изготовлены приборы и впервые выполнено комплексное исследование геометрических, кинематических и силовых параметров процессов прокатки и вырубки, а также оборудования, прокатных валков и оснастки поточно-механизированных линий для получения заготовок кругов среднего и большого диаметра, на основе этих исследований создан целый ряд изобретений ;

— проанализированы основные уравнения, описывающие процесс прокатки квазисплошных, квазиизотропных уплотняемых материалов, и на их основе впервые получены теоретические зависимости для подсчета геометрических, кинематических и силовых условий простого случая прокатки высокоэластичных вулканитовых масс.

Практическая ценность и реализация результатов работы в производстве заключается в следующем:

— на основе изобретения выполнены опытные исследования, конструкторские разработки и смонтировано устройство для исследования пластичности, эластичности, геометрических, кинематических и энергосиловых параметров прокатки вулканитовых абразивных масс и деформированных полуфабрикатов;

— на основе изобретений разработаны новая технология и новая валковая оснастка для прокатки вулканитовой массы и полуфабрикатов с устранением дефектов боковых кромок раската;

— на основе изобретений разработаны новые рациональные режимы обжатий на черновых, промежуточных и чистовых клетях поточно-механизированных линий;

— на основе изобретения разработан новый способ и устройство для чистовой прокатки и калибровки высокоэластичных листовых заготовок;.

Новые технологии и оснастка для прокатки и вырубки прошли опробование и внедрены, при их полном промышленном внедрении они обеспечат экономию от 20,5% до 28,5% абразивной массы, при этом существенно повысится точность высотных размеров проката и готовых отрезных кругов, снизится в два раза трудоемкость обточки по наружному диаметру. Повышение точности высотных размеров отрезных кругов в свою очередь проведет к снижению потерь металла при абразивной резке.

Реальный экономический эффект от частичного внедрения разработок только за первые б месяцев 1997 года составил 96 млн. рублей.

Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях, выставках, совещаниях и семинарах: Научно-технических конференциях ЧГТУ в 1995-97 годах; Межгосударственной научно-технической конференции "Проблемы развития металлургии Урала на рубеже XXI века" (г. Магнитогорск,1995 г.); Конференции "Современные технологии в машиностроении" (г. Пенза, 1997 г.); Всероссийской конференции "Новые материалы и технологии" (г. Москва, 1997 г.); Международных конференциях EUROMAT-97 (Netherlands, 1997 г.), «Управление инвестициями в экономике» (Челябинск, 1997г.); Конференции "Совершенствование процессов и оборудований КШП* (г. Нижний Новгород, 1997 г.); Международных выставке 'Машиностроение* и конференции "Прогрессивные технологии" (г. Челябинск, 1997 г.); Совещании 'Состояние производства отрезного абразивного инструмента" (г. Челябинск, 1997 г.); Семинаре "Отрезной инструмент на вулканитовой связке" (г. Челябинск, 1997 г.).

Публикации. По материалам диссертации опубликована монография "Производство абразивных отрезных кругов на вулканитовой связке' (г. Челябинск, ЧГТУ, 1997 г.), 19 статей а журналах и сборниках, получены положительные решения по 6 заявкам на патенты РФ.

Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, шести глав, выводов по главам, заключения и приложений. Изложена диссертация на 144 страницах, содержит 30 таблиц, 49 рисунков, список литературы, включающий 36 наименований, и 4 приложения на 15 страницах.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. Современное состояние технологии и оснастки для прокатки и вырубки заготовок абразианых отрезных кругов

Существующая в России и за рубежом технология многопроходной прокатки вулканитовой массы на валках с гладкой бочкой неизбежно приводит к образованию большого количества дефектов в виде разрывов и трещин на

кромках проката. По этой причина полезно используемая ширина листовых заготовок при вырубке отрезных кругов редко превышает 70%. Отходы только в виде наружного облоя при вырубке абразивных отрезных кругов среднего диаметра находятся пределах от 23 до 36%.

Эти отходы возвратны, т.е. после их накопления они поступают вместо исходной абразивной массы на повторную прокатку. Но, полученные из перенасыщенных тальком, загрязненных посторонними примесями отходов листовые заготовки существенно отличаются от обычных по химическому составу и физико-механическим свойствам. Готовые круги, полученные из этих заготовок, отличаются от обычных по плотности, твердости, прочности и часто бракуются из-за их вогнутости, наличия посторонних включений, пузырей, трещин, несоответствия твердости, дисбаланса и разрывов при испытаниях на механическую прочность. Этот брак уже окончательный, технология его переработки в России пока не разработана.

