Способ обработки кольцевых заготовок из высокопрочных сплавов

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТ ИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 9) 11) А 1 1)5 С 21 ) 1/ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН нститут(54) СПОСОБ АБРАГ)ОТК) К ТОВОК 3 ВЫСПКР 1 РОЧХ (57) Изобретение относи обработки кольцевых з АГОЛЬЕВ ХПЛЛ 1(%ся к спо бу готовок и еГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ ГННТ СССР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(53) 621.785:б 21.365.3 (088.8) высокопрочных сплавов. ель - повышение качества обработки. Кольцевую за -готовку (3) 1 усганавливают на расположенные по окружности формующие ролики (Р) 2, раздают до состоянияпластического растяжения, подводятответные приводные Р 3, включают вращение 3 1 со скоростью, рассчитаннойпо предложенному соотношению, включают электронагрев. Подвод электротока осуществляют к двум диаметрально противоположным участкам кольцевой 3 .1для симметричного нагрева ее полупериметров. Контактное давление 3 1 натоконодводящие формующие Р обеспечивают определенным усилием радиальнойраздачи Р, необходимым для пластического формообразования 3. Подвод электротока осуществляют при вращении 3,иначе она приваривается к токоподво-,дам в местах контактов из-за большойплотности тока на малой площадке, нагрев кольцевой заготовки до номинальной температуры Т контролируют насвободном участке между йормующими(раздающими) Р, регулируя величинуподводимого электротока изменениемнапряжения в электроцепи нагрева. Использование предлагаемого способа позволяет снизить материальные, трудовые и энергетические затраты приизготовлении кольцевых 3 из труднодформируемых сплавов. 1 ил.1636453 120 ИТц - ЬТ/2 - 20)Рф гГ 1 + 2 соз(27/г)3 1,11 С(Т, - Т(2 - 20)РО Н 13 гЯ где ф Т 11 е Изобретение относится к электро- контактному нагреву изделий и может быть использовано для нагрева кольцевых замкнутых заготовок из малоплас тичных металлов в процессе их формообразования ротационно-радиальной раздачей.11 ель изобретения - повышение качества обработки. 10На чертеже представлена схема обработки кольцевой заготовки в процессе ее ротационно-радиального формообразования.Способ обработки кольцевых загото вок из высокопрочных сплавов эаключа - коэффициент теплопроводностиматериала обрабатывающих ро-.ликов, постоянен для всехроликов, его значение берутпри 20 пС, что соответствуетхолодной оснастке, когда отбор тепла у заготовки максимальный, является характеристикой материала оснастки; - номинальная температура нагрева заготовки и ее допустимое отклонение, обеспечи-.Вает достаточную пластичность материала заготовкибез ухудшения механическихсвойств,. определяется отраслевыми инструкциями для листовых материалов, является 40характеристикой материалазаготовки;- максимальная площадь контакта заготовки с обрабатывающим роликом, постоянна для 45всех роликов, предусматривает контакт заготовки вдольвсей линии, образующей рабочую поверхность ролика, определяет максимальную площадь, по которой может идтитеплоотвод в ролик;- количество всех роликов, одновременно обрабатывающихзаготовку; 55 . - количество роликов, раздающих заготовку (для существующего процесса ротационнорадиационной раздачи опреется в непрерывной обкатке заготовкиотносительно равнорасположенных поокружности формующих и ответных нриводных роликов, выполненных с воэможностью установочного радиального перемещения. Кольцевую заготовку, нагруженную радиально изнутри до состояния пластического тангенциальногорастяжения формирующими роликами, нагревают до номинальной температурыпо боковым кромкам путем подвода тока через два диаметрально противоположных формующих ролика, а скоростьвращения заготовок определяют иэ соотношения деле но оптималь ное коли чес твог =8);теплоемкость материала заготовки, постоянна для выбранной величины Тп, являетсяхарактеристикой материалазаготовки;периметр заготовки до формообразования (изменением периметра при радиальном нагружении роликами можно пре"небречь, так как оно незначительно в сравнении с Р );толщина металлической рубашки обрабатывающего ролика,осредненная вдоль образующей, постоянна для всех роликов, определяет среднююглубину металлического слоя(до изоляционного слоя), вкоторый идет интенсивный отвод тепла заготовки, является геометрическим параметромоснастки;плотность материала заготовки (берут постоянной, таккак изменением объема эаготовки при нагреве можно пре" небречь);г - минимальный радиус ролика взоне подвода электротока к заготовке, определяет минимальную возможную величину контактной площадки при фиксированном контактном давлении, является параметром ос.