Спосіб виготовлення пружних профілів з краями, що перекриваються

Спосіб виготовлення пружних профілів з краями, що перекриваються, який включає формування профілю із пружинної нагартованої стрічки дисперсійно-твердіючого сплаву, фіксацію форми та розмірів профілю термічною обробкою, його розгортання і наступне змотування в рулон, який відрізняє ться тим, що перед формуванням профілю бокові ділянки стрічки пружно-пластично деформують вигином в поперечному напрямі за дугою, радіус якої в 30-40 разів перевищує товщину стрічки, на кут 45-49°. (19) (21) 2000052604 (22) 05.05.2000 (24) 15.05.2001 (33) UA (46) 15.05.2001, Бюл. № 4, 2001 р. (72) Шугаєнко Віктор Костянтинович, Драпіко Павло Євсейович, Чорний Олександр Васильович, Гордієнко Олександр Михайлович, Макаровський Валерій Федорович (73) Український державний науково-дослідний інститут металів 37945 лянок перевищує допустиму норму (1 мм). Крім того, при контакті рухомої скрученої стрічки з нерухомою проводкою виникає дефект у вигляді хвилеподібних країв бокових ділянок, який наступною термічною обробкою не усувається. Найбільш близьким за технічною суттю і сукупністю ознак до винаходу, що пропонується, є вибраний як прототип спосіб виготовлення пружних циліндричних профілів із стрічки сплаву Н18К8М3 і 36НХТЮ, описаний в статті Жуковського Б.Д., Янковського В.М, Вдовіна Ф.В. та ін. "Те хнологія виготовлення пружин трубного профілю", яка опублікована в журналі “Сталь” 1969, N 12, с. 1121-1124, що включає формування профілю з пружинної нагартованої стрічки дисперсійно-твердіючого сплаву, фіксацію форми і розмірів профілю термічною обробкою, його розгортання і наступне змотування в рулон. У винаході, що пропонується, і прототипі збігаються такі істотні ознаки: формування профілю з пружинної нагартованої стрічки дисперсійнотвердіючого сплаву, фіксація форми і розмірів профілю термічною обробкою, його розгортання і наступне змотування в рулон. Аналіз технічних властивостей прототипу, обумовлених його ознаками, показує, що одержанню очікуваного технічного результату перешкоджає нерегламентований вигин бокових ділянок стрічки перед її формуванням, в результаті чого не досягається стабільність в геометричних розмірах профілю, що виявляється в невідповідності профілів технічним вимогам з неприлягання країв бокових ділянок та поздовжній кривизні (серпоподібності), яка в ряді випадків перевищує допустимі норми. Задача винаходу, що пропонується, є розробка такого способу виготовлення пружних профілів з краями, що перекриваються, в якому удосконалення шляхом введення нової операції, або визначення граничних умов окремих елементів технології забезпечує досягнення технічного результату, що полягає в поліпшенні якості профілів за рахунок зменшення величини неприлягання країв бокових ділянок і зменшення його поздовжньої кривизни. Пропонований спосіб виготовлення пружних профілів з краями, що перекриваються, включає формування профілю з пружинної нагартованої стрічки дисперсійно-твердіючого сплаву, фіксацію форми і розмірів профілю термічною обробкою, його розгортання і наступне змотування в рулон. Від прототипу пропонований винахід, відрізняється тим, що перед формуванням профілю бокові ділянки стрічки пружно-пластично деформують вигином в поперечному напрямі за дугою, радіус якої в 30 - 40 разів перевищує товщину стрічки, на кут 45-49° В результаті використання винаходу очікується досягнення такого технічного результату: - зменшення неприлягання країв бокових ділянок профілю за рахунок більш ретельного і точного відформування бокових ділянок в зоні пружнопластичної деформації вигином, при цьому радіус відформованої ділянки максимально наближений до радіусу готового профілю, що забезпечується його обумовленою величиною (в 30-40 разів більше, ніж товщина стрічки); - зменшення серпоподібності профілів за рахунок нівелювання величини деформації центральної і бокових ділянок стрічки (вигин бокових ділянок здійснюється на кут 45-49°), а також деформація на однакову величину обох бокових ділянок стрічки, що досягається застосуванням передформовочним станом напрямної щілинної проводки, яка