ПРОБЛЕМЫ МАШИНОСТРОЕНИЯ И НАДЕЖНОСТИ МАШИН
< 2, 2009
НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В МАШИНОСТРОЕНИИ
УДК 669.18.046:621.74.047
© 2009 г. Одиноков В.И., Проскуряков Б.И., Черномас В.В., Стулов В.В.,
Ловизин Н.С.
ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ ЛИТЕЙНО-КОВОЧНОГО МОДУЛЯ1
В Институте машиноведения и металлургии ДВО РАН разработан и изготовлен литейно-ковочный модуль, позволяющий получать из расплавленного металла в непрерывном режиме деформированный профиль заданного поперечного сечения. Приводятся данные об его усовершенствовании путем дополнения конструкции устройством гидравлической компенсации упругой деформации приводных валов, что позволило повысить надежность и увеличить точность получаемых заготовок.
Для получения непрерывнолитых деформированных заготовок (НЛДЗ) используют технологию и комплекс оборудования, разработанные в Институте машиноведения и металлургии ДВО РАН [1, 2]. Из большого объема теоретических и экспериментальных исследований был выявлен ряд недостатков конструкции литейно-ковоч-ного модуля горизонтального типа (ЛКМГ). Исходя из специфики кинематики установки деформация металла в составном подвижном кристаллизаторе осуществляется периодически левой или правой частями боковых бойков. Следовательно, нагрузка на эксцентриковые валы, приводящие в движение боковую стенку (боек) периодически меняется от нуля до величины, определяемой степенью деформации металла. Кроме того, при посадке боковых бойков на эксцентриковые валы, образуется зазор, который влияет на точность изготовления заготовок.
Для уменьшения или полного исключения этих эффектов было разработано устройство гидравлической компенсации упругой деформации приводных валов [3]. Это достигается тем, что движение суппорта боковых бойков контролируется с внешней стороны гидравлической системой, встроенной в корпус устройства. Давление, возникающее при упругом изгибе эксцентрикового вала, совершающего через суппорт и боек работу по деформации металла, передается на эксцентриковый вал, находящийся в данное время в разгрузке. Таким образом, в деформации металла принимают участие левые и правые вертикальные эксцентриковые валы суппортов. В боковые стенки корпуса устройства закрепляются гидроцилиндры: по два в каждой боковой стенке, соединенные между собой трубкой, в которой перемещается жидкость. Штоки гидроцилиндров упираются в суппорт, установленный на валах.
1 Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (Проект № 06-01-96910).
вз
г
А-А 6
X
4
/ 7
1
вз
■у* 1
B-B
А
* \ \
W 15Ш
у
2 i
А
1
Рис. 1
При деформации закристаллизовавшегося металла наклонными бойками в левой (правой) части кристаллизатора усилие от стенок (бойков) передается через суппорт на эксцентриковые валы, вращающиеся в подшипниках, находящихся в корпусе устройства. От действия усилий со стороны бойков эксцентриковый вал упруго изгибается и передает перемещение суппортам. От суппортов перемещение передается поршням гидроцилиндров левой (правой) паре через жидкость по трубкам правой (левой) пары гидроцилиндров и соответственно правым (левым) эксцентриковым валам, т.е. в деформации металла левыми или правыми наклонными частями кристаллизатора участвуют обе пары эксцентриковых валов.
На рис. 1 приведена схема компенсирующего гидравлического устройства в сечении А-А и разрез по В-В. Оно состоит из сборного кристаллизатора 1, стенки которо-
B
1
9
6
3* 67
го приводятся в движение через суппорт 2 эксцентриковыми валами 3; системы гидроцилиндров 4, установленные в корпусе 5, соединенные попарно трубками 6 и опирающиеся на суппорт через поршни 7, штоки 8 и ролики 9. Устройство работает следующим образом: жидкий металл, поступающий в сборный кристаллизатор, кристаллизуется, деформируется попеременно боковыми наклонными стенками кристаллизатора и продвигается на выход заготовки попеременно в правую и левую стороны верхней и нижней горизонтальной стенки кристаллизатора. Вследствие того, что в суппорте эксцентриковые валы выполнены с поворотом друг относительно друга на 180°, то деформация металла боковыми наклонными стенками кристаллизатора осуществляется попеременно правой и левой частями. Если положить, что деформация осуществляется в какой-то момент правыми наклонными частями кристаллизатора, то правые эксцентриковые валы поворачиваются по стрелке до положения I. Левые эксцентриковые валы в это же время поворачиваются по стрелке до положения II и разводят левые наклонные стенки кристаллизатора, т.е. в данный момент левые эксцентриковые валы не нагружены деформацией металла. В это время правые эксцентриковые валы, упругодеформируясь, через суппорт передают перемещение жидкости в гидроцилиндрах, закрепленных в корпусе правой части, через трубку в гидроцилиндры левой части, а затем через поршни, штоки и ролики на суппорт левой части и на вращающиеся здесь эксцентриковые валы. Таким образом, давление, вызывающее упругий изгиб валов в правой части, перераспределяется на ненагружен-ные валы левой части, т.е. при деформации металла наклонными стенками кристаллизатора правой или левой части усилие деформации воспринимают одновременно все четыре вала.
