Выбор рационального технологического варианта производства стальных мелющих шаров из непрерывнолитой и катанной заготовки

Формируют литой полуфабрикат, диаметр цилиндра В и высоту А  которого определяют из следующих выражений:

В=2r, r=(0,9-0,95)R, A=(1,05-1,1)D, D=2R,

где: R - радиус шара;

D - диаметр шара.

     Отделение прессостатка осуществляют с формированием остаточного выступа для центрирования полуфабриката в штампе для обжима, при этом высота указанного выступа составляет не более 0,1R.

      Преимуществом данного способа является отсутствие промежуточного нагрева металла, необходимого для проведения окончательной формоизменяющей операции, вместо которого используется остаточное тепло неостывшего металла (до 950°С), благодаря чему пластическая деформация происходит непосредственно после отделения штучных полуфабрикатов сдвигом от горячей комплектной поковки. Поэтому предлагаемый способ не требует дополнительного нагрева. Металл шаров, изготовленных в соответствии с данным способом, имеет более измельченную структуру, чем та, которая наблюдается у литых шаров, изготавливаемых в соответствии с ТУ 1173-02984032-402-94, по которым допускаются локальные усадочные раковины диаметром и глубиной до 12% условного диаметра шара. По этим же ТУ на поверхности шара допускается выступ или впадина не более 6 мм.

У шаров, полученных предлагаемым способом, усадочные раковины отсутствуют, что повышает их плотность, прочность  и износостойкость.

 На рис. 3 изображено графическое пояснение способа.

 

1 - пуансон многогнездного штампа; 2 - полуматрица подвижная; 3 - полуматрица  неподвижная; 4 - выталкиватель: 5 - полуфабрикат: 6 - прессостаток, стрелками Р, P1, P2 показано  направление приложения давления, 7 - пуансон для отделения прессостатка, 8 - обойма; 9 - втулка ножевая; 10 - контрпуансон-выталкиватель,  стрелки Т показывают направление  перемещения полуфабрикатов 5, 11 - пуансон  штампа для обжима, 12 - матрица  штампа для обжима, 13 - пакет тарельчатых  пружин; 14 - опора, 15 - контрпуансон-выталкиватель  штампа для обжима, t - толщина  остаточного выступа, s - зазор, d - распределенные  усилия сжатия, K - направление перемещения  пуансона 11.

Рис. 3

 

На фиг.1 изображено сечение полуфабриката; на фиг.2 показана схема многогнездного штампа для кристаллизации под давлением, разрез;на фиг.3 - то же, вид сверху; на фиг.4 и 5 показаны схемы отделения прессостатка; на фиг.6 и 7 изображены обжим литого полуфабриката в дополнительном штампе.

Способ формообразования шаровых мелющих тел из чугуна осуществляют следующим образом: получают полуфабрикат в форме цилиндра с полусферами на концах (фиг.1) штамповкой кристаллизующегося металла в многогнездном штампе (до 8-ми и более штук в одной комплектной поковке) (фиг.2, 3) на прессе двойного действия. Диаметр цилиндра В и высоту А полуфабриката определяют из выражений: В=2r, где r=(0,9-0,95)R, A=(1,05-1,1)D, где D=2R. Полученный прессостаток отделяют (фиг.4, 5). После отделения прессостатка обжимают в дополнительном штампе для обжима (фиг.6, 7) по схеме всестороннего неравномерного сжатия. Температуру полуфабриката в процессе штамповки сохраняют не менее 950°С.

 

    Способ формообразования шаровых мелющих тел из чугуна, включающий получение литого полуфабриката и воздействие на него давлением, отличающийся тем, что получают литой полуфабрикат в форме цилиндра с полусферами на концах путем штамповки кристаллизующегося металла в многогнездном штампе на прессе двойного действия, производят отделение прессостатка, после чего полученный литой полуфабрикат обжимают в дополнительном штампе для обжима путем всестороннего неравномерного сжатия, при этом в процессе штамповки сохраняют температуру литого полуфабриката не менее 950°.

    Способ отличается тем, что используют многогнездный штамп по меньшей мере с двумя гнездами, также тем, что формируют литой полуфабрикат, диаметр цилиндра В и высоту А которого определяют из следующих выражений:

В=2r, r=(0,9-0,95)R, A=(1,05-1,1)D, D=2R,

где R - радиус шара;

D - диаметр шара.

    Отделение прессостатка осуществляют с формированием остаточного выступа для центрирования полуфабриката в штампе для обжима, при этом высота указанного выступа составляет не более 0,1R.

 

 

 

 

 

 

 

 

3 Способ изготовления  исходной заготовки.

3.1 Горячая прокатка заготовок  шаров.

    Исходным металлом служат стандартные прутки горячекатаной стали наиболее ходовых размеров по диаметру. Это стало возможным потому, что диаметры мелющих шаров строго не фиксированы.

