Способ изготовления профильных кольцевых изделий

 

Использование: в прокатном производстве , на кольцепрокатных станах радиально-осевого типа при производстве фасонных в сечении колец. Кольцевую заготовку предварительно формуют и прокатывают между верхними и нижними наклонными и вертикальными валками. При формовке кольцевой заготовки ее торцевую поверхность, взаимодействующую с верхними валками, выполняют толщиной вМ раз меньше по сравнению с толщиной торцовой поверхности, взаимодействующей с нижними валками Поверхность заготовки, по которой осуществляют контакт с верхним наклонным валком, выполняют примыкающей к внутренней поверхности заготовки 1 з п ф-лы, 4 ил. (Л

В Ы 1784384 А1

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 В 21 Н 1/06

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 . : ;, : - : - : . .:,: : 2 (21) 4883257/27 .... (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПРОФИЛЬ(22) 19.11.90 НЫХ КОЛЬЦЕВБ!Х ИЗДЕЛИЙ . (46) 30;12.92. Бюл. М 48, : " . (57) Использование . в прокатном пройзвод(71) Донецкий научно-исследовательский стве, на кольцепрокатных станах радиальинститут черной металлургии .: :, - ;: но-осевого тит1а при производстве (72) А. В.Яковченко, Е.А. Безтбатчейко, фасонных в сечении колец. Кольцевую загоВ.M.Oçèìèí, Ф.А.Писаренко, M.È.Ñòàðîñå-. товку предварительно формуют и прокаты лецкий и Е,В,Горб .,:, .;-. eaioi между вуерхними и нижними (56) Шифрин М.Ю. и Соломович М;Я. Произ- наклонными и.вертикальными валками. При. водство цельнокатанных колец и бандажей. формовке кольцевой заготовки ее торцевую

М.. Металлургиздат, 1954, с,425.::: : .. поверхность, взаимодействующую с- верх-:

Дзугутов M.ß. Напряжения и разрывы ними валками, выполняют толщгиной в N раз при обработке металлов давлением. M.: Ме- меньше по сравнению с толщиной торцовой таллургия, 1974, с. 358... -:: -, . поверхности, взаимодействующей с нижни:..Авторское свидетельство СССР ми валками . Поверхность заготовки, по ко-

М 810348, кл. В 21 Н 1/06, 1979,: . торой осуществляют контакт" с верхним наклонным валком; выполняют примыкающей к внутренней. поверхности заготовки. 1 з.пг ф-лы, 4 ил.

° и Изобретение относится к области обра- радиалгьной деформации в очаге вертикальботки металлов давлением и может быть ных валков..:-, ..; .: ..:. Со использовано при изготовлении сложно- .. Недостатком указаййого способа явля- ф, профильных колец на кольцопрокатных ста- ется невозможность его применения для-- -- д нах радиально-осевого тйпа. - . производства колец, требуемые масса и вы- сота которых не позволяют получать коль- !, известен способпроизводства сложно-- цевую заготовку с высотой, равной или профильнык колец, включающий изготовле- близкой высоте готового кольца. и наружние кольцевой заготовки и ее прокату за. ным диаметром, не превышающим возмож- счет осевой и радиальной деформаций, ис- ности соответствующего оборудовани пользующий фасонную в сечении кольце- . напрймер заготовочного пресса. вую заготовку с высотой, равной или : . Прокатка кольцевых заготовок, имеюблизкой высоте готового кольца. Такая тех- щих наружный диаметр, близкий к максинология имеет место при прокатке в пол-- мально допустимому = по условиям их узакрытых и закрытых калибрах. При ее изготовления. приводит к неравномерной реализации наклонные валки обжимают ме- деформации кольцевой заготовки по толщиталл, поступающий в уширение вследствйе не в случае, если осевая деформация несог

1784384 измеримо мала по сравнению с радиальной. при формовке кольцевой заготовки ее

