RU2134175C1 - Axisymmetric part manufacture mill - Google Patents
Axisymmetric part manufacture mill Download PDFInfo
- Publication number
- RU2134175C1 RU2134175C1 RU97111607A RU97111607A RU2134175C1 RU 2134175 C1 RU2134175 C1 RU 2134175C1 RU 97111607 A RU97111607 A RU 97111607A RU 97111607 A RU97111607 A RU 97111607A RU 2134175 C1 RU2134175 C1 RU 2134175C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- workpiece
- rollers
- rotation
- rolling
- mill according
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21H—MAKING PARTICULAR METAL OBJECTS BY ROLLING, e.g. SCREWS, WHEELS, RINGS, BARRELS, BALLS
- B21H1/00—Making articles shaped as bodies of revolution
- B21H1/02—Making articles shaped as bodies of revolution discs; disc wheels
- B21H1/04—Making articles shaped as bodies of revolution discs; disc wheels with rim, e.g. railways wheels or pulleys
Abstract
Description
Изобретение относится к области обработки металлов давлением, в частности, к конструкциям устройств - станов, используемых для раскатки осесимметричных деталей типа колес, дисков, и может быть использовано при изготовлении таких деталей из малопластичных, труднодеформируемых материалов, например, из жаропрочных сплавов. The invention relates to the field of metal forming, in particular, to the design of devices - mills used for rolling axisymmetric parts such as wheels, disks, and can be used in the manufacture of such parts from low-plastic, difficult to deform materials, for example, from heat-resistant alloys.
Известен ряд устройств - станов, предназначенных для изготовления осесимметричных деталей, содержащих деформирующий инструмент обычно в виде пары вращающихся роликов, установленных в раскатных головках [1], при этом головки имеют возможность перемещения относительно обрабатываемой детали, например, с помощью кареток, которые в свою очередь перемещаются по направляющим станины. Обрабатываемая деталь фиксируется в устройстве с возможностью вращения вокруг собственной оси. A number of devices are known - mills intended for the manufacture of axisymmetric parts containing a deforming tool, usually in the form of a pair of rotating rollers mounted in roll heads [1], while the heads have the ability to move relative to the workpiece, for example, using carriages, which in turn move along the guides of the bed. The workpiece is fixed in the device with the possibility of rotation around its own axis.
Такие устройства используются для изготовления деталей типа железнодорожных колес, сравнительно простых по конструкции из пластичных в широком температурном интервале материалов, например, углеродистых сталей. Such devices are used for the manufacture of parts such as railway wheels, relatively simple in design from plastic materials in a wide temperature range, for example, carbon steels.
Известно устройство [2], которое содержит верхний и нижний валки для формирования стенки изделия, приводимые во вращение в определенном направлении и размещенные друг против друга с обеих сторон стенки дискообразной обрабатываемой детали с возможностью синхронного перемещения вверх-вниз, а также с возможностью радиального перемещения от соответствующих приводов; поддерживаемую на неподвижной вертикальной оси и приводимую во вращение оправку; поворотный боковой валок, размещенный против поворотной оправки для поддерживания между ним и оправкой детали, причем валок может перемещаться радиально, верхний и нижний валки для бокового обжатия кромок, нажимающие вертикально на поверхности детали и поддерживаемые с возможностью радиального перемещения; направляющие ролики, которые вращаются, накладываясь на торцевую поверхность детали, и могут перемещаться радиально; несколько поворотных поддерживающих роликов. A device [2] is known, which contains upper and lower rolls for forming the product wall, driven in rotation in a certain direction and placed against each other on both sides of the wall of the disk-shaped workpiece with the possibility of synchronous movement up and down, as well as with the possibility of radial movement from appropriate drives; supported on a fixed vertical axis and driven into rotation by the mandrel; a rotatable side roll placed against the rotary mandrel to support the part between it and the mandrel, the roll can be moved radially, the upper and lower rolls for side crimping, vertically pressing on the surface of the part and supported with the possibility of radial movement; guide rollers that rotate, overlapping the end surface of the part, and can move radially; Several swivel support rollers.
Это устройство, за счет усложненной кинематики инструмента, и введения большого количества роликов позволяет изготавливать детали типа дисков более сложной конфигурации также из пластичных материалов. This device, due to the complicated kinematics of the instrument, and the introduction of a large number of rollers, makes it possible to manufacture parts such as disks of a more complex configuration also from plastic materials.
Описанные выше устройства не могут быть использованы для изготовления деталей типа газотурбинных дисков из труднодеформируемых жаропрочных материалов, например, сплавов на основе никеля и титана. The devices described above cannot be used for the manufacture of parts such as gas turbine disks from refractory heat-resistant materials, for example, nickel and titanium-based alloys.
Известно устройство - стан для раскатки [3], содержащее установленные на станине раскатные головки в количестве, кратном двум, с приводами их вращения, а также вертикального и горизонтального перемещений, причем каждая раскатная головка снабжена индивидуальной кареткой, установленной на станине с возможностью независимого движения во взаимно перпендикулярных направлениях в горизонтальной плоскости, и механизмом поворота раскатной головки в горизонтальной плоскости. Устройство также содержит рабочую печь, в которую устанавливается обрабатываемая деталь, нагретая в печи предварительного нагрева. Устройство также содержит два соосно расположенных узла для фиксации обрабатываемой детали и исполнительный механизм, обеспечивающий ее вращение. Рабочая печь при этом имеет отверстия в стенках для ввода роликов и части узла для фиксации обрабатываемой детали. Узел для фиксации детали содержит также оправку. При движении роликов от центра к периферии по заданной траектории, формируется необходимый профиль детали. Описанное устройство для раскатки принято за прототип настоящего изобретения. A device is known - a rolling mill [3], containing installed on the bed roll heads in a multiple of two, with drives for their rotation, as well as vertical and horizontal movements, each roll head is equipped with an individual carriage mounted on the bed with the possibility of independent movement in mutually perpendicular directions in the horizontal plane, and the rotation mechanism of the rolling head in the horizontal plane. The device also includes a working furnace, in which the workpiece is heated in the preheating furnace. The device also contains two coaxially located nodes for fixing the workpiece and an actuator for its rotation. In this case, the working furnace has holes in the walls for introducing rollers and part of the assembly for fixing the workpiece. The assembly for fixing the part also contains a mandrel. When the rollers move from the center to the periphery along a predetermined path, the necessary part profile is formed. The described rolling device is taken as a prototype of the present invention.
Как правило, все упомянутые станы в том числе и стан - прототип имеют контрольно-измерительную аппаратуру режима раскатки, включающую, в частности, датчики положения, скорости инструмента, температуры в печах, и т.п. As a rule, all the mentioned mills, including the prototype mill, have control equipment of the rolling mode, including, in particular, position sensors, tool speed, temperature in furnaces, etc.
Стан - прототип позволяет изготавливать ряд деталей, преимущественно простой формы из труднодеформируемых сплавов. Деформация таких деталей должна идти в рабочей печи для соблюдения изотермических условий или условий сверхпластичности. Это необходимо для повышения пластичности материала и снижения его напряжения течения. При высоких температурах материал имеет низкое напряжение течения. Из-за низкого напряжения, а также из-за того, что в условиях сверхпластичности размеры очага деформации существенно превышают непосредственную зону воздействия роликов на обрабатываемую деталь, происходит нерегламентированная дополнительная деформация продеформированных частей детали. Это приводит в конечном счете к браку. В известной мере оправка способствует сдерживанию непреднамеренного утонения, но она может быть использована только при изготовлении деталей с относительно небольшой разницей в толщине между раскатанной частью и раскатываемой и относительно малого диаметра. В противном случае из-за больших усилий, необходимых для раскатки, произойдет утонение продеформированных частей, несмотря на наличие оправки. Поэтому при изготовлении осесимметричных деталей, типа дисков из труднодеформируемых сплавов, данное устройство может быть использовано со следующими ограничениями по номенклатуре изготавливаемых деталей. Это должны быть осесимметричные детали с относительно простой конфигурацией и с диаметром не более 500 - 800 мм, с большими назначенными припусками из-за опасности возникновения утонения полотна в процессе раскатки. The mill - prototype allows you to make a number of parts, mainly of simple shape, from difficult to deform alloys. The deformation of such parts must go in a working furnace in order to comply with isothermal conditions or superplasticity conditions. This is necessary to increase the ductility of the material and reduce its flow stress. At high temperatures, the material has a low flow stress. Due to the low stress, and also due to the fact that under conditions of superplasticity, the dimensions of the deformation zone significantly exceed the direct impact zone of the rollers on the workpiece, an unregulated additional deformation of the deformed parts of the part occurs. This ultimately leads to marriage. To a certain extent, the mandrel helps to restrain inadvertent thinning, but it can only be used in the manufacture of parts with a relatively small difference in thickness between the rolled part and the rolled and relatively small diameter. Otherwise, due to the great efforts required for rolling, the deformed parts will be thinned, despite the presence of a mandrel. Therefore, in the manufacture of axisymmetric parts, such as disks from hardly deformable alloys, this device can be used with the following restrictions on the nomenclature of manufactured parts. These should be axisymmetric parts with a relatively simple configuration and with a diameter of not more than 500 - 800 mm, with large designated allowances due to the risk of thinning of the web during rolling.
