CC BY
120
Valiahmetov Sergey Anatolievich, Deputy Chief Engineer, Russia, Moscow, FGUP
«Salut»,
Petrov Pavel Aleksandrovich, candidate of technical sciences, associate professor, head of chair, alexander petr@mail.ru, Russia, Moscow, University of Engineering
УДК 621.7
ПРОКАТКА МЕРНЫХ ЗАГОТОВОК НА МАШИНАХ
ФИРМЫ "LASCO"
С. Эркслебен, А.Н. Петров, М.А. Петров
Представлены новые машины фирмы «Ласко» для проведения предварительного профилирования мерных заготовок и изготовления деталей методом прокатки.
Ключевые слова: продольная прокатка, поперечная прокатка, прокатка на ковочных вальцах, динамическая регулировка, сервопривод, титановый сплав, никелевый сплав, сталь
Доля материальных затрат на единицу кузнечной продукции (поковки) часто достигает 30...50 %. Чтобы снизить эти затраты, распределение объема материала в заготовке должно быть таким, при котором КИМ является наибольшим. Этого можно достичь выбором заготовки, по форме приближенной к окончательной форме поковки. Существуют два метода, которые позволяют это делать: продольная и поперечная прокатка. Оба метода реализуют общий подход, заключающийся в том, что заготовка деформируется в двух вращающихся валках, которые оснащены специальным инструментом (рис. 1).
Для практической реализации этих методов разработаны специальные машины: ковочные вальцы (продольная прокатка) и машины поперечно-клиновой прокатки (поперечная прокатка).
Продольная прокатка осуществляется на ковочных вальцах модели RCW и может быть выполнена за один или несколько переходов в ручьях инструмента, закрепленного на валках. Ковочные вальцы (рис. 2) разработаны для профилирования заготовок круглого и квадратного сечений. Во время деформации заготовка перемещается между валками перпендикулярно оси валков. Инструмент проектируют таким образом, чтобы на каж-
дом переходе величина деформации увеличивалась. В табл. 1 приведены технические характеристики ковочных вальцев.
а б
Рис. 1. Методы покатки мерных заготовок: а - продольная прокатка; б - поперечная прокатка
а б
Рис. 2. Ковочные вальцы: а - ковочные вальцы модели ИСIV; б - заготовки после профилирования
Таблица 1
Технические характеристики ковочных вальцев
Параметры ЯСАУ460 RCW560 RCW900
Наружный диаметр инструмента, мм 460 560 930
Ширина инструмента, мм 560 700 1120
Размер заготовки, диаметр, мм 63 80 125
Макс. длина заготовки, мм 315 400 630
Поперечная прокатка выполняется на машинах модели QKW, которые широко применяются для предварительного и окончательного деформирования заготовок круглого сечения из сталей и алюминиевых сплавов (рис. 3). Заготовка круглого сечения подается параллельно оси валков и прокатывается между двумя синхронно вращающимися валками, на которых закреплен инструмент. Инструмент имеет клинообразную форму. В процессе прокатки материал дефомируется в осевом направлении, и диаметр заготовки уменьшается. Если вал необходимо выполнить многоступенчатым, то на поверхности инструмента должно быть несколько клиньев. В зависимости от размера заготовки и мощности привода валков цикл процесса может составлять 2,5...8 секунд. В табл. 2 даны технические характеристики машин поперечно-клиновой прокатки.
а б
Рис. 3. Машина поперечно-клиновой прокатки: а -машина поперечно-клиновой прокатки модели (ЖИ б - заготовки после профилирования
Таблица 2
Технические характеристики машин поперечно-клиновой прокатки
Параметры С>К\¥500 С>К\¥700 С>К\¥1000
Диаметр инструмента, мм 500 700 1000
Ширина инструмента, мм 500 700 1000
Регулировка зазора, мм 40 60 80
Диаметр заготовки, макс., мм 50 70 110
Длина заготовки, макс., мм 300 400 560
Общие характеристики машин. Станина машин для прокатки заготовок фирмы спроектирована подобно станине пресса. В зависимости от типа и размера валков станина может быть выполнена сварной или наборной, состоящей из нескольких секций, которые скрепляются с помощью
стяжных шпилек. Валки устанавливаются в специальных сферических подшипниках. Регулировка валкового зазора осуществляется синхронно с помощью подшипниковых опор, оснащенных электровинтовым приводом. Подшипниковые опоры перемещаются плавно в направляющих подобно ползуну пресса. Каждый валок приводится в движение с помощью индивидуального сервопривода с компактным понижающим редуктором скорости (рис. 4).
