SU1636453A1 - Способ обработки кольцевых заготовок из высокопрочных сплавов - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к способу обработки кольцевых из высокопрочных сплавов. Цечь - повышение качества обработки. Кольцевую заготовку (3) 1 усганаолнваюг на расположенные по окружное i и формующие ролики (Р) 2, раздают до состо ни  пластического раст жени , подвод т ответные приводные Р 3, включают вращение 3 1 со скоростью, рассчитанной по предложенному соотношению, включают электронагрев. Подвод электротока осуществл ют к двум диаметрально противоположным участкам кольцевой 3 1 дл  симметричного нагрева ее полупе- римегров. Контактное давление 3 1 на гокоподвод щие формующие Р обеспечивают опредспенным усилием радиальной раздачи Р, необходимым дл  пластического Формообразовани  3. Подвод электротока осуществл ют при вращении 3, иначе она привариваетс  к токоподво- дам в Mi4 гах контакте из-за большой плотности тока на MPJTOH площадке, нагрев кольцевой заготовки до номинальной температуры Тц контролируют на свободном учат гке между Формующими (раздающими) Р, регулиру  величину подводимого электротока изменением напр жени  в электроцепи нагрева. Использование предлагаемого способа позвол ет снизить материальные, трудовые и энергетические затраты при изготовлении кольцевых 3 из труднодеформируемых сплавов. 1 ил. Ј (Л

Description

- « -

где Д - коэффициент теплопроводности материала обрабатывающих роликов , посто нен дл  всех

роликов, его значение берут - при 20°С, что соответствуем холодной оснастке, когда отбор тепла у заготовки максимальный ,  вл етс  характе- 30 ристикой материала оснастки; , &Т - номинальна  температура нагрева заготовки и ее допустимое отклонение, обеспечивает достаточную пластич- 35 ность материала заготовки без ухудшени  механических свойств, определ етс  отраслевыми инструкци ми дл  листовых материалов,  вл етс  40 характеристикой материала заготовки;

F| - максимальна  площадь контакта заготовки с обрабатывающим роликом, посто нна дл  45 всех роликов, предусматривает контакт заготовки вдоль всей линии, образующей рабочую поверхность ролика, определ ет максимальную пло- 50 щадь, по которой может идти теплоотвод в ролик;

z, - количество всех роликов, одновременно обрабатывающих заготовку;55

z - количество роликов, раздающих заготовку (дл  существующего процесса ротационно- радиационной раздачи опре5

0 5 0

5 0

5

делено оптимальное количество z 8);

С - теплоемкость материала заготовки , посто нна дл  выбранной величины TH,  вл етс  характеристикой материала заготовки;

Р - периметр заготовки до формообразовани  (изменением периметра при радиальном на- гружении роликами можно пренебречь , так как оно незначительно в сравнении с Р0);

II - толщина металлической рубашки обрабатывающего ролика, осредненна  вдоль образующей , посто нна дл  всех роликов , определ ет среднюю глубину металлического сло  (до изол ционного сло ), в который идет интенсивный отвод тепла заготовки,  вл етс  геометрическим параметром оснастки;

О - плотность материала заготовки (берут посто нной, так как изменением объема- заготовки при нагреве можно пренебречь ) ;

г - минимальный радиус ролика в зоне подвода электротока к заготовке, определ ет минимальную возможную величину контактной площадки при фиксированном контактном давлении ,  вл етс  параметром ос- на стки;

Ј - относительна  деформаци 

тангенциального раст жени  кольцевой заготовки, соответствующа  пределу упругости материала, посто нна дл  каждого материала, вли ет на величину контактной площадки .

Все параметры, вход щие в правую часть расчетной формулы,  вл ютс  характеристиками материала заготовки (ТИ,&Т, С, П, б), либо материала роликов (Я), геометрии заготовки (Р0) или роликов (F , Н, г), либо фиксированными параметрами процесса обработки (z, z), значени  которых берут из справочной литературы.

Начальна  заготовка представл ет собой кольцевой контур с большим перепадом кривизны вдоль периметра и имеет отклонени  от номинальной ширины вдоль периметра. Обкатка кольцевой заготовки по Формующим роликам должна вестись с возможно меньшей скоростью, чтобы боковые кромки заготовки плавно обкатывались по гокоподвод щей поверхности роликов, исключа  искрение и прижоги заготовки в местах контактов . Поэтому, расчетна  минимальна  скорость заготовки v  вл етс  также необходимой дл  осуществлени  качественного нагрева кольцевых заготовок при ротационно-радиалыюм формообразовании .

Величину v можно подбирать экспериментально , но это увеличивает трудоемкость процесса и расход материала на заготовки, необходимые дл  отладки

процесса.

