Способ изготовления гильзы из литой заготовки

Изобретение предназначено для повышения качества и точности геометрических размеров при винтовой прошивке гильз из литого металла. Способ включает обработку в двухвалковом стане винтовой прокатки с захватом нагретой заготовки вращающимися валками, имеющими входной конус, пережим и выходной конус, ее обжатие по диаметру во входном конусе и прошивку оправкой. Интенсивная проработка структуры металла без его разрушения с получением труб высокой точности по геометрическим размерам с качественной внутренней и наружной поверхностью обеспечивается за счет того, что обжатие во входном конусе перед оправкой осуществляют за 3-7 полуоборотов заготовки при средней величине обжатия за полуоборот, составляющей 0,4-2%, а на последующих полуоборотах обжатие увеличивают в 2-3 раза, количество полуоборотов заготовки регламентировано математической зависимостью. 1 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и касается получения полых заготовок - гильз из непрерывно-литой заготовки или слитка.

В настоящее время известен способ получения трубчатых изделий, включающий прошивку сплошной заготовки с обжатием по диаметру 8-20% при углах подачи 10-18 градусов (Авторское свидетельство СССР №738697).

Недостатком этого способа является невозможность получения качественных гильз из литого металла, т.к. при таких режимах прошивки происходит разрушение металла в осевой зоне заготовки перед носком оправки.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному техническому решению является способ изготовления гильз из литой заготовки, включающий подачу нагретой заготовки в рабочие валки, развернутые на угол подачи и раскатки, захват нагретой заготовки вращающимися рабочими валками, имеющими входной конус, пережим и выходной конус, обжатие ее по диаметру во входном конусе при заданном суммарном обжатии перед носком оправки и прошивку заготовки оправкой (И.А.Фомичев. Косая прокатка. М.: Металлургиздат, 1963, стр.212-217).

Недостатком данного способа является нестабильность получения качественной внутренней поверхности гильз, а также проработки структуры по толщине стенки при высокой точности геометрических размеров. Рекомендуемая величина обжатия перед носком оправки не связана с количеством полуоборотов заготовки в валках, в ходе которых изменяется схема напряженного состояния металла: сжимающие напряжения сменяются растягивающими. А именно этот фактор и приводит к микроразрушениям осевой зоны металла, трансформирующимся в дальнейшем во внутренние дефекты.

Задачей изобретения является повышение качества и точности геометрических размеров гильз при обжатии и прошивке заготовки из литого металла.

Поставленная задача достигается тем, что в способе изготовления гильз из литой заготовки в двухвалковом стане винтовой прокатки, включающем захват нагретой заготовки вращающимися валками, имеющими входной конус, пережим и выходной конус, ее обжатие по диаметру во входном конусе и прошивку оправкой, обжатие во входном конусе перед оправкой осуществляют за 3-7 полуоборотов заготовки при обжатии за полуоборот, составляющем 0,4-2%, а на последующих полуоборотах обжатие увеличивают в 2-3 раза.

Количество полуоборотов заготовки N перед оправкой может быть определено из соотношения:

N=k³(d₁|s)²(1-(1-u₀)³)|(37,7tgάtgβ(d₁|s-1)),

где:

u₀ - суммарное относительное обжатие заготовки перед носком оправки, %;

β - угол подачи, град.;

d₁ - диаметр гильзы, мм;

k - отношение диаметра заготовки к диаметру гильзы;

s - толщина стенки гильзы, мм;

ά - угол конусности входного конуса валка, град.

Заявляемая совокупность признаков обеспечивает достижение задачи изобретения, а именно повышение качества и точности геометрических размеров гильз, получаемых из литой заготовки, за счет рационального выбора количества полуоборотов заготовки (т.е. количества контактов заготовки с каждым из валков при ее обжатии во входном конусе валков перед оправкой) в сочетании с величиной частного обжатия за полуоборот. В результате подбора оптимального сочетания этих параметров достигается интенсивная проработка структуры металла, не приводящая к его разрушению. Уменьшение количества полуоборотов менее 3 вызывает нарушение вторичного захвата и прекращение процесса прошивки. Увеличение числа полуоборотов заготовки свыше 7 приводит к появлению на внутренней поверхности гильзы плен из-за разрушения металла перед носком оправки. При обжатии за полуоборот менее 0,4% нарушаются условия первичного захвата, заготовка не втягивается валками в очаг деформации, установка величины обжатия более 2% вызывает нарушение условий вращения заготовки и также приводит к прекращению процесса прошивки. Последующее увеличение частного обжатия при обеспеченных на первых 3-7 полуоборотах условиях захвата обусловливает интенсивную проработку структуры металла и повышение качества гильз. При увеличении обжатия менее чем в 2 раза не достигается требуемая для проработки структуры степень деформации, увеличение же его более чем в три раза вызывает интенсивное скольжение металла относительно поверхности валка, т.к. происходит внедрение оправки в металл. Повышенное скольжение металла приводит к ухудшению качества наружной поверхности.

Конкретное количество полуоборотов заготовки N перед оправкой может быть определено по формуле:

где:

u₀ - суммарное относительное обжатие заготовки перед носком оправки, %;

β - угол подачи, град.;

d₁ - диаметр гильзы, мм;

k - отношение диаметра заготовки к диаметру гильзы;

s - толщина стенки гильзы, мм;

ά - угол конусности входного конуса валка, град.