регулюється за висотою і напрямком. Між технічним результатом, що планується досягти, і ознаками винаходу існує такий причинно-наслідковий зв'язок. При малій товщині стрічки (0,1 - 0,3 мм), з якої виготовляють профілі, при ширині, що в сотні разів перевищує товщину (50, 70, 90, 93, 115 мм), і високого ступеня нагартовки (деформації в холодному стані - на 50 – 60%) вихідна стрічка відзначається підвищеною жорсткістю. При згортанні такої стрічки в зоні пружної деформації до циліндричного профілю через жорсткість без додаткової обробки не досягається щільне прилягання бокових ділянок одна до одної, в результаті неприлягання країв бокових ділянок перевищує допустиму величину. Цьому сприяє та обставина, що вигинати потрібно відносно неширокі ділянки у порівнянні з шириною всієї стрічки (в залежності від товщини стрічки - 8 - 15 мм). Тому при вирішенні задачі поліпшення якості профілів за рахунок зменшення величини неприлягання країв бокових ділянок необхідно було визначити той радіус їх вигин у, що, з одного боку, забезпечував би щільне прилягання країв, а з іншого, - не спричиняв би залишкової пластичної деформації бокових ділянок, що є причиною виникнення поздовжньої кривизни профілів. Експериментально встановлено, що найбільш ефективним є їх вигин за дугою, радіус якої перевищує товщину стрічки в 30 - 40 разів. Одним з найбільш впливових чинників на виникнення поздовжньої кривизни в процесі виготовлення пружних профілів з краями, що перекриваються, є нерівномірність деформації центральної (за шириною) і бокових ділянок стрічки (профілю). Він є результатом впливу різних причин: а) нерегламентований вигин бокових ділянок з прагненням досягнути максимально можливого кута вигину, в результаті чого бокові ділянки піддаються не пружній, а пластичній деформації; б) вплив розтягуючих з усиль, необхідних для переміщення стрічки і профілів в технологічній лінії їх ви готовлення, коли центральна ділянка зазнає деформацію розтягу більшою мірою, ніж бокові ділянки, які до того ж додатково ще деформувалися вигином, і в результаті цього більш зміцнені в порівнянні з центральною ділянкою; в) підсилення впливу означених розтягуючи х зусиль в процесі термічної обробки, коли в силу природних властивостей матеріалу стрічки більш деформовані бокові ділянки (вигином і розтягом) зміцнюються більшою мірою за рахунок більш інтенсивного виділення зміцнювальних фаз на цих ділянках. Враховуючи, що при довжині прохідної нагрівальної печі 5 м, температурі нагріву 700 750°С і сумарній тривалості нагріву 40 - 60 хвилин, ця нерівномірність досягає значної величини; г) неоднакова висота вигинаємих ділянок. Нерівномірність деформації центральної і бокових ділянок виникає в процесі формування і термічної обробки, а її вплив проявляється на готово 2 37945 му профілі. Так, при змотуванні в рулон го тового профілю з пластично деформованими боковими ділянками, ці ділянки неповністю розправляються, залишаються криволінійними і не вписуються в прямолінійну форму поперечного перетину. При розмотуванні із рулону таких профілів нерівномірність деформації виявляється у вигляді поздовж ньої кривизни. З метою зменшення нерівномірності деформації у винаході пропонується вигинати бокові ділянки на кут 45-49°. Суть винаходу пояснюється графічними матеріалами, на яких зображено: на фіг.1 - схема технологічної лінії виготовлення пружних профілів з краями, що перекриваються, за запропонованим способом; на фіг.2 - поперечний перетин стрічки 1 (фіг.1) з пружно-пластичним деформуванням бокових ділянок 13 в першій парі валків профілегнучого стану 6 (перетин І-І, фіг.1); на фіг. З - поперечний перетин перехідної форми від плоскої стрічки до криволінійного профілю при скручуванні стрічки і в профілегнучому стані 6 (перетин ІІ-ІІ, фіг.1); на фіг.4 - поперечний перетин стрічки 1 з деформованими ділянками 13, скрученої до форми, близької до форми циліндричного профілю 9 (фіг.1) (перетин ІІІ-IІІ, фіг.1); на фіг.5 - поперечний перетин стрічки 1, скрученої до форми циліндричного профілю з боковими ділянками 13, що перекриваються, (перетин IVIV, фіг.1); на фіг.6 - поперечний