RU2368448C1

RU2368448C1 - Manufacturing method of products of type stepped shaft by cross-wedge rolling

Info

Publication number: RU2368448C1
Application number: RU2008106994/02A
Authority: RU
Inventors: Гражина Валерьевна Кожевникова (BY); Гражина Валерьевна Кожевникова
Original assignee: Государственное Научное Учреждение "Физико-Технический Институт Национальной Академии Наук Беларуси"
Priority date: 2008-02-22
Filing date: 2008-02-22
Publication date: 2009-09-27

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: it is implemented shaping of barstock by means of redistribution of metal lengthways the axis of blank by means of movable across axis at least two wedge-like tools. At least to tone wedge-like tool it is applied additional reciprocative transportation on-the-mitre from 0° up to 90° to direction of its main motion with amplitude of oscillation from 0.002d up to 0.02d and frequency more than 10v/(πd), where: d - diametre of barstock, mm, v - rolling rate, mm/s.

EFFECT: fatigue strength of shafts is increased, surface smoothness of shafts is also increased, effort of operation drive of mill is reduced and power consumption is reduced.

3 dwg

Description

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано для получения деталей, преимущественно типа ступенчатых валов, посредством поперечно-клиновой прокатки.The invention relates to the processing of metals by pressure and can be used to obtain parts, mainly of the type of stepped shafts, by means of cross-wedge rolling.

Известен способ получения деталей из прутка путем поперечно-клиновой прокатки, включающий формообразование прутковой заготовки путем перераспределения металла вдоль оси заготовки движущимися поперек оси заготовки, по крайней мере, двумя клиновыми инструментами [1].A known method of producing parts from a bar by cross-wedge rolling, including the shaping of the bar stock by redistributing the metal along the axis of the workpiece moving across the axis of the workpiece, at least two wedge tools [1].

Недостатком этого способа является вскрытие осевой полости, известное как эффект Маннесмана, которое является одним из основных ограничений, налагаемых на процесс поперечно-клиновой прокатки.The disadvantage of this method is the opening of the axial cavity, known as the Mannesman effect, which is one of the main restrictions imposed on the transverse wedge rolling process.

Известен способ изготовления изделий типа ступенчатых валов, при котором осуществляют разрезку прутковой заготовки на мерные длины, нагрев заготовки и поперечно-клиновую прокатку заготовки с обрезкой концевых отходов. Перед прокаткой в устройстве для упрочнения давлением нагретые заготовки продавливают через сообщенные каналы для интенсивного деформирования сдвигом. Способ позволяет увеличить степень деформации процесса и расширить технологические возможности поперечно-клиновой прокатки [2].A known method of manufacturing products such as stepped shafts, in which they cut the bar stock into measured lengths, heat the workpiece and cross-wedge rolling the workpiece with trimmed end waste. Before rolling in the device for pressure hardening, heated billets are pressed through the communicated channels for intensive shearing. The method allows to increase the degree of deformation of the process and expand the technological capabilities of transverse wedge rolling [2].

Однако известный способ не позволяет существенно снизить вероятность вскрытия осевой полости при поперечно-клиновой прокатке.However, the known method does not significantly reduce the likelihood of opening the axial cavity during transverse wedge rolling.

Задачей предлагаемого изобретения является снижение вероятности вскрытия осевой полости, повышение усталостной прочности валов, увеличение чистоты поверхности валов, уменьшение усилия рабочего привода стана, снижение энергопотребления процесса.The objective of the invention is to reduce the likelihood of opening the axial cavity, increase the fatigue strength of the shafts, increase the cleanliness of the surface of the shafts, reduce the effort of the drive of the mill, reduce the energy consumption of the process.

Поставленная задача решается следующим образом. В известном способе изготовления изделий типа ступенчатых валов поперечно-клиновой прокаткой, включающем формообразование прутковой заготовки путем перераспределения металла вдоль оси заготовки движущимися поперек оси, по крайней мере, двумя клиновыми инструментами, по крайней мере, к одному клиновому инструменту налагают дополнительное возвратно-поступательное перемещение под углом от 0° до 90° к направлению его рабочего движения с амплитудой колебаний от 0,002d до 0,02d и частотой более 10v/(πd), где d - прокатываемый диаметр, v - скорость прокатки.The problem is solved as follows. In the known method of manufacturing products such as stepped shafts by transverse wedge rolling, comprising shaping a bar stock by redistributing the metal along the axis of the workpiece moving at least two wedge tools across the axis along at least one wedge tool, an additional reciprocating movement is imposed under angle from 0 ° to 90 ° to the direction of its working movement with an oscillation amplitude from 0.002d to 0.02d and a frequency of more than 10v / (πd), where d is the rolled diameter, v is the speed of Attack.