Таким образом, существующая технология многопроходной прокатки листовых заготовок для вырубки абразивных кругов на вулканитовой связке даже на современных поточно-механизированных линиях, установленных на предприятиях России, приводит к образованию большого количества дефектов на кромках проката. Схема поточно-механизированной линии АО «Росси» для прокатки и еырубки заготовок отрезных кругов, например, большого диаметра показана на рис. 1.

Существующая опытно-промышленная технология прокатки на линиях по производству кругов среднего и большого диаметра кроме большой дефектности кромок проката отличается слишком большой разницей суммарных обжатий или вытяжек и крайне нерациональным распределением обжатий или вытяжек по черновым, промежуточным и чистовым клетям линий. Так, при прокатке листовых заготовок высотой от 0,6 до 1,6 мм для вырубки кругов среднего диаметра суммарная вытяжка меняется от 11,45 до 30,64, а при прокатке листовых заготовок высотой от2 до 4 мм для вырубки кругов большого диаметра суммарная вытяжка меняется от 5,98 до 10,01. Такая большая разница в суммарной вытяжке приводит к разнице в физико-механических свойствах листовых заготовок и отрезных кругов разной высоты.

Нерациональность распределения обжатий или вытяжек по клетям заключается в том, что слишком высока вытяжка в чистовых клетях (минимальная вытяжка равна 1,6 и максимальная - 4,6), в большинстве случаев она превышает вытяжку е промежуточных клетях (вытяжка меняется от 1,26 до 1,82). Большая вытяжка в чистовых клетях вызывает повышенную дефектность кромок листовых заготовок, приводит к их волнистости и короблению, а также ограничивает точность высотных размеров проката по причине невозможности предсказания величин эластического восстановления его размеров после прокатки. Так, допускаемые отклонения размеров

проката высотой менее 1 мм составляют ±0,1, высотой от 1 до 4 мм — ± 0,2 а высотой более 4 мм - ± 0,3 мм. Это означает, что поле допуска на прокат высотой 0.3 мм составляет 2/ 3 его номинальной высоты. Именно по этой причине а настоящее время в России не выпускаются отрезные круги высотой 0,3 мм. хотя ГОСТ 21963 - 82 на отрезные круп, предусматривав их выпуск. Кроме того, большая вытяжка в чистовых ^етях приводи? к н! обходимое™ частой замены валков (иногда несколько замен за одну смену

их работы) из-за их быстрого абразивного износа.

2 Ч 3

Рис. 1. Схема поточно-механизированной линии для прокатки и вырубки

кругов большого диаметра: 1 — транспортер подачи кусковой абразивной массы; 2 — куски массы-3 — клеть трио специальной конструкции; 4 —вставка между задним и нижним валками (шети; 5 - промежуточная клеть; 6 — чистовая клеть дуо; 7 - пневматический вырубной пресс, 8 — транспортер возврата отходов; 9 — промежуточные и выходные

транспортирующие устройства Патентные исследования и изучение технической литературы показали что а настоящее время на предприятиях России и на зарубежных фирмах не используют какой-либо валковой технологической оснастки, позволяющей устранить образование дефектов на боковых кромках вулканитовых листовых заготовок.

Технология вырубки кольцевых заготовок абразивных шлифовальных полировальных и отрезных кругов основана на способе безматричной вырубки, широко применяемом при вырубке заготовок из неметаллических материалов. В качестве технологической оснастки используются штампы сложной конструкции с двумя кольцевыми ножами. Точность изготовления и особенно крепления этих ножей в штампе невелика, поэтому и точность размеров вырубленных заготовок также низка. Недостатки существующей

технологии и штампов для вырубки кольцевых заготовок компенсируют большие припуски (припуск по наружному диаметру составляет 5 мм) и допусками (допуск по наружному диаметру равен ± 2 мм) на размерь! кольцевых заготовок. Например, на круге наружным диаметром 80 мм излишняя площадь на припуск и плюсовой допуск составляет 18 % от площади круга. Следовательно 18% площади готового абразивного круга надо удалить механической обточкой после его вулканизации. Такая обточка абразивных кругов кроме больших потерь дорогостоящих исходных материалов, высокой трудоемкости и экологической опасности операции требует использования алмазного или керамического инструмента с твердостью, превышающей твердость электрокорунда.

2. Исследование физико-механических свойств вулканитовых масс и деформированных полуфабрикатов

Самым важным физическим свойствам при многопроходной прокатке из исходных вулканитовых масс листовых заготовок отрезных кругов является их плотность. Именно плотность определяет прочность, твердость, т.е. способность связки надежно удерживать абразивные зерна, и работоспособность готового инструмента.

