Способ прокатки кольцевых изделий и устройство для его осуществления Советский патент 1993 года по МПК B21H1/06 

деформаций rid мере увеличения диаметра прокатываемого изделия, с учетом радиальной деформации заготовки между валками 1 и 2 (фиг. 1). возникает неравномерность обжатий по высоте со стороны верхнего 4 и нижнего 5 торцевых валков, следствием чего и является невыполнение профиля прокатываемого изделия по периметру со стороны верхнего или нижнего Торцевых валков. Это явление искажения правильной формы поперечного сечения вдоль периметра изделия приводит к нарушению геометрии очагов деформации в радиальном и осевом направлениях, т.е к нарушению стабильности прокатки, что, в свою очередь, ухудшает динамику процесса. В частых случаях это; явление приводит к аварийной ос-; тано в ке п роцесса прдкатки из-за подъема прокатываемого изделия в радиальном очаге деформации и выбросу его из осевого очага деформации, что увеличивает брак по прокату. В особенности это проявляется при прокатке профильных кольцевых изделий, для формирования формы поперечного .сечения которых необходимо осуществлять в процессе деформации изменения величины обжатий со стороны верхнего или нижнего т о р ц е в ы х в а л к о в, что та кж е не обеспечивается данным способом, так как в процессе прокатки отношение катающих .радиусов торцевых валков не изменяется/

Целью изобретения является, повышение качества получаемых изделий и расширение технологических возможностей.

Для этого в способе прокатки кольцевых изделий путем одновременного деформирования полой заготовки в радиальном направлении между наружным и внутренним валками и в осевом направлении между парой торцевых валков, деформацию полой заготовки в осевом направлении между торцевыми валками в процессе прокатки ведут при отношении величин катающих радиусов верхнего и нижнего валков в пределах

0,5 2,0.

Кн

Деформирование полой заготовки в осевом направлении между торцевыми валками при изготовлении изделий типа шайб осуществляют при отношении величин катающих радиусов верхнего и нижнего валков в пределах

Re

1.0

R

Ј2,0,

а при изготовлении изделий типа втулок деформирование полой заготовки в осевом направлении между торцевыми валками осуществляют при отношении величин катающих радиусов верхнего и нижнего валков в пределах

50,5 - 1,0.

Кн

В ряде случаев деформацию полой заготовки в осевом направлении между торцевыми валками в процессе прокатки осуществляют с изменением в процессе прокатки величины отношения катающих

радиусов в пределах

. . v: 0.5 sfКн

2,0.

Предлагаемый способ не может быть, реализован на известных устройствах для прокатки кольцевых изделий.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для прокатки кольцевых изделий, содержащее станину.;укрепленный в ней приводной наружный валок, нажимной холостой внутренний валок с двухопорным креплением в суппорте, два торцевых приводных валка, смонтированные в клети , перемещаемой

в станине в радиальной плоскости прокатываёмого изделия и направляющие ролики, При этом верхний торцевой валок смонтирован в клети подвижным в направлении, параллельном осям наружного и внутреннего валков:

В указанном устройстве из-за конструктивных особенностей невозможно осуществить предлагаемый способ прокатки кольцевых изделий, так как на нем не обес- печиваются возможности, как на стадии

настройки, так и в процессе прокатки, изменения отношения величины катающих радиусов верхнего и нижнего торцевых валков, отличающегося от единицы (RB/RH 1), т.е. отсутствует возможность изменения положения хотя бы одного из торцевых валков в плоскости, параллельной плоскости прокатываемого изделия.

Для осуществления заявляемого способа в устройстве, содержащем приводной наружный валок, нажимной внутренний валок и два торцевых приводных валка, нижний из которых установлен в каретке неподвижно, а верхний выполнен подвижным в направлении, параллельном осям наружного и

внутреннего валков, хотя бы один из торцевых валков установлен с возможностью возвратно-поступательного перемещения в направлении, перпендикулярном осям наружного и внутреннего валков.

На фиг. 2 изображено устройство для осуществления предлагаемого способа; на фцг. 3, 4. 5 - схемы конкретного примера осуществления способа.