перетин стрічки і, скрученої в профілегнучому стані 6 до перекриття бокових ділянок на І80о(до форм готового профілю) (перетин V-V, фіг.1); на фіг.7 - поперечний перетин готового профілю 9 (фіг.1) з боковими ділянками 13, краї яких перекриваються на І80о після виходу профілю з прохідної електричної печі 7 (перетин VI - VI, фіг.1). На графічних матеріалах позиціями позначено: 1 - стрічка для виготовлення пружних профілів; 2 - рулон ви хідної стрічки; 3 - розмотувач; 4 - направляюча пара циліндричних роликів; 5 - щілинна проводка ; 6 - профілегнучий стан; 7 - шестисекційна прохідна електрична піч; 8 - оправка; 9 - готовий профіль; 10 - розгортаюча клиноподібна направляюча; 11 - витяжний апарат; 12 - намотувач; 1З - бокові ділянки стрічки (профілю). Спосіб виготовлення пружних профілів з краями, що перекриваються, реалізується на обладнанні технологічної лінії, встановленої в УкрНДІметі. Для здійснення пропонованого способу в технологічній лінії додатково встановлені: - у формуючому вузлі (профілегнучому стані) кліть з парою валків, що забезпечують пружнопластичну деформацію бокових дільниць стрічки за дугою, радіус якої в 30-40 разів перевищує товщину стрічки перед його формуванням в профілегнучому стані (фіг.1, перетин І-І, фіг.2, перетин І-І); - перед формуючим вузлом щілинна проводка (фіг.1, поз. 5), регулююча положення стрічки по висоті і напрямку, при подачі її в першу кліть профілегнучо го стана, що забезпечує однакову деформацію вигином по ширині кожної з бокових ділянок і, таким чином, однакову їх висоту після вигину. До технологічної лінії виготовлення профілів входять: - розмотувач, споряджений гальмуючим пристроєм (на фіг.1 не показаний) місткістю 500 м стрічки; - направляюча пара циліндричних роликів, необхідних для забезпечення правильної подачі стрічки в формуючий вузол ; - щілинна проводка, що регулюється по висоті і напрямку, для забезпечення рівномірної деформації бокових ділянок по ширині стрічки і підтримки таким чином висоти кривизни вигинаємих ділянок на постійно однаковому рівні; - формуючий вузол (профілегнучий стан), який складається з декількох (5-8) клітей в залежності від ширини (50, 70, 90, 100 мм і більше) вихідної стрічки, з яких перша кліть (пара формуючих валків) призначена для пружно-пластичної деформації бокових ділянок стрічки за дугою, радіус якої в 30-40 разів перевищує товщин у стрічки, і на заданий кут, наступні пари - для формування (поступового скручування в зоні пружної деформації) вихідної стрічки до заданої форми профілю (циліндричної, овальної або іншої) необхідних розмірів; - шестисекційна (для забезпечення автономного регулювання температури в кожній із зон нагріву) прохідна електрична піч, муфель якої усередині обладнаний заневолюючими проводками з калібрами, відповідними формі і розмірам профілю після формування його в профілегнучому стані; - оправка, яка встановлена всередині сформованого профілю на довжині, відповідній довжині печі, що постійно знаходиться разом із заневолюючими проводками в печі при температурі нагріву, утворюючи разом з ними кільцеву щілину навкруги профілю, необхідну для забезпечення переміщення профілю і водночас для фіксації положення зовнішнього і внутрішнього країв профілю, що перекриваються; - розгортаюча клиноподібна направляюча, призначена для розгортання готового профілю, наприклад, циліндричного після виходу його з нагрівальної печі до форми плоскої стрічки перед надходженням на барабани витяжного апарату; - витяжний апарат, до складу якого входять тягнучий, обвідний та притискуючий барабани, з'єднаний з електричним двигуном (на фіг.1 не показаний), необхідний для переміщення вхідної стрічки і готового профілю через вузли технологічної лінії, а також наступного змотування профілю в рулон; - намотувач для змотування готового профілю в рулон, з'єднаний з барабанами витяжного апарату ланцюговою передачею через зірочку електричного приводу, на фі г.1 не показаний. Спосіб виготовлення пружних профілів з краями, що перекриваються, реалізується в ході такого технологічного процесу. Стрічка 1, розмотуючись із рулону 2, встановленого в