Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. РАЗРАБОТКА ПРОЦЕССА ПРОКАТКИ ЧЕРВЯЧНЫХ ВАЛОВ С БУРТАМИ В ГОРЯЧЕМ СОСТОЯНИИ 9
1.1. Состояние вопроса и постановка задачи 9
1.2. Разработка схемы прокатки 22
1.3. Расчет и калибровка валков с винтовым профилем при поперечной прокатке с возможным осевым перемещением детали 28
1.3. Калибровка валков 38
1.4. Выбор технологических режимов прокатки 44
1.4.1. Технологическая смазка 49
1.4.2. Нагрев заготовок под прокатку 50
1.5. Размеры и форма заготовок под прокатку 53
Выводы 61
ГЛАВА II. АНАЛИТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПОПЕРЕЧНОЙ ПРОКАТКИ КЕШНЫХ ЧЕРВЯЧНЫХ ВАЛОВ 63
2.1. Общие положение 63
2.2. Ширина зоны контакта валка и детали в перпендикулярном к осям их вращения плоском сечении . 68
2.3. Элементарная площадка контакта 72
2.4. Нормальные силы и их проекции на оси координат, моменты нормальных сил относительно осей валка и детали 75
2.5. Определение давления металла на валки и крутящих моментов 79
2.5.1. Сила, действующая на винтовую поверхность валка в радиальном направлении 80
2.5.2. Кинематика процесса формообразования профиля 87
2.5.3. Радиальная составляющая силы трения 90
2.6. Силы трения на контактной поверхности. Моменты сил трения относительно осей валка и детали 96
2.7. Равновесие моментов сил, действующих на деталь 100
2.8. Момент прокатки 104
Выводы 105
ГЛАВА III. ИССЛЕДОВАНИЕ КАЧЕСТВА ПРОКАТАННЫХ ЧЕРВЯЧНЫХ ВАЛОВ 107
3.1. К вопросу об изгибе червячных валов при поперечной реверсивной прокатке 107
3.2. Влияние погрешностей изготовления валков на точность прокатываемых изделий 123
3.3. Пути повышения качества прокатанных червячных валов 129
Выводы 145
ГЛАВА IV. ИССЛЕДОВАНИЕ СИЛОВЫХ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА ПОПЕРЕЧНОЙ РЕВЕРСИВНОЙ ПРОКАТКИ ЧЕРВЯЧНЫХ ВАЛОВ 146
4.1. Экспериментальные исследования усилия металла на валки, момента прокатки и расхода энергии 146
Выводы 154
ГЛАВА V. ОСВОЕНИЕ И ВНЕДРЕНИЕ ПЕРВЫХ ПРОМЫШЛЕННЫХ СТАНОВ ДЛЯ ПРОКАТКИ ЧЕРВЯЧНЫХ ВАЛОВ 155
5.1. Стан ЗГНЧ-25 для горячей прокатки червячных валов с модулем 3 * 5 мм 155
5.2. Стан ЗГПЧ-35 для горячей прокатки червячных валов с модулем 5 * 8 мм 162
5.3. Перспективы процесса и рекомендации по
проектированию промышленных станов 166
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ 172
ЛИТЕРАТУРА 176
ПРИЛОЖЕНИЕ 183
- Разработка схемы прокатки
- Ширина зоны контакта валка и детали в перпендикулярном к осям их вращения плоском сечении
- К вопросу об изгибе червячных валов при поперечной реверсивной прокатке
- Экспериментальные исследования усилия металла на валки, момента прокатки и расхода энергии
- Стан ЗГНЧ-25 для горячей прокатки червячных валов с модулем 3 * 5 мм
Разработка схемы прокатки
Как известно, поперечная прокатка винтовых профилей сопровождается осевым перемещением заготовки. Скорость и величина его зависят от различных геометрических и технологических факторов, основныгли из которых являются высота и шаг прокатываемого профиля, скорость вращения и радиального сближения валков.
Осевое перемещение заготовки в процессе прокатки является нежелательным фактором, так как оно способствует неравномерному заполнению калибров по длине профиля, ухудшает условия работы инструмента. Уменьшению осевого перемещения заготовки в процессе прокатки всегда уделялось большое внимание.
Была осуществлена попытка удержать заготовку от осевого перемещения, т.е. прокатать заготовку, зажатую в неподвижные центра. Эта попытка не увенчалась успехом. И.М.Шиф отмечает в своей работе [35 , что уже при прокатке резьбы М16х2 процесс протекал ненормально (ломались центра, срезалась резьба).
