Размещено на http://www.allbest.ru

Машиностроительные технологии (МТ)

Оборудование и технологии прокатки (МТ-10)

Применение методов периодической прокатки для производства малолистовых рессор

Автор: Ваградян Артем Смбатович

ГБОУ Лицей №1568

Научный руководитель:

Шинкаревич Юрий Павлович

МГТУ им Н.Э. Баумана

Доцент каф. МТ-10 МГТУ им. Н.Э. Баумана

Москва 2013

ВВЕДЕНИЕ

Рессора -- это упругий элемент подвески автомобиля, который также выполняет функцию направляющей. По своей сути это довольно простое устройство, но выполняющее очень важные функции. Подвески с листовыми рессорами применяются в автомобилестроении более ста лет. Несмотря на постепенное вытеснение таких подвесок другими конструкциями, например пневматическими, пружинными либо торсионными, традиционными преимуществами листовых рессор остается простота конструкции, низкая стоимость и невысокие требования к обслуживанию.

Актуальность данной работы обусловлена поиском наиболее приемлемого и экологического способа получения таких рессор.

Методом сравнительной оценки способа производства рессор является анализ процессов производства данных изделий.

Практическая значимость работы - замена многолистовых рессор малолистовыми или однолистовыми рессорами обладающими большей долговечностью и надежностью. листовой рессора прокатка

Цель работы - повышение эксплуатационных характеристик и долговечности подвески.

Задачи:

1. Разработка предложений по технологическому процессу получения малолистовых рессор и его реализации на специальном оборудовании.

2. Разработка модели технологического процесса для анализа влияния на процесс асимметричной прокатки рассогласования скоростей вращения рабочих валков и выбора конструктивных параметров рабочей клети.

3. На основе полученных результатов разработать схему технологического процесса для горячей прокатки заготовок малолистовых рессор периодического профиля.



ГЛАВА 1. РЕССОРЫ

Подвески с листовыми рессорами применяются на автомобилях более ста лет. В подвеске на листовых рессорах традиционной конструкции присущ ряд существенных недостатков. Большая масса упругих элементов, доходящая до 10% от массы металлических деталей автомобиля и увеличивающая величину неподрессоренных масс автомобиля, отрицательно сказывается на управляемости и комфортабельности. В ряде случаев отмечается недостаточная долговечность рессор. Вследствие применения большого числа листов малой длины рессора имеет большое межлистовое трение и жесткость, что также отрицательно влияет на параметры подвески.[1,2]

Необходимость устранения этих недостатков привела к созданию нового типа рессор- малолистовых. В этих рессорах применяются листы с переменным профилем по длине, что позволяет обеспечить равномерное распределение нагрузок в листе и уменьшить в несколько раз число листов по сравнению с многолистовой рессорой, имеющей листы с постоянным продольным профилем. В ряде конструкций удается заменить пакет из нескольких листов постоянного профиля одним листом переменного профиля. Таким образом существенно снижается масса рессоры, а так же снижается или устраняется совсем межлистовое трение тем самым улучшаются эксплуатационные качества подвески. Уменьшение массы рессоры достигается за счет того, что становится возможным увеличение допускаемых напряжений, вследствие более равномерного их распределения в листе переменного профиля.

Предназначение малолистовой рессоры (МЛР) предполагает три основных понятия - комфорт, долговечность, снижение металлоемкости. В автомобильной рессоре нагрузки распределяются неравномерно: максимальные приходятся на центральную часть рессоры, где компенсируются пакетом из листов постоянного сечения. Продольный профиль листа МЛР переменный, от концов к середине листа сечение увеличивается по параболическому закону (отсюда и название - параболическая), что обеспечивает распределение напряжений по всей длине листа равномерно, без скачков. Это и определяет меньшую жесткость рессоры, таким образом обеспечивая плавность хода автомобиля. Водителя, поездившего на "мягких" рессорах, вряд ли усадишь в автомобиль с рессорами классическими многолистовыми. Показатель долговечности рессоры возрастает в полтора - два раза за счет уменьшения межлистового трения, а значит, отсутствия пиковых напряжений. И еще одно немаловажное обстоятельство - металлосбережение на 25...30 %. Благодаря оптимальной форме листа в МЛР допустимые рабочие напряжения значительно увеличены, что и позволяет сократить количество листов до минимума.

1.1 Типы рессор

На рисунке 1.1 показан лист малолистовой рессоры на фоне рессоры традиционной конструкции аналогичной грузоподъемности. По данным зарубежных источников [3] долговечность малолистовых рессор, изготовленных с соблюдением технологии антикоррозионной обработки в несколько раз превосходит долговечность традиционных рессор.

На рисунке 1.2 приведены некоторые типы рессорных листов, применяемых на грузовых автомобилях различной грузоподъемности. Здесь видно, что продольный профиль заготовок для изготовления малолистовых рессор может иметь большое количество участков с различными характеристиками профиля, иногда расположенных асимметрично относительно центральной площадки. В некоторых случаях профиль имеет утолщенные концевые участки. При этом поперечное сечение листов в подавляющем большинстве случаев имеет прямоугольную форму со скругленными углами. Рессоры изготавливаются из двух типов проката переменного профиля: с постоянной шириной и с расширением к концам. Рессоры из проката постоянной ширины имеют некоторые преимущества по сравнению с рессорами из проката переменной ширины: Меньшую металлоемкость, меньшую трудоемкость изготовления концов листок рессор и большую точность проката. В настоящее время значительный интерес к использованию на грузовых машинах малолистовых рессор с параболическим профилем проявляют такие заводы России как ГАЗ и КАМАЗ[4,2].

В таблице 1 приведены данные по использованию параболической рессорной подвески в качестве основных амортизационных средств. Видно, что статистическая нагрузка колеблется от 3.55кН до 42кН в зависимости от типа автомобиля.