Необходимо отметить, что современные требования к деталям ответственного назначения, получаемым методами обработки давлением касаются не только обеспечения точной, приближенной к окончательной детали, формы и размеров, но и микроструктуры. Последняя во многом определяет ее механические и эксплуатационные свойства. Формирование заданной регламентированной структуры в таких деталях должно происходить во время их формообразования, а для этого устройство для их изготовления должно обеспечивать варьирование термическими и механическими условиями деформации детали. В известных устройствах такая возможность не предусмотрена. It should be noted that the modern requirements for critical parts obtained by pressure treatment methods relate not only to providing accurate, close to the final part, shape and size, but also microstructure. The latter largely determines its mechanical and operational properties. The formation of a given regulated structure in such parts should occur during their shaping, and for this, the device for their manufacture should provide variation in the thermal and mechanical conditions of the deformation of the part. In known devices, this feature is not provided.
Задачей изобретения является создание стана, функциональные возможности которого позволяют изготавливать из труднодеформируемых материалов детали высокого качества за счет максимального приближения их размеров и формы к окончательным при одновременном формировании в них регламентированной структуры, обеспечивающей получение заданных механических свойств путем соблюдения требуемых температурных и механических условий деформации материала детали. Кроме того, эта задача решается для деталей со сложным профилем, в частности, дисков с тонким сечением полотна и высоким ободом и дисков с развитыми элементами на ободе и полотне. The objective of the invention is the creation of a mill, the functionality of which allows us to produce high quality parts from hard-to-deform materials due to the maximum approximation of their size and shape to the final while forming a regulated structure in them, ensuring the desired mechanical properties by observing the required temperature and mechanical conditions of deformation of the material of the part . In addition, this problem is solved for parts with a complex profile, in particular, disks with a thin section of the web and a high rim and disks with developed elements on the rim and the web.
Эта задача решается посредством того, что в стан для изготовления осесимметричных деталей, содержащий ролики, установленные в раскатных головках, смонтированных на подвижных каретках, исполнительные механизмы, обеспечивающие вращение и перемещение роликов, узел для фиксации обрабатываемой детали с исполнительным механизмом, обеспечивающим вращение обрабатываемой детали, рабочую печь с отверстиями в стенках для ввода роликов и части узла для фиксации обрабатываемой детали, а также контрольно-измерительную аппаратуру режима раскатки, в отличие от известного введено устройство для создания в обрабатываемой детали регламентированного перепада температур, часть которого размещена в рабочей печи или функционально совмещена с рабочей печью, кроме того, исполнительные механизмы, обеспечивающие вращение детали и роликов, снабжены устройствами реверса и отключения с возможностью свободного вращения роликов и детали при деформации последней, стан снабжен также датчиками профиля, установленными с возможностью измерения размеров, по меньшей мере, в раскатанной части обрабатываемой детали и/или датчиками нагрузки, установленными в раскатных головках и в узле для фиксации обрабатываемой детали, при этом устройство для создания в обрабатываемой детали перепада температур и все упомянутые исполнительные механизмы связаны также с вновь введенными датчиками. This problem is solved by the fact that in the mill for the manufacture of axisymmetric parts, containing rollers mounted in roll heads mounted on movable carriages, actuators for rotating and moving the rollers, a unit for fixing the workpiece with an actuator for rotating the workpiece, a working furnace with holes in the walls for inputting rollers and a part of the assembly for fixing the workpiece, as well as control equipment of the rolling mode, in contrast to the known device, a device was introduced to create a regulated temperature difference in the workpiece, a part of which is placed in the working furnace or functionally combined with the working furnace, in addition, actuators providing the rotation of the part and rollers are equipped with reverse and shutdown devices with the possibility of free rotation of the rollers and parts during deformation of the latter, the mill is also equipped with profile sensors installed with the ability to measure dimensions, at least in the rolled part of the machining of the workpiece and / or load sensors installed in the roll heads and in the unit for fixing the workpiece, while the device for creating a temperature difference in the workpiece and all the mentioned actuators are also connected with the newly introduced sensors.
Поставленная задача решается и в том случае, если:
- нагреватели рабочей печи установлены или подобраны по мощности с возможностью градиентного нагрева обрабатываемых деталей;
- автономные нагреватели расположены на концентрических окружностях, соосных с обрабатываемой деталью, каждый нагреватель размещен в углублениях стенки печи и имеет собственный отражатель;
- устройство для создания в обрабатываемой детали регламентированного перепада температур включает источник хладагента, соединенный трубопроводами с узлами для фиксации обрабатываемой детали, при этом в последних выполнены каналы для подвода и отвода хладагента;
- устройство для создания в обрабатываемой детали регламентированного перепада температур включает источник хладагента, соединенный трубопроводами с раскатными головками, при этом в головках с роликами выполнены каналы с выходами, расположенными на торцевых поверхностях роликов;
- стан дополнительно снабжен датчиками температуры, установленными с возможностью ее замера в обрабатываемой детали и связанными с устройством для создания в обрабатываемой детали регламентированного перепада температур;
- части стенок печи вокруг отверстий для ввода роликов выполнены подвижными, например, в виде сильфонов, установленных между неподвижной частью стенки печи и раскатными головками;
- датчик профиля выполнен в составе бесконтактного оптоэлектронного блока контроля профиля;
- узел для фиксации обрабатываемой детали снабжен исполнительными механизмами, обеспечивающими сжатие и перемещение детали вдоль ее оси;
- стан снабжен по крайней мере одним дополнительным инструментом - нажимным роликом с исполнительным механизмом, обеспечивающим ему поступательное перемещение параллельно оси вращения обрабатываемой детали и вдоль ее радиуса, связанного с датчиком контроля профиля и/или датчиками нагрузки;
- ролик снабжен исполнительным механизмом, обеспечивающим поворот его собственной оси вращения в плоскости, перпендикулярной оси вращения обрабатываемой детали, который также связан с датчиком контроля профиля и/или датчиками нагрузки.The problem is solved in the event that:
- heaters of the working furnace are installed or selected according to power with the possibility of gradient heating of the workpieces;
- Autonomous heaters are located on concentric circles, coaxial with the workpiece, each heater is located in the recesses of the furnace wall and has its own reflector;
- a device for creating a regulated temperature difference in a workpiece includes a refrigerant source connected by pipelines to nodes for fixing the workpiece, with channels for supplying and discharging refrigerant in the latter;
- a device for creating a regulated temperature difference in the workpiece includes a refrigerant source connected by pipelines to the roll heads, while channels with outlets located on the end surfaces of the rollers are made in the heads with rollers;
- the mill is additionally equipped with temperature sensors installed with the possibility of measuring it in the workpiece and associated with a device for creating a regulated temperature difference in the workpiece;
- parts of the walls of the furnace around the holes for inputting rollers are movable, for example, in the form of bellows installed between the fixed part of the wall of the furnace and the rolling heads;
- the profile sensor is made as part of a non-contact optoelectronic profile control unit;
- the node for fixing the workpiece is equipped with actuators that provide compression and movement of the part along its axis;
- the mill is equipped with at least one additional tool - a pressure roller with an actuator providing it with translational movement parallel to the axis of rotation of the workpiece and along its radius associated with the profile control sensor and / or load sensors;
- the roller is equipped with an actuator that rotates its own axis of rotation in a plane perpendicular to the axis of rotation of the workpiece, which is also associated with a profile control sensor and / or load sensors.
