Файл: Поперечно-клиновая прокатка..pdf

Глава IV

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ПРОЦЕССА

1. Способы клиновой прокатки

Кроме описанного выше и широко распространенного на практике способа клиновой прокатки (назовем его «прямая» прокатка), имеется ряд других дополнительных способов клиновой прокатки, реже применяющихся, од­ нако позволяющих значительно повысить технологиче­ ские возможности процесса. Рассмотрим их.

При «обратной» клиновой прокатке, как и при обыч­ ном способе, в заготовку вначале вдавливаются острые грани заходной части клиньев, образуя кольцевую канав­ ку, а затем под действием их боковых поверхностей про­ исходят расширение канавки и калибровка прокатывае­ мого диаметра калибрующей плоскостью клиньев. Одна­ ко в отличие от обычного способа при «обратной» прокатке расширение канавки идет от концевых участков заготовки к центру (рис. 24, а), вследствие чего цен­ тральная часть заготовки находится под воздействием осевых сжимающих напряжений.

При определенной степени обжатия осевые сжимаю­ щие напряжения могут превысить предел текучести, и в этом случае центральная часть заготовки начнет осажи­ ваться, увеличиваясь в диаметре. До этого предела де­ формация носит местный характер, образуя наплывы с увеличением диаметра в очаге деформации.

«Обратная» прокатка сопровождается не только на­ бором металла, но и вытяжкой прокатываемого стержня. Очевидно, распределение смещенных объемов между вы­ тяжкой ѴВыт и набором Ѵнаб определяется формой ин­ струмента и особенностями напряженно-деформирован­ ного состояния. Формоизменение при «обратной» прокат­

68

ке может быть определено коэффициентом набора (Лнаб), под которым понимают отношение объема металла, иду­ щего в набор (Ѵнаб), к смещенному объему (Ѵсм)> причем из условия постоянства объема ѴСм = Ѵнаб+^выт-

Экспериментальное исследование показало, что ско­ рость прокатки в диапазоне, применяемом на практике, не влияет на набор металла. Влияние температуры не­ значительно: с ее повышением коэффициент набора ме-

Рис. 24. Схемы «обратной» (а) и «параллельной» (б) прокаток и геометрия отрезных клиньев (в)

наклона боковой грани носит экстремальный характер. С его увеличением до определенного предела, соответст­ вующего оптимальному углу наклона, коэффициент на­ бора металла возрастает, а при а > а 0пт уменьшается. Эксперименты показали, что определенному углу заост­ рения клина ß соответствует свой оптимальный угол на­ клона боковой грани, при котором коэффициент набора металла максимален. Влияние угла заострения клина на коэффициент набора при «обратной» прокатке показано на рис. 25. С уменьшением угла заострения клина коэф­ фициент набора металла увеличивается, причем в диапа­ зоне углов ß= 2—3° коэффициент набора (кривая 1) приближается к единице, что свидетельствует о большой интенсивности набора.

Зависимость коэффициента набора металла от

процессе «обратной» клиновой прокатки можно получать значительные наборы металла, для чего целесообразно

69

использовать клинья с небольшим углом заострения, а прокатку вести при больших обжатиях.

«Параллельная» прокатка позволяет в 2—3 раза со­ кратить длину инструмента при соответствующем увели­ чении усилия прокатки. В этом случае заготовку прока­ тывают одновременно на 8, 12 и более клиньях (рис. 24, б). Рассмотрим случай, когда на всех клиньях прокаты­ ваются цилиндрические участки с одинаковым обжатием. При этом жесткие части заготовки, находящиеся между центральной жесткой частью и торцом заготовки, посту­ пательно перемещаются вдоль оси относительно цен­ трального сечения.