На фиг.1 показана схема осуществления предлагаемого способа. На фиг.2 показаны поля линий скольжения, полученные методом графического построения, и распределение относительного гидростатического давления Р/К (Р - гидростатическое давление, К - пластическая постоянная) в очаге деформации при поперечно-клиновой прокатке предложенным и известным способом. На фиг.3 показано распределение остаточной пластичности по длине детали - ось ПСХ-01.616 при прокатке предложенным и известным способом.Figure 1 shows a diagram of the implementation of the proposed method. Figure 2 shows the fields of the slip lines obtained by graphical construction, and the distribution of the relative hydrostatic pressure P / K (P is the hydrostatic pressure, K is the plastic constant) in the deformation zone during transverse wedge rolling by the proposed and known method. Figure 3 shows the distribution of residual ductility along the length of the part - axis PSX-01.616 during rolling by the proposed and known method.

Способ осуществляется следующим образом. Предварительно нагретая до температуры прокатки заготовка 1 (фиг.1), имеющая диаметр D, прокатывается между верхним 2 и нижним 3 клиновыми инструментами. Верхний 2 и нижний 3 клиновые инструменты движутся поперек оси заготовки 1 параллельно один другому навстречу друг другу со скоростью прокатки v. Оба инструмента имеют боковые наклонные грани, которые заставляют перемещаться избытки металла по направлению к торцам, тем самым удлиняя заготовку 1, а оставшаяся часть металла прокатывается между клиновыми инструментами 2 и 3, приобретая профиль получаемой детали с прокатываемым диаметром d. К нижнему клиновому инструменту 3 наложено дополнительное возвратно-поступательное перемещение в направлении

под углом φ по отношению к направлению его рабочего движения

.The method is as follows. Pre-heated to rolling temperature, the workpiece 1 (figure 1), having a diameter D, is rolled between the upper 2 and lower 3 wedge tools. The upper 2 and lower 3 wedge tools move across the axis of the workpiece 1 parallel to one another towards each other with a rolling speed v. Both tools have lateral inclined faces that cause excess metal to move towards the ends, thereby extending the workpiece 1, and the remaining metal is rolled between the

wedge tools

2 and 3, acquiring the profile of the resulting part with a rolling diameter d. An additional reciprocating movement is applied to the lower wedge tool 3

at an angle φ with respect to the direction of its working movement

.

Величина угла φ находится в пределах от 0° до 90°. При φ=0° дополнительное возвратно-поступательное перемещение

накладывается на вектор рабочего движения

, и в итоге нижний клиновой инструмент 3 совершает возвратно-поступательное движение с преобладанием перемещения по ходу прокатки. При φ=90° рабочее движение

постоянно, и нижний клиновой инструмент совершает колебательные движения перпендикулярно направлению прокатки. В диапазоне 0°<φ<90° имеют место оба вышеперечисленных перемещения нижнего клинового инструмента 3.The angle φ ranges from 0 ° to 90 °. At φ = 0 ° additional reciprocating movement

superimposed on the vector of labor movement

, and as a result, the lower wedge tool 3 performs a reciprocating movement with a predominance of movement along the rolling path. At φ = 90 ° working movement

constantly, and the lower wedge tool makes oscillatory movements perpendicular to the rolling direction. In the range 0 ° <φ <90 °, both of the above movements of the lower wedge tool 3 take place.

Наложение колебательного движения

под углом 0°<φ<90° к направлению его рабочего движения

на один из клиновых инструментов обеспечивает дискретную деформацию заготовки, состоящую из множества локальных деформаций с незначительными обжатиями, вследствие чего уменьшается контактная поверхность заготовки с инструментом и изменяется напряженно-деформированное состояние в очаге деформации: возрастают накопленные деформации в приконтактном слое и возрастают сжимающие гидростатические давления в очаге деформации.Imposition of vibrational motion

at an angle of 0 ° <φ <90 ° to the direction of its working movement

one of the wedge instruments provides a discrete deformation of the workpiece, consisting of many local deformations with insignificant reductions, as a result of which the contact surface of the workpiece with the tool decreases and the stress-strain state in the deformation zone changes: accumulated deformations in the contact layer increase and compressive hydrostatic pressure in the center increases deformation.