розмотувачі 3, який з'єднаний з гальмуючим приладом (на фіг.1 не показаний), через направляючу пару циліндричних роликів 4 і щілинну 3 37945 проводку 5 надходить в профілегнучий стан 6, де в першій парі валків в зоні пружно-пластичної деформації деформуються (вигинаються) її бокові ділянки за дугою радіусом 5,2 мм, що майже в 35 разів перевищує товщин у стрічки (0,15 мм), на кут 45° (фіг.1, перетин І-І, фіг.2), в наступних клітях здійснюється поступове скручування в зоні пружної деформації плоскої стрічки до заданої форми, наприклад циліндричної, і розмірів (фіг. 2, фіг. 3, фіг. 4, фі г. 5, фіг. 6). При цьому одна з бокових ділянок знаходиться всередині профілю, друга - зовні профілю. Сформована таким чином стрічка надходить в прохідну електричну піч 7, з калібрами проводок, що відповідають формі і розмірам готового профілю. В результаті нагріву в печі 7 (відпуск в заневоленому стані при температурі 700о тривалістю в залежності від товщини і ступеня нагартовки стрічки 40-60 хв.), знімається залишкове напруження і викривлення кристалічної решітки, що виникають при пружно-пластичному вигині, профіль 9 (фіг. 1) набуває задані форму і розміри, а в результаті виділення зміцнюючих фаз при цьому - необхідний рівень міцності, пружності і пластичності. Для формування внутрішньої бокової ділянки всередину профілю вставляють оправку 8 таких розмірів, щоб забезпечуваласящілина навкруги профілю між зовнішньою поверхнею оправки і внутрішньою поверхнею калібру проводки - необхідна для переміщення скрученої стрічки і сформованого профілю. Така оправка нерухома і знаходиться всередині калібру постійно. Після виходу з печі профіль 9 розгортаючою клиноподібною направляючою 10 розгортається до плоскої стрічки і надходить на барабани витяжного апарату 11, які, обертаючись від електричного приводу (на фіг. 1 не показаний), здійснюють переміщення стрічки 1 і готового профілю 9 через вузли технологічної лінії і змотування його в рулон на намотувачі 12. З цією метою барабани витяжного апарату ланцюговою передачею (на фіг. 1 не показані) зв'язані з намотувачем. При такій технології довжина готового профілю відповідає довжині вихідної стрічки. Для забезпечення безперервності технологічного процесу поза описаним обладнанням технологічної лінії встановлена крапкова зварювальна машина для зварювання кінця попереднього і початку наступного рулонів стрічок. Спосіб виготовлення пружних профілів з краями, що перекриваються, випробуваний авторами на обладнанні технологічної лінії, встановленої в УкрНДІметі, при виготовленні циліндричних пружних профілів діаметром 24±2 мм з перекриттям країв бокових ділянок на 180о з холоднокатаної стрічки 0,15х93 мм дисперсійно-твердіючого сплаву З6Н ХТЮ (ГОСТ 14117-85) зі ступенем нагартовки 57%. Було виготовлено 520 м профілю відрізками 80 і 100 м (80 м ´ 4 шт. і 100 м ´ 2 шт.). Після контролю якості і замірів всі рулони були розрізані на профілі потрібної для замовника довжини (10 шт. по 20 м і 12 шт. по 25 м) і підготовлені до відправлення замовнику. В результаті використання способу виготовлення пружних профілів з краями, що перекриваються, досягнутий технічний результат, що полягає в зменшенні неприлягання країв бокових ділянок і зменшенні серпоподібності (поздовжньої кривизни) профілів. Так, одержані таким способом профілі в порівнянні з профілями, виготовленими відомим способом, мають меншу серпоподібність (5-8 мм замість 6-10 мм на довжині 5 м), більш щільне прилягання ділянок профілю, що перекриваються (величина щілини в місці прилягання внутрішнього краю 0,1-0,2 мм, зовнішнього - 0,60,8 мм замість 0,7-1,0 мм) при діаметрі профілів 24,4-25,0 мм при допущеній величині 22,0- 26,0 мм. При цьому зменшились розміри і кількість інших де фектів, що виникають при виготовленні профілів відомим способом: - прим'я тини на профілях були відсутні (згідно з вимогами технічних умов, їх кількість, що допускається, - не більше трьох на довжині профілю 5м); - висота хвилястості країв не перевищувала 0,3-0,4 мм при допустимій - 1 мм; - гвинтоподібність країв не перевищувала 5 при допустимій величині 15° на одному метрі довжини