книги из ГПНТБ / Поперечно-клиновая прокатка

АКАДЕМИЯ НАУК БЕЛОРУССКОЙ ССР

ФИ ЗИ КО -ТЕХН И ЧЕС КИ Й ИНСТИТУТ

ПОПЕРЕЧНО-КЛИНОВАЯ

П Р О К А Т К А

Под общей редакцией

докт ора т ехнических наук

Е. М. МАНУШНА

Издательство „Наука и техника

М и н с к 1974

6П4.2 П57

УДК 621.771.016.2.01

w - ш /

Г. В. АНДРЕЕВ, В. А. КЛУШИН,

Авторский коллектив: Е. М. МАКУШОК,

В. М. СЕГАЛ, В. Я. ЩУКИН

В работе рассмотрено напряженно-деформированное состо­ яние в очаге деформации в процессах клиновой прокатки. При­ ведены формулы для расчета усилий прокатки, условий устой­ чивого протекания процесса. Исследованы условия разрушения и даны рекомендации по его устранению. Показаны технологи­ ческие возможности различных способов клиновой прокатки. Приведен метод расчета оптимального технологического про­ цесса клиновой прокатки. Даны примеры ряда технологических

процессов, внедренных в производство, и их экономическая эффективность.

Книга предназначена для научных сотрудников и работни­ ков кузнечно-штамповочных цехов машиностроительных заво­

дов, а также может быть полезна студентам и преподавате­ лям вузов.

Таблиц 7, рисунков 49, библиография — 86 названий.

Р е ц е н з е н т ы :

кандидат технических наук В. В. КЛУБОВИЧ, кандидат технических наук Е. И. ВЕРБИЦКИЙ

03123—054

112—74

М316—74

Издательство «Наука и техника», 1974.

ВВЕДЕНИЕ

Поперечной прокаткой клиновым инструментом мож­ но изготавливать детали типа ступенчатых валов с цилиндрическими, коническими и сферическими поверхно­ стями, с продольными и поперечными канавками, с плав­ ными или резкими переходами между отдельными сту­ пенями. В зависимости от требований, предъявляемых к деталям, изделия, полученные поперечной прокаткой клиньями, могут подвергаться механической обработке резанием или обходиться без дальнейшей обработки. Допуски на размеры изделий, получаемых этим методом, находятся в достаточно узком интервале и составляют ±0,1 мм для диаметров до 30 мм и ±0,2 мм на длину до 300 мм, что позволяет получать размеры на прокатывае-

Рис. 1. Схема процесса поперечной прокатки плоским клиновым инструментом

Глава I

СУЩНОСТЬ ПРОЦЕССА КЛИНОВОЙ ПРОКАТКИ

ИОСНОВНЫЕ ЗАВИСИМОСТИ

1.Схемы процесса клиновой прокатки

Существует несколько схем поперечной прокатки клиньями:

1) поперечно-винтовая прокатка в клиновых калиб­ рах (рис. 2, а) ;

2) поперечная прокатка клиньями, располагаемыми на валках (рис. 2, б);

3)поперечная прокатка клиньями, располагаемыми на системе валок — сегмент (рис. 2, в);

4)поперечная прокатка плоским клиновым инстру­ ментом (рис. 1).

Наибольшее распространение в настоящее время по­

лучил процесс прокатки по схеме 1, при которой заготов­ ка, кроме вращательного, имеет еще и поступательное движение. Этот способ характеризуется непрерывностью и высокой производительностью и применяется для изго­ товления деталей с массовым характером производства (например, шаров для мельниц и подшипников, велоси­ педных втулок и др.).

Процесс клиновой прокатки по схеме 2 получил наи­ большее распространение в ЧССР, где изготовлено не­ сколько станов поперечной прокатки чехословацкой конструкции [9, 10], на которых можно изготавливать де­ тали типа ступенчатых валов.

В последнее время ВНИИМЕТМАШ (г. Москва), ПТНИИ (г. Горький) и НИИТМАШ (г. Волгоград) раз­ работаны и созданы станы клиновой прокатки, дейст­ вующие по схеме 2. Эти станы могут работать как от штучной заготовки, так и от прутка с последующей отрез­ кой прокатанного изделия специальными ножами, уста­ новленными на валках.

5

В работе [12] сообщается о применении способа про­ катки клиньями по схеме валок — сегмент для производ­ ства пальцев скребкового транспортера в холодном со­ стоянии. В ЭНИКМАШ (г. Воронеж) разработан и изго­ товлен первый промышленный стан, работающий по этой схеме. В качестве положительных сторон схемы валок — сегмент следует отметить непрерывность процесса, по­ скольку новая заготовка загружается в сегмент в момент окончания прокатки, и стабильное положение заготовки в процессе прокатки, вследствие чего отпадает необходи­ мость в направляющих линейках, которые применяются

для удержания заготовки в зоне прокатки при работе по схемам 1 и 2.

Станы этой конструкции отличаются компактностью. К недостаткам станов, работающих по схемам 1, 2 и 3,

Рис. 2. Схемы процессов поперечно-винтовой прокатки в клиновых калибрах (а), поперечной прокатки клиньями, располагаемыми на валках (б), и по системе валок—сегмент (в)

6

следует отнести сложность изготовления клипового ин­ струмента и как следствие длительность отладки про­ цесса.