Усовершенствованное таким образом устройство позволяет использовать противоречивые для формообразования свойства вышеуказанных труднодеформируемых сплавов. Противоречивость этих свойств состоит в том, что при низких температурах из-за высокого сопротивления деформации, недостаточной пластичности и узкого очага деформации практически невозможно получить требуемую форму детали, а при высоких температурах, соответствующих условиям высокой пластичности или сверхпластичности, низкие напряжения течения и широкий очаг деформации, существенно превышающий контактную зону инструмента с деталью вызывает неконтролируемую деформацию уже сформированной части детали. В том и другом случаях возникают трудности при формообразовании деталей из таких сплавов методами локальной деформации. The device improved in this way allows the use of the properties of the above hardly deformable alloys, which are contradictory for shaping. The contradictory nature of these properties is that at low temperatures due to the high deformation resistance, insufficient ductility and a narrow deformation zone, it is practically impossible to obtain the desired shape of the part, and at high temperatures corresponding to high plasticity or superplasticity conditions, low flow stresses and a wide deformation zone , significantly exceeding the contact zone of the tool with the part causes uncontrolled deformation of the already formed part of the part. In both cases, difficulties arise in the shaping of parts from such alloys by local deformation methods.
За счет введения новых конструктивных элементов устройство обеспечивает изменение уровней напряжений воздействия на деталь инструмента и сопротивления деформации материала детали, а также очагов деформации. Тем самым обеспечивается заданное формоизменение детали. Кроме того, за счет введения тех же самых конструктивных элементов обеспечивается качество детали за счет создания в материале регламентированных структур. Due to the introduction of new structural elements, the device provides a change in the stress levels of the impact on the tool part and the deformation resistance of the material of the part, as well as the deformation centers. This ensures a predetermined shaping of the part. In addition, by introducing the same structural elements, the quality of the part is ensured by creating regulated structures in the material.
Так, в конструкцию стана введено устройство для создания регламентированного перепада температур. Оно позволяет регулировать температуру по сечению обрабатываемой детали и тем самым управлять уровнями вышеотмеченных напряжений и очагом деформации в обрабатываемой детали. Это же устройство позволяет использовать регулируемое температурное поле в обрабатываемой детали для получения в ней регламентированной структуры по сечению. So, a device for creating a regulated temperature difference was introduced into the design of the mill. It allows you to adjust the temperature over the cross section of the workpiece and thereby control the levels of the above-mentioned stresses and the deformation zone in the workpiece. The same device allows the use of an adjustable temperature field in the workpiece to obtain a regulated cross-sectional structure in it.
Принципиальных подходов к конструктивному исполнению устройства для создания регламентированного перепада температур предложено два. Первое основано на возможности неравномерного нагрева обрабатываемой детали из жаропрочных сплавов, у которых этому способствует низкая теплопроводность. Вариантов его конструктивного исполнения может быть несколько. Устройство для создания регламентированного перепада температур может быть функционально совмещено с рабочей печью. В этом случае дифференцированный нагрев детали в печи обеспечивается путем модернизации печи, направленной на оснащение ее автономными нагревателями с регулируемой мощностью. Автономные нагреватели могут быть расположены на концентрических окружностях, соосных с осью раскатываемой детали. При этом каждый нагреватель размещен в углублении стенки печи и имеет собственный отражатель, фокусирующий поток теплового излучения на локально подогреваемую поверхность. Two fundamental approaches to the design of the device to create a regulated temperature difference have been proposed. The first is based on the possibility of uneven heating of the workpiece from heat-resistant alloys, in which low thermal conductivity contributes to this. There may be several options for its design. A device for creating a regulated temperature difference can be functionally combined with a working furnace. In this case, differentiated heating of the part in the furnace is ensured by modernizing the furnace, aimed at equipping it with autonomous heaters with adjustable power. Autonomous heaters can be located on concentric circles coaxial with the axis of the rolling part. Moreover, each heater is located in the recess of the furnace wall and has its own reflector, focusing the flow of thermal radiation on a locally heated surface.
Другой подход к выполнению этого устройства основан на охлаждении нагретой детали. В этом случае устройство включает источник хладагента, соединенный трубопроводами с узлами для фиксации детали, при этом хладагент подается в рабочую печь к нагретой детали и охлаждает ее от центра к периферии, что для большинства раскатываемых деталей является весьма эффективным. Источник хладагента также может быть соединен с раскатными головками. В этом случае его эффективность обеспечивается тем, что оно подвижно и подстуживает раскатанную часть, непосредственно следующую за раскатываемой. Возможны различные сочетания указанных вариантов. Another approach to the implementation of this device is based on the cooling of a heated part. In this case, the device includes a source of refrigerant connected by pipelines to nodes for fixing the part, while the refrigerant is fed into the working furnace to the heated part and cools it from the center to the periphery, which is very effective for most rolled parts. The refrigerant source may also be connected to the roll heads. In this case, its effectiveness is ensured by the fact that it is movable and encourages the rolled part immediately following the rolled part. Various combinations of these options are possible.
Дополнительно, для создания необходимого температурного поля в рабочем пространстве печи и исключения нерегламентированного изменения температуры обрабатываемой детали, часть стенок печи вокруг отверстий для ввода роликов выполнены подвижными в виде сильфона. Additionally, to create the necessary temperature field in the working space of the furnace and to exclude unregulated changes in the temperature of the workpiece, part of the walls of the furnace around the holes for inputting rollers are movable in the form of a bellows.
Кроме того, стан снабжен дополнительным датчиком температуры, установленным с возможностью ее замера в обрабатываемой детали. Он позволяет более точно осуществлять регулирование в ней перепада температур. Дополнительный датчик может быть выполнен в виде пирометра или фотолинейки. В последнем случае он может быть конструктивно совмещен с блоком контроля профиля. In addition, the mill is equipped with an additional temperature sensor installed with the possibility of measuring it in the workpiece. It allows you to more accurately control the temperature difference in it. An additional sensor can be made in the form of a pyrometer or photo line. In the latter case, it can be structurally combined with the profile control unit.
Устройство для создания регламентированного перепада температур позволят путем распределения температуры по сечению детали получать в изделии регламентированную структуру. Так для таких деталей, как диски ГТД рационально получать мелкозернистую структуру в ступице, структуру типа "ожерелье" в полотне и крупнозернистую в ободе. Наличие этого устройства позволяет нагреть раскатываемую часть исходной мелкозернистой детали до температуры рекристаллизации, а центральную часть - ступицу до температуры ниже температуры рекристаллизации. Затем после определенного роста зерен снизить температуру в раскатываемой части до температуры, при которой формируется при деформации структура типа "ожерелье". Далее вновь изменить температуру так, чтобы в ступице и полотне сохранить полученные структуры, а в ободе сформировать крупнозернистую структуру. A device for creating a regulated temperature difference will allow to obtain a regulated structure in the product by distributing the temperature over the section of the part. So for such details as GTD disks, it is rational to obtain a fine-grained structure in the hub, a “necklace” -type structure in the web, and coarse-grained in the rim. The presence of this device allows you to heat the rolling part of the original fine-grained part to a temperature of recrystallization, and the central part - the hub to a temperature below the temperature of recrystallization. Then, after a certain grain growth, reduce the temperature in the rolling part to the temperature at which a necklace-like structure is formed during deformation. Next, change the temperature again so that the resulting structures are retained in the hub and web, and a coarse-grained structure is formed in the rim.
Уровень напряжений в заготовке можно регулировать посредством изменения схемы напряженного состояния, а также усилий и моментов, воздействующих на заготовку. В частности, введение датчиков нагрузки позволяет измерять величину действующих на заготовку сил и моментов, а воздействуя на исполнительные механизмы перемещения инструментов и детали, изменять их. На каждый ролик и следовательно на заготовку действуют сила, которую целесообразно измерять и управлять ею по следующим трем направлениям - радиальному - (вдоль радиуса детали), осевому - (коллениарно оси диска) и тангенциальному - (по касательной к окружности, проведенной через центр пятна контакта). Величины этого усилия и его компонент регулируются посредством изменения скорости и положения роликов и детали, либо изменением направления действия усилия - вектора силы. Последнее обеспечивается введением реверса направления движения инструмента и детали. Кроме того, напряженное состояние регулируется выбором той или иной комбинации принудительно или свободно вращающихся инструментов, а также детали, что обеспечивается введением в конструкцию муфт, обеспечивающих изменение характера вращения роликов и детали от принудительного к свободному. The stress level in the workpiece can be adjusted by changing the stress state scheme, as well as the forces and moments acting on the workpiece. In particular, the introduction of load sensors allows you to measure the magnitude of the forces and moments acting on the workpiece, and, changing the actuating mechanisms of moving tools and parts, change them. A force acts on each roller and, therefore, on the workpiece, which is advisable to measure and control it in the following three directions - radial - (along the radius of the part), axial - (articular to the axis of the disk) and tangential - (along the tangent to the circle drawn through the center of the contact spot ) The magnitudes of this force and its component are regulated by changing the speed and position of the rollers and the part, or by changing the direction of the force — the force vector. The latter is provided by introducing a reverse of the direction of movement of the tool and the part. In addition, the stress state is governed by the choice of one or another combination of forced or freely rotating tools, as well as parts, which is ensured by the introduction of couplings into the design, providing a change in the nature of rotation of the rollers and parts from forced to free.
