содержание   ..  30  31  32  33  34  35  36  37  38  39  40  ..

2 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КРУПНЫХ ВАЛОВ

Заготовки для изготовления крупных валов


Основными условиями, определяющими тип заготовки при изготовлении крупногабаритных валов, являются размеры и форма вала, назначение вала в машине, серийность производства и экономичность технологического процесса изготовления заготовок. Крупные валы, червяки, прокатные валки, роторы, как правило, работают в напряженных условиях и являются наиболее тяжело-нагруженными деталями.

Для производства крупных валов применяют углеродистые и высокопрочные легированные стали, а также модифицированный высокопрочный чугун.

Основным способом изготовления заготовок крупных валов в условиях единичного и мелкосерийного производства является свободная ковка. Качество поковок из углеродистой и легированной сталей регламентируется ГОСТ 8479—70. Валы, полученные свободной ковкой, обладают гораздо более высокими прочностными характеристиками по сравнению с другими способами получения заготовок.
 

Для повышения прочности валов слитки предварительно проковывают, чем достигается благоприятное расположение волокон в заготовке и возможность изменения механических свойств.

Поковки валов значительно отличаются по форме от формы изделия, что обусловлено невысокой точностью процесса ковки, наличием дефектного слоя толщиной 5...7 мм, а также изменением размеров поковки при ее охлаждении. Вследствие перепада температур погрешности размеров заготовок могут достигать 1 % по длине, что особенно чувствительно при больших размерах валов. Трудность соизмерения силы удара при свободной ковке и осуществления точных промеров заготовки в нагретом состоянии вызывает наиболее существенные погрешности.

В связи с развитием сварки стали применять заготовки валов, полученные комбинированным способом: штамповкой с последующей сваркой отштампованных частей вала.

При изготовлении заготовок крупных коленчатых валов широко применяются способы последовательной штамповки и гибки с высадкой. При этом используют обычные гидравлические ковочные прессы усилием 98 МН. Применение этих способов позволяет резко повысить коэффициент использования материала, снизить затраты на механическую обработку валов и улучшить эксплуатационные свойства коленчатых валов.

Применение способов горячей штамповки для изготовления заготовок крупных валов сдерживается недостаточным объемом производства и размерами деталей. Применение прогрессивных способов получения заготовок валов возможно при условии типизации технологических процессов обработки деталей в условиях единичного и мелкосерийного производства. Типизация позволяет повысить серийность производства, унифицировать применяемое оборудование и оснастку, создать предпосылки для значительного повышения производительности труда, в том числе и на заготовительных операциях.

Для валков холодного и горячего проката, блюмингов и шестеренных клетей на основе принятого в качестве типового многоступенчатого вала разработан и применяется типовой технологический процесс изготовления и обработки заготовки.

При изготовлении заготовок крупных валов широко применяется высокопрочный модифицированный чугун с глобулярным графитом. Применение высокопрочного чугуна взамен обычного при производстве прокатных валков повышает их стойкость в 1,5... ...2 раза. В настоящее время до 70% прокатных валков изготовляются из высокопрочного чугуиа и лишь 25...30% — из серого отбеленного.
 

Использование высокопрочного чугуна позволяет с успехом заменить сталь при изготовлении коленчатых валов и валков прокатных станов. Изготовление коленчатого вала из высокопрочного чугуна взамен стального кованого сокращает расход металла на

30...40% и значительно уменьшает трудоемкость работ. Отливки из высокопрочного чугуна на 20..25 % дешевле стальных отливок и в 3...4 раза дешевле поковок, при этом их физико-механические свойства не уступают кованым валам.

Стальные заготовки крупных коленчатых валов с диаметром шеек 300...450 мм и длиной до 10 м выполняются в виде поковок с помощью свободной ковки. Форма заготовки, полученной свободной ковкой, обычно значительно отличается от формы и размеров готовой детали, что влечет за собой большие затраты иа удаление металла припуска. Особенно ощутимо это при удалении металла, находящегося между колен коленчатого вала. Применение штамповки для получения заготовок крупных коленчатых валов затруднительно из-за дефицитности ковочных средств необходимой мощности и больших размеров штампов.

Широкое распространение получили способы секционной и последовательной штамповки крупных коленчатых валов. Сущность способа секционной штамповки состоит в том, что коленчатый вал штампуется не целиком по длине, а последовательно несколькими секциями; каждая из секций штампуется при передвижении нижнего штампа. Вся площадь коленчатого вала делится на отдельные участки, количество и величина которых зависит от усилия, применяемого при прессовании; в работу поочередно включается каждая из секций, что позволяет сосредоточить все усилие процесса на отдельных участках и обеспечить его доштамповку. На рис. 82 показан трехсекционный штамп для горячей штамповки крупных коленчатых валов.

