Способ ресурсного испытания ковочных вальцов на долговечность

ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(23) Приоритет Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(3) УДК 621.979. :08(088,8) Опубликовано 070882, Бюллетень Мо 29 Дата опубликования описания 070882(72) Авторы изобретения В.И, Чукардин, Г.Н, Анисимов и В.В. Каржа ВСЯК."Ч);ц, дВоронежское производственное объединение о вьйсус.ку".кузнечно-прессового оборудования им. М.И, КальбщЩ(54) СПОСОБ РЕСУРСНОГО ИСПЫТАНИЯ КОВОЧНЫХ ВАЛЬЦОВ НА ДОЛГОВЕЧНОСТЬИзобретение относится к обработкеметаллов давлением, в частности,копределению работоспособности подшипников, их нагрева,а также энергетических показателей, прочностных характеристик и жесткости вальцов вцелом,Известен способ ресурсного испытания ковочных вальцов на долговечность путем создания распорного усилия на рабочих валках многократнойпрокаткой,при которой распорноеусилие на рабочих валках создаютмногократной прокаткой заготовки вхолодном состоянии в пределах упругой деформации последней 1),Этот способ не позволяет достаточно точно определить энергетическиепоказатели вальцов, такие, как рабо-та, кинетическая энергия и маховоймомент инерционных масс. Это обусловлено тем, что при создании распорного усилия на рабочих валкахза счет упругой деформации прокатываемого материала размер деформируемого материала в направленииприложения усилия изменяется оченьнезначительно (сотые доли миллиметра).Это несопоставимо с изменением размера деформируемых нагретых заготовок в направлении приложения усилий при пластической деформации,которая, как правило, по абсолютнойвеличине не бывает меньше 2-3 мм.Другими словами, при одинаковомприложении усилий на валах и процес"се испытаний ковочных вальцов припрокатывании заготовок в пределахупругой деформации изменение раз"мера в направлении приложений усилий бывает, как минимум, на двапорядка меньше, чем при прокатывании нагретых заготовок в пределахпластической деформации.Известен способ ресурсного .испыта-ния ковочных вальцов на долговечность, при котором на рабочих валках создают распорное усилие путеммногократной прокатки заготовки вхолодном состоянии в процессе упругой деформации с одновременным приложением к одному иэ рабочих валковкрутящего момента 2,При таком способе характер нагружения по крутящему моменту имеетФорму треугольника, а необходимоенагружение по крутящему моменту, ими"тирующее прокатку нагретой заготовки, должно иметь форму трапеции сдлительным постоянным приложениемкрутящего момента, характеризующимся прямой линией, параллельной основанию этой трапеции.Поэтому при испытании коночных вальцон описанным способом не представляется возможным достаточно точно определить такие энергетические показатели, как работа, кинетическая энергия и необходимый маховой момент инерционных масс, ибо, если использовать нагружение вальцов 10 с сохранением крутящего момента не ниже необходимого для прокатки нагретой заготовки на определенном угле поворота криношипа рабочего нала, то пиковое нагружение, которое 15 будет иметь место в середине угла поворота кривошипа при нагружении крутящим моментом при известном способе, будет превышать необходимый в 3-4 раза. Это не только нежела О тельно, но и недопустимо по условиям прочности, ибо в таком случае не исключены аварийные ситуации.Целью изобретения является повышение качества испытаний. 25Для достижения цели при ресурсном испытании коночных вальцов на долговечность, при котором на рабочих валках создают распорное усилие путем многократной прокатки заготовки ЗО в холодном состоянии в пределах упругой деформации с одновременным приложением к одному из рабочих валков крутящего момента, в процессе прокатки к одному из рабочих валков 35 дополнительно прикладывают тормозной Момент, равный разности между моментом, необходимым для пластической деформации прокаткой в нагретом состоянии, и моментом, необходимым 4 О для прокатки заготовки н холодном состоянии в пределах упругой деформации ее.На фиг.1 показана часть коночных вальцов с рабочими валками и деформируемой заготовкой, один из валков которых связан с нагружмоцим устройством; на фиг, 2 - разрез А-А ":, фиг.1; на фиг.З - форма заготовки всонометрической рекц, ыпол- ная в виде трапеции, размеры,средней части, четырехугольника ГМТУ которой и являются определяющими для получе" ния остальных размеров; на фиг.4 схема нагружения с деформацией валков ковочных вальцов.Позицией 1 на чертеже показана станина коночных вальцов, в подшипниках 2 и 3 которых расположены рабочие валки 4 и 5 с секторами-штампами 6 и 7 в момент прокатки заго О тонки 8.Привод рабочих валков может осуществляться как от силового органа самих коночных вальцон, так и от постороннего, не связанного с ковоч ными нальцами,привода, Последнееможет быть использовано н случаях,например, изучения работоспособностиподаипникон и других элементов и параметров при изготовлении и испытаниирабочих органов опытных образцовнальцов.