Спосіб виробництва кільцевих виробів із зовнішнім гребнем

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при изготовлении кольцевых изделий типа железнодорожных бандажей, фланцев, путем подготовки кольцевой заготовки и ее прокатки на кольцепрокатных клетях в одном, или нескольких калибрах. Наиболее близкой по технической сущности является технология производства бандажей, изложенная в работе [1], где предусматривается раскатка прошитого диска по диаметру с одновременной подготовкой гребня на черновом стане и окончательное оформление требуемого профиля бандажа на чистовом стане. Здесь также от операции к операций предусматривается последовательное увеличение гребня. Недостатком указанного способа является неудовлетворительное и нестабильное выполнение гребня, наличие утяжек гребня по высоте и утяжек металла у основания гребня, выводящих профиль за пределы допускаемых отклонений. Это обусловлено затрудненным течением металла в гребневую часть калибра. В указанном способе задаваемая в калибр заготовка или не имеет предварительно сформированного гребня или он ниже, чем предполагается получить. Поэтому на последних этапах гребень формируется в условиях, когда трение на контактных поверхностях калибра противодействует истечению металла из внутренних слоев обода. Кроме того, предварительное формирование заготовки с гребнем, имеющим меньшую высоту, по сравнению с полученным при прокатке в калибрах, неизбежно приводит к тому, что смещаемый в результате деформации объем металла, а соответственно и вытяжка в гребневой части значительно меньше, чем в соседней части калибра, формирующей кольцевую часть бандажа, Поэтому кольцевая часть бандажа стремится течь в вытяжку с большей скоростью, при этом она тянет за собой гребневую часть бандажа, что приводит естественно к утяжке гребня. Целью изобретения является повышение качества выполнения всех элементов сечения кольца и в первую очередь гребня за счет создания наиболее благоприятных условий при его формировании в калибре. Задача, которую при этом необходимо решить, заключается в том, чтобы во-первых облегчить течение металла вглубь гребневой части калибра, а во-вторых - уменьшить утяжку гребня при его формировании. Для достижения поставленной цели при техническом решении данной задачи в известном способе, включающем подготовку кольцевой заготовки с предварительно сформированным гребнем и последующую ее прокатку, при подготовке заготовки выполняют гребень высотой 1,1-1,3 высоты гребня после прокатки в данной клети, на первом этапе прокатки осуществляют защемление предварительно сформированного гребня на расстоянии не менее 0,3 его ! высоты от вершины и после того как он зашел без обжатия не менее чем на 0,5 высоты калибра по гребню, причем при прокатке обеспечивает превышение вытяжки в гребневой части профиля по сравнению с: вытяжкой в кольцевой части на 0,01-0,15. На фиг.1 показан калибр и соответственно профиль бандажа после прокатки в нем, а также профиль заготовки с предварительно сформированным гребнем, где обозначено: 1 - контур ручья калибра в приводном валке; 2 - профиль заготовки с предварительно сформированным гребнем; 3 - контур валкаоправки; 4 - точка контакта металла с калибром; 5 - положение контура валка-оправки в заключительной стадии прокатки; h-высота калибра по гребню; Н - высота гребня заготовки (подкатки); h1 - часть высоты калибра по гребню на которую металл вошел без обжатия; Н1 -часть высоты гребня заготовки, вошедшей в калибр без обжатия. На фиг,2 показана заготовка и калибры валков при прокатке бандажа последовательно в двух клетях, где обозначено: а -заготовка, б - черновой калибр и профиль сечения кольца, который получается после прокатки заготовки в черновой клети, в -чистовой калибр и профиль сечения готового кольца; 1 - приводной валок; 2 валок-оправка. Сущность предлагаемого способа заключается в следующем. Заготовки нагревают до температуры деформации (1150-1280°С в зависимости от марки стали), подвергают осадке, разгонке пуансоном и прошивке на прессе с одновременным формированием гребня (фиг.2 а). Полученную в результате этого кольцевую, фасонную в сечении заготовку прокатывают в одной или нескольких клетях (в частности, как показано на фиг.2 -в двух клетях). При подготовке заготовки на прессе формируют гребень в (1,1-1,3) раза выше, чем тот. который будет прокатан в первой клети. В случае прокатки кольца последовательно в 2-х клетях, в первой клети также формируют гребень в (1,1-1,3) раза выше того, который будет прокатан во второй (чистовой) клети. На первом этапе прокатки заготовки в первой