Таблица 1
	Модель
Параметры рессоры	КАМАЗ 65115	УРАЛ 63674	УАЗ 23602	Полуприцеп 9911-041
Масса, кг	60	60,1	22,3	49
Полная длина, мм	1960	2030	1415	110
Расчетная длина, мм	1800	1800	1350	910
длина переднего конца, мм	948	900	650	550
Высота пакета, мм	75,5	71	49,6	107
Количество листов	3	3	4	6
Сечение листов, мм	90/55x22,5/12,3	90x21/10	60/36х11,26,4	90/60х16,6/7,3
Марка стали	50ХГФА	50ХГФА	50ХГФА	50ХГФА

В таблице 2 приведены технические данные параболических рессор.

Таблица 2

Масса рессор, кг	От 31.3 до 78.8
Расчетная длина, мм	От 1280 до 1970
Ширина листов, мм	От 60 до 100
Толщина в центре рессорного листа, мм	От 13 до 30
Толщина концевых участков, мм	От 7 до 15
Кол-во листов в комплекте, шт	До 4
Статическое напряжение, Мпа	До 650



ГЛАВА 2. СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ ЛИСТОВЫХ РЕССОР С ПЕРЕМЕННЫМ СЕЧЕНИЕМ

В машиностроительном производстве первая стадия обработки включает заготовительное производство, уровень которого во много определяет дальнейший процесс изготовления деталей. Если на этой стадии получают заготовки, по форме и размерам близкие к готовым деталям, то технология их дальнейшей обработки существенно упрощается и, следовательно, становится дешевле готовая продукция. В ряде случаев при этом формируется требуемые потребительские свойства выпускаемой продукции, например эксплуатационные характеристики рессорных подвесок на основе малолистовых рессор.

В настоящее время большое внимание уделяется разработке и широкому практическому внедрению в машиностроении прогрессивных малоотходных технологий, направленных на снижение материалоемкости, энергозатрат и повышение эксплуатационных характеристик выпускаемой продукции. Это может быть осуществлено за счет сокращения потребления традиционных сортаментов проката черных и цветных металлов путем использования экономичных фасонных профилей, а также внедрения непосредственно на машиностроительных предприятиях деталепрокатного производства. Широкими возможностями в этом отношении обладает периодическая прокатка, позволяющая максимально приблизить размеры и форму заготовки к размерам и форме готовой детали, что существенно повышает коэффициент использования материала при одновременном сокращении потребности в дорогостоящем штамповочном оборудовании, снижении себестоимости и металлоемкости выпускаемой продукции. Применение периодических профилей позволяет сократить расход металла на 15...40 %, увеличив при этом производительность операций штамповки и обработки резанием в 1,5...2.0 раза[6, 7].

Основными потребителями периодического проката являются предприятия, связанные с производством автомобилей, тракторов, сельхозмашин и другой техники, где изготавливают большие серии деталей. Например, по данным [7], в автомобилестроении США применяют свыше 600 видов периодических профилей. Практически все автомобильные фирмы США, Великобритании, ФРГ, Франции, Японии и ряда других стран, использующих рессорную подвеску, в промышленных масштабах производят и применяют периодические профили для изготовления малолистовых рессор (рис1.1), масса которых по сравнению с многолистовыми меньше в среднем на 30 %, а долговечность выше примерно в 1,5 раза [8]. При этом улучшаются виброзащитные свойства транспортных средств [9, 10].

По мере усложнения конструкции рессорных листов шло совершенствование оборудования для их последующего производства. Ведущими фирмами мира было продумано несколько схем изготовления рессор с переменным продольным профилем.

2.1 Роквелл стандарт

Одну из схем прокатки листов рессор разработала фирма "Роквелл стандарт"[5]. На рисунке (рис. 2) показана одна из первых схем для прокатки полосы с клиновидными концевыми участками в гладких валках. Нагретая полоса (1) располагается в канале штампа (2). Ширина канала соответствует ширине полосы. Основание канала плоское. В начальный момент валок (3) находится над центром полосы. Реборды валка контактируют с профильными накладками (4), расположенными на перемещающейся в горизонтальном направлении каретке (условно не показана). При прокатке валок обкатывает профильные накладки и за счет этого осуществляет обжатие полосы в канале штампа. Боковые стенки канала препятствуют уширению полосы. После формирования клиновидного участка каретка возвращается в исходное положение. Для придания клиновидной формы другому концу полосы последняя должна быть повернута в канале штампа. Возможно также применение двухконцевой машины. Недостатком такой схемы является невысокая жесткость конструкции. Из-за этого трудно обеспечить требуемую форму и изгибы прокатываемого листа. Также конструкция штампа не исключает появления заусенцев, увеличивающихся по мере износа штампа. Удаление заусенцев потребует дополнительной механической обработки, что будет отрицательно сказываться на долговечности конечного продукта, а так же несет за собой дополнительные траты, следствием которых увеличивается цена выпускаемой конструкции.

2.2 Морита

Одним из современных способов производства малолистовых рессор периодического профиля является производство на установке Японской фирмы "Морита". (Рисунок 2.1)



Процесс получения рессорной полосы на установке фирмы "Морита" делится на два основных этапа. Первый этап- обжатие концевых участков по ширине, а второй- обжатие рессорной полосы по толщине. Исходные заготовки прямоугольного сечения мерной длины поступают в приемный лоток, обеспечивающий поштучную подачу их к стану для снятия обезуглероженного слоя с двух сторон. Одновременно обрабатываются две полосы, расположенные рядом. Слой снимается механическим способом с использованием иглофрезерных головок. После снятия слоя, полосы рольгангом подаются на накопитель, с которого поштучно выдаются на рольганг, а затем к пресс- ножницам. Здесь полосы разрезаются на заготовки равные длинам периодов и передаются на транспортные балки нагревательной печи, где они нагреваются до 950...960 градусов цельсия. Выйдя из печи, нагретые заготовки рольгангом подаются до упора, а манипулятором устанавливаются на рабочую позицию обжимной машины. Затем манипулятор освобождает заготовку, а прижимное устройство четко и надежно фиксирует ее по средней части. Подвижные станины, которые могут передвигаться от пульсирующего привода, установлены на направляющих обжимной машины. На подвижных станинах установлены штампы для обжатия заготовок по ребру с двух концов. Работа осуществляется следующим образом: 1) Включаются приводы клиновых штампов. 2) Обжимаются концы заготовки на некоторую небольшую величину и штампы приходят в исходное положение. 3) Включается привод перемещения подвижных станин и перемещает их "на заготовку". Далее цикл 1-2-3-4 повторяется до тех пор, пока не будет получено обжатие концов по ребру на нужную величину. Эта операция позволяет исключить уширение по плоскости при дальнейшем обработке клиновых участков по толщине. После этого подвижные станины приходят в исходное положение, а заготовка сдвоенным манипулятором передается на рабочую позицию первой машины для прокатки на клин. На этой позиции прокатывается клин с одной стороны заготовки. Закрепленная в середине заготовка вместе со столом машины проходит через раскрытые валки и при включении валков при обратном ходе стола формируется половина периода заготовки. После передачи заготовки на рабочую позицию второй машины происходит формирование второй половины периода.

