Ролик для ротационного выдавливания

 

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано для ротационного выдавливания тел вращения в клети с опорными кольцами. Цель изобретения - увеличение степени деформации заготовки. Ролик для ротационного выдавливания имеет обжимной 1, калибровочный 2, опорные 3 участки и кольцевую канавку 4, Образующие обжимного и опорн1 гх участков выполнены иьшуклыми и представляет собой экспоненциальную кривую. 3 ил,, I табл. С (Л 00 w. /

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (!9! (!! !

А1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТБЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3901034/31-02 (22) 02.04,85 (46) 5. 05. 87.1 юл. 7 18 (7 } Ура овский политехнический институт им. С. !I. Кiiрова (72) А. 11. Антимонов, В.И. Соколовский и А.А.Лаптев (53) 621.774.07 (088.8) (56) Репне И.И. и др. Ротационное выдавлив,пн е роликовыми раскатными головками. — Кузнечно-штампованное произвол< тво, 1975, Н 8, с. 3 — 36, Авторскос свидетельство СССР

N 538749, к!, В 21 F 19/14, 1974. (5 i) E 0Л11К II!IEI РОТАЦ110Н110ГО ВЫДАВЛИВЛ1И51 (57) Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано для ротационного выдавливания тел вращения в клети с опорными кольцами. Цель изобретения — увеличение степени деформации заготовки. 1 олик для ротационного вы„-iàâëèâàíèÿ имеет обжимной 1, калибровочный 2, опорные 3 участки и кольцевую калавку 4 ° Образующие обжимного и опорных участков выполнены »ьп уклыми и прсдставляеT собой экспопенциальную кривую. 3 ил., 1 табл.

1310048 где G„р,G> е

/ г р ) е хиуПолагая, что

=G tg 11 с0$1 C =се tgg $1п! .гр (7» =G sin !э; 5„=б cos (3, где — угол наклона касательной к профилю ролика в точке В, получаем

x + k = (1 — tg(tgI3)/(tgP+ tgg) а — у, (2)

ТаК как tg 13 = d>/dg, то из выражения (2) имеем следующее дифференциальное уравнение: ((а — у) + (х — k) tgg)dy + t(a

y)tgg- (х + k)J dx = О, (3) Решение этого уравнения дает форЭ определяемую соотношением

35 му рационального профиля ролика.После интегрирования имеем

Ь = 2а х +

tg(arctg -- — — -- = Ln С(а а — у х+ k

-у) (— — — -) +1 ° (4) а — у

Определим постоянную интегрирования С иэ условия х = О, у = О ь = 5

Элементарный момент этих сил относительно точки А при равновесии ролика равен нулю, т.е.

dm д = („6 ) (х + k) dx + (G„+

+Г„) (a — y) dx = О, (1) Перейдем к полярным координатам с полюсом в точке А, обозначив

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано для ротационного волочения-прокатки сплошных и полых тел вращения в клети с опорными кольцами. 5

Целью изобретения является увеличение степени деформации заготовки.

На фиг.1 изображен ролик, установленный в клети; на фиг. 2 - отдельный ролик; на фиг, 3 — вид А на фиг,1 °

Ролик имеет обжимной 1, калибровочный 2, опорные 3 участки и кольцевую канавку 4, Образующие обжимного и опорных участков представляют со15 бой экспоненциальную кривую, определенную зависимостью

R „= R „exp (j3, — f3„) tgg где R > „ — координаты точек профиля ролика в системе координат с полюсом в точке А (пересечения вертикальной оси ролика с прямой, соединяющей точки, контактирующие с опорными кольцами);

Rh, P „ — координаты точки сопряжения образующих обжимного и калибрующего участков; угол трения, где a — расстояние от полюса до бочки ролика.

Полагая, что калибровка ролика в соответствии с приведенной зависимостью обеспечивает его равновесие в очаге деформации при любых обжатиях, выделим в осевом сечении валка в окрестности произвольной точки В, принадлежащей профилю, участок протяженностью dx. Со стороны металла на валок в данной точке действует сила нормального давления Q и сила тре50 ния с, связанные законом Кулона проекция сил С> и 2 на оси "х" и "у"; половина длины калибрующего участка; расстояние от точки ролика до точки А; координаты точки

В в системе координат ХОУ, начало которой совпадает с точкой сопряжения профиля обжимного участка ролика с калибрующим участком.

С = ехр (tg $ arctg — -) (k +

1с

2 -iiZ

+а)

Поставив значение С в выражение (4), получаем

x + k ехр (гд1(агсге а — у

k — arctg — -) а

i 1ОО48

P» arctg --- =Н а

x +

arctg а-у (k+а ) ((х + k) R я г1 п2

+ (а — у) $ = R (7) с

+ Р

О, (8) Отсюда

". = " j(P,-I„) кИ, r e Rxå „, я — радиус-вектор и полярный угол соответственно для произвольной точки профиля ролика и точки сопряжения профиля с калибРующим участком.

