СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ПЕРЕМЕННОГО ПО ИХ ДЛИНЕ СЕЧЕНИЯ Российский патент 1995 года по МПК B21H8/00 

Изобретение относится к обработке металлов давлением и предназначается для изготовления нежестких изделий гранного сечения в поперечном направлении и в форме клина в продольном (например, клинка электрорапиры).

Клинок электрорапиры представляет собой нежесткую деталь, у которой отношение длины к минимальному размеру грани в меньшем сечении составляет 360 и более (так, при общей длине клинка 900 мм размер минимального сечения составляет 2,5х3,9 мм), четырехгранного сечения в поперечном направлении и в форме клина в продольном. Точность изготовления гранного профиля в пределах ± 0,015 мм, чистота поверхности 032.

Известен способ получения нежестких профилей, в том числе гранного сечения, волочением в роликовых волоках [1] В соответствии с этим способом конец заготовки пропускают через роликовую волоку, состоящую из двух и более неприводных роликов-валков, затем протягивают заготовки через калибр, образованный роликами, при этом к одному концу заготовки прикладывают усилие волочения, а к другому усилие противонатяжения с помощью специальных устройств.

Этим способом получают различные длинномерные профили, в том числе четырехгранного сечения с точностью до ±0,01 мм и чистотой обработки 032 и выше, т. е. точность и чистота обработки профиля соответствуют требованиям, предъявляемым к клинкам электрорапиры.

Однако этот способ не позволяет получать профили в форме клина в продольном направлении на отдельных участках заготовки, так как процесс ведется на проход и ролики не имеют возможности перемещения в поперечном направлении.

Известен способ получения изделий типа рапир обжатием на ковочных машинах со специальным приводом [2] в соответствии с которым круглую заготовку перед ковкой нагревают до ковочных температур, затем помещают в зону обработки и обжимают бойками определенной конфигурации. В процессе обработки зажимают в зажимной головке за один конец и сообщают ей продольное перемещение. В результате такой обработки получают точные гранные профили конической формы.

Однако способ не позволяет получать изделия с требуемой точностью и чистотой обработки. В pезультате нагрева на поверхности изделия образуется окалина. По этим причинам после ковки заготовки шлифуют по граням за два перехода предварительно и окончательно, а после термической обработки полируют для получения требуемой чистоты поверхности 032. Это повышает трудоемкость обработки и расход металла.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ изготовления изделий переменного по их длине сечения холодной прокаткой участков заготовки парой неприводных калиброванных валков при обжатии ими неподвижной заготовки на величину подачи с поворотом заготовки после каждого двойного возвратно-поступательного хода вокруг продольной оси на угол, определяемый программой обработки с автоматическим изменением величины ее хода в соответствии с удлинением обрабатываемого участка [3] Способ позволяет получать профили, в том числе гранные, на любом участке заготовки с требуемой точностью и чистотой обработки.

Однако указанный способ не позволяет изготавливать детали в форме клина в продольном направлении, так как отсутствует перемещение валков, связанное с ходом заготовки. Кроме этого, при прокатке нежестких деталей наблюдается потеря устойчивости заготовки при возвратном ходе, так как задняя поддерживающая бабка приводится к движение через заготовку.

Данное изобретение направлено на расширение технологических возможностей способа за счет обеспечения возможности изготовления нежестких изделий гранного сечения в поперечном и в форме клина в продольном направлениях.

В способе изготовления изделий переменного по их длине сечения, включающем возвратно-поступательное перемещение заготовки в осевом направлении в процессе прокатывания ее парой неприводных валков с приложением к одному из концов заготовки осевого усилия протягивания, поворот заготовки вокруг продольной оси после каждого рабочего хода и изменение величины ее хода в соответствии с удлинением обрабатываемого участка, согласно изобретению сначала, после закрепления заготовки, но перед вдавливанием валков, к ее концу, расположенному со стороны, противоположной месту вдавливания, на все время прокатывания прикладывают осевое усилие противонатяжения, величину которого определяют из зависимости
Р_н= σ_о^.S, (1) где Р_н осевое усилие противонатяжения, кгс;
S площадь минимального поперечного сечения готового изделия, мм²;
σ_о удельное противонатяжение, кгс/мм², вычисляемое по зависимости
σ_o= (0,7-1,2), (2) где (0,7-1,2) коэффициенты, большее значение которого выбирается при относительных обжатиях ε0,1, меньшее при ε0,4 (ε обжатие за проход прокатки, равноe ε , где Δ h=h_o-h₁ абсолютное обжатие, мм;
h_o и h₁ высота профиля до и после прокатки, мм;
σ_то предел текучести металла в исходном состоянии, кгс/мм².