В настоящее время в абразивной промышленности не разработан метод точного определения плотности образцов из вулканитовых полуфабрикатов и листовых заготовок, а для приближенного определения плотности используются методы регламентируемые ГОСТ 267-73 и предназначенные для определения плотности на образцах из резины и эбонита.

Плотность на образцах, полученных из полуфабрикатов и листовых заготовок отрезных кругов среднего и большого диаметра, измерялась на стандартном приборе гидростатическим методом. Исследован также характер изменения плотности в зависимости от суммарного относительного обжатия для кругов среднего (связка марки Т12) и большого (связка марки Т40) диаметра. Эти исследования показали, что уже при суммарном относительном обжатии, равном 30% , достигается максимальная плотность проката, которая зависит как от зернистости, так и от состава связки. При зернистости отрезных кругов большого диаметра, равной 40, плотность будет равна 2,73 гУсм3, з при зернистости кругов среднего диаметра, равной 12, плотность будет равна 2,72 г/смэ. -

Самыми важными показателями механических свойств вулканитовых исходных масс, деформированных полуфабрикатов и листовых заготовок являются показатели пластичности (П) и эластичности (Э). Пластичность прежде всего определяет качество боковых кромок полуфабрикатов и листовых заготовок, а следовательно полезно используемую ширину заготовку при вырубке. Эластичность влияет на величину восстановления высотногс

размера листовой заготовки после выхода из очага деформации, а следовательно определяет точность высотных размеров отрезных крупов.

Следует отметить, что в абразивной промышленности до сих пор не разработаны методы определения показателей пластичности и эластичности вулканитовых масс, полуфабрикатов и листовых заготовок. 8 связи с этим показатели П и Э определялись по методу регламентируемому ГОСТ 415 -75 и предназначенному для образцов из каучука и резины. В качестве прибора использовали стандартный сжимающий пластометр с усилием 5 кг. Образцы для испытаний диаметром и высотой 10 мм изготавливались из вулканитовых масс с зернистостью 10,16, 25 и 40. Испытания выполнялись при комнатной температуре и при 50 и 70°С, причем часть образцов перед осадкой нагретыми бойками дополнительно нагревали до температуры испытания. Время нагрева составляло 5,15 и 30 мин. Результаты исследования пластичности при температуре близкой к температуре прокатки листовых заготовок показали, что при относительных обжатиях 30...60% дефектов на боковых гранях образцов не возникает, т.е. их пластичность достаточно высока. Показатели эластичности находятся в основном в пределах от 0,05 до 0,10 и их значения существенно зависят от температуры испытания и времени выдержки образца под нафузкой. Наибольшие значения показатель Э имеет при осадке образцов холодными бойками (температура 22°С).

Показатели пластичности и эластичности подсчитывали по зависимостям

П=(Ьо-Ь,)Л1о, , (1)

где По— высота образца перед нагружением; — высота образца в момент окончания нагружения; Ь2 — высота образца после снятия нагрузки и выдержки.

Поскольку известный в резиновой промышленности метод определения пластичности и эластичности не учитывает всех условий формования листовых заготовок из вулканитовых масс, был предложен новый способ и новое устройство для испытания образцов не путем осадки, а путем прокатки при температурных, скоростных и деформационных условиях близких к реальным. Образцы для испытания имеют прямоугольное поперечное сечение переменное по длине.

На основе анализа известных в металлургии методов определения сопротивления деформации разработаны новые для абразивной промышленности методы термомеханических коэффициентов, предназначенные для определения действительного сопротивления деформации и действительного эластического восстановления размеров проката.

3. Исследование процессов, оборудования и оснастки для прокатки и еырубки заготовок отрезных кругов

Комплексные промышленные исследования деформационных, кинематических и силовых условий прокатки и вырубки, оборудования и оснастки для их реализации выполнены на поточно-механизарованных линиях № 2 и № 3 АО «Росси» по производству заготовок отрезных кругов среднего и большого диаметра на вулканитовой связке.

Для выполнения промышленных исследований разработана методика замера параметров деформации, кинематики и динамики процессов прокатки и вырубки, спроектированы и изготовлены месдозы для измерения усилий и моментов, смонтирован измерительный тензометрический стенд.