Это обусловлено интенсивным течением толщину по в ости выполметалла в вытяжку и рост диаметра в зонах няют в N ——

ah1 D1 — ЛЬ1 раэ меньше контакта кольцевой заготовки с вертикаль- ЬЬг (0г ЛЬг) ными валками наряду со значительно мень- 5 по сравнению с толщиной по нижней повершей вытяжкой в зонах контакта с хности. Кроме того, поверхность заготовки, наклонными валками, Это приводит к утяж- по которой осуществляют контакт с верхним ке металла по,верхней и нижней поверхно- наклонным валком, выполняют примыкаю-стям кольца... щей к внутренней поверхности заготовки.

Наиболее блйзким по технической сущ- 10 На Фиг. 1, 2 изображейы кольцевая заности является способ производства фа- готовка до прокатки и контуры "готового сонных в сечении кольцевых изделий, кольца, а-такжЕ кольцевая загОтовка после включающий формовку кольцевой заготов- прокатки с полученным в результате смещеки и ее прокатку за счет осевой и ради- ния искаженным профилем (по прототипу); альной деформаций наклонными и 15 на Фиг 3,4 — предельные случаи расположевертикальными валками. При" прокатке ния повйрхности "кольцевой заготовки, по кольцевой заготовки по данному способу которой осуществляется контакт с верхним направлений усилия; прикладываемого к наклонным валком (в первом случае укаэанторцам раскатываемой заготовкй; йзменя- ная поверхность примыкает к наружной поют путем поворота наклонных валков от- 20 верхности кольцевой заготовки, а во втором— носительно торцевых поверхностей к вйутренней). заготовки;: Рассмотрйм- йы вбд формул, Согласно

Недостатком такой технологии являет- третьему закону Ньютона силы Р1 и Рг, дейся низкая точность и, как следствие, низкое ствующие на металл со стороны верхнего и нижнего наклонных валков, всегда равны, качество фасонных в сечении колец, При т,е. действие равно противодействию, прокатке таких колец происходит смйщение кольцевой заготовки вниз относительно фа-: сонного калибра вертикальных валков, Ука- Р =Рг, (1) занное смещение имеет место вследствие

30 а сила, действующая на поверхность контактого, что осевое обжатие металла верхним и нижним наклонными валками осуществля- та с площадью F, равна произведениюсредют за счет перемещения верхнего йаклон- него давления прокатки на величину F ного валКа -в вертикальном йаправленйи

P1=P1 F1;

При этом кольцевая заготовка смещается

35 Рг=Рг F2, (2) где Р1, Рг — средние давления прокатки в зонах деформации металла верхним и нижним наклонными валками соответственно; вертикальйо вниз относительно неподвижных элементов калибра вертикальных валков (например, гребней), что приводит к выполнению профиля кольца с размерами, выходящими за пределы допускаемых об40 F1, F2 — площади контакта металла с ж эти и целью изобретения является повышение качества сложнопрофильных колец, а также снижение энергоемкости процесса их прокатки за счет выполнения кбльцевой заверхним и нижним наклонными валками соответственно.

Поскольку Р1 и Рг являются средними давлениями прокатки на соответствующих

45 контактных зонах, то как показалйэкспериготовки с различными по толщине верхней и нижней поверхностями и изменейия соот- ментальные исследования величйны их ношения между величинами среднИх фйа- "" практически не отличаются друг от друга, метров наклонных валков " в зоне деформации. т.е

50 Р1=Рг ° . (3) Задача, которую при этом необходимо решить, заключается в том, чтобы обеспе-----чить условия, при которых осевая деформа- Тогда, из выражения (1) очевидно, что ция металла наклонными валками не приводила бы к искажению требуемого коР1= Рг (4) нечного контура профиля

55 гдЕ г1=Ь1 - t1; Рг= Ьг !г.

Действительно, данное равенство справедливо и не несет за собой вредных последствий в случае, если практически

Для достижения поставленной цели по способу, включаЬщему формовку кольцевой заготовки и ее прокатку эа счет осевой и радиальной деформаций наклонными и вертикальными валками.