Рис. 4. Индивидуальный привод валков
Такая конструкция позволяет синхронизировать вращение валков и одновременно менять направление их вращения. Контроль синхронизации двух приводных валков выполняет электронная система высокой точности. Смена инструмента производится системой быстрой замены. При ее использовании корпус сферического подшипника при помощи гидроцилиндра перемещается в сторону привода, и валки извлекаются из опор (рис. 5).
Рис. 5. Система быстрой замены валков: а - перемещение корпуса подшипника для освобождения валка; б - извлечение валка при помощи кран-балки
Далее валки транспортируются на стеллаж при помощи кран-балки, закрепленной на станине. В зависимости от размера валков время замены различно и составляет в среднем 10...25 минут.
Деформирование алюминиевых сплавов. При деформировании заготовок из алюминиевых сплавов особое внимание уделяется контролю температуры и смазыванию инструмента. Допустимый диапазон падения температуры заготовки с момента переноса от печи к валкам составляет 248.123 °С. Снижение потери тепла в заготовке устраняют за счет нагрева инструмента.
Чтобы гарантировать выполнение данного условия и избежать эффекта охлаждения в процессе контакта между заготовкой и инструментом последний подогревают до температуры 200.280 °С и ведут непрерывный контроль. Система нагрева состоит из двух подсистем: системы нагрева валков до температуры примерно 200 °С, осуществляется с помощью электрических нагревателей, и дополни-тельного нагревательного устройства, закрепленного на станине, состоящего из тепловых излучателей, которые нагревают поверхность инструмента до максимальной температуры 280 °С (рис. 6).
Рис. 6. Тепловые излучатели для нагрева поверхности инструмента
В процессе деформирования алюминиевых сплавов существует опасность адгезии ("прилипания") материала заготовки на поверхность инструмента. Применение смазочных материалов на основе масла или воды может решить данную проблему. Смазочные материалы наносят методом распыления, который помогает доставить материал в зону деформирования заготовки. Приведение в действие распылительных форсунок зависит от
угла поворота валков. В случае ковочных валков, задействована одна форсунка, которая включается перед деформированием каждой заготовки. В случае поперечно-клиновой прокатки зона деформирования небольшая, и система распыления смазочного материала спроектирована таким образом, что две отдельные форсунки синхронно сопровождают клиновую зону инструмента с двух сторон. Устройство распыления смазочного материала крепится на станине и при замене валков может поворачиваться (рис. 7).
Прокатка на ковочных вальцах или на машине поперечно-клиновой прокатки является высокопроизводительным процессом. В зависимости от заготовки и размеров валков время цикла может составлять 2,5... 15 секунд. Стойкость инструмента с учетом его восстановления достигает порядка 500.000 деталей/заготовок. Это означает, что стоимость инструмента на деталь ниже, несмотря на то, что затраты на закупку инструмента по отношению к производственным затратам сравнительно высоки.
а б
Рис. 7. Системы смазки инструментов: а - система смазки инструмента ковочных вальцев ЯСШ5в0; б - система смазки инструмента машины поперечно-клиновой прокатки модели ((КШ700
Продольная прокатка с динамическим регулированием зазора между валками. Пример машины для продольной прокатки с динамическим регулированием зазора между валками был разработан для проведения параболического профилирования концевых частей прямоугольной заготовки (рис. 8). За основу конструкции машины взяты ковочные вальцы модели ЯСШ, на которые установлено устройство для динамического регулирования зазора между валками. Устройство состоит из двух гидравлических цилиндров, каждый из которых соединен с подшипниками верхнего валка. Диаметр валков машины составлял 630 мм, а сила деформирования - 2000 кН.
Для ориентации заготовки в пространстве и ее удержания в процессе деформирования может использоваться промышленный программируемый робот (рис. 9). Разработанная специальная гидравлическая система с сервоприводом гарантирует требуемую точность зазора между валками, находящуюся в пределах ± 0,1 мм, при скорости вращения валков 500 мм/с и скорости подачи 10 м/с.