Наибольшее распространение к настоящему времени получила технология фирмы "Даниэль Хойзер"(ФРГ), которой пользуются наиболее известные производители рессор, такие как "Krupp Faderfabrik" (ФРГ), "Ovako Steel" (Финляндия), "Mitsubishi" (Япония), "Eaton Corporation" (США). Суть этой технологии заключается в поэтапном прокате сначала одного конца полосы, а затем другого при двукратном нагреве заготовки, что существенно удорожает процесс изготовления. По данной технологии формирование периодического профиля осуществляется путем прокатки концевых участков полосы за 5...8 проходов. При этом технологическим процессом предусмотрен нагрев до 920...960 градусов Цельсия с одной стороны заготовки. Холодным концом заготовка задается в агрегат, который состоит из клети с приводными горизонтальными валками диаметром 180 мм и неприводными вертикальными валками постоянного радиуса. С выходной стороны клети установлено тянущее устройство с захватом, снабженное гидроприводом мощностью 75 кВт. Зазор между горизонтальными валками устанавливается автоматически в каждом проходе по заданной программе за счет перемещения верхнего валка гидравлическим устройством, в зависимости от положения тянущего устройства. Сначала осуществляется нагрев и обжатие одного конца полосы за несколько циклов. В конце каждого цикла горизонтальные валки разводятся и заготовка подается в исходную позицию. При этом уширение полосы устраняется вертикальными валками во время обратного хода тянущего устройства. После последнего прохода заготовка снова загружается в печь, и цикл повторяется для второго конца.

Преимуществом такого стана является то, что заготовка калибруется гладкими цилиндрическими валками, позволяющими получать различные профили без замены валков. А недостатком является то, что во время прокатки происходит уширение полосы. Несмотря на то, что геометрические размеры листа обеспечиваются воздействием вертикальных роликов при обратном ходе, наличие уширения является нежелательным, т.к оно приводит к созданию в заготовке в ходе деформации в горизонтальных валках значительных растягивающих напряжений, способствующих раскрытию и увеличению закатов и микротрещин, зачастую присутствующих на заготовке. Кроме того схема стана требует применения ручного труда и промежуточного складирования полуфабрикатов для их охлаждения. Последнее вынуждает использовать дополнительные площади и транспортные механизмы для работы со штабелями полуфабрикатов.

2.3 Хилле

Аналогичная технология используется в стане для производства рессорных листов переменного профиля фирмы "Хилле"(HILLE) [3]. Прокатка на данном стане происходит по следующим основным принципам(рис 2.2):

1. Заготовка прокатывается в непрофилированных цилиндрических валках.

2. Прокатка проводится в несколько проходов, отдельно для каждого конца листа, с промежуточным нагревом.

3. Уширение устраняется с помощью дополнительных вертикальных роликов.

На рисунке 2.3 изображена схема расположения оборудования стана фирмы"Хилле".

Основой данной конструкции является прокатная клеть традиционной конструкции. В клеть вмонтированы вертикальные ролики контроля уширения, расположенные на максимально близком расстоянии от рабочих валков. С противоположной стороны клети установлено тянущее устройство, снабженное зажимом для заготовки.

Прокатка осуществляется в следующей последовательности:

1. Предварительно нагретая заготовка поступает на рабочий стол стана

2. Заготовка зажимается захватом тянущего устройства и пропускается через разведенные валки клети.

3. Нижний горизонтальный валок поднимается с помощью гидравлической клиновой передачи на уровень, соответствующий началу прокатки. Одновременно происходит центрирование вертикальных роликов и их установка на ширину листа.

4. Параллельно с запуском прокатки включается тянущее устройство, обеспечивая натяжение заготовки. Перемещение тянущего устройства отслеживается системой управления и учитывается при управлении зазором рабочих валков.

Аналогичную технологию прокатки периодического рессорного профиля на агрегатной линии за два прохода имеет УкрНИИМет.[11] Принцип данной разработки следующий: Нагретая заготовка после снятия окалины поступает в клеть с вертикальными и горизонтальными валками, в которой производится периодическое обжатие заготовки по ширине за счет изменений расстояния между вертикальными валками по определенному закону. По выходу из первой клети, заготовка(переменной ширины) режется на ножницах и механизмом подачи поштучно задается в чистовую прокатную клеть, где прокатывается с переменным обжатием за счет изменения расстояния между горизонтальными валками. Сближение валков в клетях осуществляется гидросистемой, управляемой копирными линейками. Производительность данной системы относительно высокая, однако требуется строгое совмещение элементов периодического подката с элементами периодического рессорного профиля, формируемого в горизонтальной клети. Отклонения параметров подката от заданных не исправляются в чистовой клети, а приводят к еще большим отклонениям размеров и формы готового проката.

Японской фирмой AICHI STEEL получен патент [12] на оборудование для производства полосы, имеющей постоянную ширину и изменяющуюся по длине толщину. Областью применения изобретения является производство заготовок малолистовых автомобильных рессор. Схема оборудования показана на рисунке 2.4.