Уравнение (7) определяет рациональный профиль ролика с точки зрения его равновесия при деформации, что весьма важно для стабильного ведения процесса, особенно в условиях больших обжатий эа переход, Рассмотрим равновесие роликов под действием сил, действующих на калйбрующий участок со стороны металла, Очевидно, что суммарный момент этих сил относительно точки А должен равняться нулю, т.е. л

2 (k+ с)а-P —— к 2

4 должна быть меньше k на н личину

Ь = 2 at@(, т. е, калибрукяций участок необходимо выполнять асимметричным относительно вертикальной оси ролика на величину Ь, Однако такая асимметрия приводит к тому, что образующая опорного участка несколько отлична от образующей обжимного участка,так как изменяются начальные координаты

f0 R„, /3„ согласно зависимости (7).Кроме того, асимметрия ролика ведет к асимметрии расположения опорных колец и всей клети, По технологическим соображениям изготовление асимметричными ролика и клети, особенно с учетом сложной формы образующей ролика, нецелесообразно. Рациональным в данном случае является выполнение симметричного относительно вертикаль20 ной оси ролика с абсолютно одинаковыми образующими обжимного и опорных участков, а асимметрию калибрующего участка обеспечивать уменьшением его длины на величину b = 2atg at со сто25 роны порного участка, например выполнением кольцевой канавки шириной

b, примыкающей к опорному участку.

Тогда длина калибрующего участка, имеющего диаметр D определяется следующим образом:

2k — Ь или 1, = k + с °

В случае с = -k, получаем где к, P — распределенные по длине

35 калибрующего участка соответственно сила трения и сила нормального давления; — половина длины калибрую- 40 щего участка, примыкающая к обжимному участку; с — часть половины длины калибрующего участка, примыкающего к парному учà- 45 стку, на которой реализуются силы со стороны металла.

Полагая в уравнении (8)

Ptg, получаем с + 2catglt — k + 2katg f = О. (9)

Решая уравнение (9), получаем с, =k -2atgzI ; с =-k, (10)

В соответствии с выражением с, половина длины калибрующего участка, примыкающая к опорному участку валка для обеспечения его равновесия, 2 k - Ь = 2k — 2atgp== 2(k — atgf) > О, отсюда

> atgf.

Практически k =4atgg, тогда

k = natg; 1 пь4, (l i) F

Чтобы воспользоваться полученными выражениями для расчета геометрии ролика, необходимо определить величину а, которая зависит от угла наклона образующей профиля опорного

+с=k — k=O

К2 что означает отсутствие калибрующего участка. Такое обстоятельство ведет к резкому ухудшению качества изделия, поскольку окончательное формирование его наружной поверхности происходит на калибрирунщем участке ° В силу этого условие с = -k в дальнейшем не рассматривается.

Определим величину k иэ условия

Гк>О

1310048 (16) $„c)2

:!з уравнения (13), полагая !3к = — после преобразования с учетом знака неравенства выражения (16) име10 ем в сискотопротисистесог(17) 15 (18) L = A Г sinf51

20 где

2,5 — 3,0.

cos f3p

2 — — — — — exp (Ь вЂ” x )egg) о 1-н (13) 30

35 раскладывая в ряд выражения типа

1п сон!Э с удержанием первого члена разложения, получаем 45

55 (15) кольца ° Обозначим через /3 полярный угол точки касания m профиля ролика с образующей кольца в полярной системе координат с полюсом в точке А. Из выражения (3), полагая

dy/dx = tg f)i; (х + М/(а — y ) = 13 где х, уо — координаты точек теме ХОУ, начало рой диаметрально воположно началу мы координат ХОУ ласно выражению получаем: сд!3,= (г.д + г.до ) /(! — tggtg()4) . (12) Принимая в уравнении (7) R„

Rp = (D 2yp ) /cos fop в

R„= (D — у ) /cos3Ä, ?3„=,,, после преобразования имеем

При определе?!ии профиля ролика важно знать значение !5„, в пределах которого металл контактирует с no— верхностью ролика, Обозначив этот угол,, из уравнения (5) с учетом (6), полагая f3„= р„, у = f(, d/2, после преобразований имеем

exp „ (3. — 3„) t g, $) =

COS 1 ?(cos 13, где ?1 d — обжатие заготовки по диаметру.

Логарифмируя выражение (14) и а — О 5?!(! (----- — -----) (14)

Ф

P„— 2tg,1„ + 2tggP„— ф „+ а — 0 5!?