При дальнейшем развитии процесса прокатки осевое перемещение учитывалось, и, в зависимости от выбранных критериев оценки этого явления, были разработаны схемы, показанные на рис. 1.9.
По некоторым зарубежным источникам рекомендуется прокатка по схеме рис. 1.9а, которая обеспечивает отсутствие осевого перемещения детали в начале процесса при максимальном значении в конце
При работе по схеме рис. 1.96, рекомендуемой в [9І , осевое перемещение является максимальным в начале процесса и полностью отсутствует в конце его, т.е. в период форлирования и калибровки полного профиля. Автор видит ее преимущество в том, что в этом случае улучшаются условия работы инструмента. По мнению того же автора, наиболее рациональной для поперечной прокатки изделий с винтовой поверхностью является схема рис. 1.9в, которая обеспечивает минимальные осевые перемещения детали, что благоприятно сказывается на ее качестве.
Поскольку величина осевого перемещения в основном, как будет показано ниже, определяется высотой и шагом профиля, то при прокатке крупных червячных валов (до модуля 8) следует ожидать значительно больших осевых перемещений. В то же время эти перемещения не должны превышать величины зазора между буртами и валком в первоначальный момент прокатки. Кроме того, совершенно очевидно, что невозможно осуществить прокатку за один проход, поэтому процесс необходимо вести за.несколько проходов. При этом количество проходов невозможно предусмотреть заранее, так как оно зависит от целого ряда факторов: высоты профиля, температуры прокатки, обжатия, скорости и т.д.
Ширина зоны контакта валка и детали в перпендикулярном к осям их вращения плоском сечении
Рассмотрим сечение детали и одного из прокатных валков плоскостью, перпендикулярной к их осям вращения. В результате такого сечения образуются две линии L У и U 2 , принадлежащие валку и детали соответственно (рис. 2.3). Считая поверхность валка заданной уравнением в некоторой системе координат, можно определить уравнение кривой Ь 1 и, следовательно, все ее свойства в любых точках.
Линия L 2 состоит из нескольких участков различных кривых.
Участок &21 до точки О образован пластическим деформированием детали валком, соседним рассматриваемому (против направления вращения детали).
Участок 622 принадлежит части сечения прокатного валка.
Участок гЗ образован пластическим деформированием детали рассматриваемым прокатным валком и сопряжен с частью кривой // до первой точки их взаиглного контакта Т. Длина дуги З Т определяет ширину зоны контакта валка и детали в сечении, перпендикулярном осям их вращения.
Точки Oj и Oj - следы оси вращения валка на секущей плоскости, а линии L 40 и Li - кривые сечения валка соответственно в слуаае, когда обжатие со стороны рассматриваемого валка отсутствуют, и в случае, когда валок совершил радиальное обжатие AZ . В точках выхода Т и Ш валок и деталь имеют общие касательные и, следовательно, общие нормали, на которых лежат центры кривизны 11,Г1, Г2 U Г2. кривых сечений валка и детали в точках Т и М.
К вопросу об изгибе червячных валов при поперечной реверсивной прокатке
Исследования, проведенные ранее по этому вопросу 60 , касались, главным образом, анализа причин возникновения изгиба при холодной накатке мелкомодульных червяков и, следовательно, не могли учесть ряда условий, характерных для горячей поперечной прокатки крупномоудльных червячных валов с буртами.
Теоретические и экспериментальные исследования причин возникновения изгиба при прокатке червячных валов имеют актуальное значение, так как при отсутствии специально разработанных на основе их анализа, предупредительных мер, радиальное биение прокатанных червячных валов с модулем 3 5 мм достигает 2 5мм, что делает процесс неэффективным.
