RU2106223C1

RU2106223C1 - Vacuum cross-wedge mill

Info

Publication number: RU2106223C1
Application number: RU96105095A
Authority: RU
Inventors: Анатолий Федорович Косов
Original assignee: Анатолий Федорович Косов
Priority date: 1996-03-15
Filing date: 1996-03-15
Publication date: 1998-03-10

Abstract

FIELD: manufacture of stepped rollers for several runs for shaping of uneven (threaded, gear, etc) surfaces with a high precision in a non-oxidizing version. SUBSTANCE: the mill uses a set of vacuumized devices, chambers, component conduits and a cooling tank for rational realization of several production processes: orientation of piece blanks, blank heating, rolling with acceleration of component rotation due to Geneva stop-motion in the drive of rollers consisting of several deforming sectors and intermediate zones, in which the component gets centered, and a running clearance adjustment system according to information obtained from the previous run, cooling of components in non-oxidizing liquid. EFFECT: enhanced precision and reliability of rolling and possibility of working of components made of structural, heat-proof and difficulty deformed materials. 3 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к обработке металлов давлением, а именно к станам поперечно-клиновой прокатки ступенчатых валиков из штучных заготовок. The invention relates to the processing of metals by pressure, and in particular to mills of cross-wedge rolling of stepped rollers from piece blanks.

Задачей изобретения является создание конструкции стана горячей поперечно-клиновой безокалинной прокатки с повышенными точностью и надежностью процесса и расширенными технологическими возможностями формообразования и охлаждения обрабатываемых деталей из конструкционных, жаропрочных и труднодеформируемых материалов. The objective of the invention is the creation of a design of a hot cross-wedge bezal-free rolling mill with increased accuracy and reliability of the process and expanded technological capabilities of shaping and cooling of workpieces from structural, heat-resistant and difficult to deform materials.

Это достигается тем, что вакуумный стан поперечно-клиновой прокатки содержит последовательно установленные камеру загрузки, вибробункер, дозатор поштучной подачи заготовок с нагревателем, рабочую камеру с валками, имеющими клиновые инструменты и установленными на подшипниках на приводных валах, накопительную камеру, бак с безокислительной охлаждающей жидкостью, а также редуктор с распределительной передачей, выполненной с отношением 1:1, устройство регулировки межвалкового зазора в виде привода и связанных с ним тяг равной длины, попарно соединенных эксцентриковыми осями с равными эксцентриситетами, устройство угловой настройки валков, установленные с возможностью перемещения относительно валков приемник заготовок и проводки, рабочие поверхности которых идентичны обрабатываемой поверхности заготовки, мальтийским крестом и толкателями, кинематически связывающими мальтийский крест с выходным валом редуктора, при этом мальтийский крест кинематически связан с ведущей шестерней распределительной передачи, клиновой инструмент выполнен в виде равномерно расположенных на валке, деформирующих секторов с промежуточными зонами между ними, устройство регулировки межвалкового зазора снабжено микропроцессором, датчиком размера радиуса валка, закрепленными на тяге, датчиками температуры и упругой деформации, а также установленными на приводе эксцентриковых осей электродвигателем и датчиком межцентрового расстояния, при этом выходы вышеуказанных датчиков соединены с микропроцессором, выход которого соединен с электродвигателем. This is achieved by the fact that the cross-wedge vacuum rolling mill contains a loading chamber, a vibratory hopper, a piece feed dispenser with a heater, a working chamber with rolls having wedge tools and mounted on bearings on drive shafts, an accumulation chamber, and a tank with non-oxidizing coolant as well as a gearbox with a distribution gear, made with a ratio of 1: 1, a device for adjusting the roll gap in the form of a drive and associated rods of equal length, butt connected by eccentric axes with equal eccentricities, an angular adjustment device for the rolls, a workpiece and wiring receiver installed with the possibility of movement relative to the rolls, the working surfaces of which are identical to the workpiece’s surface, the Maltese cross and pushers kinematically connecting the Maltese cross with the output shaft of the gearbox, while the Maltese cross kinematically connected to the drive gear of the distribution gear, the wedge tool is made in the form of evenly spaced data on the roll, deforming sectors with intermediate zones between them, the device for adjusting the roll gap is equipped with a microprocessor, a roll radius size sensor mounted on the thrust, temperature and elastic deformation sensors, and an electric motor and an intercenter distance sensor mounted on the drive of the eccentric axes, while the outputs the above sensors are connected to a microprocessor, the output of which is connected to an electric motor.