Позицией 9 показан тормозной дискс ленточным тормозом 10. ЛенточнЫйтормоз одним концом закреплен неподвижно на опоре 11, на которой шарнирно смонтирован силовой цилиндр 12,шток 13 поршня 14 которого подпружинен пружиной 15 и кинематическисвязан с другим концом тормоза 10.Поршненая полость 16 силового цилиндра постоянно сообщена с атмосферой, а штоконая 17 через распределительное устройство имеет возможность соединяться с источником энергоносителяПозицией 18 показан конечный выключатель, а позициями19 и 20-его лепестки закрепленныена тормозном диске 9.В и В - межосеные расстояниярабочих валкон, соответственно дои после нагружения, Ги Г- размеры поперечного сечения заготовкисоответственно в зонах деформирона-.ния и свободного состояния ее н направлении приложения распорного усилияР,Г - минимальное расстояние между секторами-штампами перед началом прокатки.Перед испытанием коночных вальцонзаготовку 8 термически обрабатывают,твердость ее доводят до твердостисекторов-штампов или ниже твердостипоследних на 5-10. Чистота прокатываемой заготовки практически можетбыть любой,так как из-эа приложениябольшого распорного усилия проводкаее практически всегда обеспечена .Наиболее оптимальной чистота поверхности должна быть в пределах Ь 4-дб.Размер Г заготовки н направленииприложения распорного усилия послетермической обработки устанавливаютравным минимальному расстоянию междусекторами-штампами б и 7 перед прокаткой в сумме с величиной упругойдеформации заготовки 8 с секторамиштампами б и 7 и неличиной максимально допустимой расходимости осей рабочих валков по линии приложенияраспорного усилия Р, т.е.если Г., -Н =2 Ьто В -В =2 Ь 1,Г 2 = Г + 2 Ь + 2 Ь,где 2 Ь - величина упругой деформациизаготовки и секторон-штампов;2 Ь, - максимально допустимаяопытно-расчетная величинарасходимости осей рабочихвалков 4 и 5 от распорногоусилия, создаваемого прокаткой заготовки 8.Остальные размеры заготовки выбирают исходя из ширины секторов-штампов, длины образующих их рабочей части и величины 2 Ь.Процесс прокатки заготовки при испытании ковочных вальцов такой же, 5 как и при изготовлении изделий в производственных условиях при эксплуатации вальцов.Различие состоит лишь в том, что заготовка. термически обработана и 10 прокатывается в холодном состоянии в пределах упругой деформации многократно и что одновременно с прокаткой заготовок в холодном состоянии к одному из валков вальцов, в част ности к нижнему валку 5, дополнительно прикладывается нагрузка, тормозящая его с.крутящим моментом, равным крутящему моменту, необходимому для прокатки заготовки в нагретом (пластическом) состоянии, за вычетом крутящего момента, создаваемого прокаткой заготовки в холодном состоянии в пределах упругой деформации. При этом на всем угле прокатки заготовки прикладываемый к ней дополнительный крутящий момент поддерживается постоянным.По достижении длительного показа одинаковой, не увеличивающейся по времени испытания, температуры нагре- ва подшипников и делают выводы о допустимости ее наданном этапе. При показаниях температуры ниже или равной техническим условиям сборка и работоспособность подшипников признаются удовлетворительными.Во время испытания вальцов, т.е. при прокатке заготовки, замеряют и увеличение размера станины по осям подшипников. По отношению раз ницы размеров в нагруженном и ненагруженном состояниях и делают выводы о ее пригодности или непригодности к эксплуатации.Приложением дополнительного крутящего момента определяют энергетические характеристики: крутящий момент и работу электродвигателя, включающую работу деформирования заготовки, работу по преодолению сил инерции 50 и работу по преодолению сил трения в машине По полученным показаниям выбирают накопитель избыточной энергии (маховик).Данные способ и инструмент провере 55 ны при испытании выпускаемых объединением ковочных вальцов. Экспериментальные и теоретические выкладки вполне согласуются, что видно из следующего примера.60На ковочных консольных вальцах усилием 20 т.с, с межосевым расстоянием в 160 мм прокатывалась заготовка в холодном состоянии с раз"65 мерами ЕМ Х ЕК Х РМ = 140 х 90 х х 28,68 мм.Размер Ь 140 (длина заготовки Д) был выбран исходя иэ длины образующей секторов-штампов, а размер Д = = 20 мм равен ширине штампа.Размер 28,68 = 27 + 1,58 + 0,1 где 27 - минимальное расстояние между секторами в ненагруженном состоянии вальцов, размер ГМ = 1,58 - опытная величина расходимости осей валков о линии приложения распорного усилия, полученная расчетным и подтвержденная опытным путем.