+ 2 In -- — - - — -- = О, а

Решение этого уравнения дает

<3, = eg I e ((f)„- eg3) а — 0 5!!д

1?2

2 In ------ ----- е а

Для повьппения стойкости роликон целе сообра зно опорные сечения роликон-сечения, контактирующие с опорными кольцами, исключать из процесса деформиронания, для чего должно выполн ять ся у слов ие

cos )-3, .) d 2а 1 — ------- exp ((, cos 3„

-"" ?!

Длину L можно определить по следующей зависимости:

В процессе работь? ролики опорными 3 участками контактируют с опорными кольцами. Деформация загoòoâки, установленной в з аж??мах, о сущ(ст Вл яется в пределах об)3?!м?!огo 1 участка роликов при их планетарном обкатывании нокруг заготовки. Рajj?la

С KO)II I?OÂOé KnxIIQ?)K?I 4, КОНтаКт Мота.l ла с роликом прекращается, В 1?роцессе де(()ормз?1?ш 1?а облепил<)й ll к; ?ill) рующий участь?! ры!?!ко?3 цейсi неуют силы со сторон!3 мет Ill (). При таком одностороннем (относи гельно вертикальнойй оси ролико!3) !!р?13)о,?((1 .?1?1 нагрузок со сl <) pollè за?3о i o13l,и 1!а ро.?1)как jl< йcтВует опрокид(я(а) щ!Вй момент, кото—

pll?I увеличиваетcs с ростом единичной деформации. При малых <эбжатиях оl!1) ок?113ь1на!011!и?1 мо: I(и! y pl нно Б(шина ется моментом с?11 "ренин, во:<никаю—

li ?Г": llа кон 1 (IKте оо I? IKo13 (оиоон1)?м?!

КО llell,ам1! ° О??на;O 33 С. ?уЧ !Е б)О?)IIII?IX

„деформ;н?ий мол ен I сил тренин недостаточно и ро;(ик теряет устойч??ность

В клети. В так??х у(линиях недеш?е стабильного процесса ненозмс...)?о.

Конструкц??я преп?!оженного ро)!ика об(спечивает его раннонесие при любых по величине обжатиях, Пример. Исходными параметрами для калибровки ролика являются

D = 80 мм; () . = 30 ; tg !! = 0,05.

131

0048 8 цесс протекал стабильно, в то время как конические ролики произвольной (с точки зрения их равновесия) калибровки теряли устойчивость при деформации в несколько раз меньше °

Последнее выражение таблицы однозначно определяет экспоненту — образующую обжимного и опорного участков ролика. Задавая с определенным шагом величину угла Р» рассчитывают зна- 10 чения R до выполнения неравенства

R „ sing„ L/2, после чего расчет прекращают.

Ролики успешно прошли испытания, во время которых деформировали толс- IS тостенные трубы из стали 20 в холодном состоянии. Степень деформации достигала 407, При этом устойчивость ропиков в клети не нарушалась, проФормула

Значение параметра

tp 3 + teob

8 = arctg

1 — tgg tgk

32,86 (0,57 рад,) 8 = arctg — — = arctg(ntgg) 5,71 (0,1 рад.) К о

62,74 мм

2 — ехр C(po — fl ) ggj

cos I3o сов/1„

R н

63,05 мм

cosPH

К = natg71 1cn 4

6,27 мм

Ь = 2atgf

6,27 мм

cos P0

Ьд -2а 1

cos p„

-J )tggjj ехр ((P

16,29 мм

65,02 мм

1 1 оsingî > N = 2 5

100 мм

R„= В.„exp ((P„P„)МУ) Кх = 63,05 ехр L(Pi — 5,71 ) 0,05) мм

Зададимся n = N = 2,85, Формула и результаты расчета остальных параметров приведены в таблице.

R = д„,хр ((,-Р„>тд ) Формула изобретения

Ролик для ротационного выдавливания, содержащий обжимной участок с выпуклой образующей, калибрующий участок и опорные участки, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью увеличения степени деформации заготовкй, образующие обжимного и опорных участков выполнены в виде экспоненциальной кривой, при этом после квлибрующего участка выполнена кольцевая канавка.

1310048

V"

Составитель Л. .1ятур)гич

Редактор H.Øâûäêàÿ Техред В. Кадар Корректор Jl,Hø))ï)åíêî

Заказ 1819/7 Тираж 48! Подписное

В11ИИПИ Государственного ) ..))i! та СССР по делам изобретении и о . р))тии

113035, Москва, 11-3), Г,)у:, к;)я ))аб,, д.4/5

Производственно-полигра)рическое пре; принтi:е, г,ужгород, ул.Проектнал, 4