2.4 AICHI STEEL

Прокатка осуществляется следующим образом: перед горизонтальными рабочими валками 1, обеспечивающими обжатие полосы 3 по толщине, установлены вертикальные ролики 2, осуществляющие предварительное обжатие полосы по ширине с целью компенсировать последующее уширение. Управление всем комплексом ведется главным контроллером, рассчитывающим необходимые перемещения для вертикальных роликов горизонтальных валков на основании заранее заданных параметров полосы и учитывая данные, получаемые от датчика перемещения полосы 4. Контроллер управляет гидроприводами всех механизмов через цифроаналоговые преобразователи (ЦАП) и серво-усилители. Прокатка полосы осуществляется непрерывно, после выхода полосы из горизонтальных валков по команде главного контроллера производится резка на мерные длины. Момент ряда определяется на основе показаний датчика перемещения полосы 4. Достоинствами данной схемы можно отнести высокую производительность и мощную систему управления, позволяющую осуществлять гибкое регулирование параметров прокатки. Недостатками является необходимость осуществлять прокатку за один проход, что ограничивает возможные обжатия, а также (аналогично схемам "ХИЛЛЕ" и "Даниель Хойзер") уширение при прокатке в горизонтальных валках.

2.5 БНТУ

Также свой след в истории изготовления рессор переменного профиля оставил БНТУ. На кафедре "Машины и технология обработки металлов давлением" БНТУ, разработан целый ряд способов и устройств для формообразования полосовых заготовок с переменной по длине толщиной. Суть основополагающего способа заключается в том, что заготовку 1 (рис. 2.5) прижимают посередине к торцу профилированной с двух сторон оправки 2 и с помощью неприводных валков 3 при поступательном перемещении оправки вначале изгибают поперек в серединной части до полного прилегания концов заготовки к оправке, а затем прокатывают в этих же валках при жестко фиксированном зазоре между последними. По окончании прокатки заготовку снимают с оправки, затем разгибают для обеспечения плоскостности одной стороны. Таким образом изменение толщины полосовой заготовки вдоль ее длины обеспечивается соответствующим контуром рабочих поверхностей подвижной оправки.

В данной схеме прокатки валки являются неприводными. Поэтому заготовке в процессе обжатия постоянно прижата к торцу оправки, что исключает смещение заготовки в направлении перемещения последней. За счет этого устраняется явление опережения, что трудно добиться при обычной прокатке в приводных валках, и повышаются точность формообразуемого профиля в прокатных полосах

Совершенствование описанного способа получения полосовых заготовок переменной толщины [13] осуществлялось с целью повышения точности размеров и формы изделий, увеличения производительности и расширения технологических возможностей процесса.

Повышение размерной точности достигалось несколькими путями. В одном из технических решений [14] нагретую исходную заготовку 10 ( рис 2.6 ) при перемещении в осевом направлении профильной оправки 1 изгибают по ее профилю роликами 8. При подходе к деформирующему инструменту рабочие валки 4, не менее двух по каждой ветви 11 и 12, деформируют в режиме дробной деформации с малыми обжатиями, что снижает усилие деформирования. Рабочие валки 4 закреплены в обоймах 3 с возможностью вращения вокруг своей оси. Профиль каждой из сторон оправки 1 выполнен в виде вогнутой кривой 5 симметрично ее продольной оси. Такое решение обеспечивает не только повышение точности по толщине из-за меньшего усилия деформирования, но также снижение серповидности по длине и улучшение структуры материала и его физико-механических свойств.

Другим решением, подчиненным той же цели, является устройство [15], содержащее калибрующую оправку 1 (рис 2.7) с клиновым скругленным при вершине передним концом и рабочими поверхностями. Оправка 1 установлена с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль своей продольной оси. За оправкой расположены направляющие ролики 3 и средство перегиба 4 заготовки 7 относительно оправки. Далее установлена деформирующая матрица 5 с профильным калибрующим очком и направляющими пазами 6. За счет жесткого базирования оправки 1 выступами 2 относительно пазов 6 и матрицы 5 обеспечивается повышение точности размеров и улучшение структуры в получаемых изделиях вследствие интенсификации сдвиговых деформаций.

Повышение размерной точности по ширине прокатанной полосы переменной толщины достигается [16] за счет того, что в исходной заготовке перед нагревом выполняют направленные к ее продольной оси скосы, сумма объемов металла которых равна сумме объемов металла уширения (рис 2.8 )

Другой путь повышения производительности заключается в том, что в схеме [13] разгибание прокатной полосы 1 (рис 2.3) осуществляют одновременно со снятием ее с оправки [17]. Для этого оправка выполнена в виде центральной части 2 и шарнирно связанных с ней со стороны переднего рабочего конца двух боковых разводимых элементов 3, снабженных упорами 4 и соединительным замком 5.

В приведенных выше технологических схемах прокатки минимальная длина центральной недеформированной части полосы ограничена величиной дуги передней концевой части профилированной оправки и радиусом закругления этой части, минимальное значение которого зависит от пластических свойств прокатываемого металла. Поэтому для расширения технологических возможностей процесса получения полос с переменной по длине толщиной прокатку предлагается [18] осуществлять на неподвижной калиброванной оправке 1 одновременно двумя валками 2, раздвигаемыми от середины заготовки 3 к ее концевым участкам. (рис 2.10).

В данной схеме длина недеформированного центрального участка заготовки не может быть меньше диаметра прокатных валков, минимальная величина которых ограничена условием вращения и жесткостью. Уменьшить ограничение на длину недеформированной центральной части заготовки 1 можно, если в предыдущей схеме неподвижную оправку 2 выполнить в виде равнобедренного треугольника, а валки 3 перемещать одновременно от середины к концам вдоль боковых ребер треугольников [19] (рис. 2.11).

Несмотря на ряд усовершенствований, описанные схемы прокатки все же имеют свой главный недостаток-ограничение на протяженность серединной, недеформированной части заготовки, которая по конструктивным соображениям может быть неограниченно минимальной. Для избежание такого ограничения была разработана новая схема прокатки [20], в соответствии с которой нагретую заготовку 1 закрепляют одним концом на переднем участке калибрующей оправки 2, движением которой заготовку посредством направляющего ролика 3 укладывают на профилированный участок оправки т затем прокатывают между двумя неприводными валками 4 с ребордами (рис.2.12). В данном случае протяженность серединной недеформированной части задается профилем калиброванной оправки. Недостатком данной схемы является необходимость удаления в отход переднего изогнутого конца заготовки.