1784384 (5.) Ь1 11=Ь2 I2, 5 отсутствует в процессе прокатки осевое обжатие, т,е. высота кольцевой заготовки равна или близка высоте готового кольца. В случае неравенства данных высот описанное выше смещение кольцевой заготовки 5 относительно калибра вертикальных валков обуславливает необходимость изменения силы Р1, что практически невозможно, либо площади контакта F1.

Таким образом, из (4) следует, что где Ь1;Ь2-толщины кольцевой заготОвки riO 15 верхней и нижней ее поверхностям соответственно;:

11= h1(D1 6 h1), !2=Б2(О Л2) . ДЛИны дуг контакта кольцевой заготовки.с верхним и нижним наклонными валками 20 соответственно, Подставляя выражения для 11 и Iz e уравнение (5), получаем

Ь1 Жц(О1Л- Ь1)= Ь2 Л hz(D24-. Ь2), (6) 25 где Юц,Л hz — величины обжатий, осуществляемых верхним и нижним наклонными валками соответственно, О1, О2 — средние диаметры верхнего и 30 нижнего наклонных валков в зонах дефор, мации соответственно.

Используя полученное выражение (6), найдем отношение между толщиной кольцевой заготовки b1 по верхней поверхности 35 и толщиной кольцевой заготовки Ь2по нижней поверхности, обозначив отношение Ь1 и bz величиной N, Ф ль (э) ah1>, „4O AI12 (02 Ы)2)

Зависимость (7) отражает реальное соотношение между величинами Ь1, bz, Ь h1, ">п2, D1 и Dz в процессе прокатки колец 45 (фиг.1). При прокатке готового кольца из имеющейся заготовки величина суммарного осевого об>катия Й) известна, нужно распределить его между верхним и нижним наклонными валками таким образом, 50 чтобы величина Ь2 была минимальна (т.е . . Ьhz«hh1), В этом случае перемещение кольцевой заготовки относительно буртов вертикальных валков, равное 6hz, также будет минимальным, что исключает возмож- 55 ность получения кольца с искаженным профилем, Величина такого перемещения известна иэ практики рассматриваемых профилей и не должна превышать 5+10 мм, Ф

Соответственно и 5hz= 5+ 10 мм, тогда

Ah1= Ah — (5+ 10 мм).

В случае, если Л hz> 5+ 10 мм, возникает. опасность получения профиля кольца с размерами, выходящими за пределы допусков, поскольку металла, текущего в .вытяжку от радиальной деформации, может оказаться недостаточно для компенсации возникшего смещения. Для того; чтобы в реальном про- цессе прокаткй нижний и верхний наклонные валки на самом деле: выполняли желаемые обжатия — Ьhz= 5+ 10 мм, Л h1=

=Ah -(5+10 мм) — и был получен качественный профиль, необходймо выдержать соотношение между.b1 и Ь2, определяемые из выражения (7).

Представим прймер койкретной реализации предлагаемого способа применительйо к технологий прокатки кольца корытного профиля с размерами Он=2280 мм, Ds)=1920 мм, Н=180 мм и массой 1605 кг.

Кэк известно, диаметр кольцевых заготовок, поступающих на кольцепрокатный стан с заготовочного пресса 4 тыс. т, не может превышать 1150 мм по его техническим характеристикам. Исходя из этого, высота кольцевой заготовки при массе 1 605 кг составляет H=216 MM. Вйутренний диаметр кольцевой заготовки постоянный и равен

250 мм, что соответствует диаметру пуансона прошивного пресса; Суммарное осевое обжатие при этом составйт Л h = 36 мм.

Принимаем Khz=5 мм, тогда йц=Л Ь -Ь

Ь2=-36-5=31 мм, Подставляя известные величины Ь11=31 мм,, 5hz=.5 мм; 01=02=300 мм в выражение (7), получим N=2,4, т.е, толщину кольцевой заготовки b1 по верхней поверхности необходимо уменьшить в 2,4 раза,По сравнению с толщиной Ь2 по нижней ее поверхйости.

