СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА СПИРАЛЬНЫХ ПРОФИЛЕЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1996 года по МПК B21C1/00 

Изобретение относится к метизному производству и может быть использовано при производстве спиральной проволоки, труб и других профилей для изготовления винтовых гвоздей и спирально-трубчатых деталей для охлаждения тепловых агрегатов.

Известен способ производства спирального профиля некруглого сечения (1), включающий деформацию заготовки в роликовом калибре с обжатием и закручиванием при согласовании скоростей вращения и перемещения заготовки.

Известно устройство для производства спирального профиля некруглого сечения (2), содержащее роликовую волоку с калибром некруглого поперечного сечения, имеющего привод вращения относительно оси волочения.

Недостатками известного способа и устройства являются: низкая производительность процесса волочения, так как скорость волочения взаимосвязана с окружной скоростью вращающегося инструмента, а скорость вращения обоймы с роликами относительно оси волочения ограничивается габаритами и моментом инерции роликовой волоки, подшипниковые узлы которой воспринимают значительные технологические нагрузки при деформации круглой заготовки в квадрат за один переход и для обеспечения работоспособности подшипниковых узлов необходимо увеличивать их габариты; дополнительные энергозатраты на преодоление в процессе волочения усилий, возникающих в устройствах, предотвращающих проворот заготовки в процессе ее скручивания с заданным шагом спирали, которые не связаны с энергозатратами на деформацию заготовки во вращающемся инструменте.

Целью изобретения является повышение производительности и снижение энергозатрат.

Цель достигается тем, что в предложенном способе производства спиральных профилей, включающем обжатие круглой заготовки в роликовом или ином калибре некруглого поперечного сечения при его вращении вокруг оси волочения со скоростью, согласованной со скоростью волочения, заготовку предварительно обжимают в геометрически подобном основному дополнительном роликовом калибре в едином технологическом переходе с обжатием, равным 0,35-0,75 суммарного обжатия за переход.

Осуществление обжатия заготовки за один переход в двух последовательно расположенных геометрически подобных калибрах некруглого поперечного сечения деформирующих и закручивающих роликов повышает производительность процесса волочения за счет снижения технологической нагрузки на основной калибр, вращающийся вокруг оси волочения, что увеличивает скорость вращения закручивающих роликов вокруг оси волочения без снижения их работоспособности.

При этом также увеличивается стойкость калибра, обеспечивающего точность геометрических размеров сечения протянутого профиля; упрощается процесс закручивания спирального профиля на участке между деформирующими и закручивающими роликами, так как за счет деформации заготовки в обжимных роликах, калибр которых геометрически подобен сечению протянутого профиля, заготовка надежно удерживается от проворота вокруг оси волочения при ее скручивании закручивающими роликами, вращающимися относительно оси волочения; снижаются энергозатраты на волочение спирального профиля, так как усилия, возникающие в дополнительном роликовом калибре и обеспечивающие фиксацию от проворота протягиваемой заготовки, расходуются на формообразование заготовки, которая по форме поперечного сечения приближается к поперечному сечению протянутого спирального профиля.

Обжатие заготовки в первом по ходу волочения калибре деформирующих роликов, геометрически подобном калибру закручивающих роликов на величину менее 0,35 общего обжатия за переход, не обеспечивает фиксации заготовки от проворота в калибре деформирующих роликов, увеличивает технологические нагрузки на подшипниковые узлы вращающихся относительно оси волочения закручивающих роликов.

Обжатие заготовки в первом по ходу волочения калибре деформирующих роликов на величину более 0,75 общего обжатия за переход вследствие малой величины обжатия заготовки в калибре закручивающих роликов не обеспечивает надежной фиксации заготовки в калибре, что приводит к смятию ребер профиля при вращении закручивающих роликов относительно оси волочения и не обеспечивает стабильности процесса волочения спирального профиля.

Устройство для осуществления способа волочения спиральных профилей, содержащее роликовый или иной калибр некруглого поперечного сечения, имеющий привод вращения относительно оси волочения, снабжено установленными перед основным калибром обжимными роликами с опорными группами роликов, образующими калибр некруглого поперечного сечения, геометрически подобный закручивающему калибру, и кинематически связанными с приводом вращения закручивающего калибра.

Установка в предлагаемом устройстве перед закручивающим калибром обжимных (деформирующих) роликов совместно с опорными роликами, образующих калибр, геометрически подобный основному калибру, упрощает процесс осуществления деформации заготовки и увеличивает производительность.

