Технологические основы проектирования прокатных станов-автоматов

Азаренко Б.С.

МВТУ им. Н.Э. Баумана, 1963 г.

I. ПОПЕРЕЧНАЯ ПРОКАТКА ШЕСТЕРЕН В ГОРЯЧЕМ СОСТОЯНИИ

В ВНИИМЕТМАШ под руководством члена-корр. АН СССР профессора А. И. Целикова и канд. техн. наук А. Д. Кузьмина была проведена исследовательская работа по изысканию нового способа изготовления шестерен посредством прокатки.

Изготовление зубчатых колес резанием (фрезерованием) достигло в настоящее время высокой степени совершенства, но продолжает оставаться трудоемким, недостаточно производительным процессом.

Поиски нового метода изготовления шестерен были направлены на замену обработки резанием прокаткой шестерен в горячем состоянии. У этого способа следующие преимущества:

1. Высокая производительность процесса формообразования зубьев шестерен. Прокатка одной шестерни на специальном прокатном станс занимает 0,5-1 минуту, в то время как па фрезерование такой же шестерни расходуется машинного времени от 4 до 30 минут, т. е. в 8 и более раз.

2. Более высокие механические свойства материала зубьев получающихся шестерен, так как при формообразовании зубьев слои металла не перерезаются; в результате зубья оказываются более прочными и более твердыми, чем фрезерованные. Это преимущество имеет существенное значение для машин, в которых снижение их веса является важным требованием (например в самолетах).

3. Рациональное использование металла; зубья шестерен получаются выдавливанием соседних (из впадин) объемов металла, поэтому металл не уходит в стружку, а используется почти полностью.

4. Универсальность процесса: на одной паре валков можно прокатывать шестерни любого размера но диаметру и ширине при данном модуле. Благодаря смене валков можно прокатывать шестерни с любым модулем и любым наклоном зуба; прямозубые, косозубые, шевронные (с любым числом изгибов) без средней канавки, шестерни с боковыми ребордами, конические шестерни. Таким способом возможна прокатка шестерен в виде прутка, который подается во время прокатки между валками вдоль оси валков.

Прокатанные шестерни в горячем состоянии соответствуют 3—4 классу точности. Процесс прокатки шестерен в горячем состоянии находит практическое применение на машиностроительных заводах нашей страны. Валки и заготовка получают принудительное вращение от редуктора, схема передачи которого соответствует передаче между валками и заготовкой. Во время прокатки шестерни межосевое расстояние D_e уменьшается на величину внедрения валков в тело заготовки для образования зубьев.

II. ПРОКАТКА РАВНОПРОЧНЫХ ПРОФИЛЕЙ ПЕРЕМЕННОГО СЕЧЕНИЯ

Снижение веса машин наряду с совершенствованием технологических процессов изготовления этих машин вызвало большую потребность в равнопрочных профилях, площадь сечения которых переменна по длине полосы. Причем это изменение площади сечения полосы определяется изменением расчетной нагрузки.

Наибольшее применение прокат с переменной площадью сечения получил в виде листов и полос с переменной по длине толщиной, а также в виде тавровых профилей с переменном шириной полок и высотой ребра и переменной толщиной по длине.

Равнопрочные профили переменного сечения находят широкое применение в самолетостроении, где максимальное снижение веса деталей или узла при сохранении прочности конструкции является важнейшим фактором при оценке машины. Большое распространение должны найти равнопрочные профили и в других отраслях промышленности. Так например, снижение веса вагонов, мостовых конструкции, автомашин при применении равнопрочных профилей позволит сэкономить значительное количество металла и уменьшить стоимость машин и конструкций.

Попытки получения равнопрочных профилей продольной прокаткой в валках с калибрами, размеры которых меняются по длине окружности валков, не имели успеха вследствие того, что не удалось получить удовлетворительных результатов при повторных проходах металла через калибры переменного сечения, а также вследствие сложности обработки валков.

До последнего времени профили переменного сечения производились штамповкой на прессах, обработкой на специальных фрезерных и строгальных станках, последовательным соединением — сваркой или склепыванием нескольких полос различного сечения. Эти способы изготовления равнопрочных профилей имеют ряд существенных недостатков.