Данный прймер приведен для случая равенСтва средних диаметров наклонных валков в зонах деформации. В ходе выявления влияния величин средних диаметров наклонных валков в зонах деформации на энергосиловые параметры прокатки выяснилось, что, чем мейьше длина дуги контакта металла с валком 1, тем меньше среднее давление прокатки Р (фиг,4), и наоборот (фиг.3), при одной и той же средней величине обжатий. Следовательно, здесь присутствует прямая зависимость между величинами длины дуги контакта Ь и среднего диаметра валка О с величинами среднего давления прокатки; ее момента и мощности, что подтверждается следующими выводами формулы мощности прокатки.

1784384

Р = 2k055

2I< +

V. из та

Формула изобретения

1. Способ изготовления профильных ал- .

25 хольцевых изделий, включающий формовку кольцевой заготовки и ее прокатку путем ее деформации в осевом и радиальном направлениях верхними и нижними наклонными и вертикальйыми валками, о т л и ч а ю щ и й30 с. я тем, чтЬ", с целью повышения качества получаемых изделий, в процессе формовки кольцевой заготовки формообразуют торцовув поверхность заготовки. взаимодействующую с верхни - валками, с

35 . hhi Di — Ь 1 толщиной в N- раз мейь1 2„Ж2 h, "2) ше толщины торцовой 1човерхности заготовки, взаимодействующей с нижними наклонными валками.

40 2. Способ по и, 1, отличающийся тем, что, с цельа снижеййя энергоемкости: процесса прокатки, в процессе формовки кольцевой заготовкй торцовую поверхность заготовки с меньшей толщиной выполняют

45 примыкающей к внутренней поверхности заготовки. (10) Мдр=. 2 Р 1 1 °

Мор

r.. (11) NAp = для определения среднего давления прокатки воспользуемся формулой Тарновского

4 h

Затем, йодставляя в выражение (2) выражения (4) и (8), получаем формулу силы прокатки s следующем виде: ль (о hi) (9) где ф — коэффициент плеча приложенной равнодействующей силы (ф=0,5); .,....

k — сопротивление пластической деформации при чистом сдвиге (k=7);

Н вЂ” высота кольцевой заготовки; h - высота готового кольца.

Момент прокатки находят, исходя полного усилия прокаткй, коэффициен

- плеча приложенной равнодействующей лы и величины дуги контакта металла с в ком, Для двух. валков момент деформац определяется из выражения

В теории прокатки наиболее приемлемыМ- считается определение мощности по крутящему моменту прокатки на валках . где v — - окружная скорость валков;

r — радиус валков.

: Исходя из" вышеизложенного вывода формул, был произведен расчет мощности

" прокатки при различных случаях расположения поверхности кольцевой заготовки, по которой осуществляют контакт.с верхним наклонным валком (фиг. 3,4). Он показал, что уменьшение среднего диаметра верхнего наклонного валка в зоне деформации на каждые 10 мм дает снижение мощности прокатки на 8,9%. Очевидно, что расположение

5 поверхности кольцевой заготовки, по которой осуществляют контакт с верхним наклонным валком, примыкающей к ее внутренней поверхности обеспечивает обжатие металла верхним наклонным валком

10 при минимальном среднем диаметре в зоне деформации.

Предложенный спбсоб обеспечивает повышение качества сложнопрофильных колец и снйжение энергоемкости процесса

15 их прокатки за счет изменения толщины кольцевой заготовки rlo верхйей поверхности в строго определенном соотношении к ее толщине по нижней поверхности, а также за счет измененйя соотношения между ве20 личинами. средних диаметров наклонных валков в зоне деформации, 1784384

1784384

Составитель А.Яковченко

Техред М.Моргентал Корректор И.щулла

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 4335 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5