Рис. 8. Машина для продольной прокатки с динамическим
регулированием зазора между валками: а - схема прокатки; б - конструкция машины модели ЯСШ
Рис. 9. Ковочные вальцы с динамическим регулированием зазора между валками работают в тандеме с роботами
Поперечная прокатка с осевой подачей. Поперечная прокатка с осевой подачей заготовки первоначально являлась разработкой Технологического Университета г. Дрезден. Метод разработан для производства
174
деталей с различной геометрией с использованием одного универсального инструмента. На рис. 10 схематично показан общий вид машины AVQ. Заготовка обжимается в процессе ее перемещения в осевом направлении. Геометрическая точность заготовок гарантируется программируемым инструментом для совершения последовательного радиального движения и осевой подачей заготовки. В рамках совместного научного проекта с Институтом Фраунгофера г. Кемниц фирма «Ласко» разработала, изготовила и завершила тестовые испытания промышленного прототипа машины поперечной прокатки с осевой подачей (рис. 11).
Привод валков с рабочим инструментом осуществляется двумя электромоторами. Радиальная и осевая подачи заготовки осуществляются с помощью гидравлических цилиндров. Машина оснащена также ЧПУ.
а б
Рис. 10. Машина для поперечной прокатки с осевой подачей : а - схема прокатки; б - конструкция машины модели А И?
Рис. 11. Промышленный образец машины поперечной прокатки
с осевой подачей А VQ
Диапазон диаметров деформируемых заготовок составляет от 30 до 60 мм, а их длина может достигать 600 мм. Разработанный метод хорошо подходит для прокатки труднодеформируемых сплавов на основе Т1 и N1. На рис. 12, а показана заготовка из титанового сплава Т1Л16У4 (аналог ВТ-6). Прокатка заготовки осуществлялась за два перехода с конечной величиной деформации 42 %.
На рис. 12, б показана заготовка из никелевого сплава марки ММОМСБОА, с конечной деформацией 33 %. Величина деформации может быть увеличена за счет дополнительных переходов, а качество поверхности может быть улучшено за счет снижения радиальной подачи и перемещения заготовки на последних переходах.
а б
Рис. 12. Заготовки после поперечной прокатки с осевой подачей: а - титановый сплав марки ЛА16У4, величина деформации 42 %; б - никелевый сплав марки ШМОШС80А, величина деформации 33 %
Испытания также были выполнены на стальных заготовках в диапазоне деформаций 16 % < е < 58 %. Этот диапазон может быть расширен, если применять поперечную прокатку с осевой подачей. При уменьшении диаметра заготовки в пределах до 2,5 % поверхностные дефекты на заготовке отсутствуют.
Список литературы
1. Эркслебен С., Петров А.Н., Пысин Н.И. Оборудование для предварительного профилирования заготовок как средство снижения затрат и повышения эффективности в области горячей штамповки металлов // Куз-нечно-штамповочное производство. Обработка материалов давлением. 2012. № 4. С. 29 - 33.
2. Пысин Н.И., Петров А.Н. К вопросу модернизации молотовых линий для штамповки изделий типа балок передних осей и коленчатых валов // Кузнечно-штамповочное производство. Обработка материалов дав-
лением. 2010. № 5. С. 44 - 48.
3. Крук A.T. Производство поковок коленчатых валов автомобильных двигателей // Кузнечно-штамповочное производство. Обработка материалов давлением. 2002. №12. С. 7 - 14.
Эркслебен Стефан, д-р техн. наук, alexander petr@mail.ru, Германия, Кобург, Ласко Умформтехник ГмбХ,
Петров Александр Николаевич, д-р техн. наук. проф., alexander petr@mail.ru, Россия, Москва, Университет машиностроения,
Петров Михаил Александрович, канд. техн. наук, доц., alexander petr@mail.ru, Россия, Москва, Университет машиностроения
FORMING OF MEASURING BLANKS WITH ROLLING MACHINES LASCO S. Erksleben, A.N. Petrov, M.A. Petrov
This article represents new capabilities of the pre-forming and forming operations by rolling methods on the machine produced by «Lasco» company.
Key words: longitudinal rolling, cross rolling, forge rolling, dynamic adjustment, servo-drive, Ti-based alloy, Ni-based alloy, steel.
Stefan Erksleben, doctor of technical sciences, alexander petr@mail.ru, Germany, Koburg, Lasco,
Petrov Aleksandr Nikolaevich, doctor of technical sciences, professor alexander petr@mail.ru, Russia, Moscow, University of Engineering,
Petrov Mikhail Aleksandrovich, candidate of technical sciences, associate professor, petroffma @gmail. com, Russia, Moscow, University of Engineering