. Устройство состоит из станины 6, в ко- тоЬой стационарно смонтирован приводной валок 1, приводящийся во вращение двигателем 7 через редуктор 8; нажимного внутреннего валка 2, смонтйроваьно о в су торте 9. который снабжен силовые гид- рсцилиндром горизонтального пёрёмеще- нv я 10 относительйо наружного валка 1; центрирующих роликов 11 связанных через тя-и Т2 с гйдроцилийдром 13; клети 14, содержащей привбдйые торцевые валки 4 и 5, пр иводящиеся во вращение двигателями 15 че эез передачу 16. Клеть 14 снабжена сило- вьм гидроцилиндром 17 для перемещения ее в горизонтальной плоскости прокатывае- мсто изделия 3. Верхний торцевой валок 4 монтирован в кассете 18, перемещаемой в клети 14 в направлении, параллельном осям наружного 1 и внутреннего 2 валков посредством гидроцилиндра 19. Нижний торцевой валок 5 смонтирован в кассете 20, переме- щ.аемой в клети 14 возвратно-поступатель- нс в направлении, перпендикулярном осям наружного 1 и внутреннего 2 валков посредством гидроцилиндра 21. При этом пс ложение нижнего торцевого валка 5 от- не сительно верхнего 4 сможет быть при помощи гидроцилиндра 21 зафиксировано в заданном положении, т.е. для заданной ве- отношения катающих радиусов в пределах ; RB

1.0

RH

2,0;

III вид-кольца фасонные с профильным поперечным сечением.

На основании проведенного анализа экепёрймёйтальйых данных установлено, что при прокатке кольцевых изделий типа втулок величина отношения катающих радиусов торцевых валков должна находиться в RB

пределах 0,5 :

RH

1,0. Указанный верхний предел величины отношения RB/RH 1,0 ограничивается йзвёстны м способом изготовления кольцевых изделий квадратного сечения, т.е. для йзйёпий в которых отношения высоты Н к толщине S равно единице. Нижний предел величины Отношения RB/RH 2 0,5 при прокатке изделий типа втулок определён из условия получения качественного изделия. Установлено, что при уменьшении величины отйошёния, равным 0,5 процесс прокатки колец типа втулок дестабилизируется и на торцевых гранях в местах пёрёх5да™К наружной и внутренней поверхностям образуются закаты в виде плен. Это приводит к пйвьгшейно му браку изделий по прокату.

Величина отношения катающих радиусов торцевых валков при прокатке кольцевых изделий типа шайб должна находиться

R в пределах 1,0 -- 2,0. Нижний предел

RH

величины отношения

А.

RH

1,0 ограничивается, как уже говорилось, известным способом изготовления кольцевых изделий квадратного сечения. Верхний же предел

RB

2,0 определен

величины отношения

RH

0,5 Rs

RH

1,0,

при помощи гидроцилиндра 21, в про- ц« ссе прокатки может изменяться в указан- mix крайних граничных значениях.. Крайние граничные значения отношений величин катающих радиусов верхнего и нижнего торцевых валков установлены на основании экспериментальных данных, полученных при изготовлении различного сортамента кольцевых изделий. Весь сортамент, выпускаемых кольцевых изделий, при экспериментах, был разделен на три основ- HIJIX вида;

| I вид- кольца типа втулок, которые ха- р ктеризуются отношением высота кольца НГк его толщине SB пределах H/S 1,1...8,0.

i l l вид - кольца типа шайб, в которых указанное отношение находится в пределах H/S 0,2...0.99;; .

0

5

0

5

также из условия получения качественного изделия. Экспериментами установлено, что увеличение величины отношения выше 2.0 процесс прокатки колец типа шайб прекращается из-за нарушения правильной формы поперечных сечений в очагах деформации, прокатываемая заготовка ползет вверх между наружным 1 и внутренним 2 валками и в конечном итоге выбрасывается из осевого очага деформации, что приводит к неисправимому браку, а в некоторых случаях, и к аварийным поломкам оборудования.