Это усилие противонатяжения Р_н, определенное по зависимости (1), поддерживают во все время прокатки.

Кроме того, валкам дополнительно сообщают радиальное перемещение, величину которого жестко связывают с величиной продольного перемещения заготовки и определяют для каждого рабочего хода программой обработки.

Приложение усилия противонатяжения Р_н к заготовке обеспечивает возможность прокатки нежестких деталей, способствует устойчивому положению детали как в продольном направлении, так и в поперечном, предотвращает случаи скручивания малых сечений заготовки в процессе прокатки.

Кроме указанного усилие противонатяжения предотвращает уширение поперечного сечения заготовки в процессе прокатки. Экспериментальным путем установлено, что при прокатке должно соблюдаться определенное соотношение удельного противонатяжения σ_о к сопротивлению металла пластическому сдвигу τ_s, при котором уширение минимально или отсутствует. Сопротивление металла пластическому сдвигу определяется как τ_s где σ_то предел текучести исходного металла, кгс/мм².

Так при относительном обжатии ε0,4 отношение σ_o/ 0,7, при котором уширение металла отсутствует. Большее значение относительного обжатия не имеет смысла брать, так как после большого обжатия и кантовки заготовка неустойчива в валках и имеют место случаи ее скручивания при обжатии в процессе последующего прохода. При относительном обжатии ε0,1 отношение σ_o/ 1,2, при котором уширение также отсутствует. Меньшие значения обжатий также нецелесообразно назначать, так как это приводит к чрезмерному увеличению числа проходов прокатки и увеличению трудоемкости обработки.

Дополнительное перемещение валков в радиальном направлении, величина которого жестко связана с величиной продольного перемещения заготовки, обеспечивает получение в продольном направлении формы клина практически любой конфигурации, которая определяется для каждого рабочего хода программой обработки.

На фиг.1 изображена схема приложения усилий противонатяжения к одному из концов заготовки; на фиг.2 схема вдавливания валков в заготовку и приложение усилия протягивания; на фиг.3 схема протягивания заготовки через валки, сечения А-А и Б-Б; на фиг. 4 схема окончания хода прокатки; на фиг. 5 схема возвращения заготовки в исходное положение с одновременным ее поворотом; на фиг.6 то же, что на фиг.1, после поворота заготовки; на фиг.7 экспериментальные кривые, полученные при прокатке с различными отношениями удельного противонатяжения σ_о к сопротивлению пластического сдвига прокатываемого металла τ_s в зависимости от показателя поперечной деформации А.

Кривые 1.2.3 и 4 получены при прокатке с относительными обжатиями соответственно ε0,1; 0,2; 0,3 и 0,4.

Способ изготовления изделий типа клинка электрорапиры осуществляется следующим образом.

Цилиндрическую заготовку 1 закрепляют обоими концами в зажимных патронах 2. К одному из концов заготовки прикладывают усилие противонатяжения Р_н, величину которого определяют из зависимости
P_н=(0,7-1,2)S. (3)
Конкретную величину коэффициента пропорциональности (0,7-1,2) в этом выражении выбирают из графика (фиг.7) в зависимости от относительного обжатия за проход прокатки с учетом отсутствия уширения металла. Уширение (поперечная деформация) металла отсутствует при А=0. Показатель поперечной деформации A , где b_o и h_o ширина и высота профиля до прокатки, мм;
b₁ и h₁ то же, после прокатки, мм.

После этого заготовку со стороны, противоположной месту приложения усилия противонатяжения Р_н, вдавливают пару неприводных валков 3 и к этому же концу прикладывают осевое усилие протягивания Р_пр, под действием которого заготовка 1 протягивается через валки. Одновременно с протягиванием заготовки валки перемещают в поперечном направлении на величину Δ, причем величину их перемещения жестко связывают с величиной продольного перемещения заготовки. В результате этого по длине заготовки образуется конус по двум граням (фиг.3, А-А и Б-Б). Размеры этих сечений, как и других по длине заготовки, определяются величиной перемещения валков и задаются программой обработки для каждого рабочего хода.

В конце хода прокатывания валки 3 разводят и к заготовке 1 прикладывают усилие толкания Р_т, противоположное по знаку усилию протягивания Р_пр. Под действием усилия Р_т заготовку возвращают в исходное положение с одновременным поворотом вокруг продольной оси на угол 90^о, при этом заготовка поступает в исходное положение соориентированной и необработанными гранями к валкам. Далее в изложенной последовательности начинают следующий ход прокатки, в результате которого формируется граничное сечение. При больших суммарных обжатиях процесс может производиться за несколько ходов прокатки с определенными обжатиями за проход в пределах 0,1-0,4.