При этом сечение заготовки приближается по форме к сечению на выходе из вращающейся волоки, что обеспечивает снижение энергозатрат, связанных с формообразованием заготовки в процессе волочения при надежной фиксации заготовки от вращения вокруг оси волочения непосредственно в калибрах деформирующих и закручивающих роликов при скручивании профиля на участке между ними. С увеличением обжатия в первом по ходу волочения калибре деформирующих роликов снижаются обжатие и технологические нагрузки в калибре закручивающих роликов, что способствует повышению производительности процесса волочения спиральных профилей.

Кинематическая связь между деформирующими роликами и закручивающим калибром автоматически обеспечивает заданное соотношение между скоростью вращения калибра и скоростью волочения.

Применение в кинематической связи между деформирующими и закручивающими роликами кинематической пары с регулируемым передаточным отношением, например, гитары сменных зубчатых колес, позволяет оперативно без разборки и сборки приспособления для вращения вокруг оси волочения закручивающих роликов устанавливать необходимое передаточное отношение для получения требуемого шага спирали Т протянутого профиля.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема устройства для производства спиральных профилей; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 разрез Б-Б на фиг. 1.

Устройство содержит корпус 1, в котором размещены деформирующие ролики 2, расположенные между опорными группами роликов, каждая из которых включает ролики 3, 4, механизм 5 регулирования, рабочую волоку в виде закручивающих роликов 6, закрепленных в обойме 7, установленной в подшипниках (не показаны) корпуса 8, и приспособление для вращения волоки в виде кинематических пар с постоянным передаточным отношением: зубчатого колеса 9, закрепленного на одном из опорных роликов 4, который установлен на неподвижной оси 10 в корпусе 1, вала-шестерни 11, расположенной в подшипниках (не показаны) корпусов 1 и 8, и зубчатых колес 12, 13. Приспособление для вращения волоки кроме пар с постоянным передаточным отношением имеет кинематическую пару с регулируемым передаточным отношением между опорными роликами 4 и обоймой 7 гитару сменных зубчатых колес 14, 15, расположенных между валом-шестерней 11 и обоймой 7.

Сечение калибра деформирующих роликов 2 герметически подобно сечению калибра закручивающих роликов 6, которое соответствует нормальному сечению протягиваемой проволоки.

Согласно предлагаемому способу в процессе волочения исходной круглой заготовки деформирующие ролики 2 совместно с группой опорных роликов 3 и 4 образуют дополнительный калибр, геометрически подобный основному калибру, и обеспечивают скручивание заготовки 16 на участке между деформирующими 2 и закручивающими 6 роликами при их вращении относительно оси волочения. Для заданных параметров спирального профиля D_y и Т соотношение скоростей вращения закручивающих роликов относительно оси волочения V_б и скорости волочения проволоки V_n определяется по формуле
(1) где V_б окружная скорость вращения боковой поверхности спирального профиля;
V_n скорость волочения спирального профиля;
D_y условный диаметр спирального профиля (диаметр окружности, описанный вокруг поперечного сечения спирального профиля);
Т шаг спирали.

Величина передаточного отношения кинематической связи между скоростью вращения деформирующих роликов и скоростью вращения закручивающих роликов относительно оси волочения определяется из условия зависимости скорости вращения деформирующих роликов V_р от скорости волочения V_n. Эту зависимость можно определить на основе следующих положений. Скорость заготовки на выходе из калибра деформирующих роликов V_g связана со скоростью волочения V_n выражением
V_g · F_g V_n · F_n (2) где F_g и F_n соответственно площади сечения заготовки на выходе из калибров деформирующих и закручивающих роликов.

Для заданных режимов обжатия в калибре деформирующих роликов δ_д и общего обжатия за переход δ, которые определяются по формулам
δ_д
δ (3) где F_o площадь сечения исходной круглой заготовки, из уравнений (2) и (3) следует
V_д=V (4)
В свою очередь скорость вращения деформирующих роликов V_р связана со скоростью V_g выражением
V_р (5) где К коэффициент проскальзывания заготовки по поверхности деформирующих роликов, который зависит от условий деформации заготовки в роликовом калибре: величины обжатия, коэффициента внешнего трения в очаге деформации, момента трения в опорах деформирующего ролика, К=1,05-2,0.

Подставив выражения (4, 5) в общее уравнение (1), определяющие необходимые условия волочения спирального профиля заданного шага, получают
(6)
Учитывая, что
V_б=
V_р= (7) где ω_р и ω_б соответственно угловые скорости вращения деформирующего ролика D_p и боковой поверхности спирального профиля D_y, можно определить передаточное отношение кинематической связи между деформирующими и закручивающими роликами
i= i_п•i_см (8) где i_n постоянное передаточное отношение кинематической связи между деформирующими роликами и закручивающим калибром, определяемое конструктивными параметрами устройства для осуществления способа; i_см регулируемое передаточное отношение звена кинематической связи, которое поддерживает постоянную величину i при принятом согласно предлагаемому способу волочения соотношении δ_д (0,35-0,75) δ.