Отношение величин катающих радиусов верхнего и нижнего торцевых валков для рассмотренных случаев в процессе прокатки не изменяются и остаются постоянными. В результате экспериментальных данных установлены оптимальные предельные их значения при прокатке изделий различного вида, приведенные в таблице.

При изготовлении колец III вида, т.е. фасонных с профильным поперечным сечением, установлено, что отношение величин катающих радиусов торцевых валков в процессе прокатки следует последовательно изменять в указанных крайних граничных

R пределах, т.е. 0,5 iЈ-zr- 2.0. Изменение

RH

величины отношения

RB RH

от начального

значения в первый момент прокатки до конечного значения в момент завершения процесса прокатки рекомендуется осуществлять согласно величине отношения текущих значений толщин стенок у нижнего и верхнего оснований поперечного сечения

RB .-. SH RH SB

прокатываемой заготовки, т.е.

де SH и SB - соответственно текущие значеия толщин стенок (фиг. 5).

Предлагаемый способ осуществляется ледующим образом..

П р и м е р 1. Изготовление изделий ипа втулок (фиг. 2 и 3). Необходимо прокатать кольцо размерами DH x DBH х Нк 1500 х 1400x275 мм. На предварительной тадии определяют величину отношения Нк/Si 275/50 5,5. Согласно данным, представленным в таблице для втулок с отношением HK/Si 4.1...6,0 рекомендуемая величина отношения катающих радиусов торцевых валков в процессе прокатки находится в пределах 0.55-0,99. Величину отношения катающих радиусов для данного

R

случая выбираем равной ,69.

Кн

В дальнейшем для определения необходимых технологических величин пользуются методикой, заключающейся в следующем:

для нашего примера (фиг. 3) I 600 мм, Si - 50 мм; а - величина постоянная и для всех случаев равна 20 мм; « 206, di - 100 мм. т.е;

R H (600 - - 20) sin20° + 240 мм.

0

5

R

радиусов валков 0,69 находится ката- кн

ющий радиус верхнего торцевого валка в конце прокатки (фиг. 3): R B 0,69-R H 165,6мм.

c(lА

2

а)RL

sin a

600 50

20

20

: 71 мм.

Для нашего примера размеры исходной заготовки с учетом принятого диаметра внутреннего валка 2 равным 230 мм составляет: D-d-H 569 х 250 х 305 мм массой 492 кг, толщина етенки S 159,5 мм (на фиг. 3 не

указан).

учетом величины смещения С определяют значения катающих радиусов торцевых вал- Re ков и величину отношения

RH

в начальный

момент вступления их в работу, Для нашего примера размеры кольцевой заготовки в момент вступления в работу торцевых валков составляют D0 х do х Н0 630,5 х 370,5 х 305 мм, So 130 мм. При этом в момент вступления в работу торцевых валков катающий радиус нижнего составил RH 103,4 мм. а верхнего ,1 мм. Значит величина RB 79,1

отношения

RH Ю3,4

0,76 (фиг. 3), т.е.

находится в пределах данных, рекомендуе- Mtjix в таблице.