Обжатие заготовки производится на участке входного конуса валков, который, в свою очередь, подразделяется на зоны до и после начала прошивки, то есть перед оправкой и после оправки вплоть до пережима. Суммарное относительное обжатие заготовки перед носком оправки определяется в плоскости, перпендикулярной оси прокатки и проходящей через первую по ходу прокатки точку касания металлом носка оправки. Величина относительного обжатия u₀ обычно рассчитывается по формуле:

где:

u₀ - суммарное относительное обжатие заготовки перед носком оправки;

D_з - диаметр исходной заготовки, мм;

D₀ - диаметр заготовки в плоскости, проходящей через точку касания металлом носка оправки, мм.

Зная величину обжатия перед носком оправки, можно определить положение последней в очаге деформации, а затем с учетом значений угла подачи, угла конусности входного участка валков, размеров гильзы и заготовки рассчитать количество полуоборотов заготовки в валках.

Способ прокатки осуществляется следующим образом. Нагретая заготовка задается в рабочие валки, где обжимается ими в калибре, образованном за счет взаимного сближения контактных поверхностей валков, обусловленного углом конусности валка. Размеры калибра определяются размерами получаемой гильзы и расчетной величиной суммарного относительного обжатия перед носком оправки. При обжатии заготовки валками последняя совершает определенное количество полуоборотов. Количество полуоборотов заготовки перед оправкой определяют из соотношения:

N=k³(d₁|s)²(1-(1-u₀)³)|(37,7tgάtgβ(d₁|s-1)),

где:

u₀ - суммарное относительное обжатие заготовки перед носком оправки, %;

β - угол подачи, град.;

d₁ - диаметр гильзы, мм;

k - отношение диаметра заготовки к диаметру гильзы;

s - толщина стенки гильзы, мм;

ά - угол конусности входного конуса валка, град.

Если расчетное число полуоборотов менее 3 или более 7 для получения качественных гильз заданного сортамента из данной заготовки необходимо скорректировать величины угла подачи или угла конусности валка. При этом величина частного обжатия за полуоборот должна находиться в пределах 0,4-2%. Это обеспечивает стабильный захват заготовки валками и устойчивый процесс прошивки. Дальнейшее осевое перемещение заготовки в очаге деформации сопряжено с увеличением обжатия за полуоборот в 2-3 раза, интенсификация деформационных условий обеспечивает надежную проработку структуры металла.

Пример осуществления способа.

Для прошивки гильз размерами 100×10 на прошивном стане МИСиС использовали непрерывно-литую заготовку диаметром 100 мм. Нагрев заготовок осуществляли в камерной печи до температуры 1180°. Перед прошивкой устанавливали расстояние между валками в пережиме В=88 мм, обжатие в пережиме - 12%, расстояние между линейками Л=94 мм, коэффициент овализации - 1,07. Угол входного конуса валка составлял φ=2,5°, угол раскатки γ=0°, диаметр оправки - 76,5 мм, угол подачи β=14°. Величину обжатия заготовки перед носком оправки с учетом заданной величины диаметра заготовки в плоскости, проходящей через точку касания металлом носка оправки, равной 95 мм, определяли из соотношения (2)

u₀=(D_з-D₀)/D_з=(100-95)/100=0,05

Количество полуоборотов заготовки перед оправкой рассчитывали по формуле (1), оно составило N=6,44, т.е. находилось в указанных пределах. Величина обжатия за полуоборот на участке входного конуса с углом 2,5° перед оправкой составила 0,99%. Дальнейшее деформирование заготовки осуществляется при величине обжатия за полуоборот 2,5%, т.е. в 2,5 раза выше по сравнению с величиной обжатия в предыдущей зоне (перед оправкой) очага деформации.

Всего по предлагаемому варианту прокатано 10 гильз. Осмотр внутренней и наружной поверхности гильз показал отсутствие дефектов. Трубы по качеству соответствовали требованиям ГОСТ. Металлографические исследования показали полную проработку литой структуры, отсутствие несплошностей и трещин.

Таким образом, предлагаемый способ прокатки обеспечивает получение труб высокой точности по геометрическим размерам с качественной внутренней и наружной поверхностью.

1. Способ изготовления гильзы из литой заготовки в двухвалковом стане винтовой прокатки, включающий захват нагретой заготовки вращающимися валками, имеющими входной конус, пережим и выходной конус, ее обжатие по диаметру во входном конусе и прошивку оправкой, отличающийся тем, что обжатие во входном конусе перед оправкой осуществляют за 3-7 полуоборотов заготовки при обжатии за полуоборот, составляющем 0,4-2%, а на последующих полуоборотах обжатие увеличивают в 2-3 раза.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что количество полуоборотов заготовки N перед оправкой определяют из соотношения
N=k³(d₁/s)²(1-(1-u₀)³)/(37,7tgάtgβ(d₁/s-1)),
где u₀ - суммарное относительное обжатие заготовки перед носком оправки, %;
β - угол подачи, град;
d₁ - диаметр гильзы, мм;
k - отношение диаметра заготовки к диаметру гильзы;
s - толщина стенки гильзы, мм;
ά - угол конусности входного конуса валка, град.