Классификация и особенности конструкции ковочных вальцов

Ковочные вальцы для продольной и поперечной вальцовки, специальные ротационные машины

Назначение и область применения ковочных вальцов. У ковочных вальцов рабочий инструмент (штампы-сегменты) расположен на валках, вращающихся в противоположных направлениях. Вальцовка – один из способов горячей обработки металла под воздействием вращающихся штампов. В настоящее время различают четыре основных технологических процесса получения заготовок на ковочных вальцах:

вальцовка (многоручьевая) под последующую штамповку на молотах, горячештамповочных кривошипных прессах (заготовок шатунов, коленчатых валов двигателей, рычагов и т. п.);

вальцовка (многоручьевая) точных заготовок без заусенцев (заготовка свёрл, оттяжка носков и хвостовиков напильников и т. п);

штамповка (как правило, одноручьевая) точных заготовок с образованием заусенца (разводные гаечные ключи, звенья цепей скребковых транспортеров и т. п.);

поперечно-клиновая вальцовка за один проход точных заготовок типа тел вращения шаровых пальцев, заготовок под гаечные ключи (под последующую штамповку и т. п.).

Наиболее широкое применение во многих отраслях промышленности нашел первый процесс, а остальные процессы, хотя и имеют меньший удельный вес в общем объеме изготовления заготовок на ковочных вальцах, в последние годы также начинают широко использоваться в инструментальной, автотракторной промышленности и угольном машиностроении.

Применение ковочных вальцов для заготовительных операций позволяет примерно на 8 % в среднем сократить расход металла по сравнению со штамповкой на молотах. Точная вальцовка заготовок сверл диаметром 15–50 мм обеспечивает до 30–50 % экономии быстрорежущей стали по сравнению с процессом фрезерования.

Применение поперечно-клиновой вальцовки, особенно в сочетании с последующей горячей штамповкой обеспечивает снижение себестоимости в среднем на 20-50%, экономию материала на 20-60 % и повышение производительности до 400% по сравнению с обработкой резанием.

Классификация и особенности конструкции ковочных вальцов

Рис. 1.1. Классификация ковочных вальцов

Установки, в которых используются последовательно несколько вальцов, называются многоклетьевыми вальцами.

Закрытые ковочные вальцы. Рабочий инструмент (штамп-сегмент для вальцовки) в этих вальцах установлен между двумя опорами, следовательно, такие вальцы могут быть использованы для точных по допускам работ, так как благодаря достаточной жесткости валков почти отсутствует поворот их средних сечений. Закрытые ковочные вальцы изготовляют с диаметром вальцующих, сегментов (межосевое расстояние валов) от 160 до 1000 мм (ГОСТ 16435—80) и номинальным усилием вальцовки от 100 кН. до 2, 5 МН. Вальцы этого типа иногда снабжаются прессом, который используется либо в качестве ножниц для мерной обрезки заготовки после вальцовки в последнем ручье (вертикальная компоновка пресса), либо для правки деталей после каждого из проходов вальцовки, в этом случае пресс располагается по фронту вальцов. К недостаткам закрытых ковочных вальцов следует отнести некоторую сложность смены инструмента (штампов-сегментов), поэтому их применение оправдано только при точной вальцовке деталей в крупносерийном и массовом производствах.

Консольные ковочные вальцы. Наиболее распространены консольные открытые и двух опорные закрытые ковочные вальцы. Комбинированные вальцы (на одной станине размещены и консольные и двух опорные вальцы) пока не получили широкого распространения. Основные части ковочных вальцов - станина, валки и привод.

Валки большинства современных конструкций имеют радиальную (изменение межцентрового расстояния), угловую и осевую регулировочную электропневматическую муфту включения, ленточный тормоз и маховик в приводе. Привод ковочных вальцов включает электродвигатель, клиноременную передачу, редуктор, зубчатую или шпиндельную передачу. Зубчатая передача позволяет осуществлять сравнительно небольшую радиальную регулировку валков, шпиндельная – весьма значительную. При шпиндельной передаче электродвигатель и редуктор размещают на отдельной раме (аналогично правильным машинам). Подшипники валков ковочных вальцов устанавливают в рамках, которые могут перемещаться в вертикальных пазах стоек станины. В некоторых конструкциях консольных и двух опорных ковочных вальцов предусматривают подвижный ползун, который используют как ножницы для получения мерной заготовки после вальцовки или для выполнения штамповочных работ (оттяжки хвостовиков напильников и др.)

