Многоручьевая вальцовка в открытых ручьях

Многоручьевая вальцовка в открытых ручьях применима главным образом для фасонных заготовок тел вращения. 

Характерные формы заготовок показаны в табл. 19. Сюда относятся фасонные заготовки для шатунов, кулачковых валов, коленчатых валов, рычагов и других подобных поковок штамповки на молотах или прессах.

Таблица 19. Типовые фасонные заготовки, изготовляемые в открытых ручьях

Размеры исходной заготовки выбирают по участку с наибольшей площадью поперечного сечения, который остается при вальцовке необжимаемым и служит частью, за которую заготовка удерживается задающим механизмом.

По условиям закрепления заготовки задающим механизмом при вальцовке необходимо, чтобы длина необжимаемой части была не менее указанной в табл. 19.

На рис. 25 изображена фасонная заготовка шатуна. Ручьи имеют форму и размеры, соответствующие ее форме. Величину общей вытяжки μ0 определяют по формуле (рис. 25, а): для участков 1 и 3 для участка 2 где F0 — площадь поперечного сечения исходной заготовки в мм2; F1,2,3 — площадь поперечного сечения соответствующего участка фасонной заготовки после вальцовки в мм2. Рис. 25. Фасонная заготовка шатуна: а — чертеж заготовки; б и в — заготовка после первого и второго проходов в вальцах

В зависимости от величины наибольшей вытяжки намечают общую схему вальцовки.

Вытяжку участков круглой или квадратной заготовки можно произвести в овальных и квадратных, а также в овальных и круглых ручьях, а участков прямоугольного профиля — в прямоугольных н гладких, прямоугольных и квадратных, а также закрытых ручьях (рис. 26). Вальцовку по варианту рис. 26, а применяют только для круглой заготовки при большой вытяжке, по варианту рис. 26, б — при вальцовке круглой и квадратной заготовок, когда необходимо высокое качество поверхности и не допускаются большие козф фициеиты вытяжки. Вытяжку в гладких и прямоугольных ручьях (рис. 26. в) производят, когда требуется получить однородную волокнистую структуру по всему сечению заготовки и использовать в не которых случаях одни и те же ручьи для вальцовки заготовок различного сечения. Ромбические и квадратные ручьи (рис. 26. г) применяют при большой вытяжке и когда надо получить геометрически точные квадраты с правильно выполненными углами. Вальцовку по варианту рис. 26, д, е применяют только для заготовки прямоугольного сечения, когда необходимо получить из последнего ручья квадратные или прямоугольные сечения. Рис. 26. Варианты вальцовки участков заготовок  круглого,  квадратного и прямоугольного сечения

Вальцовку заготовок в ручьях с переменным поперечным сечением (табл. 19, II) следует производить в такой системе ручьев, чтобы средний участок заготовки деформировался в промежуточном ручье этой системы.

Применение ручьев с переменным поперечным сечением приводит к несовпадению профиля с контуром фигуры ручья и образованию заусенцев.

Число ручьев и при вальцовке определяют по формуле

где μ₀ — общая вытяжка заготовки, равная отношению наибольшей площади поперечного сечения заготовки F_0max к наименьшей площади поперечного сечения F_min; μ_c — средняя вытяжка за проход.

Ориентировочные пределы возможных вытяжек приведены в табл. 20. Они действительны лишь при отношении диаметра валков к диаметру исходной заготовки D/d₀ или D/h₀=10÷20 и при указанных в табл. 20 отношениях b/h_к осей овальной полосы.

Таблица 20. Ориентировочные пределы возможных вытяжек

В других случаях значение коэффициента вытяжки μс определяют по графикам рис. 27. Рис 27. График для определения коэффициента вытяжки μс: а— от круга к овалу; б — от квадрата к овалу; в — от квадрата к ромбу, при δ =b/bк= 0,9 (по В.   К- Смирнову)

В табл. 21 приводятся предельно допустимые отношения осей заготовок.

Таблица 21.  Предельное отношение осей заготовок вальцуемых в квадратных, круглых, овальных и ромбических ручьях

Вальцовка заготовок допускается только в случае применения жестких проводок, обеспечивающих точность фиксации поперечного сечения заготовки при входе в валки.

Площади всех промежуточных квадратов (кругов) определяют по уравнениям

           (33)

и т. д., где F_2,4 — площади поперечного сечения фасонной заготовки после вальцовки в каждой паре ручьев в мм2; μ₀₁, μ₀₂ — общий коэффициент вытяжки в каждой паре ручьев.

Отсюда стороны квадрата

h₁= √F₂
h₂= √F₄ и т. д.

Высота h и ширина b квадратного ручья

h=b=√2F

где F — площадь поперечного сечения квадрата в мм2.