За один оборот заготовки клинья первой ступени про­ катывают стержень длиной 2n£JKß. Следовательно, жесткая часть уменьшается на длину 2я/?кРб~2 и переместится вдоль

Рис. 25. Зависимость коэффициента набора металла (а) от степени обжатия (а = 30°; 1 — ß = 3°; .2 — 5°; 3 — 7°; 4 — ß = 10°) и зависи­ мость максимально достигаемой степени обжатия от угла наклона боковой грани (б) и угла заострения (е) по условиям устойчивого протекания процесса

70

При прокатке конусных поверхностей с углом наклона образующей к оси более 15°, а также при операциях раз­ деления и отрезки концевых отходов применяются клинья специальной геометрии. Клинья (рис. 24, в) характеризу­ ются углом наклона боковой грани а и углом подъема УклИз геометрического рассмотрения нетрудно опреде­ лить взаимосвязь параметров отрезных и обычных клиньев:

Кроме того, отрезные клинья отличаются от обычных от­ сутствием калибрующей площадки, параллельной оси прокатки. Отметим, что процесс прокатки отрезными клиньями идентичен широко известному процессу про­ катки шаров в винтовых калибрах, в связи с чем изуче­ ние этой разновидности процесса клиновой прокатки представляет большой практический интерес. Основное отличие процессов прокатки отрезными клиньями и обыч­ ным клиновым инструментом заключается в том, что в первом случае постоянно увеличивающийся пережим за­ готовки приводит'к ее неравномерному удлинению. Из особенностей кинематики процесса и перераспределения объемов определим, что приведенный угол заострения равен

П р и Я Г к \ ' к л 6 < 0 , 5 .

Анализ выражения (67) показывает, что процесс прокатки отрезными клиньями можно рассматривать как нестационарный процесс клиновой прокатки, в ходе ко­ торого увеличивается степень обжатия и уменьшается угол заострения.

Составляющие усилия деформации (Рх , Ру, Pz), мощность, работа, и к.п.д. для дополнительных способов клиновой прокатки в первом приближении могут быть получены из соответствующих формул для расчета ана­ логичных параметров «прямой» прокатки. В этом случае необходимо использовать значения приведенного угла заострения.

Так, сопоставление к.п.д. «прямой» и «обратной» про­ катки показывает, например, что последний способ ввиду меньшей экономичности следует применять в тех огра-

72

ничешіых случаях, когда он дает определенные техноло­ гические преимущества, к которым может быть отнесено и уменьшение вероятности вскрытия полости. При незна­ чительных степенях обжатия (б< 1,3) показатель напря­ женного состояния при «обратной» прокатке меньше, чем при «прямой», в связи с чем использование его в условиях ограниченной пластичности предпочтительнее.

2. Условия устойчивого протекания процесса

Устойчивое протекание процесса клиновой прокатки может нарушаться в основном по двум причинам:

1) из-за проскальзывания, которое имеет место, ког­ да момент сил вращения заготовки становится меньше момента сил сопротивления вращению;

2) в результате обрыва прокатываемого стержня, когда растягивающие напряжения, вызываемые дейст­ вием осевого усилия, превышают предел прочности мате­ риала.

Условие устойчивого протекания процесса без обрыва прокатываемого стержня запишется

ов)

где Ов — предел прочности материала заготовки на рас­ тяжение (при температуре прокатки свыше 900° его до­ пустимо приравнять к пределу текучести). После под­ становок и несложных преобразований условие устойчи­ вого протекания процесса без обрыва приводится к виду

ния диаметра вследствие наплыва; б — степень обжатия; гк — относительный радиус качения; гт — относительный радиус трения; рі — коэффициент трения па калибрую­ щей грани клина; рг — коэффициент трения на наклон­

73

ной грани клипа; ß — угол заострения клина; а — угол наклона боковой грани клина.

График зависимости максимально допустимой степе­ ни обжатия по условию обрыва стержня от угла наклона боковой грани клина приведен на рис. 25, б; при этом угол заострения клипа принимался равным 5°. Область выше кривой 1 характеризуется обрывом стержня, ниже кривой обрыв стержня не имеет места.

Чтобы сформулировать условие начала проскальзы­ вания заготовок, рассмотрим кинематические соотноше­ ния на контактной поверхности (см. рис. 6). Вдоль радиу­

скорости частиц материала больше скорости инструмен­

что dl2<Ri<Dj2. Поскольку направление сил контакт­ ного трения противоположно вектору относительной ско­ рости, то силы трения вдоль области отставания (участок BKLN на рис. 6) способствуют захвату заготовки, а силы трения вдоль области опережения (участок KCML на рис. 6) ему препятствуют. Условие равновесия моментов сил относительно оси вращения позволяет записать

где li — плечо соответствующей силы относительно осп.

74