Разделка проката на штучные заготовки

Перед резкой на заготовки изогнутые прутки правят, а местные поверхностные дефекты удаляют вырубкой зубилом или зачисткой абразивными кругами.

Правка прутков на прессах позволяет снизить местную кривизну до ±0,15 мм на 1м длины правильно-растяжные и роликово-правильные машины до ±1 мм на 1м, резьбонакатная машина 0,1 мм на 1м.

Штучные заготовки получают резкой на сортовых ножницах, ломкой на штампах—хладноломах, резкой на металлорежущих станках и анодно-механических, кислородной резкой.

Резка на сортовых ножницах и на пресс-ножницах применяется в основном для стальных прутков. На кривошипных прессах режут прутки диаметром до 20 мм, на эксцентриковых - до 200 мм.

Пруток автоматически или вручную подается до упора (рис. 6.6). Нож совершает 10...60 ходов в минуту.

При резке на торцах заготовок возможно образование дефектов: торцевые трещины, косина среза, смятие и утяжка. Вероятность их появления увеличивается при пониженной пластичности металла, увеличении сечения заготовки, при хранении прутков на холоде. Вследствие наличия зазоров и упругих деформаций звеньев прижимного механизма пруток 1 (рис.6.7) поворачивается на некоторый угол a₁ - угол опрокидывания. Отрезаемая заготовка 5 отгибается подвижным ножом 3 и имеет наклон под углом a₂. Эти факторы, а также зазор D между ножами приводят к тому, что у отрезанной заготовки торцы не перпендикулярны оси заготовки, а имеют наклоны. Угол j₁ называют углом скоса заднего торца, а угол j₂ называют углом скоса переднего торца. Так как углы скосов влияют на правильную установку заготовок в штампе, их значения не должны превышать для скоса переднего торца 3,5°, а для скоса заднего торца - 7°.

Рисунок 6.6 - Резка прутка на сортовых ножницах:; 1 - пруток; 2 - прижим; 3 - верхний нож; 4 - упор; 5 - нижний нож		Рисунок 6.7 - Схема резки на ножницах и прессах: 1 - пруток; 2 -прижим; 3 - подвижный нож; 4 - упор; 5 - отрезаемая заготовка; 6 - нижний (неподвижный) нож

 

При резке на торцах заготовок возможно образование дефектов: торцевые трещины, косина среза, смятие и утяжка. Вероятность их появления увеличивается при пониженной пластичности металла, увеличении сечения заготовки, при хранении прутков на холоде. Поэтому стальные прутки большого диаметра (более 80 мм) и из малопластичных сталей в месте реза подогревают до 450...650°С. Цветные сплавы рубят в холодном состоянии.

Резка на ножницах имеет очень высокую производительность (например, при резке прутка диаметром 65 мм 3...20 резов в мин), но низкую точность по длине (от ±1 до ±6 мм) и большие дефекты торца.

Ломка на штампах-хладноломах применяется для стальных прутков диаметром более 70 мм. В месте лома по разметке делают надрез пилой или кислородной резкой (рис. 5.5). Ширина надреза b =2...3 мм, глубина

где d—диаметр прутка, мм.

 

Рисунок 6.8 - Ломка прутка на штампе-хладоломе

 

Рабочий ход толкателя составляет 5...10 % от диаметра прутка. Разрушение происходит почти мгновенно. Торец заготовки получается достаточно ровный.

Ломка дает лучшие результаты для более хрупких материалов. Для повышения хрупкости мягкую сталь нагревают до 300 °С. Преимуществом ломки является высокая производительность, возможность получения сравнительно коротких заготовок (l_min= 0,8d) и контроля качества металла по виду излома. Недостаток – необходимость предварительной надрезки заготовки

Резка проката может производиться на металлорежущем оборудовании: на дисковых и ленточных пилах; приводных ножовках; станках, работающих тонким абразивным кругом; отрезных и других станках.

Дисковые пилы представляют собой диск диаметром 300...800 мм с режущими зубьями. Разрезание прутков дисковой пилой производят по одному или пакетом (рис. 6.9). Современные дисковые пилы снабжаются гидравлическими зажимными приспособлениями. Для стальных заготовок разрезание на дисковых пилах применяется тогда, когда требуется высокая точность по длине и перпендикулярность торца оси заготовки. Для цветных металлов это основной метод разрезания, т. к. резка их на ножницах дает большое смятие. Производительность резки низка; ширина реза 3...8 мм, в связи с чем велики отходы.

 

Рисунок 6.9 - Схемы резки проката дисковой пилой а - одного прутка; б - пакета прутков; в - проката прямоугольного сечения		Рисунок 6.10 – Схема вертикально ленточной пилы

 

 

Ленточные пилы имеют форму бесконечной ленты толщиной 1,0...1,5 мм (рис. 6.10). Потери на рез в этом случае малы. Но сам инструмент (пильная лента) стоит дорого. Ленточные пилы применяются главным образом для разрезания проката цветных металлов (меди, латуни, алюминия и др.).