Последовательность выполнения не- по средственно предлагаемого способа на предлагаемом устройстве следующая: на стадии настройки устройства (фиг. 2) клеть 14 посредством гидроцилиндра 17 отводит- ся| в крайнее правое положение, Верхний торцевой валок 4 с кассетой 18 посредством гИ|Дроцилиндра подымается в верхнее крайнее положение. Нижний торцевой валок 5 с ка ссетой 20 посредством гидроцилиндра 21 выставляется относительно верхнего валка 4 согласно величине смещения С (фиг. 3), равной в примере 71 мм (см. п. 4 методики). Исходная заготовка размерами D x d x H НЕ 69 х 250x305 мм загружается на внутренне и валок 2 и под действием гидроцилиндра 1C вместе с суппортом 9 начинает перемещаться в сторону валка 1. Двигателем 7 через редуктор 8 осуществляется вращение валка 1 и при соприкосновении заготовки 3 с лавными. валками 1 и 2 начинается прокатка заготовки. Под действием гидроцилиндра перемещение 10 внутренний валок со здает усилия прокатки и заготовка 3 раскрывается до определенных размеров. В процессе прокатки заготовка 3 центрируется роликами 11 посредством гидроцилинд- рс в 13 через тяги 12. Одновременно с PC скаткой заготовки 3 в валках 1 и 2 гидро- щ-линдром 17 клеть 14 подается влево, при этом верхний торцевой валок 4 с кассетой 18 гидроцилиндром 19 опускается на заданную высоту. Когда размеры раскатываемой заготовки достигнут заданных размеров (для нашего примера D0 x do x Н0 630,5 х х370,5 х 305 мм; фиг. 3)в работу вступает верхний 4 и нижний 5 торцевые валки. По увеличения диаметра раскатываемой за готовки 3 ее сечение перемещается в зеве торцевых валков 4 и 5 пока не займет крайнее положение, определяемое размером а (фиг. 3), в примере равно 20 мм. В дальней- при этом положении клеть 14с торце- валками 4 и 5 равномерно по мере роста диаметра прокатываемой заготовки 3, отводится вправо. При достижении заданных размеров DH х х Нк 1500 х 1400 х х275 мм клеть 14 останавливается, осуществляется запирание всех гидроцилиндров и готовое изделие копируется в течение 3-4 оборотов. После этого процесс прокатки ав- то|матически-прекращается и все механиз- Mtlf устройства (фиг. 2} и рабочие валки перемещаются в исходное положение - выгрузки-загрузки последующей заготовки и процесс повторяется.

(. П р и м е р 2. Изготовление изделий типа шайб (фиг. 2, фиг. 4). Необходимо

и

прокатать кольцо размерами DH x de x H «. 1750 х 1410 х 65 мм. Для данного случая HK/Si 65/170 038. Согласно данным табл. 1 для шайб с отношением HK/Si 0,39-0,2 рекомендуемая величина отношения катающих радиусов торцевых валков в процессе прокатки находится в пределах 1,01-2,0,

R Принимает величину отношения в

R H

По ранее описанной методике аналогично определяем необходимые технологические величины. Размеры торцевых валков и угол наклона для данного примера сохраняем как и в вышеописанном. Отличие методики заключается в том, что максимальный катающий радиус определяется по параметрам верхнего торцевого валка. На основании расчетов (см. методику) для прокатки шайб размерами DH x de х Нк 1750 х х1410х 65 мм определены следующие параметры (фиг. 4):

максимальный катающий радиус верх- него торцевого валка

R B (600 - - 20) sln20 + - 219мм

максимальный катающий радиус ниж- 30 него торцевого валка (согласно R B/R H 1,25)

R H

RB 219 17с j 1,25 - 1,25

35 величину смещения С нижнего торцевого валка относительно верхнего (фиг, 4)

40

г ( --§1 RH С U 2 а; sine

20- 17.25 мм.

600170

т.е. для данного примера нижний валок пе- ремещают вправо;

размеры исходной полой заготовки D x d х Н 727 х 250 х 150 мм (на фиг. 4 не указаны);

размеры раскатаной заготовки при ко- торых вступают в работу торцевые валки (фиг. 4)

Do x do х Н0 747,75 х 303,75 х 150 мм; катающие радиусы верхнего и нижнего торцевого валков в момент вступления в работу и величина их отношения Ru 100,7; Рн 94,8мм; RB/RH 100.7/94,.06, . т.е. в рекомендуемых пределах 1,01...2,0 для данной шайбы.

Согласно определенным выше параметрам настраивают стан (фиг.) после чего осуществляют процесс прокатки в последовательности, описанной в примере 1.Ј Пример 3, Изготовление профильных изделий {фиг. 2 и 5). Необходимо прокатать кольцо габаритными размерами (фиг. 5); Dm 2100 м; DK - 2050 мм; dn 1890 мм; oV 1900 мм; S B 105 мм; S H 75 мм; Нк € 200 мм; t 140 мм. Для получения данного кольцевого изделия необходима профильная кольцевая заготовка параметрами (фиг. 5); Do 1050 мм; do - 658 мм; D3 942 мм; d3 550 мм; Н0 210 мм; SH 250 мм; SB 142мм. Для прокатки профильных изделий величину отношения RB/RH. как указывалось выше, рекомендуется в процессе раскатки изменять согласно величине отношения толщин стенок, т.е. SH/SB. Для нашего примера в начальный момент прокатки

. ;0 1,76, а в конечный момент вi

О -. . -

прокатки -Ј- 0,71. Из принятой технолоОВ- - .-....

