Технология получения заготовок для производства подшипников поперечно-винтовой прокаткой

Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 621.774.353

Московской государственный технический университет им. Н.Э. Баумана

Технология получения заготовок для производства подшипников поперечно-винтовой прокаткой

Левина Д.Д., Кутайцев Е.М.

Научный руководитель: к.т.н., доцент Комкова Т.Ю.

E-mail: diart1993@mail.ru

Аннотация

подшипник винтовой прокатка заготовка

Статья посвящена технологии получения заготовок для производства колец подшипников поперечно-винтовой прокаткой. Приведены основные направления производства заготовок для колец подшипников, их преимущества и недостатки. Предложена технология нового способа получения заготовок для производства подшипников на стане поперечно-винтовой прокатки, сделан анализ результатов экспериментов на опытном образце. Обоснована целесообразность применения указанного способа.

Ключевые слова: прокатный стан, поперечно-винтовая прокатка труб, холодная прокатка труб, подшипниковые трубы, безоправочная прокатка, планетарная клеть.

Annotation

Manufacturing practice of bearing tubes by skew rolling

Levina D., Kutaytsev E.

This article concentrates on manufacturing practice of bearing tubes. Major techniques of bearing tubes production are described. Features, advantages and disadvantages of each are listed. The article deals with manufacturing of bearing tubes on skew rolling mill.

Keywords: Rolling mill, skew rolling, cold rolling, bearing tubes, plugless rolling, planetary mill

Подшипники качения широко используются в машиностроении. Электродвигатели, подъемно-транспортные и сельскохозяйственные машины, летательные аппараты, локомотивы, вагоны, металлорежущие станки, зубчатые редукторы и многие другие механизмы и машины в настоящее время немыслимы без подшипников качения. Поэтому производство заготовок под подшипники качения является весьма актуальной проблемой.

Подшипники качения предназначены для поддержания вращающихся осей и валов. При этом они должны воспринимать нагрузки, приложенные к валу, и передавать их на другие части конструкции, удерживать вал в пространстве, обеспечивать вращение, качание или перемещение с минимальными потерями энергии. От качества подшипников в значительной мере зависит коэффициент полезного действия, работоспособность и долговечность машины.

В зависимости от геометрических параметров колец подшипников качения, возможно применение тех или иных технологий их получения. Т.к. к подшипникам предъявляются повышенные требования к прочности и точности, то выбор технологии получения заготовки имеет очень серьезное значение.

Можно выделить несколько основных направления производства заготовок для колец подшипников:

• формирование заготовок из цельного отрезка прутка штамповкой (малые и средние размеры) или ковкой (для колец больших размеров) на прессовом оборудовании;

• деформация отлитого полого цилиндра в трехвалковом стане винтовой прокатки с сужением внутреннего отверстия заготовки до диаметра, равного 0,2...0,8 диаметра отверстия, редуцируемого на прошивном стане; · прокатка на деталепрокатных станах; · прокатка на станах ХПТ.

После штампования или ковки заготовки подвергаются механической токарной обработке, что ведет к значительным потерям металла.

При получении бесшовных труб на станах горячей прокатки с последующей прошивкой имеет место низкое качество дорожек качения наружных колец подшипников, т.к. при прошивке на прошивном стане центральная ликвационная зона переходит на внутренние стенки трубной заготовки [4].

Недостатками некоторых конструкций кольцепрокатных станов раскатки колец подшипников являются большие затраты по времени на смену валков и низкая точность центрирования прокатываемых колец, сказывающаяся на качестве подшипников [2]. Кроме того, для других станов имеет место разброс размеров диаметра остывших прокатных колец [3]. Можно сказать, что основным недостатком кольцепрокатных станов является низкое качество прокатанных колец.

Процесс холодной прокатки труб на станах ХПТ, из которых в дальнейшем получают заготовки под кольца подшипников качения, является дорогостоящим и трудоемким процессом, требует больших затрат парка инструментов и капиталовложений.

Поэтому поиск новых экономичных решений по освоению или модернизации способов получения заготовок под кольца подшипников малого диаметра (от 20 до 50 мм) с тонкими стенками, представляет большой интерес.

Как уже упоминалось, одним из способов получения подшипниковых труб является холодная периодическая прокатка труб на станах ХПТ. Такие трубы выпускаются из стали марок ШХ15, ШХ15СГ и их модификаций. Требования, предъявляемые к холоднодеформированным подшипниковым трубам, приведены в таблице 1.