Дополнительно стан снабжен возможностью поворота инструмента в плоскости, перпендикулярной оси вращения детали, что изменяет направление вектора результирующей силы, и следовательно величину упомянутых компонент. Из теории прокатки известно, что для обжатия роликами детали важно, чтобы угол захвата роликами детали не превышал угол трения. В случае раскатки деталей с большими обжатиями детали, а это необходимо делать, если толщины ее различных частей существенно отличаются, например, так, как у дисков ГТД, а также при раскатке с применением смазки, эту теоретическую рекомендацию трудно выдержать. Поэтому раскатку следует вести с принудительным, но согласованным по скоростям вращением роликов и детали. Вместе с тем существует такая ситуация, когда, из-за невозможности полного согласования скоростей движения роликов и детали, наличие сил и моментов от активно действующих инструментов и узла фиксации создают суммирующий крутящий момент, который приводит к скручиванию центра детали относительно ее периферийной части. Тогда наличие муфт и датчиков позволяет, не отключая весьма инерционные исполнительные механизмы, переводить часть вращающих роликов и /или деталь в режим свободного вращения на время, достаточное для устранения причин нарушения геометрии формируемого изделия при его скручивании и утонении, а затем вновь их включать с целью повышения эффективности процесса раскатки. Additionally, the mill is equipped with the ability to rotate the tool in a plane perpendicular to the axis of rotation of the part, which changes the direction of the vector of the resulting force, and therefore the magnitude of the mentioned components. It is known from the theory of rolling that for crimping parts by rollers, it is important that the angle of capture of the part by rollers does not exceed the angle of friction. In the case of rolling parts with large reductions of the part, and this must be done if the thicknesses of its various parts differ significantly, for example, as in GTD disks, as well as during rolling using grease, this theoretical recommendation is difficult to sustain. Therefore, the rolling should be carried out with a forced, but speed-consistent rotation of the rollers and the part. At the same time, there is such a situation when, due to the impossibility of fully coordinating the speeds of the rollers and the part, the presence of forces and moments from actively operating tools and the fixing unit create a summing torque, which leads to the twisting of the center of the part relative to its peripheral part. Then the presence of couplings and sensors allows, without turning off very inertial actuators, to translate part of the rotating rollers and / or part into free rotation for a time sufficient to eliminate the causes of violation of the geometry of the formed product when it is twisted and thinned, and then turn them on again with the aim of increase the efficiency of the rolling process.
Кроме того, введение реверса, поступательного и вращательного движений инструмента и детали не только позволяет изменить направление действия сил и моментов, действующих на деталь, но и обеспечивает возможность формирования весьма сложных элементов раскатываемых деталей. Так обратным перемещением роликов к центру возможно осуществить подъем реборд, а изменением направления вращения инструмента и детали - раскатку деталей типа дисков с радиальным расположением гребней на торцевой поверхности. In addition, the introduction of reverse, translational and rotational movements of the tool and the part not only allows you to change the direction of the forces and moments acting on the part, but also provides the possibility of forming very complex elements of the rolled parts. So, by moving the rollers back to the center, it is possible to raise the flanges, and by changing the direction of rotation of the tool and the part, rolling parts such as disks with a radial arrangement of ridges on the end surface.
Возможны также различные сочетания работы инструмента, когда за счет его свободного или принудительного вращения, реверса или остановки, изменяется уровень действующих напряжений и размеры очага деформации детали. Например, при принудительном вращении детали от узла фиксации и принудительном вращении роликов, как уже отмечалось, создаются благоприятные условия в начале раскатки, вместе с тем возникают напряжение и деформация кручения части детали, расположенной между указанными инструментами. Поэтому в случае появления такой опасности несколько раз изменяют режим работы стана в течение раскатки одной детали. Various combinations of tool operation are also possible, when due to its free or forced rotation, reverse or stop, the level of acting stresses and the dimensions of the deformation zone of the part change. For example, during the forced rotation of the part from the fixing unit and the forced rotation of the rollers, as already noted, favorable conditions are created at the beginning of rolling, however, stress and torsion deformation of the part located between these tools occur. Therefore, in the event of such a danger, the mode of operation of the mill is changed several times during the rolling of one part.
Дополнительно схема приложения нагрузки и ее величина могут быть изменены также путем воздействия на обрабатываемую деталь нажимным роликом. При формообразовании детали он создает усилие, направленное к оси вращения детали, и следовательно, уменьшает суммарную величину радиального усилия, вызывающего утонение полотна. С этой целью он снабжен исполнительным механизмом, обеспечивающим его перемещение вдоль радиуса. А наличие исполнительного механизма его движения параллельно оси детали обеспечивает формирование изделий с широким, развитым ободом, при этом нажимной ролик в сочетании с наклонными создают калибр с замкнутой системой сил. Additionally, the load application circuit and its magnitude can also be changed by applying a pressure roller to the workpiece. When forming the part, it creates a force directed to the axis of rotation of the part, and therefore reduces the total value of the radial force causing thinning of the web. To this end, it is equipped with an actuator, ensuring its movement along the radius. And the presence of the actuator of its movement parallel to the axis of the part ensures the formation of products with a wide, developed rim, while the pressure roller in combination with the inclined ones create a caliber with a closed system of forces.
Датчик контроля профиля, как правило, входит в оптоэлектронный блок, который включает источник света, направленный на поверхность детали, и приемник отраженных лучей. При возникновении отклонения толщины раскатываемой части детали изменяются углы отражения и интенсивность отраженных лучей сигнала. В зависимости от величины сигнала рассогласования, вызванного изменением профиля производится коррекция работы исполнительных механизмов инструмента и детали или устройства для создания перепада температур. Так, в случае наличия тенденции искривления полотна раскатываемого диска, вследствие случайных возмущений, вводится соответствующая поправка в положение инструмента так, чтобы размеры профиля остались в пределах допуска. Если происходит утонение раскатанного полотна, вызванное тем, что уровень деформирующих напряжений в этой зоне превысил уровень сопротивления деформации материала, то включаются исполнительные механизмы, приводящие к повышению сопротивления деформации материала детали. Например, более интенсивно подается хладагент на раскатанную часть или, если это действие не эффективно или ограничивается какими либо другими причинами, уменьшается скорость деформации за счет уменьшения скорости движения инструмента и детали. В ряде случаев, когда уменьшение скорости не устраивает, из-за снижения производительности, снижают величину отдельных компонент усилия посредством изменения положения роликов, в частности их поворотом. The profile control sensor, as a rule, is included in the optoelectronic unit, which includes a light source directed to the surface of the part and a receiver of reflected rays. When there is a deviation in the thickness of the rolled part of the part, the reflection angles and the intensity of the reflected rays of the signal change. Depending on the magnitude of the error signal caused by a change in profile, the operation of the actuators of the tool and the part or device is adjusted to create a temperature difference. So, in the case of a tendency to curvature of the sheet of the rolled disk, due to random disturbances, an appropriate correction is introduced in the position of the tool so that the dimensions of the profile remain within the tolerance. If thinning of the rolled web occurs due to the fact that the level of deforming stresses in this zone exceeded the level of resistance to deformation of the material, then actuators are activated, leading to an increase in the resistance to deformation of the material of the part. For example, the refrigerant is more intensively supplied to the rolled part, or if this action is not effective or is limited by some other reasons, the deformation rate decreases due to a decrease in the speed of movement of the tool and the part. In some cases, when a decrease in speed is not satisfactory, due to a decrease in productivity, the magnitude of the individual components of the force is reduced by changing the position of the rollers, in particular by turning them.