На фиг. 1 изображен вакуумный стан поперечно-клиновой прокатки; на фиг. 2 - трехсекторные прокатные валки; на фиг. 3 - вид К на мальтийский правильны четырехпрорезный с двумя толкателями механизм привода на фиг. 1; на фиг. 4 - разрез А-А прокатного блока стана на фиг. 1 и схема привода приемника и проводок; на фиг. 5 - схема устройства регулирования межвалкового зазора. In FIG. 1 shows a cross-wedge vacuum mill; in FIG. 2 - three-sector rolling rolls; in FIG. 3 is a view K of a Maltese regular four-groove with two pushers drive mechanism in FIG. one; in FIG. 4 is a section AA of the rolling block of the mill in FIG. 1 and the receiver drive circuit and wiring; in FIG. 5 is a diagram of a device for adjusting the roll gap.

Вакуумный стан поперечно-клиновой прокатки содержит камеру загрузки 1 заготовок с патрубком 2 для подсоединения к внешней системе вакуумирования (не показана), вакуумный проходной затвор 3, камеру ориентирования 4 заготовок с вибробункером 5 и накопителем 6, камеру нагрева 7 с дозатором 8 поштучной подачи заготовок в нагреватель 9, рабочую камеру 10 с прокатным блоком, валки 11 которого соединены зубчатыми муфтами (не показаны) с приводными валами 12, выходящими из вакуумируемой зоны через сильфонные уплотнения. Из рабочей камеры 10 выходит склиз-труба 13, присоединенная к камере накопительной 14. Камера 4, рабочая камера 10 и накопительная камера 14 соединены внутренней системой вакуумирования 15 (не показана). К накопительной камере 14 присоединены вакуумный проходной затвор 3, камера выгрузки 16 прокатанных деталей и выходная горловина 17, не входящая в безокислительную (светокалящую) охлаждающую жидкость, например кремнийорганическую, бака 18. Внешняя система вакуумирования соединяет через вакуумные затворы 19 камеру выгрузки 16 и верхнюю часть бака 18. The cross-wedge-type vacuum mill contains a loading chamber 1 of blanks with a nozzle 2 for connection to an external vacuum system (not shown), a vacuum passage gate 3, an orientation chamber of 4 blanks with a vibro-hopper 5 and a storage device 6, a heating chamber 7 with a dispenser 8 for piece-fed blanks into the heater 9, the working chamber 10 with the rolling block, the rolls 11 of which are connected by gear couplings (not shown) with drive shafts 12, emerging from the evacuated zone through bellows seals. From the working chamber 10 comes the slime tube 13 connected to the storage chamber 14. The chamber 4, the working chamber 10 and the storage chamber 14 are connected by an internal vacuum system 15 (not shown). A vacuum passage lock 3, an unloading chamber 16 of rolled parts, and an outlet neck 17 not included in the non-oxidizing (light-glowing) cooling liquid, for example, organosilicon tank 18, are connected to the storage chamber 14. An external vacuum system connects the discharge chamber 16 and the upper part through the vacuum shutters 19 tank 18.

Приводные валы 12, на одном из которых расположено устройство угловой настройки 20, вторыми концами соединены через зубчатые муфты с ведомыми колесами 21 распределительной передачи с отношением 1:1, ведущая шестерня 22 которой через передачу 23-24 кинематически связана с мальтийским крестом 25, привод 26 которого с толкателями 27 установлен на выходном валу 28 редуктора 29, расположенного в станине 30, служащей также для закрепления рабочей камеры 10. The drive shafts 12, on one of which the angular adjustment device 20 is located, are connected via second gear couplings to the driven wheels 21 of the distribution gear with a 1: 1 ratio, the drive gear 22 of which is connected kinematically with the Maltese cross 25 through gear 23-24, drive 26 which with pushers 27 is installed on the output shaft 28 of the gearbox 29 located in the frame 30, which also serves to secure the working chamber 10.