Таблица 1. Требования, предъявляемые к холоднодеформированным подшипниковым трубам по ГОСТ 800-78

Холоднодеформированные подшипниковые трубы диаметром 30 - 80 мм обычно получают прокаткой на стане ХПТ, где толщину стенки труб изменяют путем плавного перемещения оправки в осевом направлении. Изменение диаметра при прокатке в данных калибрах без смены инструмента возможно путем регулирования зазора между валками всего лишь на 0,5 - 1 мм. Если же мы хотим получить большие величины, то требуется переходить на другие калибры. Это влечет за собой дополнительные затраты времени на перевалку и затраты средств на новые калибры, к тому же станы ХПТ требуют очень точной настройки, что, при частых переналадках, также влечет за собой большие затраты времени.

На кафедре «Оборудование и технологии прокатки» Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана совместно с АХК «ВНИИМЕТМАШ» был предложен новый способ получения заготовок под кольца подшипников качения. Было предложено после получения трубы определенного диаметра и толщины стенки прокаткой в стане ХПТ, применить поперечно-винтовую прокатку, где путем быстрой перенастройки возможно получить из заготовки одного размера, трубы с необходимой дробностью размеров по диаметру.

Процесс безоправочной холодной поперечно-винтовой прокатки позволяет значительно упростить технологический процесс производства подшипниковых труб и при этом изготовлять точные заготовки высокого качества. Экспериментальные исследования показали, что при прокатке в стане ХПТ формируется продольная текстура металла и в том случае, когда далее деформация происходит в клети поперечно-винтовой прокатки, текстура металла возвращается к первоначальному состоянию, т.е. становиться практически равноосной. Также было установлено, что при использовании поперечно-винтовой прокатки после ХПТ труба имеет минимальные остаточные напряжения, что позволяет исключить дальнейшую термообработку перед обработкой резанием.

Реализовать этот процесс было предложено с использованием стана поперечно-винтовой прокатки с планетарно-дифференциальным приводом валков, разработанного на кафедре «Оборудование и технологии прокатки» МГТУ им. Н.Э. Баумана вместе с АХК ВНИИМЕТМАШ и Трубным институтом (г. Днепропетровск) [1].

Допустим, мы имеем уже установленное и работающее оборудование - один или несколько станов ХПТ. Предлагается на этом же или на соседнем участке установить стан поперечновинтовой прокатки, куда трубы будут поступать после прокатки на станах ХПТ. Данная конструкция клети поперечно-винтовой прокатки позволяет быстро изменять ее настройку на новый диаметр трубы радиальным перемещением валков. При последовательной установке станов ХПТ и поперечно-винтовой прокатки идет разделение функций получения требуемой толщины стенки и точного диаметра между этими станами. На станах ХПТ путем осевого перемещения оправки обеспечивается толщина стенки, а диаметральные размеры с высокой дробностью получаются путем безоправочного редуцирования в клетях поперечно-винтовой прокатки.

Испытания на опытно-промышленном образце подтвердили, что производительность процесса свободного редуцирования в планетарной клети больше, чем на стане ХПТ на сопоставимом сортаменте. Особо следует отметить высокое качество получаемых труб.

Как уже говорилось ранее, при производстве подшипниковых труб серьезное значение имеет их точность, так как изготовление колец подшипников из труб предполагает их предварительную механическую обработку, которая в случае большой поперечной разностенности и овальности труб приводит к значительным потерям металла.

Для определения поперечной разностенности исходные заготовки и прокатанные трубы обмерялись толщиномером ЗОНД-1. Результаты приведены на таблице 2.

Таблица 2. Разностенность труб до и после холодного безоправочного редуцирования

Как следует из таблицы 2, абсолютная разностенность готовых труб снижается на 0,11 - 0,22 мм, а относительная поперечная разностенность на 1 - 2,6 %.

Для исследования овальности труб измерения проводились на универсальном измерительном микроскопе УИМ-23 в лучах проходящего свет («теневой метод») с погрешностью измерения ± 2 мкм. Результаты измерений представлены в таблице 3.

Таблица 3. Точность труб по диаметру до и после холодного безоправочного редуцирования

Анализ результатов измерений показывает, что овализация труб, получаемых холодным безоправочным редуцированием, не превышает 0,32 мм (по ГОСТ 800-78). По сравнению с овальностью заготовки готовая труба имеет более высокую точность.

Требования к подшипниковым трубам распространяются и на её кривизну. Согласно результатам замеров, кривизна трубы не превышает 0,4 - 0,6 мм на длине 1000 мм, волнистость не превышает 0,3 мм на длине 300 мм. Кроме того, в ходе поперечно-винтовой прокатки может быть устранена концевая кривизна труб, прокатанных ранее на стане ХПТ.

