Способ ресурсного испытания ковочных вальцов на долговечность

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

<н194851 1 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 26.1280 (21) 3225567/25-27 и)м.к .

В 21 Н 8/00

В 21 Н 1/18

G L 5/00 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий

tS3) YPR 621.979. .08(088.8) Опубликовано 070882. Бюллетень ¹ 29

Дата опубликования описания 070882 (72) Авторы изобретения

В.И, Чукардин, Г.Н. Анисимов и В.В. Каржа

ВС%". ч ° e

1

° т 1-;,, .i ) а) . т

Воронежское производственное объединение о выт1сус. ку " . кузнечно-прессового оборудования им. М.И. Кал 4щЩ ;,)," . -,:. (71) Заявитель (54) СПОСОБ РЕСУРСНОГО ИСПЫТАНИЯ КОВОЧНЫХ

ВАЛЬЦОВ НА ДОЛГОВЕЧНОСТЬ

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности, к определению работоспособности подшипников, их нагрева,а также энергетических показателей, прочностных характеристик и жесткости вальцов в целом, Известен способ ресурсного испытания ковочных вальцов на долговечность путем создания распорного усилия на рабочих валках многократной прокаткой,при которой распорное усилие на рабочих валках создают многократной прокаткой заготовки в холодном состоянии в пределах упругой деформации последней (1).

Этот способ не позволяет достаточно точно определить энергетические показатели вальцов, такие, как рабо- та, кинетическая энергия и маховой момент инерционных масс. Это обусловлено тем, что при создании распорного усилия на рабочих валках за счет упругой деформации прокатываемого материала размер деформи- 25 руемого материала в направлении приложения усилия изменяется очень незначительно (сотые доли миллиметра).

3TQ несопоставимо с изменением размера деформируемых нагретых заготовок в направлении приложения усилий при пластической деформации, которая, как правило, по абсолютной величине не бывает меньше 2-3 мм.

Другими словами, при одинаковом приложении усилий на валах и процессе испытаний ковочных вальцов при прокатывании заготовок в пределах упругой деформации изменение размера в направлении приложений усилий бывает, как минимум, на два порядка меньше, чем при прокатывании нагретых заготовок в пределах пластической деформации.

Известен способ ресурсного .испыта- ния ковочных вальцов на долговечность, при котором на рабочих валках создают распорное усилие путем многократной прокатки заготовки в холодном состоянии в процессе упругой деформации с одновременным приложением к одному иэ рабочих валков крутящего момента (2).

При таком способе характер нагружения по крутящему моменту имеет форму треугольника, а необходимое нагружение по крутящему моменту, имитирующее прокатку нагретой заготовки, должно иметь форму трапеции с длительным постоянным приложением

948511 крутящего момента, характеризующимся прямой линией, параллельной основанию этой трапеции.

Поэтому при испытании коночных вальцов описанным способом не представляется возможным достаточно точно определить такие энергетические показатели, как работа, кинетическая энергия и необходимый маховой момент инерционных масс, ибо, если использовать нагружение вальцов 10 с сохранением крутящего момента не ниже необходимого для прокатки нагретой заготовки на определенном угле поворота кривошипа рабочего вала, то пиковое нагружение, которое 15 будет иметь место в середине угла поворота кривошипа при нагружении крутящим моментом при известном способе, будет превышать необходимый в 3-4 раза. Это не только нежела- 2р тельно, но и недопустимо по условиям прочности, ибо в таком случае не исключены аварийные ситуации.

Целью изобретения является повышение качества испытаний. 25

Для достижения цели при ресурсном испытании ковочных вальцов на долговечность, при котором на рабочих валках создают распорное усилие путем многократной прокатки заготовки в холодном состоянии в пределах упругой деформации с одновременным приложением к одному из рабочих валков крутящего момента, в процессе прокатки к одному из рабочих валков 35 дополнительно прикладывают тормозной

Момент, равный разности между моментом, необходимым для пластической деформации прокаткой в нагретом состоянии, и моментом, необходимым @) для прокатки заготовки в холодном состоянии в пределах упругой деформации ее.

На фиг.1 показана часть ковочных вальцов с рабочими валками и деформи-45 руемой заготовкой, один из валков которых связан с нагружакнцим устройством; на фиг. 2 — разрез A-A "=, фиг.1; на фиг.3 — форма заготовки в аксонометрической проекции, выполненная в виде трапеции, размеры,средней части, четырехугольника ГМТУ которой и являются определяющими для получения остальных размеров; на фиг.4 схема нагружения с деформацией валков ковочных вальцов.

Позицией 1 на чертеже показана станина ковочных вальцов, в подшипниках 2 и 3 которых расположены рабочие валки 4 и 5 с секторами-штампами 6 и 7 в момент прокатки заго- 6О товки 8.