Вследствие этого можно уменьшить металлоемкость устройства за счет уменьшения диаметров эксцентриковых валов и повысить геометрическую точность получаемой заготовки. Для технической реализации устройства гидравлической компенсации был проведен инженерный расчет. Была получена зависимость усилия, компенсирующего упругую деформацию приводного вала ЛКМГ от геометрических характеристик гидроцилиндра, свойств рабочей жидкости и скорости вращения приводного вала. Согласно расчету было изготовлено и смонтировано устройство гидравлической компенсации на действующей установке ЛКМГ (рис. 2). Характеристики устройства: диаметр поршня (позиция 7 на рис. 1) - 60 мм, внутренний диаметр трубки (позиция 6 на рис. 1) - 6 мм, рабочая жидкость - масло индустриальное гидравлическое ИГП-18.
Для оценки эффективности разработанного устройства были проведены экспериментальные исследования размерно-геометрической точности непрерывнолитых деформированных заготовок из свинцовисто-сурьмяного сплава марки С1 ГОСТ 3778-98 при двух вариантах их производства: в первом ЛКМГ оснащалось устройством гидравлической компенсации, а во втором нет. Технологические и конструктивные параметры процесса были следующие: размер поперечного сечения заготовки 30 х 6 мм; длина заготовки 1000 мм; степень обжатия заготовки в калибрующей части кристаллизатора литейно-ковочного модуля 0,6; начальная температура в центральной части кристаллизатора 250°; температура заливки 320°; скорость выхода заготовок 1500 мм/мин. Для первого технологического варианта начальное давление рабочей жидкости на поршни устройства гидравлической компенсации составляло 2 МПа.
Размерно-геометрическую точность образцов НЛДЗ типа полосы, размерами 30 х 6 мм, оценивали по отклонениям ее толщины от номинальных размеров оснастки. В качестве номинального размера оснастки был выбран размер калибрующей части подвиж-
Рис. 2
ного кристаллизатора ЛКМГ. Измерения производили вдоль осевой линии заготовки с шагом измерений в 20 мм. Количество точек измерений составляло не менее 20 по одному образцу. После статистической обработки результатов измерений образцов, полученных по первому технологическому варианту, установлено, что среднее абсолютное отклонение от номинального размера составило 0,18 мм при доверительной вероятности 0,95. Это соответствует 3 классу точности по ГОСТ 26645-85. После статистической обработки результатов измерений образцов, полученных по второму технологическому варианту, установлено, что среднее абсолютное отклонение от номинального размера составило 1,27 мм при доверительной вероятности 0,95. Это отклонение соответствует 10 классу точности по ГОСТ 26645-85.
Таким образом, комплекс проведенных исследований позволил сделать вывод, что применение в составе конструкции ЛКМГ устройства гидравлической компенсации существенно повышает размерно-геометрическую точность НЛДЗ. Для заготовок из сплава С1 точность увеличивается на 7 классов (с 10 на 3) при уменьшении среднего абсолютного отклонения от номинального размера на 1,19 мм.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Одинокое В.И., Проскуряков Б.И., Черномас В В. Теоретическое и экспериментальное исследование непрерывного процесса кристаллизации металла при одновременном его деформировании. М.: Наука, 2006. 111 с.
2. Одинокое В.И., Черномас В.В., Соболев М.Б. и др. Получение непрерывнолитых деформированных заготовок с использованием литейно-ковочного модуля // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2004. < 3. С. 82-85.
3. Одинокое В.И., Проскуряков Б.И., Черномас В В. и др. Устройство для непрерывного литья и деформации металла. Патент РФ < 2227082. Б.И. 2004. < 9.
Комсомольск-на-Амуре Поступила в редакцию 13.X.2008
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.