Надійність інструменту та оптимізація технологічних систем. Збірник наукових праць.- Краматорськ: ДДМА, вип. №17, 2005. - 332 с.(стр. 199-205).

Введение

В настоящее время в различных отраслях промышленности и народ-ного хозяйства широкое применение находит проволока малого диаметра (0,8 … 3,5 мм), изготавливаемая из высокопрочных легированных и высо-колегированных сталей, например, из стали СВ 08ХГ2С, которая имеет следующий химический состав: углерод 0,05…0,11 %, кремний 0,7…0,95 %, марганец 1,7…2,1 %, хром 0,7…1,0 %, никель не более 0,25%, сера не более 0,025 %, фосфор не более 0,03 % [1]. В качестве исходного сырья при ее производстве используется проволока диаметром 7 … 10 мм, из ко-торой методом пластического деформирования в процессе холодной про-катки на специальных станах типа 270 получают требуемый продукт [2, 3]. Катаная проволока используется, прежде всего, для реализации операций сварки углеродистых и низкоуглеродистых сталей. Исходя из условий экс-плуатации катаной проволоки, к ней предъявляются следующие требова-ния по точности получаемого профиля и прочности на разрыв, которые приведены в таблице 1 [4]..

Таблица 1. - Требования по точности и прочности катаной проволоки

Номинальный диаметр проволоки, мм	Отклонения от номи-нального диаметра, мм	Временное сопротив-ление разрыву, МПа
0,8	-0,07	882 - 1323
1,0…1,5	-0,09	882 – 1323
1,6…2,0	-0,11	950 - 1176
2,0….3,0	-0,12	686 - 1029

Овальность проволоки не должна превышать половины предельного отклонения по диаметру. Ее поверхность должна быть чистой и гладкой, без трещин, расслоений, раковин, забоин, окалин, ржавчин, масла и других загрязнений. На поверхности проволоки допускаются риски, царапины, местная рябизна, и отдельные вмятины. Глубина указанных пороков не должна превышать предельного отклонения по диаметру проволоки. Точность получаемого профиля проволоки, и качество ее обработки зависит от точности профилирования прокатных валков, через которые протягивается исходная проволока, зависящего от способа их профилирования и условий протекания процесса резания. Повышению эффективности способов профилирования прокатных валков посвящена данная работа.

Основные положения

Процесс прокатки представляет собой перемещение исходной проволоки через набор клетей, в которых расположены вращающиеся валки со скрещивающимися под углом 1200 осями. Схема прокатки представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 - Схема прокатки проволоки

Исходная проволока 2 протягивается через фасонные калибрующие отверстия, образованные профилем прокатных валков 1. Профиль валков и, соответственно, профиль и размеры формируемого ими отверстия, меняются в каждой секции прокатного стана, достигая окончательного размера в последней, калибрующей клети. Качество проволоки зависит от точности изготовления калибрующих отверстий, получаемых за счет сопряжения профилей прокатных валков, и точности расположения их осей по отношению к оси прокатной клети.

Профилирование валков, изготавливаемых из стали 60ХСФ2А и закаленных до твердости HRC 63-67, производится на специальном токарном станке модели П3-01 способом фасонного точения. На рисунке 2 представлен чертеж валка с требованиями по точности и качеству поверхности профиля.

Рисунок 2 - Валок трехвалковой клети: а) без учета профиля; б) профиль валка, получаемый точением

На существующем производстве процесс профилирования валков осуществляется следующим образом. Вначале предварительно обработанные валки (без нарезанного профиля, см. рис. 2,а) устанавливаются в клеть и там регулируются. Суть регулировки сводится к тому, что валки располагаются относительно друг друга под углом 1200 с заданной точностью, то есть так же, как это предполагается в процессе прокатки проволоки. Затем отрегулированная клеть с валками устанавливается на специальный токарный станок модели П3-01, где методом фасонного точения поочередно для каждого из трех валков осуществляется формирование их профиля. В качестве инструмента используются резцы, оснащенные пластинками из оксидно-карбидной керамики марки ВОК60 или гексанита-Р, которые устанавливаются в оправке с заданной точностью по отношению к оси каждого из валков (рисунок 3).

Рисунок 3 - Схема возможных погрешностей установки резца для наклонно расположенных валков клети: а - по результатам привязки к вертикально расположенному валку; б - искажение профиля валка при этом.

Δ1,Δ2 — отклонение вершины резца от центра валка соответственно вниз или вверх;

Δраб— рабочий зазор настройки клети;

h1 — погрешность установки вершины резца относительно центра оси валка;

R1 – радиус профиля валка;

R — наружный радиус валка.

Конструкция станка и схема резания таковы, что правильность настройки валков в клети перед выполнением операции профилирования валков обеспечивает ее точность. Предварительная регулировка валков считается верной, если вершина резца при настройке последовательно попадает в «мертвую точку» каждого валка (имеющую нулевую скорость), которая совпадает с осью их вращения в процессе обработки (для вертикального валка это точка О2, см. рис.3, а).

