научная статья по теме РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ СПОСОБОВ И УСТРОЙСТВ ДЛЯ ПРОКАТКИ КОЛЛЕКТОРНЫХ ПРОФИЛЕЙ ИЗ СПЛАВА БРКД1 Металлургия

Текст научной статьи на тему «РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ СПОСОБОВ И УСТРОЙСТВ ДЛЯ ПРОКАТКИ КОЛЛЕКТОРНЫХ ПРОФИЛЕЙ ИЗ СПЛАВА БРКД1»

УДК 669.2: 621.771.25

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ СПОСОБОВ И УСТРОЙСТВ ДЛЯ ПРОКАТКИ КОЛЛЕКТОРНЫХ ПРОФИЛЕЙ ИЗ СПЛАВА БрКд1

© Самодурова Марина Николаевна, канд. техн. наук, e-mail: sm@susu.ac.ru; Кремсов Николай Андреевич, e-mail: kremsovna@susu.ac.ru; Барков Леонид Андреевич, д-р техн. наук, e-mail: barkovla@susu.ac.ru; Латфулина Юлия Сергеевна, e-mail: latfulina174@gmail.com ФГБОУ ВПО «Южно-Уральский государственный университет». Россия, г. Челябинск

Статья поступила 02.03.2015 г.

Известная еще с начала прошлого века промышленная отечественная и зарубежная технология получения коллекторных профилей из медно-кадмиевой бронзы характеризуется низкой производительностью, большими потерями металла, низким качеством полуфабрикатов и готовых профилей. Технология включает операции получения слитков, прессования из них полуфабрикатов трапецеидального, квадратного или прямоугольного поперечных сечений, которые затем подвергаются волочению или прокатке с целью получения заготовок для дальнейшего их чистового волочения. Операции прессования полуфабрикатов трапецеидального сечения, их волочения или прокатки отличаются наличием таких явлений, как ребровой изгиб и скручивание полуфабрикатов, заготовок и серповидность готовых профилей. Для исключения явлений ребрового изгиба и скручивания полуфабрикатов и серповидности готовых профилей авторами разработаны способы и устройства для прокатки коллекторных профилей в конических валках.

Приведены результаты исследования новых способов прокатки в конических валках с пересекающимися осями.

Ключевые слова: коллекторные профили; слиток; прессование; полуфабрикат; волочение; прокатка; ребровой изгиб; прокатка в конических валках с пересекающимися осями.

Основным производителем коллекторных профилей электротехнического назначения из медно-кадмиевой бронзы в России уже много десятилетий является ОАО «Каменск-Уральский завод по обработке цветных металлов» (ОАО «КУЗОЦМ»). В настоящее время ОАО «КУЗОЦМ»1 выпускает слитки диам. 163295 мм из медно-кадмиевой бронзы марки БрКд1, прессованные прутки диам. 82 мм (ТУ 48-21-5052-73), прутки катанные диам. 46-60 мм и тянутые диам. 18-40 мм, прессованные прутки диам. 40-120 мм (ТУ 48-21-521-76), катанные диам. 40-70 мм и тянутые диам. 6-30 мм, а также тянутые трапецеидальной формы профили для коллекторов по ГОСТ 4134-75. Известно [1, 2], что кадмиевая бронза БрКд1, содержащая 0,9-1,2% кадмия - труднодеформируе-мый сплав на основе меди. Горячая прокатка слитков, выполняемая при 800-850 °С, сопровождается раскрытием переднего конца проката с образованием так называемой «крокодиловой пасти», дефектами и трещинообразованием на поверхности проката. В связи с этим первой операцией при горячей обработке давлением мед-но-кадмиевых слитков традиционно (еще с начала прошлого века)

1 http://www.kuzocm.ru/katalog/Bronzovyi

на отечественных предприятиях применяется прессование при получении полуфабрикатов трапецеидального или квадратного сечений [3]. Процесс прессования отличается большим расходом металла из-за наличия пресс-остатка и пониженным качеством полуфабрикатов из-за наличия пресс-утяжин, ребрового изгиба, скручивания, задиров и разрывов на заготовках.

Прессованные полуфабрикаты трапецеидального сечения для получения готового коллекторного профиля на отечественных предприятиях подвергают волочению за 3-5 проходов с промежуточным отжигом и травлением после каждого прохода. Эта технология малопроизводительна и связана с большими потерями металла, а готовые профили могут иметь такой дефект, как сер-повидность [4]. Прессованные полуфабрикаты квадратного сечения (95x95 мм) прокатывают вначале в валках с гладкими бочками за шесть проходов в прямоугольную полосу, а затем эту полосу прокатывают в пред-чистовом и чистовом калибрах трапецеидальной формы, нарезанных на цилиндрических горизонтальных валках, в результате получают заготовку коллекторного профиля. Эта технология также отличается низкой производительностью, большими потерями металла и низким качеством заготовок [4, 5]. Для получения готовых коллекторных профилей после прокатки заготовок выполняется процесс холодного волочения [6], который также сопровождается серпением профиля.

Таким образом, основной причиной малой производительности процессов прессования, прокатки, волочения и

низкого качества полуфабрикатов и профилей является наличие при выполнении этих процессов явления ребрового изгиба прессовок, сопровождающегося скручиванием проката и тянутых профилей, а также понижением их механических свойств.