Приводные ножовки разрезают прокат ножовочным полотном, которое совершает под некоторым давлением возвратно-поступательное движение от механического привода. Ширина реза - 2...3 мм. Производительность резки мала, однако обслуживание ножовок просто. Один рабочий может обслуживать 5... 6 ножовок. Ножовки часто дают косой рез, снижая эффект применения тонких ножовочных полотен.

На станках, работающих тонким абразивным кругом, в качестве инструмента используются абразивные круги на вулканитовой связке толщиной 1...3 мм и диаметром до 500 мм. Производительность разрезания абразивным кругом довольно высока. Например, пруток диаметром 40...50 мм разрезается за 5...6 сек. Этот метод дает высокие точность подлине и качество торца. Инструмент во время работы не требует переточки, но быстро изнашивается и стоит довольно дорого.

Резка прутков и слитков па анодно-механических станках Анодно-механическую резку применяют главным образом для разрезания сталей, трудно поддающихся обычным способам резки. Сущность способа состоит в следующем. Тонкий стальной диск 1 (рис. 6.11) вращается с большой скоростью (до 25 м/с) и перемещается в направлении к заготовке 3. В зону контакта диска и заготовки подают рабочую жидкость (электролит) 2. Генератор постоянного тока обеспечивает напряжение U= 20...28 В и силу тока I = 80...450 А. В зоне контакта диска и заготовки поверхность заготовки окисляется. Этот слой мягких окислов снимают при трении диска о заготовку, и обнажающаяся поверхность заготовки окисляется снова. Наиболее употребительная рабочая жидкость - раствор жидкого стекла с плотностью 1,28... 1,32 г/см³.

Рисунок 6.11 - Схема анодно-механической резки: 1 - стальной диск; 2 - рабочая жидкость; 3 - заготовка; 4 - генератор постоянного тока; 5 - амперметр; v - скорость резания; s - подача

 

Размеры дисков-инструментов зависят от диаметров заготовки: для диаметра заготовки 30... 100 мм диаметр диска должен составлять 200...400 мм при толщине 0,8... 1,0 мм; для диаметра заготовки 200... 300 мм диаметр диска - 800... 1 100 мм при толщине 1,7...2,0 мм.

Минутная подача инструмента при отрезке прутка диаметром 40 мм составляет 27 мм/мин, а диаметром 300 мм - только 8,6 мм/мин.

Ширина реза должна быть 1,5 - 2 толщины диска. При меньшей ширине реза не обеспечивается свободный доступ рабочей жидкости в зону резания, при большей ширине реза снижается производительность и увеличиваются потери металла. Указанные размеры ширины реза получают созданием торцевого биения (у дисков с толщиной до 1 мм) и гофрированием более толстых дисков.

Недостаток анодно-механической резки - значительный износ электрода-инструмента (15...25% от объема удаленного металла из полости раздела), а также пористость торцов заготовок, причем глубина дефектного слоя составляет 1,5...2 мм (для крупных сечений).

Кислородная резка основана на сгорании нагретого металла в струе режущего кислорода. Резка применяется в основном для сталей, содержащих до 0,7 %С. При кислородной резке металл в месте прореза разогревают пламенем от сгорания смеси кислорода и горючего газа (рис. 6.12). Смесь подают по боковым каналам а. Затем подводят чистый кислород по центральному каналу, и металл начинает выгорать.

Скорость кислородной резки (т.е. скорость перемещения резака-горелки) не должна превышать скорости выгорания металла, иначе не будет сквозного прорезывания. Однако не рекомендуют и слишком малую скорость перемещения резака, так как происходит оплавление кромок. Ориентировочные значения предельной скорости составляют для толщины металла 10 мм - не более 600 мм/мин, для 100 мм - 240 мм/мин, для 300 мм - 110 мм/мин.

Для кислородной резки используют любые газы, имеющие теплотворную способность не менее 2 400 ккал/м³, температуру пламени при сгорании в смеси с кислородом - не ниже 1 800 °С (2 070 К) и содержание балласта не более 35%. Этим условиям удовлетворяют ацетилен, метан, нефтяные газы, бензин, керосин, водород и некоторое другие.

Повышенное содержание ряда элементов в стали затрудняет проведение кислородной резки: углерода - свыше 0,4%, хрома - свыше 2 %, молибдена - свыше 0,5 %, вольфрама - свыше 10 %. Поэтому высоколегированные стали (хромистые, никелевые, молибденовые и вольфрамовые) необходимо резать кислородом только при введении в зону раздела флюса (железного порошка).

 

Рисунок 6.12 - Схема кислородной резки:

а - боковые каналы; b - ширина прорези; s - толщина металла

 

Ширина реза и шероховатость его поверхности зависят от способа резки (машинного или ручного) и от толщины металла. При машинной резке ориентировочные значения ширины реза, мм,

b= 2 + 0,03 s,

 

где s - толщина металла, мм.

При ручной резке ширину реза увеличивают на 25 %.