Консольные ковочные вальцы позволяют устанавливать кольцевые секторы штампов по диаметру до 500 мм, двух опорные закрытые - по диаметру до 900 мм. Усилия при вальцовке на наиболее мощных консольных вальцах не должны превышать 400 кН, а на двух опорных - 2000 кН.

Ковочные вальцы иногда оснащаются автоматическими подачами или манипуляторами для подачи заготовки в рабочее пространство. Некоторые из таких подач разработаны НИИ-автопромом совместно с ЭНИКмашем.

Станины ковочных вальцов выполняют сборными из стоек, установленных на сварных рамах и стянутых стяжными болтами, или литыми коробчатого сечения. Материалом литых станин или стоек служит сталь Л35. Рамы отливают из чугуна СЧ21.

Такие, вальцы предназначены для получения заготовок под последующую штамповку на горячештамповочных кривошипных прессах, молотах к винтовых прессах. Данный тип вальцов получил наибольшее распространение. Вальцовка на консольных вальцах осуществляется за один, два или три перехода. Консольные вальцы выполняют одноклетьевыми (универсальный тип) и многоклетьевыми (от двух до девяти клетей). Двух и более клетьевые ковочные вальцы применяют при непрерывной автоматической вальцовке.

В соответствии с ГОСТ 16434-80 в СССР выпускаются одноклетьевые ковочные вальцы с диаметром вальцующих сегментов (межосевое расстояние) от 125 - до 400 мм и с номинальным усилием от 125 кН до 1 МН.

На рис. 1.2 показана кинематическая схема консольных ковочных вальцов С1335. Выпускаемая ВПО КПО им. М. И. Калинина гамма консольных ковочных вальцов имеет типовое конструктивное исполнение основных узлов машины: станины, привода, рабочей клеш, устройства для регулировки межосевого расстояния, муфты, тормоза, систем электро- и пневмооборудования.

Рис. 1.2. Кинематическая схема консольных ковочных вальцов

Крутящий момент от электродвигателя 3 через клиноременную передачу 2 передается на маховик 1 со встроенной в него пневматической фрикционной муфтой включения, а затем на вал /, откуда посредством зубчатой передачи 4 сообщается валу //, который является нижним рабочим валком. Этот вал, в свою очередь, соединяется парой одинаковых зубчатых колес 6 и 11 с валом ///, являющимся верхним рабочим валком, чем обеспечивается точное соответствие углов поворота обоих валков. Это обстоятельство крайне важно, так как строго выполняется условие равного обкатывания инструмента друг относительно друга.

Привод диска бесконтактного конечного выключателя (для обеспечения остановки валков вальцов в определенном положении). Для компенсации неточности изготовления штамповочного инструмента и возможности его переточки по мере износа, на вальцах предусмотрена регулировка расстояния между верхним и нижним рабочими валками, которая осуществляется поворотом эксцентриковых втулок 8, изменяющих вертикальное положение оси верхнего валка. Втулки 8 на консольной части имеют зубчатые венцы, вводящие в зацепление с шестернями 5, выполненными заодно с валом IV, проворачиваемым вручную.

Привод диска бесконтактного конечного выключателя (для обеспечения остановки валков вальцов в определенном положении) осуществляется от вала II через пару конических зубчатых колес 9 и 10.

Изменение расстояния между валками приводит к изменению бокового зазора между зубьями шестерен 6 и 11 на верхнем и нижнем валках. Для обеспечения безударной работы зубчатого зацепления при увеличенном боковом зазоре предусмотрено дополнительное зубчатое колесо 7, снабженное специальными пружинами для выборки бокового зазора.

Основным недостатком консольных ковочных вальцов является их низкая жесткость, что частичке компенсируется применением специальных стяжек, однако во всех случаях пользование их для точной вальцовки недопустимо.

В передней или задней части станины установлены регулируемые по высоте столы, на которых крепятся проводки, фиксирующие заготовку. Управление вальцов производится от педали.

Комбинированные ковочные вальцы. Они обладают достоинством закрытых и консольных ковочных вальцов, кроме того, консольные части этих вальцов могут быть использованы для привода вспомогательных механизмов (ножниц для отрезки участков отштампованных деталей, пресса для правки плоских заготовок, например напильников, или же для установки привода механизации подачи).

Комбинированные ковочные вальцы особенно широко применяют за рубежом (в частности, возимые, т.е., перемещаемые от одного рабочего места к другому). Возможность быстрого перемещения от одного рабочего места к другому делает их незаменимыми при мелкосерийном и часто переналаживаемом производствах.