Процесс поперечной прокатки плоским клиновым ин­ струментом имеет ряд преимуществ по сравнению с про­ каткой валковым инструментом. Основными преимущест­ вами этого процесса являются:

простота изготовления и низкая себестоимость плос­ кого клинового инструмента, так как для его производст­ ва не требуется специальных станков, а изготавливается он на универсальных фрезерных и строгальных станках, имеющихся на любом машиностроительном заводе;

стабильное положение детали на плоском инструмен­ те, в то время как при прокатке в валках деталь необхо­ димо удерживать в зоне прокатки направляющими ли­ нейками;

более высокая точность получаемых деталей, которая при прокатке плоским клиновым инструментом определя­ ется только относительным расположением самого ин­ струмента, в то время как при прокатке валковым инстру­ ментом еще и положением детали относительно валков;

большая стойкость плоского клинового инструмента, достигаемая благодаря тому, что его можно применять составным и использовать качественные марки сталей для изготовления деформирующих клиновых элементов.

Несмотря на ограниченность хода и более низкую производительность из-за наличия холостого хода, в силу перечисленных преимуществ принцип прокатки плоскими клиньями следует считать весьма перспективным в обла­ сти массового машиностроения.

2. Параметры клинового инструмента

Прокатка клиньями может осуществляться как в от­ крытых, так и в закрытых калибрах. При закрытой про­ катке клиньями торцы деформируемой заготовки заклю­ чены между стенками ручья, которые препятствуют свободному удлинению заготовки. Закрытая прокатка применяется для получения на прокатываемой детали участков, имеющих форму сферы, конуса, а иногда и ци­ линдра. Простейшей и самой распространенной формой прокатываемых деталей является прокатка цилиндриче­ ских участков, которая, как правило, осуществляется в

7

открытых калибрах и является самым общим случаем клиновой прокатки. Поэтому в настоящей работе преиму­ щественно рассматривается процесс поперечной прокат­ ки плоским клиновым инструментом в открытых калиб­ рах участков, имеющих цилиндрическую форму. Необхо­ димо отметить, что рассматриваемые соотношения пригодны также для процесса поперечной прокатки

Рис. 3. Плоский клиновой инструмент

валковыми клиньями, поскольку искажения, вносимые кривизной валков, незначительно влияют на основные закономерности.

Инструментом для осуществления процесса плоской клиновой прокатки служат плоские клинообразные эле­ менты, которые устанавливаются на подвижные плиты. На рис. 3 показан типовой инструмент для получения цилиндрических участков на прокатываемой детали. Ин­ струмент имеет следующие характерные участки: участок захвата заготовки А, участок прокатки и калибровки Б и участок выхода В. На участке захвата осуществляется внедрение клина в заготовку и образование на ней коль­ цеобразной канавки. Эта канавка затем расширяется благодаря воздействию наклонной боковой грани М, по­ ложение которой определяется углом наклона а и углом заострения ß. На калибрующем мостике К происходит калибровка деформируемого металла по мере его выхода с наклонной грани на калибрующую плоскость мостика. Участок В обеспечивает плавный выход заготовки из кон­ такта с клиньями без образования вмятин на прокатывае-

ІІ

мых.участках. В процессе прокатки под воздействием контактных напряжений на боковой грани и калибрую­ щем пояске возникают усилия деформации, которые удобно представлять тремя составляющими, действую­ щими на деталь (см. рис. 1),— сжимающим усилием Pz, усилием прокатки Рх и осевым растягивающим уси­ лием Ру. Интенсивность формоизменения при прокатке

характеризуется степенью обжатия b= Djd, где D — диа­ метр исходной заготовки; d — диаметр заготовки после прокатки в рассматриваемом сечении.

Основными технологическими параметрами клиново­ го инструмента при прокатке цилиндрических участков являются углы наклона боковой грани а и заострения ß (рис. 3). Угол а определяет размер очага деформации и существенно влияет на силовой режим процесса. С увели­ чением угла ос уменьшаются длина очага деформации и потребное усилие прокатки. Однако при этом возрастает осевое усилие Р у, которое при определенном значении

обжатия может достигнуть величины, вызывающей до­ полнительную деформацию растяжения прокатываемого стержня. Возможно даже образование шейки или разрыв заготовки.

Угол ß определяет скорость распространения очага деформации вдоль оси заготовки, длину инструмента, максимально достигаемую степень обжатия за проход и существенно влияет на силовой режим процесса прокат­ ки. От правильного выбора углов а и ß зависит устойчи­ вость процесса, под которой подразумевается такое его протекание, при котором не происходит проскальзывания заготовки и образования шейки.

Опасность образования шейки на прокатываемом стержне возрастает с увеличением обжатия и зависит от углов а и р . Это получается вследствие того, что при по­ вышении степени обжатия уменьшается площадь сечения прокатываемого участка, следовательно, снижается и сопротивление его разрыву, а площадь наклонной пло­ щадки контакта возрастает. В силу пропорциональности осевого усилия прокатки площади наклонной площадки контакта с увеличением степени обжатия осевое усилие прокатки возрастает. Таким образом, рекомендации по выбору углов а и ß должны быть связаны со степенью обжатия прокатываемой заготовки, при которой процесс прокатки осуществляется устойчиво.

9