Более совершенная схема прокатки [21] заключается в том, что середину недеформируемого по толщине участка заготовки 1 располагают под линией центра деформирующего неприводного валка 2, а затем фиксируют заготовку за ее боковые ребра и посредством этой фиксации прижимают к оправе 3 (Рис. 2.13). При этом перед прокаткой заготовки к ней приближают деформирующий валок в вертикальном направлении, а в процессе прокатки оправку вместе с заготовкой перемещают горизонтально сначала одним концом заготовки, а затем другим. Такая схема наиболее технологична, так как не имеет ограничений по протяженности недеформированного центрального участка заготовки, не дает технологических отходов и не требует дополнительной операции разгиба прокатанной полосы.



Основой моей работы является анализ и усовершенствование процесса получения малолистовых рессор переменного профиля на прокатном стане, используемом в АМО ЗИЛ.



ГЛАВА 3. ПРОКАТНЫЙ СТАН ВНИИМЕТМАШ ДЛЯ ПРОКАТКИ ЗАГОТОВК МАЛОЛИСТОВЫХ РЕССОР

Комплекс прокатного стана включает в себя оборудование, необходимое для горячей прокатки заготовок параболических рессор, у которых нижняя поверхность плоская, а верхняя имеет симметричные относительно центра параболические участки.

ПЕРЕЧЕНЬ ОБОРУДОВАНИЯ СТАНА (Рис. 3)

1. клеть рабочая

2. главный привод

3.механизм перевалки

4.тянущее устройство

5.линейки центрирующие

6.рольганг опускающийся

7.толкатель

8.направляющие с опускающимися опорами

9.сталкиватель

10.клинкен - шлеппер №1

11.рольганг

12.клинкер - шлеппер №2

13.стол подъемно-поворотный

14.Ножницы 250тс

15.упор передвижной

16.устройство подъемно-транспортное

17.стеллаж

18.упор передвижной

19.устройство разгрузки заготовок

20.нагревательная печь



Установка этого стана предусмотрена в рессорном цехе АМО ЗИЛ а виде специализированного участка.

Проектирование оборудования прокатного стана велось согласно требованиям технических зданий АМО ЗИЛ на изготовление оборудования с учетом научно-исследовательских и опытно-конструкторских разработок ВНИИМЕТМАШ, а также зарубежного опыта проектирования и эксплуатации подобных станов.

Отличие предлагаемой технологической схемы стана от известный решений, используемых в практике, заключается в том, что прокатки каждой половины рессорного листа производятся последовательно в одном технологическом процессе.

Обработка каждой половины листа включает следующие операции, осуществляемые в автоматическом режиме:

- подачу заготовки к нагревательной печи для нагрева одной его половины

- выдачу заготовки из печи и передачу ее для прокатки в рабочей клети

- многопроходную прокатку с натяжением одной половины листа

- охлаждение раската на клинкен-шлепперах

разворот охлаждаемой заготовки

- обрезку концевого участка прокатанной части листа

- передачу готовых изделий на выгрузку

Преимуществами этой технологической схемы производства параболических рессорных листов являются:

- Высокая точность изготовления продукции

- высокая производительность

- широчайший сортамент производимой продукции, быстрый переход на другой сортамент

- сокращение времени полного цикла изготовления готовых рессорных листов

- минимизация производственных площадей путем исключения промышленного скандирования полуфабрикатов

- минимизация загрузки цеховых транспортных средств (кранов, погрузчиков и пр.)

- максимальная механизация и автоматизация процесса производства рессорных листов

- облегчение условий труда и уменьшение обслуживаемого персонала.

Сущность процесса производства периодического профиля по длине листа заключается в многопроходной горячей прокатке при температурах 950-780 градусов Цельсия с изменяющимися, по заданной программе в ходе каждого прохода, величинами обжатия и переднего натяжения. При этом деформация осуществляется от центра заготовки к торцу обрабатываемого участка с переменным профилем.

Взаимосвязь между изменяющимися параметрами процесса прокатки осуществляется управляющей электронно-вычислительной машиной.

Конструкция стана защищена патентами [22], [23].

3.1 Назначение стана

Прокатный стан предназначен для производства рессорных листов переменного профиля по толщине относительно центра листа.

Типовая конструкция листа с переменным профилем приведена на рисунке 1.1

На стане можно производить:

- листовые заготовки для малолистовых рессор автомобилей грузоподъемностью от 1.5 до 25 тонн;

- заготовки полос и изделия с клиновидной формой.

Изделия стана имеют асимметричную форму относительно горизонтальной плоскости. Нижняя поверхность плоская, а верхняя имеет периодический профиль.

Создание оборудования прокатного стана для производства рессорных листов с параболическим профилем обеспечит для АМО ЗИЛ изготовление новых подвесок для автомобилей, выпускаемых заводом.



3.2 Требования к подкату и готовым листам

Исходная заготовка

Материал - сталь 50ХГФА ГОСТ 14959-79.

Допуски на размеры исходной заготовки по ГОСТ 7419-90, категория точности высокая.

Размеры исходной заготовки

Толщина, мм 12...30

Ширина, мм 60...100

Форма кромок скругленная, мм R<H/2

Длина исходной заготовки для производства рессоры выбирается из ее теоритического веса с учетом концевой обрезки, которая достигает до 25 мм в длину.

Поверхность листов заготовок для производства рессор должна быть без трещин, раковин, забоин и др. дефектов. Предусмотрена возможность прокатки малых серий листов с толщиной в средней части 45...55 мм с соотношением толщины средней и клиновидной частей 3:1.

Технические требования к листам с параболическим профилем:

Размеры листов рессор:

- ширина, мм 60...100

- толщина листов в средней части, мм 12...30

- соотношение толщин средней и

концевых частей листа до 3:1

- длина, мм 1200-2150

Так же к требованиям по состоянию листов нужно добавить то, что поверхность, а также и ребровые стороны листов должны быть без расслоений, трещин, раковин, забоин и других дефектов, снижающих долговечность листов.