П р и м е р. Выполнена опытная проверка предлагаемого способа производства спиральной проволоки квадратного сечения со стороной квадрата 3,2 ± 0,2 мм, условным диаметром D= 4 мм и шагом винтовой линии Т=90 ± 10 мм, осуществляли волочением круглой исходной заготовки диаметром 4,03 мм из Ст. 2КП со скоростью 180 м/мин на стане 1/550 "Грюна" в клети роликовой волоки, схема которой представлена на фиг. 1 с диаметром деформирующих роликов D_p=40 мм.

Деформация круглой заготовки в квадратную проводилась в квадратном калибре деформирующих роликов 2, площадь сечения которого в процессе проведения экспериментов изменялась с помощью механизма 5 регулирования. Скручивание квадратной проволоки в процессе волочения осуществлялось закручивающими роликами 6, квадратный калибр которых соответствовал сечению протягиваемой проволоки. Постоянное передаточное отношение кинематической связи между деформирующими роликами 2 и вращающейся обоймой 7 обусловлено конструктивными параметрами клети и составило i_n=4,996 · 10^-1. Передаточное отношение гитары сменных зубчатых колес 14, 15 определялось исходя из формулы (8) и корректировалось с учетом имеющегося набора сменных зубчатых колес 12, 13.

В процессе волочения фиксировали отсутствие проворота заготовки на входе в калибр деформирующих роликов и готового профиля на выходе из вращающегося относительно оси волочения калибра закручивающих роликов, а также отсутствие смятия боковых поверхностей проволоки. При регулировании положения деформирующих роликов 2 изменялась величина обжатия заготовки в деформирующих роликах 2 при постоянной величине обжатия исходной круглой заготовки за переход.

Величины обжатий заготовки в целом за переход δ и в калибрах деформирующих роликов 2 δ_д в каждом опыте при изменении их положения рассчитывали на основании сравнения массы единичной длины образцов, которые вырезали после каждого опыта на входе в дополнительный калибр, выходе из основного калибра и на участке между основным и дополнительным калибрами.

Результаты испытаний, представленные в таблице, свидетельствуют о том, что волочение проволоки по предлагаемому способу в устройстве для его осуществления с обжатием в первом по ходу волочения роликовом калибре в пределах 0,35-0,75 общего обжатия за переход обеспечивает стабильный процесс получения заданных (необходимых) геометрических размеров спиральной проволоки, а процесс регулирования шага винтовой линии осуществляется достаточно просто путем установки шестерен гитары сменных зубчатых колес с требуемым передаточным отношением.

Таким образом, использование предложенного способа и устройства для его реализации позволит по сравнению с прототипом обеспечить повышение производительности процесса волочения за счет увеличения скорости волочения и снижения технологических нагрузок, действующих при волочении на закручивающие ролики, так как износ калибра и долговечность подшипниковых узлов определяют основное (технологическое) время работы стана в течение смены, снижение энергозатрат и упрощение как самого способа производства спиральных профилей, так и устройства для его реализации в процессе эксплуатации и при обслуживании.

При этом также обеспечивается дополнительное преимущество, заключающееся в высокой точности размеров спиральной проволоки, достигаемой благодаря увеличению жесткости волоки.

Область использования: при производстве спиральной проволоки, труб и других профилей, предназначеных для изготовления винтовых гвоздей и других изделий, необходимых для метизной промышленности. Сущность изобретения: крупную заготовку обжимают последовательно в едином технологическом переходе в геометрически подобных калибрах некруглого поперечного сечения, при этом в первом калибре, образованном обжимными роликами с опорными группами роликов, заготовку деформируют с обжатием, равным 0,35 - 0,75 суммарного обжатия. Второй калибр устанавливают с возможностью вращения от привода, затем осуществляют последующую деформацию заготовки и ее закручивание. 2 с. п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.

1. Способ производства спиральных профилей, включающий обжатие круглой заготовки в роликовом или ином калибре некруглого поперечного сечения при его вращении вокруг оси волочения со скоростью, согласованной со скоростью волочения, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности, снижения энергозатрат и упрощения производства, заготовку предварительно обжимают в геометрически подобном основному дополнительном роликовом калибре в едином технологическом переходе с обжатием, равным 0,35 - 0,75 суммарного обжатия. 2. Устройство для производства спиральных профилей, содержащее роликовый или иной калибр некруглого поперечного сечения, имеющий привод вращения относительно оси волочения, отличающееся тем, что оно снабжено установленными перед основным калибром обжимными роликами с опорными группами роликов, образующими калибр некруглого поперечного сечения, геометрически подобный основному калибру, и кинематически связанными с приводом вращения основного калибра.