Методом графического построения полей линий скольжения построены поля линий скольжения и найдено распределение гидростатических давлений в очаге деформации при поперечно-клиновой прокатке предложенным способом (фиг.2,а) и известным способом (фиг.2,б). Наглядно виден рост сжимающих гидростатических давлений при прокатке предложенным способом, вследствие чего многократно снижается вероятность вскрытия осевой полости.By the method of graphical construction of the fields of slip lines, the fields of slip lines were constructed and the distribution of hydrostatic pressures in the deformation zone was found during transverse wedge rolling by the proposed method (Fig. 2, a) and the known method (Fig. 2, b). The growth of compressive hydrostatic pressures during rolling by the proposed method is clearly visible, as a result of which the probability of opening the axial cavity is greatly reduced.

Амплитуда колебаний возвратно-поступательного движения нижнего клинового инструмента 3 находится в пределах от 0,002d до 0,02d. При амплитуде менее 0,002d колебания клинового инструмента будут на уровне упругих деформаций стана, и положительный эффект не будет достигаться. При амплитуде более 0,02d очаг деформации проникнет на ось заготовки, что исключит эффект увеличения сжимающих гидростатических давлений и не позволит достичь цели изобретения.The oscillation amplitude of the reciprocating motion of the lower wedge tool 3 is in the range from 0.002d to 0.02d. With an amplitude of less than 0.002d, the wedge tool oscillations will be at the level of the elastic deformations of the mill, and a positive effect will not be achieved. With an amplitude of more than 0.02 d, the deformation zone will penetrate the axis of the workpiece, which will exclude the effect of an increase in compressive hydrostatic pressures and will not achieve the objective of the invention.

Величина частоты колебаний возвратно-поступательного движения нижнего клинового инструмента 3 должна быть больше значения выражения 10v/(πd). При прокатке с частотой колебаний менее указанного значения не произойдет уменьшения контактной поверхности, и очаг деформации проникнет на ось заготовки, что исключит эффект снижения вероятности вскрытия осевой полости и не позволит достичь цели изобретения.The value of the oscillation frequency of the reciprocating motion of the lower wedge tool 3 should be greater than the value of the expression 10v / (πd). When rolling with an oscillation frequency less than the specified value, the contact surface will not decrease, and the deformation zone will penetrate the axis of the workpiece, which will eliminate the effect of reducing the likelihood of opening the axial cavity and will not achieve the objective of the invention.

Предложенный способ поперечно-клиновой прокатки за счет увеличения накопленных деформаций в приконтактном слое приводит к изменению зерна металла в этой области заготовки и, как следствие, к повышению усталостной прочности прокатанных валов.The proposed method of transverse wedge rolling by increasing the accumulated deformations in the contact layer leads to a change in the grain of the metal in this area of the workpiece and, as a result, to an increase in the fatigue strength of the rolled shafts.

За счет того что одни и те же участки многократно локально деформируются, возрастает чистота поверхности прокатанных валов.Due to the fact that the same sections are repeatedly locally deformed, the surface cleanliness of the rolled shafts increases.

Дополнительное возвратно-поступательное перемещение клинового инструмента осуществляется за счет установки дополнительного привода в конструкции стана поперечно-клиновой прокатки. Это позволяет перераспределить необходимое для деформирования заготовки усилие прокатки, тем самым уменьшить усилие рабочего привода стана и, как следствие, снизить давление в гидроприводе, что позволит повысить скорость движения гидроцилиндра и увеличить производительность оборудования.Additional reciprocating movement of the wedge tool is carried out by installing an additional drive in the design of the transverse wedge rolling mill. This allows you to redistribute the rolling force necessary for deforming the workpiece, thereby reducing the force of the working drive of the mill and, as a result, reduce the pressure in the hydraulic drive, which will increase the speed of the hydraulic cylinder and increase the productivity of the equipment.

Уменьшение востребованности пластичности металла заготовки позволяет уменьшить температуру ее нагрева и соответственно приводит к снижению энергопотребления процесса.Reducing the demand for plasticity of the metal of the workpiece allows you to reduce the temperature of its heating and, accordingly, reduces the energy consumption of the process.