Привод рабочих валков может осуществляться как от силового органа самих ковочных вальцов, так и от постороннего, не связанного с ковоч- 65 ными вальцами, привода. Последнее может быть использовано в случаях, например, изучения работоспособности подшипников и других элементов и параметров при изготовлении и испытании рабочих органов опытных образцов вальцов.

Позицией 9 показан тормозной диск с ленточным тормозом 10. ЛенточнЫй тормоз одним концом закреплен неподвижно на опоре 11, на которой шарнирно смонтирован силовой цилиндр 12, шток 13 поршня 14 которого подпружинен пружиной 15 и кинематически связан с другим концом тормоза 10.

Поршневая полость 16 силового цилиндра постоянно сообщена с атмосферой, а штоковая 17 через распределительное устройство имеет возможность соединяться с источником энергоносителя ° Позицией 18 показан конечный выключатель, а позициями

19 и 20-его лепестки,, закрепленные на тормозном диске 9.

В и  — межосевые расстояния

М рабочих валков, соответственно до и после нагружения, 1 „и à — размеры поперечного сечения заготовки соответственно в зонах деформирова-. ния и свободного состояния ее в направлении приложения распорного усилия

P.Ã вЂ” минимальное расстояние между секторами-штампами перед началом прокатки.

Перед испытанием ковочных вальцов заготовку 8 термически обрабатывают, твердость ее доводят до твердости секторов-штампов или ниже твердости последних на 5-10%. Чистота прокатываемой заготовки практически может быть любой,так как из-эа приложения большого распорного усилия проводка ее практически всегда обеспечена .

Наиболее оптимальной чистота поверхности должна быть в пределах b,4-b6.

Размер Г заготовки в направлении приложения распорного усилия после термической обработки устанавливают равным минимальному расстоянию между секторами-штампами 6 и 7 перед прокаткой в сумме с величиной упругой деформации заготовки 8 с секторамиштампами 6 и 7 и величиной максималь но допустимой расходимости осей рабочих валков по линии приложения распорного усилия Р, т.е. если Г -Н =21 то В -  — 2Ë, Г =Г+2Л+М,, где 26 — величина упругой деформации заготовки и секторов-штампов;

2 Ь вЂ” максимально допустимая опытно-расчетная величина расходимости осей рабочих валков 4 и 5 от распорного усилия, создаваемого прокаткой заготовки 8.

948511

Остальные размеры заготовки выбирают исходя из ширины секторов-штампов, длины образующих их рабочей части и величины 25<.

Процесс прокатки заготовки при испытании ковочных вальцов такой же, как и при изготовлении изделий в производственных условиях при эксплуатации вальцов.

Различие состоит лишь в том, что заготовка термически обработана и 10 прокатывается в холодном состоянии в пределах упругой деформации многократно и что одновременно с прокаткой заготовок в холодном состоянии к одному из валков вальцов, в част- 15 ности к нижнему валку 5, дополнительно прикладывается нагрузка, тормозящая его с ° крутящим моментом, равным крутящему моменту, необходимому для прокатки заготовки в нагретом (пластическом) состоянии, за вычетом крутящего момента, создаваемого прокаткой заготовки в холодном состоянии в пределах упругой деформации. При этом на всем угле прокатки заготовки прикладываемый к ней дополнительный крутящий момент поддерживается постоянным. По достижении длительного показа одинаковой, не увеличивающейся по времени испытания, температуры нагрева подшипников и делают выводы о допустимости ее на данном этапе. При показаниях температуры ниже или равной техническим условиям сборка и работоспособность подшипников признаются удовлетворительными.

Во время испытания вальцов, т.е. при прокатке заготовки, замеряют и увеличение размера станины по осям подшипников. По отношению раз- 40 ницы размеров в нагруженном и ненагруженном состояниях и делают выводы о ее пригодности или непригодности к эксплуатации.

Приложением дополнительного крутя-45 щего момента определяют энергетические характеристики: крутящий момент и работу электродвигателя, включающую работу деформирования заготовки, работу по преодолению сил инерции 50 и работу по преодолению сил трения в машине.. По полученным показаниям выбирают накопитель избыточной энергии (маховик).

Данные способ и инструмент провере55 ны при испытании выпускаемых объединением ковочных вальцов. Экспериментальные и теоретические выкладки вполне согласуются, что видно из следующе ro пример а .

На ковочных консольных вальцах усилием 20 т.с. с межосевым расстоянием в 160 мм прокатывалась заготовка в холодном состоянии с раз65 мерами ЕМ K ЕК Х FN = 140 х 90 х х 28,68 мм.

Размер L 140 (длина заготовки Д) был выбран исходя иэ длины образующей секторов-штампов, а размер Д =

= 20 мм равен ширине штампа.

Размер 28,68 = 27 + 1,58 + 0,1 где 27 — минимальное расстояние между секторами в ненагруженном состоянии вальцов, размер ГМ = 1,58 — опытная величина расходимости осей валков о линии приложения распорного усилия, полученная расчетным и подтвержденная опытным путем.