Работа исполнительных механизмов стана при раскатке дисков с использованием датчиков нагрузки основана на том, что любые существенные отклонения в деформации детали сказываются на изменении уровней сил и моментов, действующих на инструмент и заготовку. Так, если со стороны одного из роликов, находящихся в суперпозиции возрастет усилие, следовательно он в большей мере, чем противоположный ему ролик станет внедрятся в тело детали. Этот процесс будет происходить до тех пор, пока усилия на роликах не уравновесятся, но уже в другом их положении, при этом раскатываемая деталь подвергнется локальному сдвигу с большей величиной обжатия по толщине, чем было предусмотрено. Условием, предотвращающим возникновение этого дефекта является сохранение равенств P1 = P2 для однотипных по форме и размерам роликов, или p1•f1 = p2•f2 для разных роликов, где P1, P2 - усилия на роликах, p1, p2 - давления роликов, f1, f2 - площади контакта роликов с деталью. В том случае, когда возникает искривление полотна - изгиб, аналогичный форме тарелки, то его причиной является наличие неуравновешенных моментов - P1•R1 и P2•R2 для каждой пары роликов, находящихся в суперпозиции, где R1, R2 - радиусы от оси вращения до центра тяжести площади контакта инструмента с заготовкой, P1, P2 - суммарные приведенные усилия на роликах, находящихся в суперпозиции. Из-за рассогласования скоростей вращения детали и инструментов возможно скручивание раскатанной части и ухудшение качества его поверхности. При этом возрастут моменты на роликах и узле фиксации.The operation of the actuators of the mill when rolling disks using load sensors is based on the fact that any significant deviations in the deformation of the part affect the change in the levels of forces and moments acting on the tool and the workpiece. So, if the force increases on the side of one of the rollers in a superposition, therefore, it will become more embedded in the body of the part than the opposite roller. This process will occur until the forces on the rollers are balanced, but in their other position, while the rolling part undergoes a local shear with a larger reduction in thickness than was provided. The condition that prevents the occurrence of this defect is the preservation of the equalities P 1 = P 2 for rollers of the same shape and size, or p 1 • f 1 = p 2 • f 2 for different rollers, where P 1 , P 2 are the forces on the rollers, p 1 , p 2 - pressure of the rollers, f 1 , f 2 - contact area of the rollers with the part. In the case when the web is curved - a bend similar to the shape of the plate, then its cause is the presence of unbalanced moments - P 1 • R 1 and P 2 • R 2 for each pair of rollers in a superposition, where R 1 , R 2 - the radii from the axis of rotation to the center of gravity of the contact area of the tool with the workpiece, P 1 , P 2 - total reduced forces on the rollers in superposition. Due to the mismatch of the speeds of rotation of the part and tools, it is possible to twist the rolled part and deteriorate the quality of its surface. At the same time, the moments on the rollers and the fixing unit will increase.
Нарушение этих равенств и величин приводит к возникновению сигналов рассогласования с датчиков нагрузки, по которым производится соответствующая коррекция работы исполнительных механизмов. Так, если происходит скручивание полотна, то изменяется либо момент на валу вращения устройства фиксации детали, либо упрочняется материал детали включением устройства для создания перепад температур. Возможно также изменение принудительного вращения роликов или детали на свободное вращение, т.е. вращения от сил трения, действующих в зоне контакта инструмента с деталью, посредством отключения с помощью муфт части инструмента или детали от исполнительных механизмов их вращения. Violation of these equalities and values leads to the occurrence of mismatch signals from load sensors, according to which the corresponding correction of the operation of actuators is performed. So, if the web is twisted, either the moment on the shaft of rotation of the device for fixing the part changes, or the material of the part is hardened by turning on the device to create a temperature difference. It is also possible to change the forced rotation of the rollers or part to free rotation, i.e. rotation from the friction forces acting in the zone of contact of the tool with the part, by disconnecting, using couplings, a part of the tool or part from the actuators of their rotation.
Наличие датчиков нагрузки и датчиков профиля детали обеспечивает возможность ведения раскатки детали и получения заданной формы в закрытой печи, без визуального контроля. Указанные конструктивные элементы могут быть использованы в альтернативном варианте и совместно, в частности для раскатки сложных по форме изделий. В начале раскатки более эффективно использование датчиков нагрузки, поскольку они позволяют определить момент соприкосновения роликов с заготовкой. В процессе раскатки большую точность обеспечивает блок измерения профиля детали, на основе бесконтактной оптоэлектронной системы измерения. Управление станом с выше перечисленными устройствами, механизмами и узлами может быть осуществлено оператором, однако более эффективно оно реализуется с использованием известных элементов автоматических систем, включающих контрольно-измерительную аппаратуру, вышеупомянутые датчики, исполнительные механизмы, компьютер, операционные блоки с элементами сравнения, каналы обратной связи и т.д. The presence of load sensors and sensors profile details provides the ability to conduct rolling parts and obtain the desired shape in a closed furnace, without visual inspection. These structural elements can be used in an alternative embodiment and together, in particular for rolling complex products in shape. At the beginning of rolling, the use of load sensors is more efficient, since they allow you to determine the moment of contact of the rollers with the workpiece. In the process of rolling, the unit for measuring the profile of the part, based on a non-contact optoelectronic measurement system, provides greater accuracy. The mill with the above-mentioned devices, mechanisms and units can be controlled by the operator, however, it is more efficiently implemented using well-known elements of automatic systems, including control and measuring equipment, the above-mentioned sensors, actuators, a computer, operating units with comparison elements, feedback channels etc.
Предлагаемое решение является новым, т. к. конструкция стана в таком исполнении и функциональном предназначении ранее нигде не была раскрыта. Решение является неочевидным, поскольку сочетание признаков обеспечивает достижение задачи изобретения - создание стана, функциональные возможности которого позволяют изготавливать из труднодеформируемых материалов детали высокого качества. Качество обеспечивается максимальным приближением их размеров и формы к окончательным при одновременном формировании в них регламентированной структуры и в конечном счете заданных механических свойств путем соблюдения требуемых температурных и механических условий деформации материала детали. Это осуществляется благодаря тому, что возможности стана позволяют использовать противоречивые свойства труднодеформируемых материалов, как это было пояснено выше. Неочевидно введение и применение в стане устройств с противоположными функциями - одновременного нагрева и охлаждения детали. К неочевидному решению следует также отнести управление движениями роликов с помощью показаний датчиков нагрузки. The proposed solution is new, because the design of the mill in this design and functional purpose has not been previously disclosed. The solution is not obvious, since the combination of features ensures the achievement of the objective of the invention - the creation of a mill, the functionality of which allows us to produce high-quality parts from hard to deform materials. The quality is ensured by the maximum approximation of their sizes and shapes to the final ones, while the formation of a regulated structure and ultimately specified mechanical properties in them by observing the required temperature and mechanical conditions for the deformation of the material of the part. This is due to the fact that the capabilities of the mill allow the use of the contradictory properties of difficult to deform materials, as was explained above. It is not obvious the introduction and use in the camp of devices with opposite functions - simultaneous heating and cooling of the part. A non-obvious solution should also include controlling the movements of the rollers using the readings of the load sensors.
Функциональные возможности стана позволяют воздействовать на формирование структуры в детали так, что оно становится не случайным или зависящим от заданного распределения деформации при формообразовании детали, а регулируемым и направленным на получение детали высокого качества. Это также является неочевидным. The functionality of the mill allows you to influence the formation of the structure in the part so that it does not become random or depends on the specified distribution of deformation during the shaping of the part, but is adjustable and aimed at obtaining high-quality parts. This is also not obvious.
С помощью известных устройств такие эффекты ранее никогда не достигались, поэтому можно сделать вывод о неочевидности предлагаемого решения в целом. With the help of known devices, such effects have never been achieved before, so we can conclude that the proposed solution as a whole is not obvious.
Изобретение поясняется следующими иллюстрациями:
- на фиг. 1 представлена общая схема предлагаемого стана,
- на фиг. 2 показан узел фиксации обрабатываемой детали с исполнительными механизмами;
- на фиг. 3 показано расположение наклонных и нажимного роликов;
- на фиг. 4 показаны исполнительные механизмы, обеспечивающие повороты ролика в плоскостях, перпендикулярных оси и плоскости вращения детали;
- на фиг. 5 изображено устройство для создания в обрабатываемой детали регламентируемого перепада температур (второй вариант );
- на фиг. 6 изображено устройство для создания в обрабатываемой детали регламентируемого перепада температур (третий вариант);
- на фиг. 7 показано расположение блока контроля профиля обрабатываемой детали;
- на фиг. 8 изображена схема, иллюстрирующая работу стана при раскатке сложнопрофильного и несимметричного относительно плоскости, перпендикулярной его оси, диска;
- на фиг. 9 изображена схема, иллюстрирующая работу стана при раскатке детали типа полусфера.The invention is illustrated by the following illustrations:
- in FIG. 1 presents a General scheme of the proposed mill,
- in FIG. 2 shows a unit for fixing a workpiece with actuators;
- in FIG. 3 shows the location of the inclined and pressure rollers;
- in FIG. 4 shows actuators providing rotations of the roller in planes perpendicular to the axis and plane of rotation of the part;
- in FIG. 5 shows a device for creating a regulated temperature difference in a workpiece (second option);
- in FIG. 6 shows a device for creating a regulated temperature difference in a workpiece (third option);
- in FIG. 7 shows the location of the profile control unit of the workpiece;
- in FIG. 8 is a diagram illustrating the operation of the mill during rolling of a complex and asymmetrical disk relative to a plane perpendicular to its axis;
- in FIG. 9 is a diagram illustrating the operation of the mill when rolling a hemisphere-type part.