настки;163 55 5Я - относительная деформациятангенциального растяжения кольцевой заготовки, соответствующая пределу упругости материала, постоянна для каждого материала, влияет на величину контактной площадки.Все параметры, входящие в правую часть расчетной формулы, являются характеристиками материала заготовки (ТглР Ь ТР С, , Я), либо материала роликов (Л), геометрии заготовки (Ро) или роликов (Г , Н, г), либо фиксированными параметрами процесса обработки (г 2, г), значения котооых берут из справочной литературы.Начальная заготовка представляет собой кольцевой контур с больыим перепадом кривизны вдоль периметра и имеет отклонения от номинальной ширины вдоль периметра. Обкатка кольцевой заготовки по формующим роликам должна вестись с возможно меньшей скоростью, чтобы боковые кромки заготовки ппавно обкатывались по токоподводящей поверхности роликов, исключая искрение и прижоги заготовки в местах контактов. Поэтому, расчетная минимальная скорость заготовки ч является также необходимой для осуществления качественного нагрева кольцевых заготовок при ротационно-радиальном формообразованииВеличину )/ можно подбирать экспериментально, но это увеличивает трудоеглкость процесса и расход материала на заготовки, необходимые для отладки процесса,. Для того, чтобы обеспечить процесс формообразования, например правку и калибровку по диаметру, заготовку нагружают раздающими усилиями Р до пластического состояния. При этом происходит предварительная правка и сглаживание перепада кривизны вдоль исходного кольцевого контура, что позволяет при вращении заготовки исключить резкое изменение давления в зоне контактов, Величину радиального усилия Р можно определить из условия равновесия нагруженной кольцевой заготовки через усилие тангенциального растяжения М:11 = Р ( я 2 сов(27/г, (1) В предельном случае, когда И = ЕЯ)( тГ, где Е - модуль упругости металла 6453 6заготовки; Р - площадь поперечногосечения заготовки, получают минимальйое значение величины, Р, необходимоедля процесса пластического формообразования кольцевой заготовки:Р с Я Р/( + 2 сов(2 Г/г. (2)5Поскольку толщина листа кольцевой1 С заготовки много меньше ее диаметра,при раздаче до пластического растяжения напряжения в радиальном направлении будут находиться в упругой зоне,Тогда по известной эмпирической зави 1 сси мости с ис пользованием с оот ношения(2) получают (1)ормулу для определенияминимального радиуса контактного пятна, соответствующего нагрузке Р:а = 1,11(Рг/Е) = 1,11ЦЭ2 С/ я(РгГя/( + 2 соя(276 г)Ягде С, - минимальный радиус кривизныконтактного диска,Экспериментальные замеры площадиконтактного пятна з на боковых кромках кольцевых заготовок от контактныхдисков при радиальном нагружении заготовки до деформации пластическогорастяжения Я позволяет вывести со:230 отношение для определения площадиконтактного пятна;я = в = 1,11 ясйя/ Г2 сов(2 я/г 1/= С(Т+ ЬТ/2 - 20) Р зч, (4) 40где 1 - сила эл е к тр о тока;С - теплоемкость металла заготовки при температуре нагреваТ; 45 Тн++АТ/2 - максимально допустимая температура нагрева Тн заготовки(начальная температура заготовки принимается равной 50 20 С)Юш - масса металла заготовки, нагреваемая в контактной зонеЛза время с контактным сопро- тивлениемНх = ,(1+а Тн)/(2 4 з), где 1/ - удельное сопротивление металола заготовки при 20 С;),(1 + ЙТ)Р /4 Р - электросопротивление заготовки;периметр заготовки (ток течет параллельно по двум полупериметрам);площадь поперечного сечениязаготовки (удваивается)где К =г 10 ш = ) н 1/ь = зч,А где ) - удельная плотность металла заготовки; 1 - длина дуги заготовки, проще шей зону контакта за время ь.Величина электротока будет достигать своего максимального значения в момент нагрева заготовки до темпера туры Т в начальный период нагрева, когда теплоотдача в холодную оснастку 12 Щ(Т- Т/2 - 20)Р г, 1 + 2 сов(2 о/г)3 об/лан. (6) 1,11 С(Т+ ДТ/2 - 20)РН ) г Ез дают ими нагрузкой Р, подводят ответный приводной ролик 3, вращают заготовку с расчетной скоростью ч, нагревают при помощи силового трансформа"тора 4 до номинальной температуры взоне между роликами, ведут формообразование заготовки, не меняя скорости вращения приводного ролика и авто матически поддерживая постоянной температуру нагрева при помощи блока 5управления и пирометра б с бесконтактным термодатчиком, По окончаниицикла формообразования отключают на грев, разгружают заготовку, снимаютдеталь с оснастки.Предлагаемый способ по сравнениюс известным позволяет нагревать кольцевые заготовки с допустимым перепа дом температуры по периметру без прогаров и прижогов металла, одновременно снизить трудоемкость и сократитьколичество загоговок при отладке процесса нагрева, уменьшить припуски на 50 механическую обработку по торцам заготовок,снижение температуры заготовки в местах контакта с формующими .