клети и подката из первой клети в чистовом калибре осуществляют защемление предварительно сформированных гребней на расстоянии не менее 0,3 их высоты от вершины и после того как они зашли соответственно в первый и во второй калибры не менее 0,5 высоты калибров по гребням (фиг,1). Дальнейшая прокатка осуществляется с превышением вытяжек в гребневых частях на (1-15%) по сравнению с вытяжками в кольцевых частях профилей. Ме ханизм течения металла в гребневой части калибра при реализации данной технологии следующий. Превышение задаваемого гребня над высотой калибра по гребню и соответственно над получаемым гребнем во-первых идет на утяжку металла, которая неизбежна при прокатке в закрытой части калибра, а во-вторых идет на деформацию металла донной частью калибра по гребню, что гарантирует выполнение элементов гребня, уплотнение и улучшение структуры вследствие повышенной здесь проработки металла по сравнению с известными способами. Подготовка гребня высотой более 1,3 высоты гребня после данной клети приводит к значительному отставанию деформации кольцевой части и искажению профиля. Защемление гребня в калибре на расстоянии не меньшем, чем 0,3 от его высоты с одновременным заходом без обжатия не менее чем на 0,5 высоты калибра по гребню во-первых сводят до минимума утяжку гребня, во-вторых исключает образование закатов на боковой поверхности гребня, прилегающей к кольцевой части бандажа и, в-третьих, создает течение металла в гребне вверх и вниз относительно точки защемления (фиг.1), что благоприятно влияет на формирование гребня. Если заход гребня будет менее 0,3 его высоты и он без обжатия выйдет меньше чем на 0,5 высоты калибра по гребню, то течение металла вверх и вниз относительно точки защемления не наблюдается. Имеет место течение металла вниз в утяжку. Гарантированное превышение (на 1-15%) вытяжка в гребневой части исключает утяжку гребня, которая имеет место в известных способах. Дальнейшее увеличение вытяжки (более 15%) в гребневой части приводит к невыполнению профиля в кольцевой части бандажа. Как видно из сущности предлагаемого решения, признаки: выполнения гребня при подготовке заготовки высотой 1,1-1,3 высоты гребня после прокатки; защемление на первом этапе прокатки сформированного гребня на расстоянии не менее 0,3 его высоты от вершины и после того как он зашел без обжатия не менее чем на 0,5 высоты калибра по гребню; превышение коэффициента вытяжки в гребневой части профиля на 0,01-0,15 по сравнению с вытяжкой в его кольцевой части отличают заявленное решение от прототипа, обеспечивают качественное и стабильное выполнение элементов профиля и этим обуславливают соответствие этого решения критерием "новизна" и "существенные отличия". Предложенным способом с использованием двух станов были изготовлены бандажи размером 890x143x93мм по ГОСТ 3225-80. В качестве исходной заготовки использовали слитки диаметром ~400 мм, массой 2,5 тн., которые разделяли на индивидуальные заготовки массой 354 кг. Заготовки нагревали до температуры 1220-1280°С и после операций осадки, разгонки и прошивки получали кольцевые заготовки с внутренним диаметром 250мм и с предварительно сформированным гребнем (фиг.2 а) высотой 47,5 мм. При прокатке указанных заготовок на первом стане осуществляли защемление предварительно сформированного гребня на расстоянии 0,3 его высоты от вершины и после того как он зашел без обжатия на 0,68 высоты калибр по гребню (см.таблицу). Раскатку проводили до получения внутреннего диаметра заготовки 682 мм. Вытяжки: по гребневой части профиля - 1,78, по кольцевой -1,77. Затем черновые заготовки с гребнем высотой 37,5мм передавали на чистовой стан. Защемление гребня здесь производили на расстоянии 0,32 его высоты от вершины и после того как он зашел без обжатия на 0,64 высоты калибра по гребню. Раскатку производили до получения внутреннего диаметра бандажа 901 мм. Вытяжка в чистовом калибре: по гребневой части профиля -1,28, по кольцевой - 1,21. По предлагаемому способу изготовлено 1230 бандажей. Брак по дефектам профиля - отсутствовал. Известно, что при изготовлении указанных бандажей по способу прототипа брак по дефектам профиля составляет 2.5%. Таким образом, предложенный способ в сравнении с базовым объектом, обеспечивает повышение качества выполнения элементов профиля кольца. Экономический эффект за счет уменьшения отбраковки по дефектам профиля бандажей в условиях одного завода составит: где Д1 и Д 2 - процент брака бандажей по невыполнению профиля, до и после внедрения мероприятия,%; А - годовой объем производства бандажей, тн. Цбр. - потери от брака, руб/тн.