Результаты исследования деформационных режимов прокатки на черновых, промежуточных и чистовых клетях линий № 2 и № 3 представлены фактическими размерами полуфабрикатов и листовых заготовок, а также значениями таких параметров как абсолютное уширение и обжатие, угол захвата, вытяжка по проходам и суммарная вытяжка. Анализ результатоа исследований показал, что уширение при прокатке листовых заготовок незначительно, на линии № 2 оно не превышает 5%, а на линии № 3 — 3%. В то же время дефектная часть кромок листовых заготовок достигает и даже иногда превышает четверть их ширины, т.е. 25%. 8 очень широких пределах меняются суммарные вытяжки. Например, при прокатке листовых заготовок высотой 0,6 мм суммарная вытяжка равна 30,64 , а при прокатке заготовок высотой 4,0 мм суммарная вытяжка равна 5,98 , т.е. вытяжки отличаются более чем в 5 раз. Велики вытяжки в чистовых проходах, например, при прокатке листовых заготовок для кругов среднего диаметра высотой 0,6 мм вытяжка находится в пределах от 4,58 до 4,83. Напрашивается вывод о необходимости изменения существующих деформационных режимов и разработки новых более рациональных с точки зрения уменьшения дефектности кромок листовых заготовок и повышения точности высотных размеров.

Результаты исследования скоростных и кинематических параметров заключаются в определении и анализе скоростей прокатки на черновых, промежуточных и чистовых клетях линий № 2 и № 3, а также в замере опережения при прокатке. Установлено, что на черновых клетях скорости, равные ...0,14 м/с , не достигают предельных при прокатке пористых уплотняемых материалов и поэтому имеются резервы их увеличения. В промежуточной и чистовой клетях линии № 3 скорости увеличиваются" соответственно до 0,21 и до 0,25 м/с, что вполне логично, поскольку плотности проката увеличивается. Однако, на чистовой клети линии № 2 скорости прокатки почти в три раза ниже скорости прокатки на промежуточной клети. Из указанного следует, что имеются существенные резервы повышения скоростей прокатки.

Изучение опережения при прокатке показало, что оно в большой мере зависит от величины эластического восстановления размеров проката по длине. Замеренные при прокатке листовых заготовок отрезных кругов значения опережения достаточно велики и находятся в пределах от 9,9 до 28,5%. Это свидетельствует о больших резервах сил трения в очаге деформации. Однако, фактическое опережение будет еще большим, если учесть эластическое уменьшение длины полосы после выхода из очага деформации. При исследовании опережения измерялись также величины абсолютного и относительного восстановления высот проката после выхода из валков. В результате этих измерений установлено, что при прокатке листовых заготовок эластическое восстановление размеров проката зависит прежде всего от величины обжатия и от состава вулканитовой массы. Причем вулканитовые связки для отрезных кругов имеют значительно меньшие показатели эластичности по сравнению с кругами для шлифовальных и особенно гибких полировальных кругов.

На клетях линий № 2 и № 3 выполнены исследования и замеры усилий и моментов прокатки. На черновых клетях трио специальной конструкции усилия замерялись как на задних, так и верхних валках при прокатке только в одном очаге деформации между верхним и нижним валками, а также при прокатке в двух очагах деформации (второй очаг деформации образован задним и верхним валками). Исследования показали, что при прокатке в одном очаге деформации (черновая клеть линии № 3 ) усилия на заднем валке незначительны (3,5...4,0 т), наиболее нагруженным является верхний валок (усилия достигают 26,8 т). При непрерывной прокатке в двух очагах деформации (черновая клеть линии N° 2) самым нагруженным также является верхний валок (усилия 57,9 т), но усилия на заднем также значительны и достигают 95% от усилий на верхнем валке. Моменты прокатки невелики и не превышают 2,14 т м. Исследовано влияние обжатий и составов связок на усилия и моменты прокатки. Установлено, что максимальные усилия и моменты прокатки имеют место при прокатке вулканитовых масс с максимальной эластичностью.

Выполнены промышленные исследования стойкости валков при прокатке вулканитовых заготовок высотой 6 и 10 мм соответственно с обжатием 50 и 70%. Ширина заготовок составляла 590+10 мм. После прокатки получали листовые заготовки номинальной высотой 3 мм и шириной 600+10 мм. После 10 часов непрерывной работы чугунных новых валков номинальным диаметром 305 мм (глубина отбеленного слоя составляла 25 мм) в первом случае максимальный износ в средней части бочек валков составил 0,19 мм, а во втором — 1,20 мм. При предельных отклонениях высоты заготовки +0,3 мм (ГОСТ 21969 - 82) первая пара валков продолжала работать, а вторую пару валков следовало сменить уже через 5 часов работы. В процессе исследований установлено, что при взаимодействии валков с прокатывав-

тываемым материалом имеет место интенсивный абразивный износ, причем действует самый опасный его механизм — механизм микрорезания. Кроме того, наблюдается истирание поверхности валков вулканитовой связкой, отличающейся высокими адгезионными свойствами. В результате изучения известных зависимостей для подсчета величин износа от микрорезания абразивными зернами и от истирания вулканитовой связкой предложены новые формулы.