На фиг. 1 представлена схема стана, содержащего четыре наклонных ролика 1, 2, 3, 4, установленных в раскатных головках 5, 6, 7, 8, закрепленных на поворотных платформах 9, 10, 11, 12, которые смонтированы на подвижных верхних каретках 13, 14, 15, 16 с возможностью их перемещения по направляющим (на фиг. 1 позиция не обозначена), выполненных на нижних каретках 17, 18, 19, 20. В свою очередь последние могут перемещаться по направляющим, выполненным на указанных позициями 21, 22, 23, 24 частях станины. Кроме того, стан содержит исполнительные механизмы вращения роликов в виде двигателей с редуктором 25, 26, 27, 28, соединенных посредством муфт 29, 30, 31, 32 с раскатными головками. Стан содержит две соосно расположенные подвижные траверсы 33, 34 с пинолями 35, 36, установленные в направляющих 37, 38 и предназначенные для фиксации обрабатываемой детали 39, и исполнительные механизмы в виде двигателей с редуктором 40, 41, обеспечивающих посредством муфт 42, 43 вращение пинолей. Стан также снабжен рабочей печью 44 с отверстиями для ввода вращающейся части раскатных головок 5 - 8 с роликами 1 -4 и пинолей 45 - 46. Между частью раскатных головок и стенкой печи установлены подвижные сильфоны 47 - 50 для уменьшения теплопотерь печи. В печи размещена часть устройства для создания в обрабатываемой детали регламентированного перепада температур (1-ый вариант) в виде каналов 51, 52, выполненных в пинолях, которые соединены трубопроводами 53, 54 посредством крана 55 с источником хладагента 56. В печи и пинолях размещены датчики для контроля температуры ( на фиг.1 не показаны). Кроме того, стан снабжен датчиками нагрузки 57 - 60, установленными с возможностью измерения осевой, радиальной и тангенциальной составляющих усилия раскатки, а также датчиками нагрузки в виде датчиков осевых усилий 61, 62 и датчиками моментов 63, 64, установленных в узле фиксации детали. In FIG. 1 is a diagram of a mill containing four
На фиг. 2 показан, узел для фиксации обрабатываемой детали с исполнительными механизмами 65, 66 в виде - гидроцилиндров для осевого перемещения узла фиксации детали, посредством штоков 67, 68, кронштейнов 69, 70 и подшипниковых узлов 71, 72 с пинолями узла фиксации детали. Кроме того, там же показан первый вариант исполнения устройства для создания перепада температур в обрабатываемой детали без отверстия, посредством ее охлаждения с двух сторон от источника хладагента. In FIG. 2 shows a unit for fixing the workpiece with
На фиг. 3 показано расположение наклонных и нажимного 73 роликов, где последний установлен с возможностью вращения в роликодержателе 74, который в свою очередь установлен на подвижной верхней платформе 75 с возможностью перемещения в радиальном направлении по направляющим 76, жестко связанным с нижней платформой 77. В свою очередь нижняя платформа установлена на направляющих 78, закрепленных неподвижно на части 79 станины. In FIG. 3 shows the location of the inclined and push 73 rollers, where the latter is mounted rotatably in the
На фиг. 4 на примере одной раскатной головки с роликом показаны исполнительные механизмы, обеспечивающие повороты наклонного ролика 4 в плоскостях, перпендикулярных его оси и плоскости вращения детали. Видно, что верхняя каретка 16 выполнена из двух, связанных шарниром 80 частей - верхней поворотной 81 и нижней не вращающейся 82. На последней также посредством шарнира 83 закреплен исполнительный механизм-гидроцилиндр - 84, обеспечивающий поворот верхней части каретки относительно нижней, с помощью штока 85 присоединенного к верхней части каретки шарниром 86. In FIG. 4, on the example of one rolling head with a roller, actuators are shown that provide for the rotation of the
На поворотной части 81 каретки установлена с возможностью вращения относительно вертикальной оси в подшипниковом узле 87 платформа - 12 с раскатной головкой 8. С платформой, посредством оси 88, жестко связано червячное колесо 89, а с неподвижной частью каретки червячный винт 90, соединенный через муфту 91 с двигателем 92. Нижняя часть 82 верхней каретки 16 установлена с возможностью перемещения параллельно оси детали на направляющих, жестко связанных с нижней кареткой 20. On the
На фиг. 5 изображено устройство для создания в обрабатываемой детали регламентируемого перепада температур (второй вариант). Оно совмещено с печью 44, включает - нагреватели 93, которые расположены в печи на концентрических окружностях, соосных с обрабатываемой деталью, каждый нагреватель размещен в углублениях стенок 94 и 95 и имеет собственный отражатель 96. Нагреватели подобраны по мощности с возможностью градиентного нагрева обрабатываемых детали и имеют автономные электрические контакты 97, соединенные проводом 98 с источником электроэнергии ( последний на фиг. 5 не показан). In FIG. 5 shows a device for creating a regulated temperature difference in a workpiece (second option). It is combined with the
На фиг. 6 изображено устройство для создания в обрабатываемой детали регламентируемого перепада температур (третий вариант), выполненное в виде каналов 99 в ролике с выходами, расположенными на его торцевой поверхности и соединенных посредством отверстия 100 в раскатной головке 29 и трубопроводов 101 с краном распределителем 48. In FIG. 6 shows a device for creating a regulated temperature difference in the workpiece (the third option), made in the form of
На фиг. 7 показано расположение блока контроля профиля детали с датчиками 102, 103, установленными вне печи с возможностью излучения сфокусированных падающих лучей через прозрачные части 104, 105 стенки печи на поверхность детали и поворота своих оптических осей в пределах ее габаритных размеров детали и линейными фотоприемниками 106,107 отраженных лучей. Кроме того, фотоприемники 106, 107 являются одновременно и дополнительными датчиками температуры, установленными с возможностью замера температуры в обрабатываемой детали и связанными через систему управления ( на фиг. 7 не показана) с устройством для создания в обрабатываемой детали регламентированного перепада температур. In FIG. 7 shows the location of the part profile control unit with
Примеры использования устройства. Examples of using the device.