В России вальцы этого типа выпускает (одну модель С06З6) ВПО КПО им. М. И. Калинина. Вальцы мод, С06З6 не имеют муфты, включения и тормоза и предназначены для работы только в автоматическом режиме (вальцовка топоров в консольной части и различных изделий переменного сечения в межопорной части).

Многоклетьевые ковочные вальцы. Такие вальцы позволяют осуществлять непрерывный процесс вальцовки и наиболее легко решают проблему автоматизации этого процесса при массовом и крупносерийном производствах. Простейшими из них являются двух клетьевые ковочные вальцы, выпускаемые ВПО КПО им. М. И. Калинина. Особенностью этих вальцов является взаимно перпендикулярное расположение валков, что позволяет передавать заготовки самим рабочим инструментом и исключает необходимость их кантовки. По сравнению с одноклетьевыми двух клетьевые ковочные вальцы повышают производительность труда в 1, 5—2 раза, кроме того, увеличивается точность поковок, исключается ручной труд (вальцы снабжена автоматической подачей заготовок).

Многоклетьевые ковочные вальцы отличаются наличием нескольких, расположенных одна за другой рабочих клетей, в каждой из которых устанавливается одна пара валков с инструментом. Оси валков каждой последующей клети повернуты по отношению к предыдущей на 90°, а по отношению к горизонтальной плоскости на 45°, что исключает необходимость кантовки заготовки при передаче ее в следующую клеть и обеспечивает подачу заготовок на валки всех клетей одним толкателем.

Указанное расположение клетей позволяет проводить независимую регулировку межосевого расстояния валков, угловую и осевую регулировки (расстояние между клетями регулируется в зависимости от длины заготовки путем перемещения клетей по шлицевому приводному валу).

Многоклетьевым ковочным вальцам, как наиболее просто обеспечивающим автоматизацию процесса, предстоит большое будущее при массовом производстве однотипных поковок.

Вальцы для поперечно-клиновой вальцовки. Такие вальцы применяют для получения точных детален (а также под последующую штамповку) с вытянутой осью с различными ступенчатыми поверхностями вращения (цилиндр, шар, конус). Процесс обработки на. этих вальцах характеризуется вращением обрабатываемой заготовки в процессе формообразования.

В настоящее время применяют три вида машин для поперечно-клиновой вальцовки: двухвалковые вальцы с вращающимися инструментами (рис. 1.3, а) производства ЧССР; валково-сегметные вальцы (рис. 1.3, в) производства БПО КПО им. М. И. Калинина и вальцы плоско-клиновые (рис. 1.3, б) с возвратно-поступательно перемещающимися инструментами производства ГДР. Каждый из указанных процессов вальцовки и конструкций вальцов имеет свои преимущества и недостатки, однако, вальцы всех трех видов обладают равными технологическими возможностями (по аналогии с резьбонакатными автоматами).

Рис. 1.3. Схемы поперечно-клиновой прокатки: а - двухвалковые вальцы; б – плоско-клиновые и инструмент к ним; в – валково-сегментные вальцы: 1-приводный валок; 2-клиновой инструмент; 3-заготовка; 4-неподвижный клиновой инструмент; 5-неподвижный сегмент

Следует отметить, что номинальное распорное усилие для изготовления одних и тех же деталей будет меньше в вальцах первого вида и наибольшим в валково-сегментных вальцах.

Вальцы всех видов снабжаются автоматическими подачами и индукционными нагревательными устройствами.

Вальцы всех видов работают на штучных заготовках, а вальцы первого типа, разработанные в ЧССР, могут работать также на прутке (отделение от вальцованной заготовки от прутка осуществляется в конце вальцовки ножевым инструментом).

Инструмент может выполняться как цельным, так и составным в зависимости от его сложности. Инструмент состоит из направляющего, рабочего и калибрующего участков. Профиль калибрующего участка инструмента соответствует профилю готовой детали. За один оборот (или ход) инструмента получается одна или несколько готовых деталей или заготовок под последующую штамповку.

Диаметр исходной заготовки выбирают таким образом, чтобы после вальцовки он равнялся наибольшему диаметру полученной детали. При вальцовке стальных деталей или заготовок под последующую штамповку возможно уменьшение поперечного сечения до 50 % без ухудшения структуры вальцуемого металла. Привод плоско-клиновых вальцов гидравлический, а валковых и валково-сегментных – механический.