     Размеры мелющих шаров  и диаметры пруткового металла,  идущего на их производство, приведены  ниже:

Номинальный диаметр шара, мм…  …    26,3   31,5  41,5   52   62   73  83  104  123

Номинальный диаметр прутка, мм ... .    25      30   40    50   60   70  80  100  120

     Если диаметр исходной  заготовки значительно отличается  от номинального значения, то мелющие шары обычно прокатываются с неполным заполнением их формы, т. е. с кольцевыми канавками на поверхности, которые практически не оказывают влияние на условия работы шаров в мельницах. Однако такие шары не имеют хорошего товарного вида. Для обеспечения прокатки мелющих шаров без канавок отклонения диаметра исходных прутков в запускаемой партии должны быть в пределах 0,3—0,4 мм.

     Прокатка шаров с  кольцевыми канавками при больших  колебаниях диаметров исходных прутков объясняется следующими обстоятельствами. Если стан настроить по прутку минимального диаметра, то при поступлении в валки прутка наибольшего диаметра в калибре возникает большой избыток металла, приводящий, как уже отмечалось, к вскрытию внутренней полости и нарушению формы прокатываемой заготовки. Поэтому стан настраивают по прутку наибольшего диаметра, а при задаче в валки прутка малого диаметра металла в калибре недостаточно, шары не полностью отформовываются и на поверхности их остается незаполненный участок в виде кольцевой канавки.

    Прокатка мелющих шаров  без канавок возможна также  из заготовок, диаметры которых могут колебаться в значительно больших пределах. Для этого валки снабжаются специальным калибрующим устройством.

     Химический состав  исходного металла для производства  мелющих шаров выбирают таким  образом, чтобы шары, охлаждаясь  в воде непосредственно при выходе из валков, закаливались. Необходимость закалки мелющих шаров обусловлена требованием минимального их износа в мельницах при размоле руды, угля и цемента.

     Нагрев прутков перед  прокаткой осуществляют до 950—1050°  С в проходных секционных газовых  печах или мазутных печах с  шагающим подом.

     Транспортировка металла  в печи производится роликами, расположенными между секциями печи. Ролики установлены под углом, что обеспечивает вращение прутков и предотвращает их коробление при нагреве.

      Требования к точности  температуры нагрева металла  при прокатке мелющих шаров  менее жесткие, чем при производстве  заготовок шаров подшипников. Поэтому прокатку ведут при более высоких температурах, что уменьшает нагрузку на валки и повышает их срок службы.

     Процесс прокатки  мелющих шаров несколько отличается  от прокатки заготовок шаров подшипников. Так как при производстве мелющих шаров предъявляются менее жесткие требования по качеству поверхности, то перемычки, соединяющие отформованные шары, полностью отделяются непосредственно в валках стана. Это достигается небольшим смещением калибра одного валка относительно другого в осевом направлении. Как уже отмечалось, при такой установке валков отформованный шар начинает вращаться в калибре не только вокруг оси прокатки, но и в перпендикулярном направлении. При этом перемычка срезается ребордой валков и вдавливается в тело шара. Отделенный шар продолжает обкатываться на отделочном участке калибра, остатки перемычек заглаживаются и из валков выходит полностью оформленный шар, имеющий гладкую поверхность.

     Отличительной особенностью  конструкции валков для прокатки  мелющих шаров является применение  многозаходных винтовых калибров, что резко увеличивает производительность станов. В настоящее время мелющие шары диаметром 40; 50; 60 и 80 мм прокатывают соответственно на валках с 4, 3 и 2-заходными калибрами. При этом производительность стана, например при прокатке шаров диаметром 40 мм, достигает 380 шт. в минуту. Конструкция формовочного участка калибра валков для прокатки мелющих шаров и заготовок шаров подшипника одинакова. Для обеспечения надежного отделения шаров и закатки полюсных выступов отделочный участок валков удлинен, а с целью увеличения прочности и стойкости рабочих проводок реборда на отделочном участке у одного из валков уменьшена по высоте. Таким образом, окончательное обжатие и отделение перемычки осуществляется только одним валком. Благодаря этому отрезная реборда валка не имеет канавок и более прочная, чем на валках для прокатки заготовок шаров подшипников. Валки изготовляют из стали марки 35ХГСА, закаливают и поверхность реборд упрочняют электроискровой обработкой.

     Шары при выходе  из валков скатываются по желобу  в бассейн с водой, где они  интенсивно охлаждаются и закаливаются. Таким образом, закалка мелющих шаров осуществляется непосредственно с прокатного нагрева, что весьма эффективно и является дополнительным преимуществом новой технологии прокатки таких шаров. Возможность осуществления закалки шаров непосредственно при выходе их из стана обусловлена значительно более высокой скоростью процесса прокатки по сравнению со штамповкой шаров. Вследствие этого температура металла не снижается, что позволяет осуществить закалку шаров. Для снятия внутренних напряжений, возникающих при закалке, шары следует подвергать отпуску. Вследствие этого охлажденные шары извлекают из бассейна с температурой 200—300° С и направляют в бункера большой емкости, где они постепенно охлаждаются; при этом производится самоотпуск закаленных шаров.