Нарушения требований точности расположения резца, то есть не совмещение «мертвой точки» валка с вершиной резца, приводит к следующим отрицательным последствиям.

Во-первых, искажаются задний и передний углы резца и угол резания, что приводит к изменению условий обработки, особенно при расположении вершины резца выше центра валка. В этом случае процесс резания заменяется трением - скоблением задней грани резца по поверхности валка, что приводит к росту радиальной составляющей силы резания и возможному возникновению вибраций. Во-вторых, происходит искажение профиля калибрующего отверстия в валках на величину Δ0 при выполнении резцом команды на срезание заданной ранее величины припуска aпр (см. рис. 3, б).

При обработке профиля валков в таких условиях зачастую возникают вибрации, приводящие к искажению профиля калибрующего отверстия и, следовательно, профиля самой прокатанной проволоки. Повышенная виброустойчивость системы СПИД позволит в определенной мере оказать положительное влияние на точность профилирования валков и качество формируемой поверхности.

В процессе исследования были рассчитаны жесткости клети и системы СПИД, ориентируясь на кинематическую схему станка (рисунок 4). Было установлено, что одной из причин возникновения вибраций является недостаточная жесткость системы резец- суппорт- направляющие скольжения. С целью повышения жесткости этого узла было предложено заменить направляющие скольжения на направляющие качения.

Расчет жесткости узлов станка и самой клети осуществлялся по следующей методике. [5]

Для системы резец-суппорт-каретка:

1/ Jпр= ( 1/ jрез + 1/ jкар+ 1/ jвинта),

где

jрез- жесткость резца в оправке,

jкар- жесткость каретки суппорта,

jвинта- жесткость винта.

jрез=125*b,

где

b- половина ширины резца (мм),

jвинта=π*d0*E/(4*l)

где

d0- диаметр винта,

E- модуль упругости,

l- длинна винта.

Жесткости составили:

для системы с направляющими скольжения

Jпр=600 Н/мкм

для системы с направляющими качения

Jпр=680 Н/мкм

Для трехвалковой клети жесткость рассчитывалась по следующей формуле:

Jпр=500( (Дн - Дв)/ l3)

где

Дн- наружный диаметр вала клети,

Дв- внутренний диаметр вала клети,

l- длина вала на участке между подшипниками.

Jпр= 1180 Н/мкм

Рисунок 4 - Кинематическая схема станка модели П3-01.

Результаты расчетов показали, что замена направляющих скольжения на направляющие качения в узле станка резец-суппорт-направляющие позволит повысить жесткость рассматриваемого узла и всей системы в целом на 13…15%.

Однако предложенное решение до конца не гарантирует обеспечения требуемой точности обработки профиля валков при использовании существующей схемы резания. Это связано с возможным возникновением погрешностей при настройке резца по отношению к оси каждого из валков, предварительно установленных в клети. Учитывая высокую стоимость валков, при искажении их профиля в допустимых пределах, для компенсации появившейся при обработке погрешности осуществляется перерегулирование валков в клети перед эксплуатацией, что позволяет, в ряде случаев, обеспечить необходимый профиль и размер калибрующего отверстия без замены валков. Это достаточно трудоемкий процесс, занимающий длительное время и не всегда обеспечивающий требуемый результат, то есть получение калибрующего отверстия требуемых формы и размеров, так как осуществляется вручную.

Выводы

Выполненные исследования позволяют заключить, что принятое решение об изменении конструкции станка, позволяющее на 15% повысить виброустойчивость системы СПИД, до конца не решает проблемы надежного обеспечения точности калибрующего отверстия.

Решение этой задачи в дальнейшем видится в направлении замены данной схемы резания схемой обработки одновременно трех профилей валков одним специальным осевым инструментом, что позволит уменьшить погрешность профилирования валков и, соответственно, калибрующего отверстия на треть.

Литература

1. ГОСТ 2246-70 Проволока стальная сварочная.

2. Юховец И.А. Производство высокопрочной проволочной арматуры. – М: Металлургия, 1973. - 264 с.

3. Юховец И.А. Волочильное производство. – М: Металлургия, 1965. - 375 с.

4. ГОСТ 26271-84 Проволока порошковая для дуговой сварки углеродистых и низкоуглеродистых сталей.

5. Проектирование металлорежущих станков и станочных систем: Справочник-учебник. В 3-х т. Т.2 Ч.1 Расчет и конструирование узлов и элементов станка / А. С. Пронников и др.- М.: Машиностроение, 1995. - 371 с.

6. Надійність інструменту та оптимізація технологічних систем. Збірник наукових праць.- Краматорськ: ДДМА, вип. №17, 2005. - 332 с.