Конкретное осуществление способа рассматривается на примере изготовления клинка электрорапиры из пружинной стали с пределом текучести в исходном состоянии σ_то= 60 кгс/мм² на последних проходах прокатки, когда поперечное сечение S принимает наименьшее значение S=10 мм², при этом заготовка обжимается в меньшем сечении с 3,6 мм до 2,5 мм. Величина относительного обжатия за проход прокатки составит ε0,3. По графику (фиг.7) определяют, что для ε0,3 уширение (А) отсутствует при отношении σ_o/ 1,0. Подставляя эту величину в выражение (1), определяют значение усилия противонатяжения для последних проходов прокатки
P_н=1,010=350 кгс.

К зажатой в патронах заготовке прикладывают усилие противонатяжения Р_н= 350 кгс, вдавливают в нее валки с усилием Р_рад=15 тс и со стороны, противоположной месту приложения усилия противонатяжения, прикладывают усилие протягивания Р_пр=5 тс. Под действием этого усилия заготовка протягивается через валки, которые перемещают в радиальном направлении на величину Δ0,55 мм. В конце хода валки разводят, а к заготовке прикладывают усилие толкания Р_т=1 тс, направленное в противоположную сторону. Под действием этого усилия заготовка возвращается в исходное положение и одновременно поворачивается вокруг продольной оси на угол 90^о. Далее начинается следующий ход прокатки, который осуществляется аналогичным образом.

В результате прокатки получают клинок электрорапиры, допуск по граням которого составляет 0,03 мм, чистота поверхности 032, длина конусной части клинка 881±0,5 мм, т.е. последующей трудоемкой операции шлифования по граням не требуется. Поскольку после раскатки чистота поверхности получается сразу 032, то полирование заменяется на менее трудоемкую операцию осветления.

В процессе прокатки происходит проработка, измельчение структуры как в поверхности, так и в центре сечения клинка, которая сохраняется и не снимается последующим шлифованием, что способствует повышению эксплуатационных характеристик клинка.

Использование: при изготовлении нежестких изделий гранного сечения в форме клина в продольном направлении. Сущность изобретения: к закрепленной заготовке, ее концу, расположенному со стороны, противоположной месту вдавливания валков, на все время прокатывания прикладывают осевое усилие противонатяжения P_н величину которого определяют из зависимости где σ_то предел текучести прокатываемого металла в исходном состоянии, кгс/мм²; 0,7 1,2 коэффициенты, большее значение которого выбирается при относительных обжатиях ε 0,1, меньшее при e 0,4; S минимальная площадь поперечного сечения изделия, мм. К противоположному концу прикладывают усилие протягивания, под действием которого заготовку протягивают между парой неприводных валков, которым сообщают радиальное перемещение, величину которого жестко связывают с величиной продольного перемещения заготовки и определяют для каждого рабочего хода программой обработки. По окончании рабочего хода заготовку возвращают в исходное положение и одновременно поворачивают вокруг продольной оси. 7 ил.

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ПЕРЕМЕННОГО ПО ИХ ДЛИНЕ СЕЧЕНИЯ, включающий закрепление заготовки, вдавливание неприводных валков в заготовку, возвратно-поступательное перемещение заготовки в осевом направлении в процессе прокатывания ее парой неприводных валков с приложением к одному из концов заготовки осевого усилия протягивания, поворот заготовки вокруг продольной оси после каждого рабочего хода и изменение величины ее хода в соответствии с удлинением обрабатываемого участка, отличающийся тем, что после операции закрепления заготовки и перед вдавливанием валков в заготовку к ее концу, расположенному со стороны, противоположной месту вдавливания, в процессе всего периода прокатывания прикладывают и поддерживают осевое усилие противонатяжения, величину которого определяют из зависимости

где P_н осевое усилие противонатяжения, кгс;
σ_то предел текучести прокатываемого металла в исходном состоянии, кгс/мм²;
0,7 1,2 коэффициент, большее значение которого выбирается при относительных обжатиях E 0,1, меньшее при E 0,4;
S минимальная площадь поперечного сечения готового изделия, мм²,
при этом в процессе прокатывания неприводным валкам сообщают радиальное перемещение, величину которого регламентируют в зависимости от величины продольного перемещения заготовки и определяют программой обработки для каждого рабочего хода.