     Таким образом, с  одного нагрева осуществляются  высокопроизводительные процессы — прокатка, закалка и отпуск шаров. Это позволяет получать высококачественные мелющие шары, имеющие твердость 400—500 НВ, при минимальных затратах на их производство.

     Для отделения концевых  отходов (незаполненных шаров), получающихся  от переднего и заднего концов  каждого прутка, шары после извлечения  их из бассейна с водой скатываются  по решетке, расстояние между  прутками которой несколько меньше  диаметра прокатываемого шара. При  этом неоформленные концевые  шары проваливаются между прутьями  решетки, а годные шары скатываются  по решетке. Таким образом,  автоматически осуществляется отбраковка  концевых отходов при производстве  мелющих шаров.

     Закаленные шары извлекаются  из воды элеватором, поднимают  на эстакаду, где установлен наклонный  желоб, по бокам которого расположены  бункера. Шары катятся по желобу  до отсекателя, направляющего их  в соответствующий бункер. Складирование  мелющих шаров прокатанных на  стане, осуществляется в этих  бункерах, имеющих большую емкость.  Из бункеров шары с помощью  магнитного крана грузят в  железнодорожные вагоны.

     Таким образом, весь  технологический процесс производства  шаров от поступления исходного металла, его нагрев, прокатка, термическая обработка, складирование и погрузка в вагоны полностью механизированы.

 

 

3.2 Холодная прокатка заготовок шаров

 

   Наряду с горячей прокаткой  заготовок шаров подшипников  велись также опытные работы  по освоению холодной прокатки  шаров малого диаметра. На ГПЗ-4 была, по предложению Г. М. Коньшина, освоена прокатка шариков диаметром  от 1 до 4 мм между двумя вращающимися вертикальными валками, на боковой поверхности которых нарезаны кольцевые калибры (рис.4). Прутковая заготовка под действием собственного веса падает до упора. На участке подачи заготовки реборды на валках срезаны. После осуществления подачи металла в валки заготовка захватывается ребордами вращающихся валков и постепенно обжимается, приобретая форму шара, а в конце калибра прокатанный шар отделяется. За каждый оборот валков прокатывается один шар, после чего осуществляется осевая подача заготовки.

 

Схемы холодной прокатки шариков в вертикальных валках с кольцевыми калибрами

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 4

    В отличии от прокатки в винтовых калибрах указанный выше процесс является прерывистым и при формовке каждого шара образуется большой кольцевой отход, величина которого определяется расстоянием от упора до оси реборды калибра. Формуемый шар не фиксируется в калибре, а пруток удерживается втулкой, расположенной над валками. Это вызывает искажение формы и колебание размеров прокатываемых шаров. Наличие указанных недостатков позволяет применять этот способ лишь для изготовления шариков малого диаметра (1—4 мм), когда общий расход металла очень мал и отходы металла не дают ощутимого удорожания производства шаров. Абсолютные колебания размеров при прокатке таких шариков также малы и не вызывают затруднений при их дальнейшей обработке.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 Сравнение эксплуатационных характеристик катанных и штампованных шаров.

         За каждый оборот валков получают один готовый шар. При прокатке шаров указанным способом отсутствует отход металла в облой, что является бесспорным преимуществом этого способа перед штамповкой таких же шаров на прессах, где отход металла в облой является непременным условием, в следствии чего расход металла снижается на 10-15% . Затраты труда на производство 1 т шаров диаметром 40 мм снизились при использовании прокатки взамен штамповки с 14,8 до 2 чел.-ч. Кроме шаров в винтовых калибрах получают разнообразные цилиндрические заготовки, и в том числе заготовки под холодное выдавливание. При этом необходима лишь дополнительная шлифовка торцов заготовки. Метод прокатки так же позволяет устранить обдирочные операции. Метод прокатки так же позволяет устранить обдирочные операции, в тоже время пролучая шары более точной формы.

         Преимущества прокатки шаров перед штамповкой также является повышение производительности оборудования от 2 до 8 раз

         К недостаткам прокатки  относится возможность образования рыхлот в сердцевине заготовки, однако при прокатке Метод прокатки так же позволяет устранить обдирочные операции.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Изучив современные технологии изготовления мелющих шаров, наиболее эффективным вариантом является получение шаров методом поперечно-винтовой прокатки. Основным преимуществом этого  метода является более высокие механические свойства продукта, так же более  высокая производительность.