Пример 1. Заготовка детали 39 из сплава ЭП962 с ультрамелкозернистой структурой, нагретая вместе с центрирующей ее осью устанавливается между пинолями узла фиксации в печи. Далее она фиксируется путем сжатия пинолями ее ступицы. Для создания наибольшей площади контакта между деталью и пинолями последние сначала сжимают ступицу с усилиями, приводящими к ее пластической деформации, а затем усилия снижаются до значений обеспечивающих лишь упругие деформации в ступице. Контроль усилий сжатия и деформации детали выполняется с помощью соответствующих датчиков. После этого с помощью исполнительных механизмов деталь вместе с пинолями приводится во вращение. Введение вращающихся роликов в соприкосновение с деталью в начальном положении перед раскаткой производится с помощью датчиков нагрузки, которые реагируют на усилие соприкосновения роликов с деталью соответствующим сигналом. Кроме того, при этом используются показания датчиков положения раскатных головок для установки роликов под нужным углом и на заданном диаметре детали, а также датчиков скоростей вращения для согласования скоростей вращения детали и каждого из роликов. Одновременно датчики профиля настраиваются на исходное положение поверхностей обрабатываемой детали в зоне, близкой к месту соприкосновения роликов с деталью. Затем включается устройство для создания в детали регламентированного перепада температур. Нагреватели этого устройства подогревают раскатываемую часть до температуры деформации, а посредством узла фиксации по каналам в пинолях к ступице подается холодный воздух, охлаждающий ступичную часть. Температура нагрева и охлаждения детали в первом приближении регулируется с помощью датчиков температуры, установленными в печи и в зоне охлаждения в пинолях. Дополнительный контроль за распределением температуры в детали и ее коррекция производится с помощью приемника блока контроля профиля, выполненного в виде фотолинейки, реагирующей соответствующими сигналами на величину и распределение излучения от различных точек поверхности нагретого диска. После достижения в обрабатываемой детали температуры деформации и перепада температур между раскатываемой частью и ступицей начинается процесс раскатки путем внедрения их в раскатываемую часть и перемещения по радиусу согласно программе, обеспечивающей формообразование заданного профиля детали. В процессе раскатки в случае отклонения от заданного профиля, обусловленного влиянием различных факторов (температурными, упругими деформациями инструмента, неоднородностью исходной структуры материала, изменением усилий и моментов раскатки и другими случайными или систематическими причинами) производится регулировка режима раскатки с помощью датчиков нагрузки и/или с помощью датчика профиля детали, которые воздействуют посредством своих сигналов на различные исполнительные механизмы стана. Так например, если при раскатке диска, эти отклонения приводят к увеличению толщины его полотна или наблюдается тенденция к его локальному искривлению в зоне раскатки, то корректируется работа исполнительных механизмов, определяющих положение роликов. Если происходит деформация раскатанной части диска, то корректируется работа устройства для создания в заготовке регламентированного перепада температур и/или исполнительных механизмов, изменяющих усилия и моменты на инструменте и заготовке. Так если происходит утонение раскатанной части полотна, то возникающий сигнал рассогласования используется для устранения этого процесса различными путями. Сначала путем увеличения интенсивности охлаждения детали, используя каналы, выполненные в пинолях, затем - в роликах. Если это не дает должного эффекта, следует команда на отключение муфт от исполнительных механизмов принудительного вращения детали и части роликов, вплоть до варианта раскатки принудительным вращением только одного ролика или только детали. Наконец, если указанные действия не дают должного эффекта, то снижается скорость деформации, т.е. скорость перемещения инструмента или позиция инструмента, путем его поворота в плоскостях, перпендикулярных оси вращения. Example 1. The procurement of a
В примере 1 продемонстрировано сочетание нескольких вариантов конструктивного исполнения устройства для создания в обрабатываемой детали регламентированного перепада температур. Это является наиболее эффективным при промышленной реализации изобретения. Example 1 demonstrates the combination of several design options for the device to create a regulated temperature difference in the workpiece. This is most effective in the industrial implementation of the invention.
Пример 2. Работа стана при раскатке детали из заготовки с мелкозернистой структурой из сплава ЭП962 с конфигурацией, указанной на фиг. 8. Цель - получение необходимой конфигурации и регламентированной структурой по сечению, изменяющейся от мелкозернистой в ступице, типа ожерелье в полотне и крупнозернистой в ободе. Example 2. The operation of the mill when rolling parts from a workpiece with a fine-grained structure made of EP962 alloy with the configuration indicated in FIG. 8. The goal is to obtain the necessary configuration and a regulated cross-sectional structure, changing from fine-grained in the hub, such as a necklace in a cloth and coarse-grained in a rim.
Работа стана производится также, как и в примере 1, но с учетом следующих особенностей работы, обусловленных необходимостью получения заданной конфигурации и регламентированной структуры по сечению. The work of the mill is carried out as in example 1, but taking into account the following features of the work, due to the need to obtain a given configuration and a regulated structure for the cross section.
После выполнения действий на стане, необходимых для начала раскатки описанных в примере. Ролики перемешают от точки А до точки Б (фиг. 8 а). При этом к середине пути между точками А и Б температуру в детали с помощью устройства для регламентированного перепада температур повышают в раскатываемой части и не изменяют в ступице. Повышение температуры в раскатываемой части и выдержка сплава при этой температуре производятся до момента укрупнения в ней зерен до размера 60-80 мкм. Для данного сплава это составляет около 1150-1170oC - 10-20 мин. Затем вновь температуру детали в раскатываемой части снижают посредством устройства для регламентированного перепада температур до значений, близких к исходной. Это контролируется датчиками температуры в заготовке. Далее от точки Б до точки В (фиг. 8б) раскатка ведется при постоянной температуре в раскатываемой части. Процесс оформления реборды у диска начинается в точке В. Ролик 1 получает команды для движения, обеспечивающего обход им контура реборды по точкам детали (В, Г, Д, Е). Ролик 2 замедляет движение на соответствующем отрезке, поскольку при этом важно соблюдение условия соотношения F1•S1 = F2•S2 т.е. равенства усилий (фиг.8в, г).After performing the actions on the mill, necessary to start rolling described in the example. The rollers are mixed from point A to point B (Fig. 8 a). In this case, by the middle of the path between points A and B, the temperature in the part is increased with the help of a device for a regulated temperature difference in the rolling part and does not change in the hub. The temperature increase in the rolling part and the aging of the alloy at this temperature are carried out until the grains in it are enlarged to a size of 60-80 microns. For this alloy, this is about 1150-1170 o C - 10-20 minutes Then again the temperature of the part in the rolling part is reduced by means of a device for a regulated temperature difference to values close to the original. This is monitored by temperature sensors in the workpiece. Further, from point B to point C (Fig. 8b), rolling is carried out at a constant temperature in the rolling part. The process of forming the flanges at the disk starts at
Далее ролик 1 выполняет движение от точки Е в обратном направлении по радиусу до точки Е' для того, чтобы поднять высоту реборды за счет уменьшения ее толщины (фиг. 8г). При этом ролик 2 ставится в суперпозицию верхнему ролику так, чтобы соблюдалось равновесие моментов между ними. Next, the
После оформления реборды, а об окончании этого судят посредством датчика профиля, ролики возвращаются до точки Ж и далее перемещаются в радиальном направлении до точки 3. При окончательной раскатке ободной части диска изменяется режим работы устройства для регламентированного перепада температур. Повышается температура нагрева обода, но не выше температуры при которой происходит огрубление структуры или наблюдается появление разнозернистости. Одновременно интенсифицируется подача хладагента в пиноли и на раскатанную часть диска с целью поддерживания в них температуры на 30-50oC ниже температуры полного растворения γ′- фазы (Tп.р.γ). В заключительном этапе раскатки, когда диск раскатан до размера составляющего 85-90% от окончательного диаметра, к его ободной части подводится нажимной ролик и совместным перемещением нажимного и наклонных роликов окончательно оформляют эту часть диска. При этом путем выбора скоростей перемещения или усилий на нажимном и наклонных роликах раскатку обода производят с уширением, т.е. ростом высоты (толщины обода). Кроме того, при оформлении высокого обода, превышающего ширину рабочей поверхности нажимного ролика, последний периодически сдвигают его вдоль оси диска от нижнего ролика к верхнему и наоборот до тех пор, пока блок профиля не сигнализирует об окончании раскатки. При этом используются возможности остановки и реверса работы исполнительных механизмов стана.After completing the flanges, and the end of this is judged by means of a profile sensor, the rollers return to point G and then move in the radial direction to
Пример 3. Работа стана при раскатке детали типа полусфера из титанового сплава ВТ9 (фиг. 9). Нагретая до температуры деформации 950 заготовка детали устанавливается и зажимается в пинолях. Затем включаются исполнительные механизмы, обеспечивающие подвод роликов к детали и ее раскатку. Example 3. The operation of the mill when rolling parts such as a hemisphere of titanium alloy VT9 (Fig. 9). A workpiece heated to a deformation temperature of 950 is installed and clamped in pins. Then actuators are turned on, providing a supply of rollers to the part and its rolling.
Особенность раскатки полусферической детали заключается в том, что по мере изменения положения роликов, перемещающихся в радиальном направлении по определенной программе подаются команды на исполнительные механизмы осевого перемещения пинолей для их совместного (синхронного) смещения относительно исходного положения на величину, обеспечивающую необходимую кривизну детали. На фиг. 9а, б, в, показаны различные фазы изготовления детали типа полусфера, где символами δ1 и δ2 обозначены величины смещения пинолей. Контроль и коррекция формоизменения этой детали при раскатке производилось посредством датчика профиля.The peculiarity of rolling a hemispherical part is that, as the position of the rollers moving in the radial direction changes according to a certain program, commands are issued to the actuators for the axial movement of the pins for their joint (synchronous) displacement relative to the initial position by an amount that provides the necessary curvature of the part. In FIG. 9a, b, c, the various phases of manufacturing a hemisphere-type part are shown, where δ 1 and δ 2 indicate the values of the bias of the pins. The control and correction of the shape change of this part during rolling was carried out by means of a profile sensor.