4. Теоретические основы прокатки вулканитовых листовых заготовок

На основе известных в теории прокатки основных уравнений, описывающих пластическую деформацию уплотняемых материалов, в абразивной промышленности впервые получены зависимости, позволяющие подсчитать геометрические, кинематические и силовые параметры прокатки вулканитовых листовых заготовок.

Очаг деформации при прокатке вулканитовых плоских заготовок, как видно из рис. 2, имеет свои особенности, он включает зону пластического течения

Площадь контакта при прокатке с учетом эластического восстановления полосы будет подсчитываться по зависимости

и зону эластического восстановления высоты полосы

(3)

Л I

и

е. 6 I

Рис. 2. Схема очага деформации при прокатке вулканитовых листовых заготовок

Fk=b0-[VMkilH + Vk]-VR-hb - (4)

где Я.-вытяжка при прокатке, равна ho/h-i; к - коэффициент эластического восстановления высоты, равный h,/hb -1.

Соответственно изменение высот полосы по зонам ABBiA, и BCCtBi описывается уравнениями

h=hb+x-(ho-hb)/i„ , (5)

h=hb+ x(h,- hb)/l r (6)

На основе анализа многочисленных известных уравнений, получены зависимости для описания характера изменения плотности соответственно по зонам ABBiA, и BCCiBi

P^ftf. <7,

«'(h)" ,8> где показатели степени соответственно равны

ео=1п(рь/ро) / ln(ho/hb), ei=ln(pb/pi) / ln(h,/hb). (9)

Продольные составляющие скорости течения определены также соответственно по зонам АВВ1А1 и BCCiB, из условий постоянства массы

ho po Wh p. и„= hrpri)i/h p , (10)

где h и р описываются соответственно уравнениями (5) и (7), (6) и (8).

Поскольку уширение при прокатке незначительно и им можно пренебречь, то вертикальные составляющие, определенные из условия неразрывности деформации, равны;

в зоне АВВ-|А,

2х•z•и0

и2=-

(

hb+2R

1-Л-

r2;

-2

2

(11)

и в зоне ВССтВ,

2х • 2 • 1>1

ог=

Иь + 2Я

1-.1

Я'

«1-2

(12)

Экспериментальные исследования показали, что при прокатке вулкани-товых листовых заготовок для отрезных кругов наблюдается значительное скольжение (опережение достигает 28,5%). Это дает основания считать, что несмотря на высокие адгезионные свойства вулканитовой связке на поверхностях контакта листовой заготовки с валками зона прилипания отсутствует.

Тогда скольжение будет определяться уравнениями: в зоне АВВ,А,

иь + - л/я2 - х2}"1 °

1----

щ

(О

л/Й2-:

(13)

и в зоне ВСС1В1

и 1

-х2

Пь -х2)

ео-1

(14)

Опережение в плоскости СС будет подсчитываться из выражения

пв1-1

I =

пь +2Я- г^-Ми,-^)

л,

-1- (15)

Для определения усилий в простом случае прокатки вулканитовых листовых заготовок используем метод тонких сечений (рис 3), который позволяет получить уравнения равновесия в виде ~

с!стх/с1х-(р-стх)/г<1г/с!х±г/2=0.

(16)

При законе трения Амонтона-Кулона и при приближенном условии пластичности эти уравнения принимают вид

с}сту/с!х-( 1,15 сгт/г) й21йх±<р Ш=0 , (17)

где Г — коэффициент трения.

Существенным недостатком этих уразнения является возможность их использования только для определения усилий при прокатке неуплотняе-мых материалов.

При прокатке уплотняемых материалов, к которым относятся и полуфабрикаты листовых заготовок, необходимо учесть изменение плотности в очаге деформации. Для этой цели используем зависимость, полученную 5.А. Друяноеым в виде

<Тт =

Р Ръ

л/з'

•СГт1,

(18)

1-

Р 3

где рз — плотность готовой листовой заготовки.

Решая дифференциальные уравнения равновесия (17) с учетом выражения (18) получим зависимости для определения усилий:

в зоне отставания на участке 10

р^ОЛбб.^.