В результате оплавления металла на поверхности реза образуются отдельные гребешки и впадины: при машинной резке от 0,1 мм (при толщине стали 5 мм) до 2,5 мм (при толщине стали 300 мм), при ручной резке - от 0,5 мм (при толщине стали 5 мм) до 4 мм (при толщине стали 300 мм).

Выбор способа резки зависит от формы и размеров заготовки, а также возможностей способа резки (см. табл. 6.1) и цеха (завода).

Специальные виды прокатки

Прокатка (раскатка) колец, колес, бандажей (для железнодорожного транспорта) производится на специальных прокатных станах в горячем состоянии. Раскаткой придают заготовкам более сложный профиль и более точные размеры, чем штамповкой обеспечивают тангенциальное направление волокон, выполняют кольцевые поднутрения (например, канавки под шарики у наружных колец подшипников). Во избежание образования окалины для стальных изделии под раскатку применяют обычно индукционный или безокислительный нагрев и не выше 1040°С. Раскатке подвергаются заготовки с наружным диаметром от 60 мм до 1 м и более при высоте обрабатываемого обода до 150 мм. Применяют открытую и закрытую схемы раскатки (рис. 6.13, а, б).

 

 

Таблице 6.1 - Сравнение способов разделки прутка на штучные заготовки

Способ резки	Характеристика способа
По производительности, балл	По расходу металла, балл	Точность длины заготовки
На сортовых ножницах			от ±0,8 до ±4,5 мм
На хладноломах			от ±1,0 до ±3,5 мм
Дисковыми пилами			от ±0,8 до ±2,5 мм
Абразивными кругами			от ±0,5 до ±1,5 мм
Приводными ножовками			от ±0,8 до ±2,5 мм
Анодно-механическая			от ±0,1 до ±0,5 мм
Кислородная			от ±1 до ±3 мм
Примечание. Увеличение балла в таблице указывает на ухудшение характеристики.

 

 

Рисунок 6.13 - Схемы раскатки колец подшипников

 

Точность размеров готовых поковок (рис. 6.13, г) по наружному диаметру зависит главным образом от своевременности прекращения процесса, т. е. от наладки и качества работы контрольного ролика, а по внутреннему диаметру - от точности объема исходных заготовок (рис. 6.13 а).

Практически допуск на наружный диаметр составляет около -0.01D, на внутренний -- (0,022d=0,6) мм. Параметр шероховатости поверхности после раскатки Ra=1,6…0,8.

При укладке заготовок и съеме поковок вручную производительность раскатки составляет на мелких кольцах до 500 на крупных - 100...250 шт./ч.

Прокатка зубчатых колес производится из заготовок в виде прутков или отдельных дисков, собранных на стержне. Заготовки нагреваются заранее с помощью кольцевых или секторных индукторов на глубину 6...10 мм зависимости от модуля зуба. В процессе прокатки зубчатый, валок вдавливается в поверхность заготовки усилием Р (рис. 6.14).

 

Рисунок 6.14 - Схема прокатки зубчатых колес: 1 - зубчатый валок; 2 - заготовка; 3 - секторные индукторы; 4 - опорный валок		Рисунок 6.15 - Схема поперечно-клиновой прокатки: а - процесс прокатки; б - типовые заготовки; 1 - рабочие клинья; 2 - заготовка

Этим способом изготавливают прямозубые и косозубые цилиндрические колеса, шлицевые валы, звездочки цепных передач с модулем до 4 мм и диаметром до 200 мм. Частота вращения валков - от 3,8 до 60 мин^-1. Производительность процесса значительно превосходит производительность механической обработки. Полученные зубчатые колеса имеют благоприятную макроструктуру поверхностного слоя, поэтому механическая обработка по поверхности зубьев должна быть минимальной.

Поперечно-клиновая прокатка проводится с помощью плоскоклиновых инструментов (рис. 6.15). Один из рабочих клиньев неподвижен, второй совершает поступательное движение и прокатывает заготовку. Метод довольно производителен: деформация завершается за 1,3...1,5 оборота заготовки. При горячей прокатке можно получить заготовки с допусками на диаметральные размеры 0,2...0,4 мм, на линейные - 0,3...0,5 мм.

Инструмент сравнительно прост по конструкции, обеспечивает получение ступенчатых волов сложной конфигурации небольшой длины.

 

Контрольные вопросы

1. Обработка металлов давлением. Основные способы.

2. Изменение свойств металлов при пластическом деформировании.

3. Влияние нагрева на структуру материала при пластическом деформировании.

4. Заготовки из проката. Область применения.

5. Заготовки из проката. Достоинства и недостатки.

6. Машиностроительные профили из проката.

7. Получение профилей прессованием.

8. Способы разделки проката на мерные заготовки.

9. Резка на сортовых ножницах

10. Ломка на штампах-хладноломах

11. Резка проката на металлорежущем оборудовании дисковыми пилами.

12. Резка на ножовках.

13. Анодно-механическая резка.

14. Кислородная резка.

15. Специальные методы прокатки.