При разработке технологии горячей прокатки червячных валов была поставлена задача выяснения причин возникновения изгиба прокатанных изделий с целью изыскания эффективных методов их устранения. При прокатке вращающиеся валки сближаются в радиальном направлении, их длина меньше длины прокатываемого профиля, они имеют заборные конусы и развалку профиля с обеих сторон. Деталь зажата в центрах и может перемещаться вдоль своей оси в обоих направлениях. Рассмотрим осевое сечение, проходящее через зону контакта валков с деталью рис. 3.1. Как видно из рисунка, по периметру осевого сечения зоны контакта валка и детали имеются участки,по разному нагруженные. Эпюры радиальных составляющих сил нормального давления действующих в наиболее общем случае на различные участки профиля схематично показаны на рис. 3.2. Ординаты таких эпюр пропорциональны величинам радиальных проекций сил нормального давления. Их величины зависят, в основном, от точки приложения нормальной силы к профилю (винтовому, цилиндрическому или коническому), от геометрических характеристик этих профилей, от величины единичных обжатий, контактных давления. Следует особо отметить, что для какого- пибо фиксированного момента прокатки имеет место значительная неравномерноить единичных обжатий по периметру осевого сечения прокатываемого профиля. Это объясняется тем, чтоь при осевом перемещении заготовки в контакт вступают новые участки заготовки, на которые кроме единичных обжатий от радиального сведения валков действует боковое обжатие от развалки краевых участков винтового профиля в радиальные обжатия от заборного конуса. На каких участках, естественно, силы нормального давления выше, чем на участках профиля, находящихся, например, в середине валка. В общем случае эпюра радиальных составляющих сил норлального давления очерчена ломаной линией, в которой возможны разрывы» Вследствие изменений геометрических характеристик профиля в процессе прокатки, величин единичных обжатий, контактных давлений, величина равнодействующей радиальной силы меняется как по величине, так и по точке ее приложения. Неравными могут быть и контактные давления, вследствие различий напряженного состояния в различных точках зоны деформации, а также и вследствие неравномерного нагрева. Отметим также, что даже при всех равных условиях деформирования в каждый- момент времени эггоры радиальных сил, построенных для зоны контакта каждого из валков с деталью, могут быть несимметричны относительно оси детали, хотя и одинаковыми по форме. Это имеет место при нецелом отношении числа заходов детали к числу валков.
Экспериментальные исследования усилия металла на валки, момента прокатки и расхода энергии
Для расчетов вновь проектируемых станов особенно важно иметь точные сведения об усилиях, крутящих моментах на шпинделях и соединительных валах, мощности главного и вспомогательных приводов и т.д.
Замеры этих величин при прокатке червячных валов проводились на промышленном стане конструкции ВНИЙМЕТМАШ ЗГПЧ-25, установленном на Ленинградском заводе "Редуктор".
Для замеров давления металла на валки был спроектирован и изготовлен новый узел нажимного механизма, в который была вмонтирована установка датчика давления (месдоза).
Новый узел нажимного механизма рис. 4Л. состоит из нажимного винта - I, соединенного с неподвижным стаканом - 6 с помощью двух полуколец - 4. Неподвижный стакан - 6 крепится четырьмя болтами к корпусу подвижной каретки, на которой закреплен узел рабочего валка. На дне неподвижного стакана расположен упругий элемент - 8, ко рый через бронзовый подпятник соединен с нажимным винтом. Таким образом, давление металла на валки полностью воспринимается упругим элементом.
Упругий элемент рис. 4.2. представляет собой полый стальной цилиндр с наружным диаметром рабочей части, равным 91 мм и внутренним диаметром, равным 79,8 мм. Высота рабочей части упругого элемента равна 65 мм. Площадь сечения рабочей части элемента
Тарирование упругого элемента проводилось непосредственно в рабочей клети стана. Для этого был спроектирован и изготовлен специальный трехплунжерный гидравлический домкрат со сменными вкладышами под каждый диаметр валков. \$]
Для измерения давления металла на валки использовались проволочные электротензометры, кот зые размещались на наружной боковой поверхности упругого элемента.
Крутящие моменты замерялись с помощью проволочных электротензометров, наклеенных на карданные валы. Тарировка датчиков по крутящему моменту производилась нагружением универсального шпинделя при помощи рычага и грузов.
Стан ЗГНЧ-25 для горячей прокатки червячных валов с модулем 3 * 5 мм
Трехвалковый стан ЗГПЧ-25 рис. 5.1. предназначен для горячей прокатки червячных валов с модулем 3-5 мм с буртами с радиальной подачей валков. Сведение и разведение валков на стане механизировано. Регулировка профильных валков на заданный диаметр профиля прокатываемого червячного вала производится при помощи специального регулируемого упора.
Осевая настройка профильных валков производится поворотом двух валков при помощи специальных червячных муфт с делительной шкалой.
Вращение валков осуществляется от электродвигателя постоянного тока (67 кВт, 220 в, 570 об/мин) через комбинированный трехступенчатый цилиндрический редуктор и универсальные шпиндели.
Радиальная подача профильных валков в процессе прокатки осуществляется нажимными винтами, которые приводятся во вращение электродвигателем постоянного тока (16кВт, 220 в, 690 аб/мин.).
Производительность стана для горячей прокатки червячных валов с модулем 3-5 мм составляет 250-300 червячных валов в смену.