- Допуск на толщину листа в каждом сечении, мм ± 0,2

- Допуск по ширине, мм ± 1,5

- Ребровая кривизна не более 1 мм на 1 м длины.

- Скручивание листов вокруг продольной оси не допускается .

- Радиус скругления боковых стенок должен быть не более половины толщины прокатываемой полосы.

3.3 Техническая характеристика прокатного стана

Исходная заготовка:

Материал: сталь 50 ХГФА ГОСТ 14959-79

Размеры заготовки:

длина, мм 800...1400

толщина, мм 12...30

ширина, мм 60...100

Готовая продукция:

длина, мм 1200 до 2150

толщина, мм 12/6 ч30/15

ширина, мм 60...100

Диаметр рабочих валков, мм 180...190

Диаметр опорных валков, мм 290...300

Максимальное обжатие за проход, мм до 5,0

Температура прокатки, °C 780...950

Усилие прокатки, кН до 500

Усилие тянущего устройства, кН 0...120

Усилие зажатия заготовки, кН 6...280

Нажимное устройство- гидравлическое

Усилие развиваемое гидроцилиндрами, кН до 500

Количество гидроцилиндров, шт 2

Охлаждение рабочих валков внутреннее

Время прокатки одной половины листа, с от 15 до 30

Главный привод состоит из двух двигателей 4ПФ 180 МВБГ УХЛ4

мощностью по 40кВт, 440 В, n = 775/3800 об/мин

Привод каждого валка индивидуальный

Момент прокатки, кНм 9,6

Скорость прокатки, м/с 0,1...0,5

Редуктор главного привода:

передаточное число редуктора 15,28

Печь нагревательная, индукционная

Количество одновременно нагреваемых

заготовок, шт 4

Участок загрузки заготовок на стан

Количество заготовок, подаваемых на стан

в одном контйнере, шт. 95...96

Количество заготовок, поступающих

на стеллаж, шт 5...8

Ход толкателя при перемещении заготовок

по стеллажу, мм 810

Приемный рольганг:

Длина рольганга, мм 18010

Диаметр роликов, мм 150

Длина бочки роликов, мм 150

Шаг роликов, мм 300

Скорость транспортировки, м/с 0,3

Клинкен-шлеппер №1

Длина, мм 3410

Количество расположенных на

шлеппере заготовок, шт 19

Рольганг промежуточный

Длина рольганга, мм 11990

Диаметр роликов, мм 150

Длина бочки роликов, мм 150

Шаг роликов, мм 300

Скорость рольганга, м/с 0,3

Клинкен-шлеппер №2

Длина, мм 8380

Количество заготовок, расположенных

на шлеппере, шт. 49

Ножницы

Размеры сечения разрезаемой полосы, мм 4...30х60...100

Материал полосы сталь 50ХГФА

Предел прочности материала полосы, МПа 920

Усилие резания, кН 2200

Раствор ножей, мм 75

Ширина ножей, мм 160

Стол подъемно-поворотный

Разворот раската, ° 180

Высота подъема ложа, мм 80

Линейки центрирующие

Длина линеек, мм 575

Ход передвижной линейки, мм 80

Усилие цилиндра передвижения

линейки, Н 7400

Давление в гидросистеме, МПа 5

Упор передвижной

Ход каретки, мм 1300

Скорость перемещения каретки, мм/с 80

Сталкиватель участка выгрузки

- ход толкателя, мм. 430

- толкающее усилие, Н 1000

- принцип работы гидравлический

- скорость передвижения, м/с 0,2

Устройство подъемно-транспортного участка выгрузки готовых листов

- количество, шт 1

- количество одновременно передаваемых

рессорных листов, шт. 5...8

- ход перемещения платформы, мм 1700

- рабочий ход вилы в вертикальном направлении, мм 700

- скорость перемещения платформы, м/с 0,17

Контейнер для заготовок и готовых рессорных листов

- количество, шт. 2

- количество листов в контейнере, шт. 95...96

- масса листов в контейнере, кг 434...3600

- количество слоев в контейнере, шт. 12...19

3.4 Технологический процесс прокатки

Технологический процесс производства заготовок параболических рессор на стане, используемом в АМО ЗИЛ, ориентирован на получение готовой продукции за два цикла в едином замкнутом комплексе механического оборудования.

Прокатка первой и второй половины заготовки осуществляется отдельно за первый и второй цикл соответственно. При этом каждый из циклов включает нагрев, прокатку, охлаждение раската и обрезку раскатанной части рессоры.

Процесс прокатки проходит по следующему принципу:

На стан подается контейнер с мерными заготовками, который устанавливается перед приемным стеллажом.

Из контейнера берется верхний слой заготовок и переносится на приемный стеллаж.

С приемного стеллажа очередная заготовка подается на приемный рольганг и транспортируется по рольгангу до стационарного упора.

Далее заготовка сталкивателем перемещается на транспортер печи, который транспортируется в заготовку к нагревательной печи и укладывает ее в ячейку барабана печи.

Загрузочным толкателем печи необходимая для прокатки часть заготовки задается для нагрева в индуктор печи.

На барабане индукционной печи одновременно находятся в процессе нагрева четыре заготовки. Общее время нагрева заготовки строго соответствует времени цикла прокатки одной половины полосы.

После нагрева заготовка толкателем выдается из четвертой ячейки индуктора. Барабан производит очередное шаговое вращение, в процессе которого нагретая заготовка передается на рольганг.

Параллельно в это время первая ячейка с нагреваемой заготовкой перемещается на шаг барабана, а на ее место поступает очередная свободная ячейка барабана, на которую транспортер загружает следующую заготовку, а толкатель устанавливает на небольшую величину ее часть для нагрева в индуктор.

Печным рольгангом заготовка транспортируется на рольганг рабочей клети.

Перед поступлением заготовки в район рабочей клети стана механизмы которого находятся в следующем положении:

- ролики рольганга рабочей клети вращаются и находятся на одном уровне с верхней кромкой образующей цилиндра нижнего рабочего валка;

- отбрасывающийся упор толкателя находится в рабочем положении

- линейки, центрирующие заготовку находятся в разведенном состоянии.