Размер 0,1 есть суммариая величина упругих контактных деформаций заготовки и секторов-штампов, рассчитанная теоретически и подтвержденная экспериментально для данного случая испытания вальцов ° Остальные параметры выбрали расчетным путем, исходя из .того, что деформация валков приблизительно пропорциональйа длинам их консольных частей. Поэтому прокатываемый материал должен иметь дву- сторонний уклон, и ее размеры принимались на основании теоретических и опытных данных. статического замера жесткости вальцов.

Остальные размеры определялись теоретически и составили:

KC = 28,14 мм, ЕН = 29,02 мм.

Одновременно с испытаниями ковочных вальцов по распорному усилию, их испытывали и с приложением крутящего момента. Тарировка крутящего момента, имитирующего прокатку заготовки в пластическом состоянии, производилась статическим нагружением рабочих валков по крутящему моменту.

Расход энергии при прокатке заго" тонки в холодном состоянии составил

A = 1079 кгм, а при прокатке в наг.ретом состоянии Арль, = 3504,9 кгм.

Отсюда необходимая добавочная работа при ресурсных испытаниях ковочных вальцов за один цикл определяется разницей: дов;рз. = плз, -Agp = 3504,9 кгм-.

-1079 кгм = 2.425,9 кгм.

При этом замер работы электродвигателя производился осциллографированием с помощью двух осциллографов, по осциллограммам которых и настраивалось усилие, развиваемое силовым цилиндром 12 ленточного тормоза 10, а включение и выключение ленточного тормоза осуществлялись конечным выключателем 18 при взаимодействии его с лепестками 19 и 20.

За время испытания с использованием прокатки заготовки в холодном состоянии в пределах упругой деформации с нагружением дополнительным крутящим моментом (торможением) одного из б валков было наработано 12.10 циклов.

Материалом заготовки и секторов-штаи948511 пов ьыла принята сталь ШХ15 с твердостью 56-60 единиц.

При этом с учетом наклепа производилась замена лишь заготовок. Замена заготовок производилась после наработки каждой из ннх 11 тыс. циклов. 5

Их размеры потом методом отпуска, ковкой, мехобработкой и повторной закалкой восстанавливались, и они опять использовались при дальнейших ресурсных испытаниях ковочных вальцов. 10

В ходе испытаний определяли температуры нагрева подшипников скольжения и жесткость вальцов в динамике. В результате этого удалось установить, что температуры нагрева

I втулок подшипников скольжения не превышают 53 С, что вполне удовлетворяет техническим требованиям.

Кроме того, параллельно определяли методом осциллографирования н напряжения машины, которые воспринимают усилия от прокатки заготовки.

Сравнительные данные осциллографирования при статическом нагружении и данные, полученные прокаткой заготовки в пределах упругой деформации, показали, что разница между ними находится в пределах 12-15%, тогда как при прокатке горячих заготовок эта разница в пределах пластической деформации составляла 13-17%.

На 10-11% была и разница в работе, совершаемой электродвигателем. Она оказалась меньше на эту величину по сравнению с теоретическими расчетами.

Общий крутящий момент при испытаниях находился в пределах, близких к расчетным и определенным экспериментально при тарировке усилия цилиндра зажима ленточного тормоза. 40

Эти пределы составили 3410-3422 кгм, т.е.:из приведенного видно, что накопитель избыточной энергии (маховик) выбран верно.

Кроме перечисленного выше, указан-45 ный способ позволил определить износ деталей вальцов, их долговечность, что трудно было определить у потребителей.

Основная полезность такого способа - это определение ресурса времени работы вальцов в производстве.

В результате такого ресурсного испытания ковочных вальцов на долговечность экономится большое количество проката. При этом исключается операция по изготовлению заготовок, исключаются нагревательные устройства и экономится до 20 тыс.рублей при испытании опытных образцов вальцов °

В ходе испытаний было установлено, что срок эксплуатации ковочных вальцов, без ущерба для них, имеется возможность увеличить на 23-24%.

Формула изобретения

Способ ресурсного испытания ковочных вальцов на долговечность, при котором на рабочих валках создают распорное усилие путем многократной прокатки заготовки в холодном состоянии в пределах упругой деформации с одновременным приложением к одному из рабочих валков крутящего момента, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения производительности испытаний, в процессе прокатки к одному из рабочих валков дополнительно прикладывают тормозной момент с величиной, равной разности между моментом, необходимым для пластической деформации прокаткой .в нагретом состоянии, и моментом, необходимым для прокатки заготовки в холодном состоянии в пределах упругой деформации ее.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

764809, кл. В 21 Н 1/18, 10.11.78, 2. Авторское свидетельство СССР по заявке 9 2708859/27, кл. В 21 Н 8/00, 08.01.79 (прототип).

948511

Составитель И. Ментягова

Редакт ор Б. Федот ов Техред A. Бабинец Корректор Г. Огар

Эаказ 6067/8 Тираж 702 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4