На фиг. 3 изображен правильный, то есть имеющий равномерное расположение прорезов по окружности, четырехпрорезный мальтийский крест с двумя толкателями привода. Соотношение времени покоя и вращения креста в данном случае 1: 1 при непрерывном вращении привода и выполнении условия безударности механизма. При использовании привода с тремя равнорасположенными толкателями время покоя креста в 3 раза меньше времени вращения. При четырех равнорасположенных толкателях мальтийский крест, а следовательно, и валки, вращается периодически, но во всех случаях поворот креста одним толкателем приводит к повороту валка на угол одного деформирующего сектора. In FIG. 3 shows the correct, that is, having a uniform arrangement of slots around the circumference, a four-cut Maltese cross with two drive pushers. The ratio of the rest time and the rotation of the cross in this case is 1: 1 with continuous rotation of the drive and the condition of unstressed mechanism. When using a drive with three equally spaced pushers, the cross's resting time is 3 times less than the rotation time. With four equally distributed pushers, the Maltese cross, and therefore the rolls, rotates periodically, but in all cases, turning the cross with one pusher leads to the rotation of the roll at an angle of one deforming sector.

Наружные 31 и внутренние 32 тяги прокатного блока собраны попарно на верхних и нижних подшипниках (не показаны), установленных в валках. Вторые концы тяг попарно собраны на эксцентриковых цапфах 33 осей 34, на которых закреплены червячные колеса 35, сопряженные с червяками 36. Червячные передачи выполнены с разноименным направлением витков и снабжены общим приводом, состоящим из элемента ручного вращения 37, силового агрегата (электродвигателя) 38 и датчика угловых перемещений 39, показания которого соответствуют межцентровому расстоянию L. Привод эксцентриковых осей вынесен из вакуумируемой рабочей камеры 10. The outer 31 and inner 32 rods of the rolling block are assembled in pairs on the upper and lower bearings (not shown) installed in the rolls. The second ends of the rods are pairwise assembled on eccentric trunnions 33 axles 34, on which the worm wheels 35 are coupled to the worms 36. The worm gears are made with the opposite direction of the turns and are equipped with a common drive consisting of a manual rotation element 37, a power unit (electric motor) 38 and the angular displacement sensor 39, the readings of which correspond to the intercenter distance L. The drive of the eccentric axes is removed from the evacuated working chamber 10.

Клиновые валки и тяги собраны между плоскопараллельными плитами 40, в которых вращаются эксцентриковые оси 34. Wedge rolls and rods are assembled between plane-parallel plates 40, in which the eccentric axes 34 rotate.

Клиновый валок состоит из обоймы 41 и закрепленных на ней деформирующих секторов, начала которых равнорасположены. На фиг. 2 изображены валки, например, с тремя секторами: основной деформационный 42, тонкой прокатки 43 и резьбонакатной 44. Между секторами образованы промежуточные зоны, предназначенные для размещения заготовки перед сектором 42 и полуфабриката перед сектором 43 и 44. В поперечном к линии центров валков направлении расположены подвижные проводки 45 с рабочими поверхностями, идентичными обрабатываемой поверхности, а под проводкой - подвижный приемник 46 заготовки. Проводки предназначены для центрирования заготовки и полуфабрикатов на рабочей позиции стана и для направления сброса прокатанной детали в склиз-трубу 13. Приводы поцикловых помещений проводок и приемника выполнены, например, от пневмоустройств 47 (пневмоцилиндры, пневмораспределители и др.), а ограничение хода проводок - от пневмоустройств 48, перемещающих подвижные упоры 49 для зажатия и центрирования детали. Превмоустройства управляются электромагнитными датчиками 50 от флажков, установленных на одном из проводных валов 12. The wedge roll consists of a cage 41 and deforming sectors fixed on it, the beginnings of which are equally spaced. In FIG. Figure 2 shows rolls, for example, with three sectors: main deformation 42, thin rolling 43 and thread rolling 44. Between sectors, intermediate zones are formed for placing a workpiece in front of sector 42 and a semi-finished product in front of sector 43 and 44. In the direction transverse to the line of roll centers, movable wiring 45 with work surfaces identical to the work surface, and under the wiring is a movable workpiece receiver 46. The wiring is designed to center the workpiece and semi-finished products at the working position of the mill and to direct the discharge of the rolled part into the skize pipe 13. The drives of the looping rooms of the wiring and receiver are made, for example, from pneumatic devices 47 (pneumatic cylinders, pneumatic valves, etc.), and the restriction of the course of wiring is from pneumatic devices 48 that move the movable stops 49 to clamp and center the part. The device is controlled by electromagnetic sensors 50 from the flags installed on one of the wire shafts 12.