Дл  того, чтобы обеспечить процесс формообразовани , например правку и калибровку по диаметру, заготовку нагружают раздающими усили ми Р до пластического состо ни . При этом происходит предварительна  правка и сглаживание перепада кривизны вдоль исходного кольцевого контура, что позвол ет при вращении заготовки исключить резкое изменение давлени  в зоне контактфв. Величину радиального усили  Р можно определить из услови  равновеси  нагруженной кольцевой заготовки через усилие тангенциального раст жени  N:

N Р + 2со8(2Ј/г). (1)

В предельном случае, когда N vF, где Е - модуль упругости металла

364536

заготовки; F - площадь поперечного сечени  заготовки, получают минимальное значение величины, необходимое дл  процесса пластического формообразовани  кольцевой заготовки:

Р EЈgF/ i + 2cos(2fi7z). (2)

Поскольку толщина листа кольцевой заготовки много меньше ее диамегра, при раздаче до пластического раст жени  напр жени  в радиальном направлении будут находитьс  в упругой зоне. Тогда по известной эмпирической зависимости с использованием соотношени  (2) получают Лормулу дл  определени  минимального радиуса контактного п тна , соответствующего нагрузке Р: |3

1C

15

2С

25

а 1,11(Pr/E)l|J 1,11 / {Frfs/ l + 2cos(2 u/z)

где t, - минимальный радиус кривизны

контактного диска. Экспериментальные замеры площади контактного п гна s на боковых кромках кольцевых заготовок от контактных дисков при радиальном нагружении заготовки до деформации пластического раст жени  Ј позвол ет вывести со- 30 отношение дл  опредетени  площади контактного п тна:

s а2 1,1l{FrЈs/ L1 +

г/ь(3)

35

40

+ 2 008(27/2 )

Уравнение баланса энергии в зоне контакта записывают в виде

I2«Rk C(TH +UT/2 - 20)т/ь С(ТИ + ДТ/2 - 20) psv ,(4)

где I - сила электротока;

С - теплоемкость металла заготовки при температуре нагрева

Т 1н

45 Т„

50

+ ДТ/2 - максимально допустима  температура нагрева Т ц заготовки (начальна  температура заготовки принимаетс  равной 20°С);

m - масса металла заготовки, нагреваема  в контактной зоне за врем  t контактным сопротивлением

55

RX роО Н Ти)/(),

где рс - удельное сопротивление металла заготовки при 20 С;

0i - температурный коэффициент сопротивлени  металла ори 209С.

В равенстве (4) введена так называема  секундна  масса металла внешних слоев боковых кромок заготовки, нагреваема  в зоне контакта заготовки v

рости вращени  врем  Г :

при ско- 1/Ј за

m Dsl/o p sv,

Р- 1 удельна  плотность металла заготовки;

длина дуги заготовки, ...

шей зону контакта за врем  и.

Величина электротока будет достигать своего максимального значени  в момент нагрева заготовки до темпера- туры Т j, в начальный период нагрева, когда теплоотдача в холодную оснастку

120Ц(ТН -Л/2-- 20)F1.zitl i 2 Ј°5i I/5lL об/мин.

(Th - 20)РО н р г 5 5

Размерность (об/мин) получена делением линейной скорости (м/с) на периметр заготовки Р0 (м) и умножением на 60 с.

Значение величины v, определенное из соотношени  (6),  вл етс  оптимальным , так как при меньших скорост х вращени  заготовки возможен перегрев металла в контактных зонах и снижение температуры заготовки в местах контакта с формующими роликами меньше допустимой. Большие скорости вращени  заготовки нежелательны, так как из-за неровностей заготовки может произойти искрение и прижоги металла в контактной зоне.

Максимальное выделение тепла при нагреве кольцевых заготовок происходит в контактных зонах, максимальный отбор тепла происходит на формующих роликах, поэтому контроль нагрева заготовки до номинальной температуры Т (j необходимо вести в зоне между роликами , а допустимое отклонение температуры ±&Т/2 обеспечивать услови ми нагрева.

Способ осуществл етс  следующим образом.

Кольцевую заготовку 1 устанавливают на калибрующие (формующие) ролики 2 (два диаметрально противоположных выполнены токоподвод щими)1раз0

5

0

будет максимальной. При этом уравнение баланса мощности, подводимой дл  компенсации тепловых потерь, записываетс  в виде

РН - ft (TH -UT/2 - 20) к xF,z,/H,(5)

где R - р0(1 + dTH)P0/4F - электросопротивление заготовки; РО - периметр заготовки (ток течет параллельно по двум полупериметрам ) ;

F - площадь поперечного сечени  заготовки (удваиваетс ).