10 г

Л

1+

во

РО

1-

1+

е0

(19)

в зоне опережения на участке 10

210Г

Р10п-0.166.^^1-

1 о •

Р&

1 +

я!

Ро НйГ]

1- -

(20)

|1Ь + 2Я-(1-С0$«)

Ьо-Ьь ( 21 о -Г

Ко

+1-1

•С7т1

и в зоне опережения на участке I

11 -I

А

\е1

1 +

-л

р\

1+

+2К-(1-С03а)

г\у\ •ч-Ъ Г 21

-^ь

+ 1-1

(21)

2

5. Новые технологии и оснастка для производства заготовок отрезного

инструмента

На основе целого ряда изобретений разработаны новые технологии и новая технологическая оснастка для прокатки листовых заготовок и вырубки из них кольцевых заготовок отрезных кругов среднего и большого диаметра на вулканитовой связке.

Технология и оснастка для обжатия боковых граней проката

По новой технологии выполняется обжатие боковых граней полуфабрикатов и листовых заготовок с помощью специальных упругих ограничителей поперечного течения материала, выполненных из резины, полиуретана или другого высокозластичного материала. Упругие ограничители подвергаются обжатию вместе с задаваемыми в валки вулканитовой массой или деформированными полуфабрикатами.

В зависимости от высоты проката ограничители поперечного течения материала выполняются или в виде двух бесконечных боковых лент, охватывающих ролики вводного и выводного столов клетей стана, или в виде двух прямолинейных полос прямоугольного сечения, удерживаемых от смещения вдоль образующих валков переменными по ширине полос обжатиями наклонными участками поверхностей валков. Ограничители образования дефектов кромок проката имеют возможность перемещения вдоль образующих валков, что позволяет прокатывать полуфабрикаты и заготовки разной ширины. Основным преимуществом новой технологии и новой оснастки для обжатия боковых граней полуфабрикатов и листовых заготовок является устранение дефектов в виде разрывов, несплошностей и трещин. При этом допуск на ширину, как показала опытная прокатка по новой технологии, может быть снижен с ±10 до ±1 мм, а припуск с 38...50 до 15...20 мм. Уменьшение допусков и припусков позволяет в среднем на 14,5% уменьшить отходы в виде наружного облоя при вырубке заготовок кругов и получить экономию исходной вулканитовой массы.

Технология и оснастка с увеличением обжатий в черновых и промежуточных проходах

Новая технология заключается, прежде всего, в снижении диапазона изменений суммарных (с 5,98...30,64 до 8,00...24,93) вытяжек и вытяжек в чистовых проходах (с 1,71„.4,60 до 1,20...1,40) при прокатке листовых заго-

товок отрезных футов высотами 0,6; 0,8; 1,0; 1,6; 2,0; 2,5; 3,0 и 4,0 мм. А затем в перераспределении значений вытяжек в черновых, промежуточных и чистовых проходах путем увеличения средней вытяжки в черновых проходах с 2,75 до 5,60, в промежуточных проходах 1.59 до 2,27 и уменьшении средних вытяжек в чистовых проходах с 2,46 до 1.28. Для реализации новой технологии разработаны конструкции технологической оснастки, которая дает возможность увеличения вытяжек при черновом формовании полуфабрикатов В зависимости от высоты листовых заготовок путем формования из вулканитовой исходной кусковой массы заготовки прямоугольного сечения с заостренным передним концом, задаваемой в черновую клеть, или путем создания в черновой клети третьего очага деформации между верхним валком и вставкой, расположенной между задним и нижним валками.

Новая технология позволила, во-первых, значительно повысить выход годных листовых заготовок минимальной высоты (0,6 и 0,8 мм) с полем допуска, равным ±0,1 мм , которые при прокатке по существующей технологии бракуются по излишним отклонениям высотных размеров. Во-вторых , повышается выход годных отрезных кругов из листовых заготовок максимальной высоты (3 и 4 мм), которые при получении по существующей технологии бракуются по недостаточной способности удерживать абразивные зерна, т.е. по пониженной твердости, и по пониженной механической прочности. Причиной пониженных твердости и механической прочности является пониженная плотность листовых заготовок из-за недостаточных суммарных обжатий при прокатке. Брак при прокатке по новой технологии сокращен в среднем на 2,8%.