- центрирующие и прогладочные ролики разведены и имеют настройку, обеспечивающую минимально-возможное расстояние между ними, равное номинальному значению ширины и прокатываемой заготовки;

- Рабочие валки разведены на необходимую величину;

- Натяжное устройство находится в исходном положении на расстоянии 380 мм от оси клети. Губки зажимного устройства раскрыты;

- программу изменения обжатия и натяжения введена в управляющую машину;

- рольгангом рабочей клети заготовка подается в зону рабочей клети и досылается толкателем до упора в зажим натяжного устройства. Центрирующие линейки и ролики сводятся и центрируют заготовку по оси прокатки:

- зажимное устройство зажимает холодный конец заготовки

- входной пирометр измеряет температуру заднего (нагретого) конца заготовки;

- дается команда "начало прокатки" и тянущее устройство начинает перемещать заготовку, одновременно нажимной механизм клети производит рабочий ход верхнего валка и в этот момент рольганг рабочей клети опускается от уровня прокатки вниз, а прогладочные ролики прижимаются к боковым кромкам прокатываемой заготовки.

На рисунках 3.1 и 3.2 показаны схемы начала прокатки, где центральный участок "МК" не прокатывается. На первом рисунке видно, что данный участок смещен в сторону входа. После команды начало прокатки верхний валок опускается, заготовка перемещается тянущим устройством и встречается с валком в точке "М". После внедрения валка в металл на величину 1 мм перемещение тянущего устройства с заготовкой переводится с режима по положению на режим работы по давлению, заданному программой.



Верхний рабочий валок продолжает перемещаться по программе в зависимости от положения "ТУ". В этом режиме производится прокатка оставшейся части заготовки.

В процессе прокатки тянущее устройство развивает усилие до заданного значения индивидуально для каждого типа рессорной полосы по программе.

После осуществления первого прохода рабочие валки разводятся до достижения раствора S, равного S=h+S1

h- толщина центральной, непрокатанной, части листа

S1- зазор между заготовкой и верхним валком, выбранный в зависимости от скоростей перемещения ГНУ по ТУ, а также положения точки "М" относительно оси валков.

Центрирующие линейки и вертикальные ролики разводятся на максимальную ширину.

После первого прохода тянущее устройство устанавливает заготовку в положение, когда конец центрального участка (точка "К", рис 3.1) совпадает с осью клети.

Производится второй проход. Повторяются операции как и в первом проходе.

После завершения процесса прокатки первого полупериода рессорного листа раскат посредство тянущего устройства выводится из зоны клети, губки зажимного устройства раскрываются и включается сталкиватель №2.

Сталкиватель №2 сдвигает заготовку на клинкен0шлеппер №1, который захватывает ее кулачками и передвигает на 160 мм. Темп работы клинкен-шлеппера согласуется с темпом прокатки.

При движении раската по линии, включающей клинкен-шлеппер №1, промежуточный рольганг и клинкен-шлеппер №2 составляет не более 100 °C.

В начале клинкен-шлеппера №1 установлен стол для выборочного контроля точности профиля прокатываемой заготовки. Изъятие контролируемой заготовки из технологического потока производится вручную.

Передача раската на промежуточный рольганг осуществляется непосредственно клинкен-шлеппером №1. Скорость промежуточного рольнага - 0.3 м/с.

Передача заготовки с промежуточного рольганга на клинкен-шлеппер №2 производится сталкивателем №4. Конструктивно клинкен-шлеппер №2 аналогичен клинкен-шлепперу №1 и отличается только длиной.

Клинкен-шлеппер №2 передает заготовку на приемный рольганг. Перед ножницами установлено подъемно-поворотное устройство, разворачивающее транспортируемую заготовку на 180 градусов для базирования заготовки при обрезке прокатанного конца в заданном размере. После разворота заготовка останавливается передвижным упором на заданном расстоянии от оси ножниц и центрируется. Затем производится обрезка торца прокатанного участка заготовки.

Упор отводится и рольгангом заготовка передается дл участка загрузки ее в печь. Этим заканчивается первый цикл обработки рессорной заготовки, где производится прокатка одной половины рессорного листа.

Перед началом второго цикла обработки рессорной заготовки прекращается подача исходных заготовок на загрузочное устройство из контейнера.

Загрузочное устройство печи начинает принимать полуфабрикаты непосредственно из линии стана. Начинается второй цикл обработки рессорного листа. При этом в системах автоматизации печи и рабочей клети происходит перестройка с учетом удлинения заготовки после прокатки первой половины.

Заготовка с прокатанным одним концом движется до упора и сталкивателем сдвигается с рольганга на транспортер загрузки в печь. Повторяются операции как и при прокатке первой половины заготовки.

Принятая технология обеспечивает:

- производство готовой продукции заготовок параболических рессор в едином технологическом потоке без участия технологических кранов и напольных транспортных средств;

- исключение необходимости в промежуточном складировании полуфабрикатов с целью их охлаждения;

- исключение контейнеров для технологических перевозок полуфабрикатов;

- до минимума сокращение занятости цеховых кранов в технологическом процессе;

- сокращение времени цикла производства готовых рессорных листов;

- облегчение рабочего труда и уменьшение числа обслуживающего персонала;

- улучшение организации производства готовых рессорных листов.



ГЛАВА 4. ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПО УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЮ ПРОКАТНОГО СТАНА ДЛЯ ПРОКАТКИ ЗАГОТОВОК МАЛОЛИСТОВЫХ РЕССОР

Данный стан был разработан для прокатки заготовок рессор имеющий ассиметричный профиль, однако в настоящее время заказчиками высказываются пожелания о введении рессор имеющих симметричный профиль. Но у данного стана при получении данных рессор есть несколько затруднений. При выполнении технологических операций, следующих за прокаткой заготовки затруднено определение верхней и нижней стороны заготовки, особенно имеющей плавные переходы по толщине. Эксперименты, проведенные на стане и расчеты геометрии очага деформации показывают возможность получения симметричных профилей на стане подобного типа. Необходимость обеспечивать симметричное перемещение нижнего валка отсутствует, так как небольшая асимметрия действия тянущего устройства не оказывает существенного влияния на форму полосы. Для уменьшения влияния этого фактора можно рекомендовать обеспечение свободного вращения захвата тянущего устройства относительно горизонтальной оси, перпендикулярной направлению прокатки. Имеющаяся схема индивидуального привода валков позволяет обеспечить прокатку с любым требуемым отношением скоростей, в том числе и без рассогласования скоростей, что и требуется для прокатки симметричной полосы.