Изобретение предназначено для использования в авиадвигателестроении, энергомашиностроении в других областях машиностроения там, где используются осесимметричные детали ответственного назначения, выполняемые из жаропрочных сталей и сплавов, на основе никеля, титана, интерметаллидов. The invention is intended for use in aircraft engine building, power engineering in other areas of engineering where axisymmetric critical components are used made of heat-resistant steels and alloys based on nickel, titanium, intermetallic compounds.
Примеры использования устройства и графические материалы подтверждают возможность осуществления устройства в том виде, как оно охарактеризовано в самостоятельном пункте нижеизложенной формулы изобретения. Examples of the use of the device and graphic materials confirm the possibility of implementing the device in the form as described in an independent paragraph of the claims below.
Стан при его осуществлении способен обеспечить технический результат в соответствии с задачей изобретения. The mill during its implementation is able to provide a technical result in accordance with the objective of the invention.
Источники информации, принятые во внимание
1. A.C.(CCCP) N 275039, МКИ B 21 H 1/02.Sources of information taken into account
1. AC (CCCP) N 275039, MKI B 21
2. Заявка Японии N 61-11696. 2. Japanese application N 61-11696.
3. Патент РФ N 2031753, МКИ B 21 H 1/02. 3. RF patent N 2031753, MKI B 21
Claims (12)
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU97111607A RU2134175C1 (en) | 1997-07-14 | 1997-07-14 | Axisymmetric part manufacture mill |
| US09/254,888 US6158261A (en) | 1997-07-14 | 1998-07-12 | Mill for producing axially symmetric parts |
| DE69812861T DE69812861T2 (en) | 1997-07-14 | 1998-07-13 | ROLLING MILL FOR THE PRODUCTION OF AXIAL-SYMMETRICAL PARTS |
| EP98934469A EP0925130B1 (en) | 1997-07-14 | 1998-07-13 | Mill for producing axially symmetric parts |
| PCT/US1998/014454 WO1999003617A1 (en) | 1997-07-14 | 1998-07-13 | Mill for producing axially symmetric parts |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU97111607A RU2134175C1 (en) | 1997-07-14 | 1997-07-14 | Axisymmetric part manufacture mill |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU97111607A RU97111607A (en) | 1999-06-27 |
| RU2134175C1 true RU2134175C1 (en) | 1999-08-10 |
Family
ID=20195101
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU97111607A RU2134175C1 (en) | 1997-07-14 | 1997-07-14 | Axisymmetric part manufacture mill |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0925130B1 (en) |
| DE (1) | DE69812861T2 (en) |
| RU (1) | RU2134175C1 (en) |
| WO (1) | WO1999003617A1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2725455C1 (en) * | 2019-08-15 | 2020-07-02 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт машиноведения им. А.А. Благонравова Российской академии наук (ИМАШ РАН) | Method of making hollow shafts from heat-resistant alloys and steels and device for its implementation |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7487657B2 (en) * | 2007-01-19 | 2009-02-10 | Hegenscheidt-Mfd Gmbh & Co. Kg | Deep rolling head of a deep rolling tool for the deep rolling of crankshafts |
| TR201809473A2 (en) * | 2018-07-03 | 2018-07-23 | Tusas Motor Sanayii Anonim Sirketi | A ROTATIONAL SYMMETRIC AND NON-SYMMETRIC PLASTIC FORMING MACHINE |
| KR102088359B1 (en) * | 2019-09-03 | 2020-03-12 | 임준규 | Roll forming dies assembly |
Family Cites Families (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2750820A (en) * | 1953-08-25 | 1956-06-19 | Budd Co | Method for roll-forging an annular disk |
| JPS54101757A (en) * | 1978-01-27 | 1979-08-10 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Forming roll |
| SU727287A1 (en) * | 1978-07-10 | 1980-04-15 | Институт черной металлургии | Method of manufacturing seamless rolled wheels |
| JPS6020106B2 (en) * | 1981-07-31 | 1985-05-20 | トヨタ自動車株式会社 | Hot ring rolling mill equipment |
| JPS60124427A (en) * | 1983-12-08 | 1985-07-03 | Agency Of Ind Science & Technol | Controlling method of rolling mill |
| JPS60124428A (en) * | 1983-12-08 | 1985-07-03 | Agency Of Ind Science & Technol | Rolling mill controlling method of discoid blank section |
| US4820358A (en) * | 1987-04-01 | 1989-04-11 | General Electric Company | Method of making high strength superalloy components with graded properties |
| SU1491603A1 (en) * | 1987-08-17 | 1989-07-07 | Нижнеднепровский Трубопрокатный Завод Им.Карла Либкнехта | Method and apparatus for rolling railway wheels |
| RU2031753C1 (en) * | 1992-07-21 | 1995-03-27 | Всероссийский научно-исследовательский институт технической физики | Device to roll out |
| DE4429801C2 (en) * | 1994-08-23 | 1997-06-26 | Leifeld Gmbh & Co | Method for splitting a round blank made of metal and device for carrying out the method |
| DE19545177B4 (en) * | 1995-12-04 | 2005-11-17 | Leifeld Metal Spinning Gmbh | Method for spin forming a workpiece |
| RU2119842C1 (en) * | 1996-06-21 | 1998-10-10 | Институт проблем сверхпластичности металлов РАН | Method for manufacturing axially symmetrical parts and blank making process for performing the same |
-
1997
- 1997-07-14 RU RU97111607A patent/RU2134175C1/en not_active IP Right Cessation
-
1998
- 1998-07-13 DE DE69812861T patent/DE69812861T2/en not_active Expired - Lifetime
- 1998-07-13 EP EP98934469A patent/EP0925130B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1998-07-13 WO PCT/US1998/014454 patent/WO1999003617A1/en active IP Right Grant
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2725455C1 (en) * | 2019-08-15 | 2020-07-02 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт машиноведения им. А.А. Благонравова Российской академии наук (ИМАШ РАН) | Method of making hollow shafts from heat-resistant alloys and steels and device for its implementation |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE69812861D1 (en) | 2003-05-08 |
| EP0925130A1 (en) | 1999-06-30 |
| WO1999003617A1 (en) | 1999-01-28 |
| DE69812861T2 (en) | 2004-01-22 |
| EP0925130B1 (en) | 2003-04-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5391862A (en) | Induction heating system for a near net shaped gear blank | |
| Duflou et al. | Improved SPIF performance through dynamic local heating | |
| Allwood et al. | The development of ring rolling technology | |
| EP1728567B1 (en) | Method and apparatus for vacuum forming a flat metal sheet into a thin bowl-like body as well as the use of the method and the apparatus | |
| EP1439933B1 (en) | Apparatus and method for forming weld joints having compressive residual stress patterns | |
| US4150279A (en) | Ring rolling methods and apparatus | |
| EP2883629B1 (en) | Spinning molding device and molding method | |
| US8863565B2 (en) | Three-dimensionally bending machine, bending-equipment line, and bent product | |
| JPS59203807A (en) | Method and device for operating turbine rotor | |
| KR100294059B1 (en) | Apparatus and method for precision gear finishing by controlled deformation | |
| RU2119842C1 (en) | Method for manufacturing axially symmetrical parts and blank making process for performing the same | |
| Allwood et al. | The development of ring rolling technology–part 2: investigation of process behaviour and production equipment | |
| RU2134175C1 (en) | Axisymmetric part manufacture mill | |
| WO1997048509A9 (en) | Method for producing axially symmetric parts and the article | |
| GB2256824A (en) | Fabrication of pressure vessels | |
| Eruç et al. | A summary of ring rolling technology—II. Recent trends in process modeling, simulation, planning, and control | |
| US6158261A (en) | Mill for producing axially symmetric parts | |
| CN112275977A (en) | Disc rolling forming system and method | |
| US5365763A (en) | Device for shaping of helical fins on the outer wall of a tube | |
| Schmoeckel et al. | Tooling and process control for splitting of disk blanks | |
| US5129249A (en) | Process and apparatus for forming a circular lip around an opening | |
| WO2000065105A1 (en) | Method for strengthening of rolling element bearings by thermal-mechanical net shape finish forming technique | |
| CN110434564B (en) | Manufacturing process of high-strength square U-shaped bolt | |
| JPS6310033A (en) | Ring rolling method | |
| CN1372498A (en) | Casting roller |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160715 |