Технология чистовой поокатки и калибровки листовых заготовок

Прокатка по новой технологии включает чистовой проход и два дополнительных калибрующих прохода при том же самом растворе валков, один из которых выполняется против, а второй по ходу прокатки. Опытные исследования по реализации новой технологии показали, что калибровка практически устраняет явление эластического восстановления высоты листовых заготовок после выхода из валков, что позволяет повысить точность проката и уменьшить поле допусков на его высоту. Так, на листовых заготовках 1,0; 1,6; 2,0; 2,5 и 3,0 мм плюсовой допуск на высоту по новой технологии уменьшен в два раза (с +0,2 до +0.1 мм), а на заготовках высотой 4 мм допуск уменьшен в три раза (с +0,3 до +0.1 мм). Прокатка с уменьшенным полем допусков позволяет экономить до 12% исходной абразивной массы, кроме того новая Технология позволяет практически исключить брак по несоответствию высоты листовых заготовок.

Новая технология позволила выполнить опытную прохапсу листовых заготовок высотой 0,3±0,1 мм и получить из них отрезные круги малых диаметров (50 и 60 мм).

Технология и штамповая оснастка для вырубки кольцевых заготовок отрезных кругов

Новая технология кроме операции вырубки кольцевых заготовок включает дополнительную операцию калибровки заготовок по высоте, выполняемую после окончания операции вырубки. Дополнительная операция калибровки не только увеличивает точность высотных размеров и снижает раз-новысотность кольцевых заготовок и готовых отрезных кругов, но и за счет уменьшения уровня остаточных напряжений уменьшает овальность заготовок по наружному и внутреннему диаметру, приводящую к выпуклости кругов после вулканизации.

Снижение овальности кольцевых заготовок позволяет уменьшить припуск по наружному диаметру с 5 до 3 мм, допуск с ±2 до ±1 мм. Повышение точности размеров заготовок по наружному диаметру позволит экономить в среднем около 4% абразивной массы и почти в два раза сократить затраты на операцию обточки абразивных кругов по наружному диаметру. Кроме того, сокращается брак по несоответствию размеров кругов по диаметру, по излишней выпуклости и по дефектам в виде скопов громок кругов при механической обточке.

Для реализации новой технологии разработана новая конструкция матричного штампа, позволяющего аырубать и калибровать кольцевые заготовки отрезных кругов. Опытный штамп изготовлен и опробован в работе.

Основные выводы по.работе

1. Изучение существующей за рубежом и в России технологии, оборудования и конструкций технологической оснастки для прокатки листовых заготовок и вырубки из них кольцевых заготовок отрезных кругов на вуяканито-вой связке показал, что за рубежом практически нет крупномасштабного производства такого инструмента. Только в России на АО «Росси» и Приволжском абразивном заводе совсем недавно введены в строй поточно-механизированные линии для крупномасштабного выпуска такого инструмента. Однако, заготовки отрезных кругов на этих предприятиях до сих пор производятся по опытно-промышленной технологии, которая далека от оптимальной и требует своего совершенствования. Существенные недостатки имеет и технологическая оснастка для прокатки и вырубки.

2. Анализ известных методов и устройств для исследования физико-механических свойств каучукосодержащих масс и полуфабрикатов из них

показал, что они разработаны для резинотехнической промышленности и применимы для исследования свойств каучуков и резиновых смесей. Использование этих методов и устройств для определения плотности, пластичности и эластичности вулканитовых смесей и деформированных из них полуфабрикатов может привести к погрешностям. Поэтому на основе известных методов проведены исследования по приближенному определению плотности, пластических и эластических свойств вулканитовых полуфабрикатов.

Для точного определения механических свойств вулканитовых смесей и деформированных полуфабрикатов на основе изобретений разработаны новый способ и новое устройство.

Предложена новая для абразивного производства методика определения действительного сопротивления деформации и эластичности вулканитовых полуфабрикатов и листовых заготовок.

3. Разработана методика, создана аппаратура и выполнены комплексные исследования технологии прокатки листовых заготовок и вырубки из них кольцевых заготовок отрезных кругов, а также оборудования и технопо-гической оснастки. Технологические исследования , включающие установление деформационных, кинематических и силовых параметров, показали, что существующие деформационные режимы прокатки в черновых, промежуточных и чистовых клетях не позволяют расширить сортамент и повысить качество отрезного инструмента. В то же время по кинематике и силовым условиям оборудование поточно-механизированных линий имеет большие резервы. Существующая технологическая оснастка препятствует совершенствованию технологии прокатки и вырубки и повышению качества отрезных кругов, а поэтому требует замены на более совершенную.