Также были проведены исследования для получения зависимости изменения стенки трубы от отношения диаметра к толщине стенки (d / t) при различных обжатиях стенки для дальнейшего выбора маршрутов прокатки на станах ХПТ таким образом, чтобы после дальнейшей прокатки труб в клети поперечно-винтовой прокатки выходили готовые трубы с толщиной стенки, находящейся в пределах допусков по ГОСТ 800-78. Для исследований использовались заготовки с различным отношением d / t. Результат исследований приведен в виде зависимости средней толщины стенки трубы от отношения d / t на рисунке 1.

Рис. 1. Зависимость изменения средней толщины стенки трубы от отношения d / t при холодном безоправочном редуцировании

Анализ результатов показывает, что характер изменения средней толщины стенки зависит от отношения d / t. При отношениях d / t > 10 во всем диапазоне деформаций стенка утолщается, при d / t < 6 наблюдается утонение стенки также во всем диапазоне обжатий. При отношении 6 < d / t < 10 имеет место переходный период, когда при малых обжатиях стенка утоняется, а при возрастании обжатия - утолщается.

При производстве подшипниковых труб большое значение имеет уровень их твердости и механические свойства. Поэтому были проведены исследования зависимости механических свойств подшипниковых труб от степени холодной поперечно-винтовой деформации в планетарном стане.

Для исследований использовали холоднодеформированные трубы из стали ШХ15 в двух состояниях: после рекристаллизационного отжига по традиционному режиму (? 720 °С) и без термической обработки непосредственно со стана ХПТ. Степень деформации в первом проходе составляла 10 - 13 %, во втором проходе 7 - 10 %. Результаты замеров твердости приведены на рисунке 2.

Рис. 2. Зависимость твердости трубы от степени деформации при холодном безоправочном редуцировании

Анализ кривых изменения твердости показал, что:

- абсолютный уровень твердости для заготовки, не подвергшейся термической обработке, выше, чем для отожженной заготовки во всем диапазоне деформаций. При степени редуцирования более 4 % величины твердости в обоих случаях различаются между собой на 3 - 5 единиц НВ;

- при редуцировании неотожженных труб в пределах деформаций 2 - 4 % имеет место незначительное (до 8 единиц НВ) снижение твердости металла;

- при суммарной степени деформации 18,8 % для термообработанной и для нетермообработанной заготовок уровень твердости практически одинаков и составляет 380 НВ.

Можно сказать, что абсолютный уровень прочностных характеристик для варианта с отожженной заготовкой во всем диапазоне обжатий ниже, чем при использовании неотожженной заготовки.

Экспериментально установлено, что поперечно-винтовое редуцирование труб на микроструктуру металла не влияет. На внутренней поверхности отсутствуют складки и трещины.

Как известно, одним из серьезных недостатков при производстве подшипниковых труб является овализация подшипниковых колец при отделении их от трубной заготовки из-за остаточных напряжений в прокате. Наличие остаточных напряжений в холоднодеформированных трубах является результатом неравномерности деформации в калибрах станов ХПТ при поставке труб в неотожженном состоянии и неравномерности деформации при правке термообработанных труб.

Основным способом снижения уровня остаточных напряжений в промышленности является высокотемпературный отжиг. Однако, применение последующей правки вновь приводит к появлению остаточных напряжений высокого уровня. Кроме того, операция отжига является дорогостоящей и трудоемкой, требует дополнительного расхода времени и энергии.

Эксперименты показали, что применение холодной поперечно-винтовой прокатки обеспечивает значительное снижение уровня остаточных напряжений, что наряду с прочностными характеристиками позволяет использовать трубы после холодного безоправочного редуцирования для дальнейшей обработки без предварительного отжига.

Проанализировав результаты исследований процесса холодного безоправочного редуцирования труб в клети поперечно-винтовой прокатки, можно прийти к заключению, что целесообразно промышленное применение данного способа при получении заготовок для колец подшипников малых диаметров (20 - 50 мм).

Список литературы

1. А. с. № 1680425. Стан поперечно-винтовой прокатки / О.В. Соколова, Н.С. Коптелкина, Т.Ю. Комкова // БИ. 1990. № 3.

2. А. с. № 2042463. Стан для раскатки колец / А.С. Тыртов, С.А. Тыртов, П.М. Финагин, Н.П. Рябихин // 1995.

3. А. с. № 650485. Кольцепрокатный стан / Густав Вирегге // 1979.

4. А. с. № 1787635. Способ изготовления подшипниковых колец / Р.М. Нуреев, Н.Д. Афанасьев, С.П. Галкин // 1993.

5. Розов Н.В. Холодная прокатка стальных труб. - М.: Металлургия, 1977. 184 с.

6. Соколова О.В., Комкова Т.Ю. Современный способ производства точных заготовок для колец подшипников // Производство проката. 2013. № 3. С. 23 - 24.

Размещено на Allbest.ru