Устройство регулирования межвалкового зазора имеют целью реализовать для поперечно-клиновой прокатки метод пробных проходов, используемый в механообработке. В данном случае прокатка осуществляется в три прохода: основной проход, формирующий все поверхности, но обрабатывающий точные поверхности, например, предназначенные для резьбонакатки, с небольшим припуском, чистовой проход с малой деформацией этого припуска и с достижением необходимой точности диаметра, и третий проход - резьбонакатка. Требуемая точность чистовой прокатки достигается при определенном межвалковом зазоре, который обеспечивается на основании информации от основного прокатного прохода. Задача заключается в использовании таких параметров основной прокатки, которые обеспечили бы достаточную информацию для корректировки межвалкового расстояния (или рабочего зазора) перед чистовым проходом при всех вариантах воздействия на прокатный блок температуры от обрабатываемых деталей, то есть для холодного состояния блока, при переходном терморежиме и в условиях установившегося температурного режима блока. Необходимыми параметрами являются межвалковое расстояние, радиус валка, упругая деформация тяги и температура тяги. Межвалковое расстояние определяет силовые режимы прокатки и реакцию на них деталей прокатного блока. Секторы валка, контактирующие с горячими заготовками, изменяют свои размеры и, как следствие, рабочий зазор. Упругая деформация тяг является комплексным показателем для каждой конкретной детали, зависящим от температуры нагрева, Механических характеристик материала и геометрических показателей заготовки. Температура тяг характеризует величину упругого растяжения, поскольку с изменением температуры тяг жесткость их меняется. The device for adjusting the roll gap is intended to realize for the cross-wedge rolling the test pass method used in machining. In this case, rolling is carried out in three passes: the main passage, which forms all surfaces, but treats precise surfaces, for example, designed for thread rolling, with a small allowance, a finishing pass with a small deformation of this allowance and achieving the required diameter accuracy, and the third pass is thread rolling . The required precision of finish rolling is achieved with a certain roll gap, which is provided on the basis of information from the main rolling passage. The task is to use the parameters of the main rolling, which would provide sufficient information to adjust the roll distance (or working clearance) before the finish pass with all options for exposing the rolling block to temperature from the workpieces, that is, for the cold state of the block, during transitional thermal mode and in conditions of a steady temperature condition of the unit. The necessary parameters are the roll distance, the radius of the roll, the elastic deformation of the traction and the temperature of the traction. The roll distance determines the power modes of rolling and the reaction of the parts of the rolling block to them. The sectors of the roll in contact with the hot workpieces change their size and, as a result, the working gap. The elastic deformation of the rods is a comprehensive indicator for each specific part, depending on the heating temperature, the mechanical characteristics of the material and the geometric parameters of the workpiece. The temperature of the rods characterizes the magnitude of the elastic tension, since with the temperature of the rods, their stiffness changes.

Устройство состоит из микропроцессора 51, датчика 52 размера радиуса валка, например, емкостной бесконтактный датчик с электрическим выходным сигналом, датчика 53 упругой деформации тяги, например, пьезо- или тензодатчик, силового агрегата 38 вращения эксцентриковых осей, например, электродвигатель высокомоментный малоинерционный, датчика 39 угловых перемещений и датчика 54 температуры тяги. The device consists of a microprocessor 51, a roll radius size sensor 52, for example, a capacitive proximity sensor with an electrical output signal, a thrust elastic deformation sensor 53, for example, a piezo or strain gauge, an eccentric axis rotation power unit 38, for example, a high-torque, low-inertia electric motor, sensor 39 angular displacements and traction temperature sensor 54.

Выходные сигналы датчиков 39, 52, 53 и 54 подаются на микропроцессор, который по алгоритму рассчитывает выходной сигнал и через усилитель (не показан) подает его на силовой агрегат 38 вращения эксцентриковых осей 34, изменяя межвалковое расстояние для достижения определенного рабочего зазора. Задатчиком является запоминаемая микропроцессором величина упругой деформации настроечной детали, которая после прокатки и измерения оценивается годной и соответствующей цели прокатки. The output signals of the sensors 39, 52, 53 and 54 are supplied to the microprocessor, which according to the algorithm calculates the output signal and feeds it through an amplifier (not shown) to the power unit 38 for rotating the eccentric axes 34, changing the roll distance to achieve a certain working clearance. The master is the value of the elastic deformation of the tuning part remembered by the microprocessor, which, after rolling and measuring, is evaluated as suitable and corresponding to the purpose of rolling.