Подставл   величину I2 из соотношени  (5) и (4), использу  (3) и разреша  уравнение (4) относительно величины v получают соотношение дл  определени  скорости вращени  заготовки:

(6)

0

5

0

5

0

5

дают ими нагрузкой Р, подвод т ответный приводной ролик 3, вращают заготовку с расчетной скоростью v, нагревают при помощи силового трансформатора 4 до номинальной температуры в зоне между роликами, ведут формообразование заготовки, не мен   скорости вращени  приводного ролика и автоматически поддержива  посто нной температуру нагрева при помощи блока 5 управлени  и пирометра 6 с бесконтактным термодатчиком. По окончании цикла формообразовани  отключают нагрев , разгружают заготовку, снимают деталь с оснастки.

Предлагаемый способ по сравнению с извесгным позвол ет нагревать кольцевые заготовки с допустимым перепадом температуры по периметру без прогаров и прижогов металла, одновременно снизить тр доемкость и сократить количество заготовок при отладке процесса нагрева, уменьшить припуски на механическую обработку по торцам заготовок .

Предлагаемьй способ опробован на установке дл  ротационно-радиального формообразовани  с электронагреврм заготовок из свернутых в кольцо и сваренных встык металлических полос без дополнительной механической обработки боковых кромок.

Р

Например, дл  заготовки из титанового сплава, при значении входных параметров:

45,4 Вт/м.°С; Тн 800°С; ДТ/2 30°С; F, 0,002 м2; z , 9; г 8; Р0 1,856 м; Н 0,015 м; г 0,05 м; С 650 Вт.с/кг-°С; 4500 кг/м3; 8$ 0,001;

рассчитано значение v 2,1 об/мин. Предлагаемый способ по сравнению с известным позвол ет повысить пластичность материала заготовки при ее обработке и, как следствие, уменьшить усили  обработки, увеличить допустимые деформации материала заготовки, увеличить номенклатуру изготавливаемых деталей, сократить количество переходов формообразовани  кольцевых деталей сложной формы поперечного сечени , уменьшить технологические припуски на заготовки.

Все эти преимущес гва обеспечиваютс  стабильным равномерным нагревом заготовок до требуемой температуры в

процессе обработки. Например, загото- ™ заготовку нагреваю до номинальной

вок из листовых титановых сппавов - до температуры на .0-50°С ниже перехода из устойчиво С (а-ы в 13 .фазу. При этих температурах титановые сплавы значительно разупрочн ютс  без

120()F,- z, ( 2Ј/z) o(J/ T,713C( UT/2 - 20)P|-H-p- r-Јs

де - коэффициент теплопроводности материала роликов, обрабатывающих заготовку, при 20°С,

Т И рюминальна  температура нагрева заготовки, устран юща   вление наклепа в материале при деформации,3С;

ДТ - величина допустимого перепада температуры нагрева вдоль периметра заготовки, °С;

F( - максимальна  площадь контакта заготовки с обрабатывающим роликом, м2; - количество роликов, обрабатывающих заготовку;

I

0

5

ухудшени  механических свойств, и мож- но вести обработку заготовки при палых энергозатратах. В каждом конгр г-ном случае рекомендуетс  номинальна температура нагрева и интервал,ее допустимых отклонений.

I Экономическа  эффективность предлагаемого способа по сравнению с известным заключаетс  в снижении трудоемкости формообразующих операций, повышении качества деталей из высокопрочных сплавов, уменьшении расхода дорогосто щих сплавов на заготовки.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Способ обработки кольцевых заготовок из высокопрочных сплавов, включающий установку заготовки между расположенными по окружности формующими роликами и приводными роликами, вращение и радиальное раст жение заготовки до ппагтической деформации путем радиального перемещени  формующих роликов, о т л и ч а ю щ и и с   тем, что, с целью повышени  качества обработки, одновременно с вращением

   температуры путем подвода тока через диаметрапьно противоположные формующие ролики к боковым кромкам заготовки, а скорость v вращени  заготовки определ ют из соотношени :

   мин,

   0

   5

   0

   5

   z - количество роликов, раздающих заготовку;

   темлоемкость материала заготовки при температуре Т.,, Вт-с/кг С;

   периметр заготовки, м; средн   толщина металлической рубашки обрабатывающего ролика, м;

   плотность материала заготовки , кг/м3;

   минимальный радиус кривизны ролика в зоне контакта, м; относительна  деформаци  тангенциального раст жени  заготовки, соответствующа 

   пределу упругости материала.

   i

   С РО FI Рг Јs