На зарубежных предприятиях, производящих коллекторные профили из слитков медно-кадми-евых сплавов, первой технологической операцией также является прессование, а прессованные полуфабрикаты квадратного или прямоугольного поперечных сечений прокатывают на станах дуо, оси цилиндрических валков которых наклонны к горизонтальной плоскости. К сожалению, на станах дуо с такими калибрами также не удается избежать явления ребрового изгиба проката [7], а также серповидности и пониженных механических свойств готовых профилей.

Способ и устройства для прокатки коллекторных профилей. Для устранения явления ребрового изгиба и скручивания проката в очаге деформации, а также серповидности готовых профилей в ЮУрГУ разработаны на уровне изобретений новые способы прокатки [8, 9] и новые конструкции прокатных клетей [10-12].

Устранение явлений ребрового изгиба и скручивания в процессе горячей прокатки профиля в очаге деформации, образованном двумя коническими валками с пересекающимися осями, достигается благодаря тому, что при обжатии заготовки деформации по ее ширине распределяются неравномерно, в каждом продольном сечении очага - обратно пропорционально значениям скоростей вращения валков (рис. 1). Причем неравномерность деформации по ширине заготовки носит линейный характер так же, как и не-

равномерность скорости вращения валков по их длине. Из рис. 2 видно, что сторона 1 заготовки (толщиной h1), получающая наибольшее обжатие (eh1), обжимается конической частью валка, вращающейся с наименьшей скоростью (ив1), а сторона 2 заготовки (толщиной h2), получающая наименьшее обжатие (eh2), обжимается конической частью валка, вращающейся с наибольшей скоростью (ив2). Для предупреждения смещения проката в процессе деформации силами трения в сторону его меньшего обжатия необходимо прикладывать подпирающее усилие к боковой стороне проката большей толщины (см. рис. 1). В соответствии со схемой (см. рис. 1) можно подсчитать угол клиновидности фк прокатываемого профиля по зависимости

фк = (фу1 + Фу2) - (Ф1 + Ф2),

где ф и фу2 - углы установки осей валков относительно горизонтальной плоскости; ф1 и ф2 - углы конусности валков.

Равенство вытяжек профиля по кромкам сторон 1 и 2 (см. рис. 2) обеспечивается за счет разности радиусов конических валков R1 и R2 (см. рис. 1) по кромкам проката и за счет разности опережений проката относительно валков. Это обеспечивает выход из очага деформации трапецеидального прямолинейного профиля без ребрового изгиба.

Прокатные клети конструкций, которые описаны в изобретениях [10-12], отличаются от известных клетей с трехвалковыми калибрами таких зарубежных фирм, как итальянская Continuus - Properzi S.P.A., немецкая KOCKS, и отечественного ВНИИМЕТМАШа [13, 14] наличием в калибре двух конических валков с пересекающимися осями и одного цилиндрического валка, создающего усилие подпора боковой стороне проката, а также дополнительных механизмов изменения положений осей валков.

Рис. 1. Схема прокатки трапецеидального профиля в конических валках с пересекающимися осями

Рис. 2. Характер изменения е. и ив по ширине проката

Рис. 3. Общий вид клети [12]

Прокатная клеть с трехвалковым калибром имеет следующую конструкцию (рис. 3). В дисках 1 и 2 кольцевой станины равномерно по окружности выполнены цилиндрические расточки 3 параллельно оси прокатки. В этих расточках размещены цапфы гаек 4 нажимных винтов 5. Нажимные винты упираются в монолитные корпуса 6 кассет, в которых помещены конические и цилиндрический валки 7, корпуса 8 подшипников и подшипники 9. Для уравновешивания и постоянного прижатия кассет с рабочими валками нажимные винты выполнены полыми, а в их полостях размещены пружины 10, которые упираются в бурты нажимных гаек и в гайки 11, навинченные на концы стержней 12, ввинченных в корпуса кассет с рабочими валками. Поворотные гайки позволяют изменять углы установки осей вращения валков к горизонтальной плоскости бесступенчато. Кроме этого, нажимные гайки могут быть установлены в любых расточках станины, а валки могут образовывать двух-, трех- и четырехвалко-вые калибры.

Для углового перемещения каждого рабочего валка по обе стороны кассеты в расточках станины установлены дополнительные гайки 13 с винтами 14, которые взаимодействуют с боковыми поверхностями кассеты. Дополнительные поворотные гайки угловой установки рабочего валка снабжены резьбовыми концами, на которые навинчены гайки 15 для связи дисков станины.

Экспериментальные исследования процесса прокатки коллекторных профилей. Для выполнения экспериментальных исследований был

Рис. 4. Опытный стан ВК-170

спроектирован и изготовлен опытный стан с коническими валками. Опытный стан типа ВК-170 (рис. 4) состоит из станины 1, в которую устанавливаются рабочие валки 2 и 3 длиной 180 мм минимального диаметра 120 и максимального 220 мм. В комплект входит шесть пар валков с углами конусности ф = 2, 4, 5, 6, 10 и 15°. Валки изготовлены из стали 40Х с термообработкой до твердости ИЯС 40-45. Оси рабочих валков опираются на подшипники 4, которые установлены в корпусах 5 с цапфами, опирающимися на цилиндрические поверхности расточек, выполненных в подушках 6. Такое устройство подшипниковых узлов позволяет в широких пределах регулировать угол установки и радиальный зазор между валками. Для радиальной и угловой установки валков в нижних балках станины установлены винты 7 с гайками 8, а в верхней балке винты 9 с гайками 10. На хвостовиках винтов 9 насажены скользящие шестерни 11 и 12, связанные с шестерней 13, посаженной на вал маховичка 14. Та

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.

Показать целиком