Настройка стана производится в следующем порядке. Устанавливается рабочий зазор между валками; проводки располагают симметрично относительно межвалковой линии и на расстоянии между ними, равном диаметру заготовки, а для центрирования полуфабриката - на расстоянии, меньшим диаметра базирования; приемник выставляется на определенную высоту; угловая настройка валков должна обеспечить одновременность захвата заготовки обоими валками без смещения ее с рабочей позиции; датчики управления приводами проводок и приемника устанавливаются в положения, обеспечивающие прием и центрирование деталей на рабочей позиции, а после захвата детали клиновым инструментом - разведение проводок и уход приемника в нижнее положение, при этом разведенные проводки служат направляющими при уходе прокатанной детали в склиз-трубу. The setting of the mill is performed in the following order. The working clearance between the rolls is established; the wiring is arranged symmetrically with respect to the roll line and at a distance between them equal to the diameter of the workpiece, and for centering the semi-finished product - at a distance less than the diameter of the base; the receiver is set to a certain height; angular adjustment of the rolls should ensure simultaneous capture of the workpiece by both rolls without shifting it from the working position; the sensors for controlling the drives of the wiring and the receiver are installed in positions that ensure the reception and centering of the parts at the working position, and after the part is captured with a wedge tool, the wires are routed and the receiver goes to the lower position, while the divorced wiring serves as guides when the rolled part goes into the slip pipe.

Вакуумный стан поперечно-клиновой прокатки работает следующим образом. Партия штучных заготовок засыпается в камеру загрузки 1, крышка ее закрывается. Системами вакуумирования достигается необходимая степень разрежения при всех закрытых затворах, кроме затворов 19. Открывается затвор 3, заготовки поступают в вибробункер 5, ориентируются и по накопителю 6 поступают к дозатору 8, который подает их поштучно на позицию нагрева, откуда заготовка под действием собственного веса поступает на рабочую позицию прокатки, где за один оборот валков деталь приобретает заданную конфигурацию. После измерения первых деталей производится корректировка рабочего зазора и по достижении нужного размера включается система автоматического регулирования рабочего зазора. Перемещение деталей из камеры накопительной в камеру выгрузки и далее в бак с охлаждающей жидкостью производятся открытием соответствующих проходных затворов, но при условии автономности работы наружной и внутренней систем вакуумирования. The vacuum mill transverse wedge rolling works as follows. A batch of piece blanks is poured into the loading chamber 1, its lid is closed. Vacuum systems achieve the required degree of rarefaction with all shutters closed, except for the shutters 19. The shutter 3 opens, the workpieces enter the vibratory hopper 5, orient themselves and, via the accumulator 6, go to the dispenser 8, which feeds them individually to the heating position, from where the workpiece comes under its own weight to the working position of rolling, where for one revolution of the rolls the part acquires a given configuration. After measuring the first parts, the working gap is adjusted and, upon reaching the desired size, the system automatically regulates the working gap. Parts are moved from the accumulation chamber to the unloading chamber and further to the coolant tank by opening the corresponding gate valves, but subject to the autonomy of the operation of the external and internal vacuum systems.

Claims

1. Vacuum mill wedge rolling, characterized in that it contains a sequentially installed loading chamber, a vibratory hopper, a piece dispenser for supplying workpieces with a heater, a working chamber with rolls having wedge tools and mounted on bearings on drive shafts, a storage chamber, a tank with non-oxidizing coolant, as well as a gearbox with a distribution gear made with a 1: 1 ratio, a device for adjusting the roll gap in the form of a drive and associated rods equal to other, pairwise connected by eccentric axes with equal eccentricities, the device for angular adjustment of the rolls, installed with the possibility of movement relative to the rolls, the receiver of the workpieces and wiring, the working surfaces of which are identical to the workpiece surface.

2. The mill according to claim 1, characterized in that it is equipped with a Maltese cross and pushers kinematically connecting the Maltese cross with the output shaft of the gearbox, while the Maltese cross is kinematically connected to the drive gear of the distribution gear, and the wedge tool is made in the form of uniformly located on the roll deforming sectors with intermediate zones between them.

3. The mill according to claim 2, characterized in that the roll gap adjustment device is equipped with a microprocessor, a roll radius size sensor, temperature and elastic deformation sensors fixed to the rod, and an electric motor and an center distance sensor mounted on the drive of the eccentric axes, while the outputs of the above sensors are connected to a microprocessor, the output of which is connected to an electric motor.