I. В связи с большой длиной полос переменного сечения (до 3—5 м) приходится применять дорогостоящие, сложные и относительно мало производительные прессы и металлорежущие станки, требующие значительного количества обслуживающего персонала.

2. Ухудшаются механические свойства металла полос переменного сечения, так как снимается поверхностный слой проката, обладающий более высокой прочностью, чем средние слои, к тому же последние в большой мерс загрязнены примесями. Кроме того, при такой обработке происходит перерезывание слоев металла, что также снижает прочность профиля.

3. При получении профилей переменного сечения обработкой резанием отходит 40-50% материала в стружку, что значительно повышает себестоимость готовой продукции. Это обстоятельство усугубляется тем, что для равнопрочных профилей применяются сравнительно дорогие специальные стали и сплавы.

4. Конструкции и размеры применяемого станочного оборудования ограничивают сортамент профилей переменного сечения, производимых для промышленности. Так например, этим способом нельзя получить широкие листы с изменяющейся по длине толщиной, длинные полосы и др.

5. При изготовлении полос переменного сечения из нескольких полос разной толщины путем сварки или клепки профили получаются ступенчатыми, т. е. неполностью равнопрочными, и имеют лишний вес. Кроме того, наличие заклепочных соединений, стыков и переходов понижает прочность конструкции и увеличивает вес ее.

В связи с отмеченными недостатками перед промышленностью встал вопрос о получении равнопрочных профилей более прогрессивным способом — прокаткой в сочетании с волочением. Для получения профилей переменного сечения применяется обычный процесс продольной прокатки, с той лишь разницей, что по мере прохождения полосы между валками расстояние между их осями изменяется. Так, прокатку углового профиля с переменной толщиной стенки можно осуществить между двумя горизонтальными валками без натяжения переднего конца (усилие волочения отсутствует).

Более сложные профили переменного сечения (например, тавровые) можно получать на многовалковых станах. Причем, для упрощения конструкции стана валки предусмотрены неприводными, а продольное перемещение полосы обеспечивается тянущим усилием, которое прикладывается к ее переднему концу.

Производство профилей и листов переменного сечения в настоящее время широко применяется в промышленности.

III. ПОПЕРЕЧНО-ВИНТОВАЯ ПРОКАТКА ШАРОВ

До последнего времени стальные шары изготовлялись главным образом высадкой в холодном или горячем состояниях, или штамповкой на молотах. Так, шары диаметром менее 20 мм получаются высадкой в холодном состоянии на горизонтально-нысадочных автоматах. Шары d = 20,5 : 35 мм получаются высадкой в горячем состоянии на горизонтально-невысадочных автоматах с последующей обрезкой облоя на вертикальных штамповочных прессах.

Шары d больше 35 мм получают штамповкой на молотах из штучной заготовки (заготовка на один шарик) в горячем состоянии. В зависимости от размеров шаров, они получаются за 3-5 ударов молота. Производство указанных размеров шаров связано с применением большого количества ручного труда.

По предварительным подсчетам общая потребность нашей страны в шарах определяется в нескольких сотнях тысяч тонн в год. С развитием горнометаллургического производства, особенно с развитием различных способов обогащения руд и полезных ископаемых, потребность в стальных шарах возрастает. Шары применяются в строительной промышленности, для размольных мельниц цементных заводов, электростанции, работающих на пылевидном топливе и др.

Вопрос о возможности получения шаров прокаткой решен лишь в последние годы советскими специалистами. Изготовление стальных шаров посредством прокатки освоено только в Советском Союзе. Опыты по прокатке стальных шаров были начаты еще в 1939-40 гг. в ВНИИМЕТМЛШ. После ряда исследований была разработана конструкция стана для прокатки шаров типа ЦКПММ-8, который установлен на подшипниковом заводе ГПЗ-1. По инициативе специалистов ВНИИМЕТМАШ был создан на заводе «Серп и молот» стан для прокатки шаров, применяемых в шаровых мельницах (мельницы для размола руд, полезных ископаемых, различных материалов).

В настоящее время имеются решения Правительства о создании и внедрении новых станов для прокатки больших и малых размеров шаров. Стан ЦКБММ-8, находящийся на заводе ГПЗ-1, освоен и выпускает промышленные партии шаров d = 28-40 мм.

Эксплуатация этого стана показала существенные преимущества способа прокатки шаров по сравнению с их штамповкой.