Рис. 82. Штамп для секционной штамповки крупных коленчатых валов (1, 2, 3 — номера секций).

Рис. 83. Схема процесса секционной-штамповки крупных коленчатых валов.

Изготовление коленчатого вала способом последовательной штамповки начинается с ковки заготовки (рис. 83, а) в специальном штампе за несколько переходов. Вал штампуется предварительно всеми тремя секциями штампа (рис. 83, б). Затем в работу вступает средняя секция штампа, которая формирует центральную часть коленчатого вала (рис. 83, в). Поочередной штамповкой формируются правый и левый концы вала (рис. 83, г, д). После окончательной калибровки вала и обрезки оббоя заготовка поступает на механическую обработку.

Вес исходной заготовки при использовании секционной штамповки уменьшается в 3...4 раза по сравнению со свободной ковкой; максимальный припуск на обработку не превышает 20 мм. При изготовлении коленчатого вала длиной 3000 мм путем секционной штамповки используется гидравлический ковочный пресс усилием 98 МН, тогда как при общей штамповке вала необходимое усилие составляет 270...290 Мн [33].

При последовательной штамповке коленчатых валов заготовка, откованная из слитка, делится на отдельные части, соответствующие по объему одному колену.

В этом же штампе с помощью включения в работу пуансона металл передается по одному колену вдоль оси штампа и колено одновременно штампуется без выхода металла в заусенец. Способом последовательной штамповки можно изготовлять коленчатые валы массой до 9000 кг.

Применение способов последовательной штамповки с проработкой мотылевых шеек и гибки с высадкой позволяет сократить вес исходной заготовки для механической обработки в 5...6 раз по сравнению со свободной ковкой.

На рис. 84, а показана технологическая последовательность изготовления крупного коленчатого вала способом гибки с высадкой, а на рис. 84, б виден разрез штампа в момент гибки и высадки колена; штамповка каждого колена вала производится из заготовки

или катаного слитка. Конструкция штампа массой до 20 т обеспечивает получение нескольких типоразмеров валов путем смены рабочих частей. Производительность процесса — 7...8 валов в смену. Окончательная правка вала по мотылевым и коренным шейкам производится за один ход пресса; при этом нагрев вала под правку совмещают с нормализацией.

Использование гибки с высадкой крупных коленчатых валов позволяет значительно повысить их качество по сравнению с другими способами штамповки. После механической обработки достигается необходимое расположение волокон; сохранение заданной волокнистой структуры валов повышает их прочность и долговечность.
 

Крупногабаритные коленчатые валы, отлитые из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом, имеют высокие эксплуатационные качества. Значительное повышение прочности и пластических свойств такого чугуна достигается введением в жидкий чугун магния и объясняется наличием в его микроструктуре графита шаровидной формы вместо пластинчатой.

Экономическая эффективность от применения литых коленчатых валов по сравнению с коваными заготовками достигается за

счет увеличения (примерно в три раза) коэффициента использования металла и значительного уменьшения припусков на обработку.

Заготовку коленчатого вала получают путем литья в горизонтальные опоки, установленные на специальных кантователях. Кристаллизация металла происходит при вертикальном положении детали.

Рис. 85. Схема получения электрошлаковой отливки тяжелого ступенчатого вала:
1 — расходуемый электрод; 2 — водоохлаждаемые формы — кристаллизаторы ступеней вала; 3 — шлаковая ванна; 4 — поддон; 5 — отливка малой ступени вала; 6 отлитый ступенчатый вал; 7 — стойка.


В последнее время для получения заготовок крупных и тяжелых, сплошных и пустотелых, гладких и ступенчатых, а также эксцентриковых, кулачковых и коленчатых валов получает распространение разработанный Институтом электросварки АН УССР им. Е. О. Патона процесс электрошлакового литья. Принципиальная схема получения электрошлаковой отливки ступенчатого вала показана на рис. 85. Процесс формообразования вала происходит непрерывно, начинаясь с нижней ступени (рис. 85, а).Каждая ступень вала формируется отдельным кристаллизатором, который в процессе плавки электрода передвигается (рис. 85, б) до получения заготовки вала (рис. 85, в).

Процесс электрошлакового литья получил распространение для отливки заготовок валов прокатных станов, роторов турбин, коленчатых валов судовых дизелей мощностью 5...20 тыс. л. с. и других тяжелых валов.

Металлоемкость заготовок, получаемых с помощью электрошлакового литья, в 1,5...2 раза ниже металлоемкости кованых заготовок при значительном улучшении их качества и снижении трудоемкости.