гии прокатки данного кольца (фиг. 5), с уче- том, что SH SB определяем по ранее описанной методике, максимальную величину катающего радиуса верхнего торцевого валка в начальный момент прокатки, который для этого изделия составил RB 224

мм. Исходя из величины соотношения S ..

- .1,76 определяем величину катающего

Ъв .

радиуса нижнего торцевого валка:

RH - - -тЦ-в 127 мм. Величина

1,701,70

смещения С валков друг относительно друга составит С 284 мм (см. ранее изложенную методику). В конечный момент прокатки величине соотношения

s

- 0.71 будут соотi)B

ветствовать следующие расчетные значения катающих радиусов торцевых вал

Формула изобретения 1. Способ прокатки кольцевых изделий путем одновременно деформирования полой заготовки в радиальном направлении мёжДу наружным и внутренним валками и в осевом направлении между парой торцовых валков, олтличающийся тем, что. с целью повышения качества получаемых из0 5 0

5 0

ков; R H 235,5 мм и R B 168 мм, а величина смещения валков С будет равна С - -197,5 мм. Таким образом, в процессе прокатки вследствие изменения толщин стенок прокатываемого сечения SB и SH соответственно изменяется и величина отношения катающих радиусов торцевых валков от

RB А ,Re

5

0

1,76 до0,71. На практике это

R. , vy Mv , ИМН

осуществляется путем постоянного замера толщин стенок поперечного сечения прокатываемой заготовки (например фотоэлементами) и через счетное устройство подается импульс на гидроцилиндр 21 (фиг. 2) для изменения величины смещения С (фиг. 5) одного валка относительно другого (на примере - нижнего). При достижении в конце прокатки заданных размеров готового изделия торцевые валки 4 и 5 запираются при

R1 S в он „-,„ ..этом

соотношении

-0,71 и

RH SB

положении осуществляется полировка изделий в Течение 3-4 оборотов. Принцип работы устройства (фиг. 2) при. прокатке, загрузке и выгрузке сложнопрофильных изделий (фиг. 5) аналогичен работе устройства при прокатке изделий типа втулок и шайб. .: .

В результате прокаток по 1,2 и 3 примерам были получены изделия с выполнением профиля вдоль всего периметра. Процесс прокатки характеризовался стабильностью и не наблюдались выбросы изделия из осевого очага деформации. Брак гю указанным причинам практически не наблюдался, что повысило выход годного по прокату с 95 до 98%.

Применение предлагаемого способа с устройством для его осуществления позволяет повысить качество получаемых изделий и расширить технологические возможности.

делий и расширения технологических.возможностей, деформацию полой заготовки в осевом направлениимежду торцовыми валками в процессе прокатки осуществляют при отношении величин катающих радиусов верхнего RB и нижнего RH валков в пределах

RB

0,5 Ј

RH

Ј2,0,

: 2. Способ по п. 1,отличающийся тем, что деформирование полой заготовки в осевом направлении между торцовыми вал- каМи при изготовлении изделий типа шайб осуществляют при отношении величин катающих радиусов верхнего и нижнего валков в пределах

i1,0 .0. RH

а при изготовлении изделий типа втулок де- фбрмирование полой заготовки в осевом направлении между торцовыми валками осуществляют при отношении величин катающих радиусов верхнего и нижнего валков в пределах. .

э р

0.5 ,0

Кн

; 3. Способ по пп. 1 и 2, о т л и ч а ю щ и й- с Я тем, что деформацию полой заготовки в

рекомендуемые оптимальные предельные значения отношений величин катающих редиу- |. сое орцевых валкое

осевом направлении между торцовыми валками осуществляют с изменением в процессе прокатки величиньфтношёния катающих радиусов в пределах;

Фиг. 1

Фиг. 2

Фиг. Ч