Для вычисления площадей промежуточных овалов находят отношение вытяжек внутри каждой пары овальных и квадратных (круглых) ручьев по формуле

             (35)

где КΔв — отношение вытяжки в прямоугольнике к вытяжке в квадрате при вальцовке со свободным уширением, берется из графика (рис. 18); К_ф — коэффициент, учитывающий влияние формы ручья:

             (36)

где m/h_к степень притупления овала (см. рис. 31).

Значение m/hк приближенно определяют по графику (рис. 29). Рис.29. График для выбора степени притупления овала

По найденному отношению вытяжек определяют площади овала в каждой паре ручьев

                    (37)

где h_0с — сторона соответственной исходной заготовки в мм (для круглой заготовки h_0с = 0,885d₀, для квадратной h_0с = h₀); h_1с — сторона соответственной конечной заготовки в мм (для круглой заготовки h_1с = 0,885d₁, для квадратной h_1с = h₁).

Высоту овала находят по формуле

где D_р — рабочий диаметр штампов в мм (рис. 30); ƒ — коэффициент трения.

Значение ƒ приближенно получают из уравнения: ƒ = 1,05 — 0.0005t — 0.056υ                                        (39) где t — температура вальцовки в °С; υ — окружная скорость валков в м/сек. Рис. 30. Схема к определению величины Dp

Фактическую (расчетную) ширину овала подсчитывают по формуле

                         (40)

где F₁ — площадь овала в мм2; h_к — высота овала в мм; m/h_к — степень притупления овала.

Отношение (рис.  31) приближенно определяют по графику (рис. 29). Рис. 31. Схема  к определению величины m

Радиус для построения овального ручья

                      (41)

Ширина овального ручья

             (42)

Зазор между штампами

t= (0,008÷0,01) D,                 (43)

где D — начальный диаметр штампов в мм.

Радиус закругления кромок ручья

R = 0,1b_к               ( 44)

где b_к — ширина овального ручья в мм.

Для облегчения расчета размером овальных и квадратных (круглых) ручьев при многоручьевой вальцовке фасонных заготовок пользуются номограммами (рис. 32-34). При этом исходят из d0 и μ0 (в нашем примере d0 = 40 мм и μ0= 2,38). Промежуточные значения определяют путем интерполяцин. Находим на номограммах точку d0 = 40 мм (см. ординату сверху). Двигаясь от нее по стрелке влево, легко находим на абсциссе при μ0 = 2,38 значение радиуса для построения овального ручья Rр = 45 мм. Следуя от точки d0=40 мм по стрелке вправо до пересечения с кривой при μ0 = 2,38, находим hк = 19,6 мм. Двигаясь от нее вниз до пересечения с лучом при Rр = 45 мм, находим bк = 53,6 мм. Рис.32. Номограмма для определения размеров овального ручья в системе овал-квадратного ручья в системе овал—квадрат

Рис.33.  Номограмма для определения размеров овального ручья в системе овал-круг		Рис.34. Номограмма для определения размеров: а - квадратного ручья в системе овал-квадрат; б - круглого ручья в системе овал-круг

Расчет овального ручья в системе овал — круг по номограмме рис. 33 ведется аналогично.

Длину участков ручья определяют по формуле

где S — опережение металла на участке в %; l_п—длина участка нагретой фасонной заготовки после вальцовки в мм;

                   (45)

здесь F₁ — площадь поперечного сечения соответствующего участка заготовки до вальцовки в мм2; l₁ —длина соответствующего участка заготовки до вальцовки в мм; F_п — площадь поперечного сечения соответствующего участка фасонной заготовки после вальцовки в мм2.

Опережение металла S на участках заготовки находят по формуле (24). При вальцовке заготовок с нарастающим давлением опережение значительно возрастает. Максимальное значение его при вальцовке конусных заготовок в зависимости от деформаций приближенно можно получить по номограмме (рис. 35). Рис.35. Номограмма для определения опережения при вальцовке заготовок с нарастающим давлением Изменение опережения по длине конусной заготовки может быть определено по формуле            (46) где l' — длина конусной заготовки в мм; l'п — длина участка конусной заготовки  в мм. При вальцовке с убывающим давлением величина опережения получается всегда меньше, чем при вальцовке заготовок с равномерным давлением, и в отдельных случаях может иметь даже отрицательное  значение.

Крутой переход АБ (рис. 36) и уменьшение радиусов закругления при переходе от тонкой к толстой части заготовки приводит к зажимам при вальцовке и последующей штамповке. Рис. 36. Схема с обозначениями радиусов закруглений

В табл. 22 приведены рекомендуемые углы β в переходном участке заготовки при одноручьевой и многоручьевой вальцовке в зависимости от относительного обжатия ε = Δh/h₀ 100 (где Δh=h₀-h₁).

Ориентировочно величину радиусов закруглений принимают

               (47)

где h₂ и h₃ — высота заготовки в переходном сечении (рис. 36).