роликами меньше допустимой. Болыпие скорости вращения заготовки нежелательны, так как из-за неровностей заготовки может произойти искрение и прижоги металла в контактной зоне.Иаксимальное 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 р необходимо вести в зоне между роликами, а допустимое отклонение температуры АБДТ/2 обеспечивать условиями нагрева.Способ осуществляется следующим образом. Предлагаемый способ опробован на установке для ротационно-радиального формообразования с электронагревом заготовок из свернутых в кольцо и сваренных встык металлических полос без дополнительной механической обра,ботки боковых кромок. ф, - температурный коэффициентсопротивления металла при 20 фс.В равенстве (4) введена так назы" наемая секундная масса металла внеш" них слоев Соковых кромок заготовки, нагреваемая в зоне контакта при скорости вращения заготовки ч = 1/ь за время Размерность (об/мин) получена делением линейной скорости (м/с) на периметр заготовки Ро (м) и умножением на 60 с.Значение величины ч, определенное из соотношения. (6), является оптимальным, так как при.меньших скоростях вращения заготовки возможен перегрев металла в контактных зонах и Кольцевую заготовку 1 устанавливают на калибрующие (формующие) ролики 2 (два диаметрально противоположных выполнены токоподводящими) разбудет максимальной. При этом уравне-,ние баланса мощности, подводчмой длякомпенсации тепловых потерь, записывается в ниде 1 К = ф (Т - Ь Т/2 - 20) хмР,г,/Н, (5) Подставляя величину 12 из соотношения (5) и (4), используя (3) и разрешая уравнение (4) относительно величины ч получают соотношение для определения скорости вращения заготовки:1636453 10 отки, увеличить допустили материала заготоки, Способ обработки кольцевых загоменклатуру цэготавлцвае- товок иэ высокопрочных сплавов, вклюсокра гцть количество пе- чающий установку заготовки между расообраэоваиия кольцеь 1 х лоложецшьичц по окружности формующими жной формы поперечного се- роликами ц приодцыми роликами, врашить технологические прц- шенин и радиальное растяжение загоотоки. 25 товки до пластцческоц деформации путем радцальиого перемещения формующихролико, о т л ц ч а ю щ ц й с ятем, что, с целью повышения качестваобработки, одновременно с вращениемзаготовку цагреают ло номинальнойтемпературы путем лоцода тока черездиаметрально цротис сложные формующиеролики к боковым кромкам заготовки, аскорость чращения заготовки определяю г цз соо гцошецця:.5л120 НТ й - ЬТ/2 - 20)Р г + 2 соэ(2 Н/к) 11,11 С(Т + ДТ/2 - 20)Р П ) г Яэ ТИ 45 ДТ -50 Чапрцмер, для заготовки из титанового сплава, при значении входных параметров: ф = 45,4 Вт/м. С; Т 11 = 800 С;ОТ/2 = 30 С; Г 1 = 0,0)2 м; к = 9; я = 8; Р = 1,856 и; Н = 0,015 мр г = 0,05 м; С = 650 Втс/кг С; р =й= 4500 кг/м; Я = 0,001;рассчитано значение= 2,1 об/миц.Предлагаемьш способ по сравнению с известным позволяет повысить пластичность материала заготовки при ее обработке ц, как следствие, уменьшить усилия обрабмые деформацувеличить номых деталей,реходов формдеталей слочеция, уменьпуски на заг Все эти преимущества обеспечцются стабильным равномерным нагревом заготовок до требуемой температуры в процессе обработки, 11 апрцмер, эагото вок иэ листовых титаноьх силао до температуры на 2-50 С ниже переОхода из устойчцвои 0( Ьаы /5 фазу. При этих температурах титаноые сплавы значительно разупрочняются беэ где Ъ - коэффициент теплопроводностц 4материала роликов, обрабатывающих заготовку, при 20 С,Вт/м С; номинальная температура нагрева заготовки, устраняющая явление наклепа в материале при деформации,фС;величина допустимого перепада температуры нагрева вдольпериметра заготовки, С;максимальная площадь контак"та заготовки с обрабатывающим роликом, м;количество роликов, обрабатывающих заготовку; ухудшения механических свойств, ц мо)кно нести обработку заготовки при малых энергозатратах. В каждом кони,.тном случае рекомендуется номинальнаятемпература нагрева и интервал,ее допустимых отклонений,Экономическая эффективность предлагаемого способа по сравнению с известным заключается в снижении трудоемкости формообразующих операций, повышении качества деталец из высоко- прочных сллаво, уменьшении расхода дорогостояших сплавов на заготовки. формула изобретения я - количество роликов, раздающих заготовку;С - темлоемкость материала заготовки при температуре Тм,Вг /кгРо - перимегр заготовки м,П - средняя толщина металлической рубашки обрабатывающегоролика, м;- плотность материала заготовкг/мзг - минимальный радиус кривизныролика в зоне контакта, м;- относительная деформациятангенциального растяжениязаготовки, соответствующаяпределу упругости материала,