4. Изучение технической литературы показало, что в настоящее время полностью отсутствуют исследования по теории прокатки вулканитовых смесей и полуфабрикатов. Поэтому предложено использовать известные в теории прока тки основные уравнения для деформируемых уплотняемых металлических порошковых материалов. На основе известных в теории прокатки закономерностей получены формулы для подсчета деформационных, кинематических и силовых параметров прокатки вулканитовых полуфабрикатов в чистовых клетях дуо.

5. На основе ряда изобретений по способам и оснастке для прокатки листовых заготовок, разработаны новые технологии прокатки, позволяющие устранить дефекты кромок и повысить точность размеров листовых заготовок, а также получить значительную экономию исходных материалов.

На основе ряда изобретений по способам и штампам для вырубки кольцевых заготовок отрезных кругов разработаны новая технология и оснастка для вырубки и калибровки кольцевых заготовок, позволяющие повысить

точность размеров отрезных кругов и получить значительную экономию исходных материалов.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Petrosyan S.L., Lung В.А., Paviov V.A. Joint Venture set up. Siankoimport Review.—№ 104 — 105, 1992, —P. 31.

2. Основные уравнения теории прокатки уплотняемых материалов I J1.A. Барков, Б.А. Чаплыгин, В.А. Павлов и др. It Проблемы развития металлургии Урала на рубеже XXI века: Сб. науч. трудов.-Магнитогорск: МША, 1996, —С. 113 —118.

3. Прокатка порошковых композиций / Л.А. Барков, Б.А. Чаплыгин, В.А. Павлов и др. //Там же. — С. 119 —125.

4 Павлов В.А., Дятлов В.Н., Чаплыгин Б.А. Российские предприятия — производители абразивов и инструмента на их основе II Информационный бюллетень. — Челябинск: ПФГ АЗУ, 1995. — № 2. — С. 3 — 4.

5. Производство абразивных отрезных кругов на вулканитовой связке / Л.А. Барков, В.А. Павлов, Б.А. Чаплыгин и др. — Челябинск: Издательство ЧГТУ, 1997, —148 с.

6. Павлов В.А., Дятлов В.Н., Чаплыгин Б.А. Производства абразивных материалов и инструмента ведущими фирмами Европы II Машины и технология обработки давлением порошковых и композиционных материалов: Сб. науч. трудов-Челябинск: ЧГТУ - УралНИИАШ, 1997. — С. 3 — 11.

7. Абразивная резка материалов / Л.А. Барков, В.А. Павлов, Б.А. Чаплыгин и др.//Там же. — С. 12—27.

8. Павлов В.А., Дятлов В.Н., Чаплыгин Б.А. Состояние производства абразивных материалов и инструмента на предприятиях России и Урала // Там же.—С. 28 — 38.

9. Павлов В.А. Сортамент абразивного отрезного инструмента в России // Там же. С, 38 — 52.

Ю.Трусковский В.И., Шеркунов В.Г., Павлов В.А. Исследование процессов прокатки вулканитовых абразивных масс на поточно-механизированной линии № 2 АО «Росси» // Там же. — С, 53 — 62.

11.Павлов В.А., Дятлов В.Н. Валки для вальцевания и каландрования абразивной вулканитовой массы // Там же. — С. 73 — 78.

12.Шеркунов В.Г., Трусковский В.И., Павлов В.А. Промышленные исследования процессов вальцевания и каландрования на линии № 3 АО «Росси» // Там же. С. 79 — 83.

13.Барков Л.А., Павлов В.А. Исследование износа валков при вальцевании и каландровании пластин из вулканитовой абразивной массы // Там же. — С. 94—102.

14.Чаплыгин БА., Дятлов В.Н., Павлов В.А. Исследование пластических и эластических свойств вулканитовых пластин перед каландрованием II Там же.—С. 102—111.

15.Трусковский 8.И., Павлов В.А., Чаплыгин Б.А. Анализ технологии вырубки заготовок абразивных кругов на вулканитовой связке II Там же. — С. 118 — 122.

усовершенствование технологии прокатки тонких листовых заготовок на вулканитовой связке / В.А. Павлов, БА. Чаплыгин, Л.А. Барков и др. И Прогрессивные технологии: Сб. тезисов докладов на международной конференции.-Челябинск: ЗАО «ЮжУралЭКСПО», 1997.-С. 72.

лр № 020364 от 10.04.97. Подписано в печать 14. п .97. Формат 60x84 1/16. Печать офсетная. Усл.печл. 1.25. Уч.-изд. л. 1.00 Тираж 100 экз. Заказ 377/510.

УОП издательства. 454080, Челябинск, пр. им.В.И.Ленина, 76