На основе проведенного мною анализа, я предлагаю прокатывать рессоры симметрично, так как при ассиметричной прокатке происходит значительный износ валков. Окончательную форму рессорам придавать с помощью штамповки на специальном оборудовании



ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

Проведен подробный анализ различных методов периодической прокатки для производства малолистовых рессор.

На основании анализа показано, что наиболее проработанным и перспективным способом является способ, реализованный при создании стана ВНИИМЕТМАШ. Этот метод имеет недостатки. Основным недостатком данного метода является низкая стойкость валков.

Мною предлагается производство малолистовых рессор имеющих симметрично относительно основной плоскости форму, так как в этом случае прокатка рессоры не связана с рассогласованием скоростей на валках, следовательно износ валков будет минимальным.



ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Горелик А.М. Совершенствование конструкций рессор и пути унификации. Материалы научно-технического совещания "Пути улучшения качества и увеличения долговечности автомобильных рессор" Челябинск, КТИАМ, 1973 260 с.

2. Горелик А.М. Малолистовые рессоры. Грузовые автомобили и специализированный автомобильный транспорт. НИИИАВТОПРОМ, Москва, 1981. с 5-35.

3. Tape Leaf Spring Rolling Machine. Hile Engineering Ltd. 1986

Prince of Wales Road, Sheffield S94Ex, England c.2-3

4. Мишин А.Ф. Темянко Л.С. Волгунин А.А. и др. Изготовление малолистовых рессор в ОАО ГАЗ КШП ОМД 2001 №8 с.42-45

5. Пасечник Н.В., Целиков Н.А., Сиушев С.Х., Орлов В.К., Родинков С.В., Целиков Н.Андр. Стан прокатки параболических полос для рессор. Академик А.И. Целиков. Очерки. Воспоминания. Избранные статьи. Сборник Москва, 2004 с.226-229

6. Периодические профили продольной прокатки / Н.М. Воронцов, В.Т. Жадан, Н.Ф Грицук и др. - М.:Металлургия, 1978.- 232 с.

7. Савец В.Е. Производство и применение экономичных профилей проката. - М.: Металлургия, 1967. - 76 с.

8. Горелик А.М. Малолистовые рессоры: Обзорная информация. - М.: НИИ автопрома, 1981.- 51 с.

9. Дегтярев Л.И. Современное состояние и перспективы развития рессорного производства // Пути улучшения качества и увеличения долговечности автомобиля: Матер. научно-техн. совещания. М.:НИИ автопрома, 1973.- с. 613.

10. Брон Д.И. Технологические резервы улучшения качества рессор грузовых автомобилей // Автомобильная промышленность.- 1965. - №6. - c.34-37.

11. Исследование, разработка технологии и состава оборудования агрегатных линий для производства новых периодических профилей продольной прокаткой. Отчет о НИР УкрНИИМЕТ ГР77009038 инв № 697024, Харьков С.3-100.

12. Способ изготовления полосового материала с толщиной, переменной по длине. Патент Япония №59-26669 кл. В21; В37/14;1/38; В21; H 8/00, 1984

13. А.С 1777279 СССР, МКИ В21 Н7/00. Способ изготовления заготовок изделий с переменным по длине профилем и устройство для его осуществления / А.В. Степаненко, В.А. Король, Г.А. Исаевич (СССР)

14. А.С. 1827901 СССР, В21Р 8/00. Способ изготовления заготовок изделий с переменным по длине профилей и устройство для его осуществления / А.В. Степаненко, В.А Король, Г.А. Исаевич, А.П Греченко, С.С. Бенедис (СССР). - 3с.

15. А.С. 1781909 СССР, В21Н 1/20. Устройство для изготовления заготовок изделий с переменным по длине профилем. / А.В. Степаненко, В.А. Король, Г.А Исаевич, А.П Греченко (СССР). - 3 с.

16. А.С. 1827312 СССР, В21Н 7/00. Устройство для продольной прокатки заготовок изделий переменного профиля. / А.В. Степаненко, В.А. Король, Г.А Исаевич, А.П Греченко (СССР). - 3 с.

17. А.С. 1827900 СССР, В21Н 8/00. Способ изготовления деталей и устройство для его осуществления / А.В. Степаненко, В.А.Король, С.С. Поплавский, В.Л.Мархасин, И.М.Шиманович (СССР). - 4 с.

18. А.С 1761362 СССР, В21Н 8/00. Способ прокатки изделий переменного профиля и устройство для его осуществления / А.В.Степаненко, В.А. Король, Г.А. Исаевич, С.С. Поплавский, И.М. Шиманович, В.Л.Мархасин (СССР). - 4с.

19. А.С. 1783681 СССР, В12Н 8/00. Устройство для прокатки изделий переменного профиля / А.В. Степаненко, В.А. Король, Г.А. Исаевич, В.Л. Мархасин (СССР). - 3 с.

20. А.С. 1839121 СССР, В21Н 8/00. Способ изготовления изделий переменного по длине профиля / А.В. Степаненко, В.А. Король, Г.А. Исаевич (СССР).-2с.

21. Патент 2948 Республики Беларусь, В21В 1/08. Способ прокатки изделий переменного профиля и устройство для его осуществления. / Л.А. Исаевич, В.М. Кудин, А.О. Рудович, А.В. Сильвонович, И.Ф. Соколовский. - 4 с.

22. Патент РФ № 2239510 "Способ производства рессорных полос постоянной ширины и изменяющейся толщины" Опубл. Б.И. 10.11.2004, №31

23. Патент РФ № 2243832 "Способ прокатки труднодеформируемых полос переменного профиля" Опубл. Б.И. 10.01.2005, №1. http://оао-чмз.рф

Размещено на Allbest.ru

...