Размер 0,1 есть суммариая величина упругих контактных деформаций заготовки и секторов-штампов, рассчитанная теоретически и подтвержденная экспериментальнодля данного случая испытания вальцовОстальные параметры выбрали расчетным путем, исходя из того, что деформация валков приблизительно пропорциональйа длинам их консольных частей. Поэтому прокатываемый материал должен иметь дву- сторонний уклон, и ее размеры принимались на основании теоретических и опытных данных. статического замера жесткости вальцов.Остальные размеры определялись теоретически и составили:КС = 28,14 мм, ЕН = 29,02 мм.Одновременно с испытаниями ковочных вальцов по распорному усилию, их испытывали и с приложением крутящего момента. Тарировка крутящего момента, имитирующего прокатку заготовки в пластическом состоянии, производилась статическим нагружением рабочих валков по крутящему моменту.Расход энергии при прокатке заго" тонки в холодном состоянии составил А = 1079 кгм, а при прокатке в наг.ретом состоянии Аплъ, = 3504,9 кгм. Отсюда необходимая добавочная работа при ресурсных испытаниях ковочных вальцов за один цикл определяется разницей:Адокрэ, = Аплд, -А,р = 3504,9 кгм-. -1079 кгм = 2.425,9 кгм.При этом замер работы электродвигателя производился осциллографированием с помощью двух осциллографов, по осциллограммам которых и настраивалось усилие, развиваемоесиловым цилиндром 12 ленточного тормоза 10, а включение и выключение ленточного тормоза осуществлялись конечным выключателем 18 при взаимодействии его с лепестками 19 и 20.За время испытания с использованием прокатки заготовки в холодном состоянии в пределах упругой деформации с нагружением дополнительным крутящим моментом (торможением) одного изб валков было наработано 12.10 циклов. Материалом заготовки и секторов-штаи.пов ьыла принята сталь ШХ 15 с твердостью 56-60 единиц.При этом с учетом наклепа производилась замена лишь заготовок. Заменазаготовок производилась после наработки каждой из ннх 11 тыс. циклов. 5Их размеры потом методом отпуска,ковкой, мехобработкой и повторной закалкой восстанавливались, и они опятьиспользовались при дальнейших ресурсных испытаниях ковочных вальцов. 10В ходе испытаний определяли температуры нагрева подшипников скольжения и жесткость вальцов в динамике, В результате этого удалосьустановить, что температуры нагрева1втулок подшипников скольжения не превышают 53 фС, что вполне удовлетворяет техническим требованиям.Кроме того, параллельно определяли методом осциллографирования н напряжения машины, которые воспринимают усилия от прокатки заготовки.Сравнительные данные осциллографирования при статическом нагружениии данные, полученные прокаткой заготовки в пределах упругой деформации, показали, что разница между ниминаходится в пределах 12-15, тогдакак при прокатке горячих заготовокэта разница в пределах пластическойдеформации составляла 13-17.На 10-11 была и разница в работе,совершаемой электродвигателем, Онаоказалась меньше на эту величинупо сравнению с теоретическими расчетами.35Общий крутящий момент при испытаниях находился в пределах, близкихк расчетным и определенным экспериментально при тарировке усилия цилиндра зажима ленточного тормоза. 40Эти пределы составили 3410-3422 кгм,т.е.:из приведенного видно, чтонакопитель избыточной энергии (маховик) выбран верно,Кроме перечисленного выше, указан ный способ позволил определить износ деталей вальцов, их долговечность,что трудно было определить у потребителей. Основная полезность такого способа - это определение ресурса времени работы вальцов в производстве.В результате такого ресурсного испытания ковочных вальцов на долговечность экономится большое количество проката, При этом исключается операция по изготовлению заготовок, исключаются нагревательные устройства и экономится до 20 тыс.рублей при испытании опытных образцов вальцовВ ходе испытаний было установлено, что срок эксплуатации ковочных вальцов, без ущерба для них, имеется возможность увеличить на 23-24,Формула изобретенияСпособ ресурсного испытания ковочных вальцов на долговечность, при котором на рабочих валках создают распорное усилие путем многократной прокатки заготовки в холодном состоянии в пределах упругой деФормации с одновременным приложением к одному из рабочих валков крутящего момента, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения производительности испытаний, в процессе прокатки к одному из рабочих валков дополнительно прикладывают тормозной момент с величиной, равной разности между моментом, необходимым для пластической деформации прокаткой .в нагретом состоянии, и моментом, необходимым для прокатки заготовки в холодном состоянии в пределах упругой деформации ее.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР9 764809, кл. В 21 Н 1/18, 10.11.78,2. Авторское свидетельство СССРпо заявке 9 2708859/27,кл. В 21 Н 8/00, 08.01,79 (прототип).дни сное 4/5 роектная, 4 ППП Патентф, г, Ужгород ил Заказ 6067/8 ВНИИПИ по 113035