профілю. Параметри, включені до формули винаходу, визначені експериментально. Було випробувано декілька варіантів кута вигину бокових ділянок стрічки товщиною 0,15 мм (0,15о, 30°, 45 о, 50о, 60о ) при постійному радіусі формуючих валків 5,2 мм (34,7 товщини стрічки), що забезпечував отримання залишкового радіусу формування 11,5 мм, близького до номінального радіусу готового профілю – 12±1 мм. Результати випробування приведені в таблиці. Наведені дані свідчать, що із збільшенням кута вигину понад 45° (до 50°), неприлягання зовнішнього краю зменшується з 1,0-1,3 мм до 0,5-0,6 мм при допустимому 1,0 мм. Проте, при цьому збільшується поздовжня кривизна (серпоподібність) профілю з 2-4 мм (в середньому 3,6 мм) до 5-8 мм (в середньому 5,5 мм), а при куті вигину більше 45°(50-60°) досягає 8-10 мм і 9-12 мм, що перевищує допустиму норму (не більше 8 мм). При зменшенні кута вигину (менше 45), навпаки, серпоподібність зменшується, а неприлягання зовнішнього краю збільшується, перевищуючи допустиму норму (1 мм). У випадку вигину бокових ділянок радіусом менше 30 товщин стрічки (R 12 мм для товщини 0,15 мм) істотно збільшується неприлягання зовнішнього краю. Тому оптимальним є радіус вигину, відповідний 30-40 товщинам стрічки. В процесі виготовлення профілю після виходу з нагрівальної печі 7 він примусово, за допомогою клиноподібної направляючої 10 розгортається до форми плоскої стрічки і після цього вигинається навколо барабанів витяжного механізму 11 діаметром 500 мм. В процесі примусового розгортання в краях бокових ділянок профілю неминуче виникають поздовжні розтягуючінапруження (sр), що в розробленому технологічному процесі не перевищують межі плинності (s0,2) і складають: sр = 0,8 s0,2 4 37945 Таке співвідношення забезпечується регулюванням довжини осередку розгортання профілю за допомогою клиноподібної розгортаючої направляючої 10. Таким чином, оптимальними є: - кут вигину бокових ділянок - 45-49°; - залишковий радіус вигину бокових ділянок повинен в 30-40 разів перевищувати то вщин у стрічки. Можливість досягнення означеного технічного результату забезпечується наступним: - перед формуванням профілю бокові ділянки стрічки пружно-пластично деформують вигином в поперечному напрямі за дугою, радіус якої в 30-40 разів перевищує товщину стрічки; - кут вигину бокових ділянок - 45-49°; - збереженням на однаковому рівні висоти кривизни вигинаємих ділянок за рахунок застосування щілинної проводки, регульованої за висотою і напрямком. Одержані результати використані УкрНДІметом при розробці нових технічних умов "Профілі пружні для антен і штанг" замість ТУ 14-2-333-78 і виготовленні промислових партій профілів для ДКБ "Південне" (м. Дніпропетровськ). Запропонований спосіб виготовлення пружних профілів з краями, що перекриваються, являє значний інтерес для приладобудівної галузі, бо дозволяє істотно покращити якість пружних профілів за рахунок попередження виникнення дефектів, зменшення їх кількості і зниження допустимих норм. Таблиця Вплив режиму формування бокових ділянок стрічки на якість циліндричних пружин профілів діаметром 24 мм із стрічки товщиною 0,15 мм і ступенем нагартовки 57% Кут вигин у бокових ділянок град. Серпоподібність на довжині 5 м, мм Неприлягання країв, мм зовніш. внутріш. 0 Висота хвилястості країв, мм Гвинтоподібність країв на довжині 5м, град. £25 2–4 1 - 1,3 0,2 - 0,3 0 3,6 1,1 0,25 15 3 - 4,5 1 - 1,1 0,2 – 0,3 0 £25 4,2 0,9 0,25 30 4–6 0,9 - 1,0 0,2 - 0,3 0,2 - 0,4 £25 5,0 0,6 0,25 0,3 45 5–8 0,6 - 0,8 0,2 - 0,3 0,6 - 0,8 £25 5,5 0,65 0,25 0,7 50 8 – 10 0,5 - 0,6 0,2 - 0,3 1,0 – 1,5 £25 9,0 0,52 0,25 1,2 60 9 – 12 0,5 - 0,6 0,2 - 0,3 1,2 - 1,5 £25 11,0 0,52 0,25 1,3 Примітка:1. В чисельнику - максимальні і мінімальні, в знаменнику – середні значення характеристик; 2. Радіус ви гину бокових ділянок – 5,2 мм 3. Відношення радіусу ви гину до товщини стрічки r/S – 34,7. 5 37945 Фіг.1 Фіг.2 Фіг.3 6 37945 Фіг.4 фіг.5 Фіг.6 7 37945 Фіг.7 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2001 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 50 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 8