В ГНУ «ФТИ НАН Беларуси» проводились испытания на примере поперечно-клиновой прокатки оси сельскохозяйственного комбайна (ПСХ-01.616). Из прутка стали Ст.3 диаметром 25 мм нарезали мерные заготовки длиной 140 мм. Заготовку нагревали до температуры 1473К и прокатывали на стане поперечно-клиновой прокатки с плоским клиновым инструментом по известному способу со скоростью прокатки v=500 мм/с и с дополнительным возвратно-поступательным перемещением под углом 45° к направлению его рабочего движения с амплитудой колебаний 0,01=0,25 мм и частотой 130 с^-1. Ресурс пластичности в различных сечениях прокатываемой заготовки определяется методом прокатки дискообразного образца [1, стр.125-128]. Результаты представлены на фиг.3, где наглядно видно, что ресурс пластичности при поперечно-клиновой прокатке предложенным способом на 18% выше, чем при поперечно-клиновой прокатке известным способом. Увеличение ресурса пластичности на 18% снижает вероятность вскрытия полости в несколько раз.The SSI “FTI NAS of Belarus” conducted tests using the example of cross-wedge rolling of the axis of an agricultural combine (PSX-01.616). From a steel bar St.3 with a diameter of 25 mm, measured billets were cut with a length of 140 mm. The billet was heated to a temperature of 1473K and rolled on a cross-wedge rolling mill with a flat wedge tool according to the known method with a rolling speed v = 500 mm / s and with additional reciprocating movement at an angle of 45 ° to the direction of its working movement with an oscillation amplitude of 0, 01 = 0.25 mm and a frequency of 130 s ^-1 . The plasticity resource in various sections of the rolled billet is determined by the method of rolling a disk-shaped sample [1, p.125-128]. The results are presented in figure 3, where it is clearly seen that the ductility resource during transverse wedge rolling by the proposed method is 18% higher than when transverse wedge rolling by a known method. An increase in the plasticity resource by 18% reduces the likelihood of opening the cavity several times.

Чистота поверхности прокатанных заготовок по предложенному способу возросла до 0,6 Ra, когда при изготовлении по известному способу она составляет 12,5 Ra. Усталостная прочность прокатанных валов возросла в 2 раза.The surface finish of the rolled billets according to the proposed method increased to 0.6 Ra, when in the manufacture according to the known method it is 12.5 Ra. The fatigue strength of the rolled shafts increased by 2 times.

Предложенный способ изготовления изделий типа ступенчатых валов поперечно-клиновой прокаткой найдет широкое применение при изготовлении деталей типа ступенчатых валов на РУП «Минский тракторный завод», РУП «МАЗ», ОАО «БЕЛКАРД» (Гродненский завод карданных валов) и других машиностроительных заводов республики.The proposed method for manufacturing products such as stepped shafts by wedge rolling will find wide application in the manufacture of parts such as stepped shafts at the Minsk Tractor Plant RUE, MAZ RUE, BELKARD OJSC (Grodno driveshaft plant) and other engineering plants of the republic.

Источники информацииInformation sources

1. Щукин В.Я. Основы поперечно-клиновой прокатки. - Мн.: Наука и техника, 1986. - 223 с.1. Schukin V.Ya. Basics of cross wedge rolling. - Мn .: Science and technology, 1986. - 223 p.

2. Способ изготовления деталей с удлиненной осью: а.с. 997327 СССР, МКИ 5 B21H 1/18 / А.Н.Давидович, В.Я.Щукин, В.А.Клушин, В.И.Садко, Н.М.Скребец, Е.Т.Мурашко; Физико-технический институт АН Белорусской ССР. - №2909885, заявл. 18.04.80, зарегистрировано 14.10.82.2. A method of manufacturing parts with an elongated axis: and.with. 997327 USSR, MKI 5 B21H 1/18 / A.N. Davidovich, V.Ya. Shchukin, V.A. Klushin, V.I.Sadko, N.M. Skrabets, E.T. Murashko; Institute of Physics and Technology of the Belorussian SSR. - No. 2909885, declared 04/18/80, registered 10/14/82.

Claims

A method of manufacturing stepped shafts by wedge rolling, including shaping a bar stock by redistributing the metal along the axis of the workpiece by means of at least two wedge tools moving across the axis, characterized in that at least one wedge tool is imposed with an additional reciprocating movement under an angle from 0 to 90 ° to the direction of its working movement with an oscillation amplitude of 0.002d to 0.02d and a frequency of more than 10v / (πd), where d is the diameter of the bar stock, mm; v is the rolling speed, mm / s.