В. Г. КАПОРОВИЧ
ОБКАТКА
В ПРОИЗВОДСТВЕ
МЕТАЛЛОИЗДЕЛИЙ
Москва
«МАШИНОСТРОЕНИЕ»
1 973
К20
УДК 621.774.7:621.98
К а п о р о в и ч В. Г. Обкатка в производстве ме-
таллоизделий. «Машиностроение», 1973, 168 с.
В книге рассмотрены технологические и теоретиче-
ские основы обкатки и раскатки полых осесимметрич-
ных изделий из листовой и трубчатой заготовок. При-
ведены примеры расчета калибровки инструмента для
различных случаев обкатки. Описаны новые технологи-
ческие способы и оборудование для обкатки, методы
расчета энергоспловых параметров обкатных машин.
Книга предназначена для инженерно-технических
работников машиностроительных заводов.
Табл. 10. Ил. 61. Список лит. 31 назв.
Рецензент канд. техн, наук А. В. Овчинников
3-12-3
©Издательство ..Машиност роение". 1973 г.
ПРИНЯТЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
«о, s, вф —толщины стенки заготовки до и после
деформации, стенки фланца в мм;
D, R, cl, р, £>ср, rfcp, Rc — наружный диаметр и радиус исходной
заготовки, наружный диаметр и ра-
диус деформированной заготовки,
срединный диаметр исходной и де-
формированной заготовок, радиус
сферы в лы<;
Bh Вф, Вн— вылет заготовки—расстояние от цен-
тра обкатки до торца заготовки, вы-
лет заготовки для получения флан-
ца — расстояние от центра внутрен-
него радиуса закругления борта до
торца заготовки, длина нагреваемой
части заготовки в мм;
6, би — зазор между формователем и заготов-
кой, между индуктором и трубой в мм;
г, rn , rn—I — наружный радиус торца заготовки в
текущий, в рассматриваемый моменты
и в предшествующий рассматривае-
мому моменту обкатки в мм;
I, /ср, /», <// — длина дуги контакта, средняя длина
дуги контакта, длина дуги контакта
со стороны торца, приращение длины
контакта в мм;
/>, Ьт, Дб —ширина дуги контакта выделенного
элемента, полная ширина дуги кон-
такта, укорочение заготовки после
обкатки в мм;
Fp, Be, Fz, F — проекции контактной поверхности на
плоскости, расположенные нормально
к осям р, 0, z, и полная расчетная пло-
щадь контактной поверхности в лш2;
А', V, Z —текущие координаты касательной к
образующей в точках, х, у, z;
х, у, г—текущие координаты образующей;
Н, h\, h2.. hn — высоты параболоидной части и ступе-
ней параболоидных и ступенчатых
днищ (номера ступеней обозначены
индексами) в мм;
«1, bi — большая и меньшая полуоси эллипса
в мм;
3
р—параметр параболоида;
е— эксцентрицитет в мм;
к, Хо, Л,—угол наклона инструмента или угол
наклона линии контакта заготовки с
инструментом вдоль образующей об-
катываемой заготовки для фиксиро-
ванных точек 0; 1 и т. д. в °;
<Р, <Рср—действительный и средний углы на-
клона формующего инструмента в0;
^и—угол поворота заготовки вокруг своей
оси и угол размещения калибрующих
сечений на инструменте в °;
а, р — половина угла при вершине конуса на
первом и втором переходах в °;
Sp,S9 ,2г ур0, у0г> у — относительные линейные деформации и
относительные сдвиги;
р. — коэффициент трения в направлении
скольжения деформируемого металла
по инструменту;
(Т; , е— интенсивность напряжений и деформа-
ций;
о — средняя интенсивноть напряжения за
весь период деформации в кес/лгм2;
as, ав — пределы текучести и прочности, полу-
ченные при статическом испытании на
одноосное растяжение при температу-
ре обработки в кгс/мм2;
т — напряжение сдвига в кгс/мм2;
N, Nx, Ny, —сила, расположения нормально к
поверхности деформации и ее сос-
тавляющие в направлении коорди-
натных осей в кгс;
Рср — среднее давление металла на инстру-
мент в кгс/мм2;
п — частота вращения заготовки в об/мин;
Мпс, МШп—крутящие моменты поворота суппорта
и на шпинделе в кгс  см;
«I, «2, п3, nt, тк — коэффициенты конструктивного офор-
мления инструмента;
k — угловой коэффициент.
ГЛАВА I
ЭЛЕМЕНТЫ ТЕОРИИ ОБКАТКИ И РАСКАТКИ
1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Во всех отраслях народного хозяйства находят ши-
рокое применение полые осесимметричные металлоизде-
лия. Разнообразие конфигураций заготовок и изделий,
технологических приемов их изготовления, применяемого
оборудования и инструментов затрудняет рациональный
выбор способа изготовления заготовок и изделий с уче-
том производительности, возможностей производства,
экономической эффективности.
Конфигурация заготовки во многом предопределяет-
ся конфигурацией изделия и выбором технологического
процесса. В качестве заготовок для изготовления полых
осесимметричных изделий наиболее рационально исполь-
зовать продукт непрерывного производства — листовой
металл и трубы.
Конфигурация заготовки, изделия и технологический
процесс их изготовления взаимообусловлены и должны
обеспечить минимальные затраты общественно необхо-
димого труда, которые определяют сравнением экономи-
ческой эффективности, получаемой от применения тех
или иных конфигураций.
При проектировании новых технологических процес-
сов, инструментов и машин для обработки металлов
давлением, кроме экономической эффективности, техно-
логов и конструкторов интересуют технологические воз-
можности процесса и его эиергосиловые параметры,
определяющие мощность привода основных механизмов,
габаритные размеры и массу оборудования. Последние
обстоятельства на современном этапе развития техники
вызвали значительный интерес к процессам, обеспечи-
5
вающим локализацию зоны очага деформации в неболь-
шой части обрабатываемой заготовки. При этом суще-
ственно изменяется механизм деформации, зачастую
расширяются технологические возможности процесса,
значительно уменьшаются составляющие усилия дефор-
мирования, момент и мощность привода, что особенно
важно при обработке металлов и сплавов с высоким со-
противлением д е ф о р м и р о в а и и ю.
При волочении и раскатке трубы на оправке, исход-
ная заготовка и результат конечной деформации могут
быть одинаковыми. Но при волочении кольцевой очаг
мгновенной деформации, охватывающий оправку, пере-
мещается поступательно вдоль оси заготовки, а при об-
катке— локальный очаг мгновенной деформации пере-
мещается по винтовой линии вокруг оправки с той же
осью. В этом заключается преимущество раскатки на
оправке перед волочением: объем одновременно дефор-
мируемого металла и площадь контактной поверхности
в первом случае в десятки раз больше, чем во втором.
Так же значительно отличаются и энергосиловые пара-
метры этих процессов. Аналогичные преимущества име-
ет поперечно-винтовая прокатка перед продольной про-
каткой одинаковых изделий (в частности, труб).
Расширение технологических возможностей при ло-
кализации зоны деформации можно показать на приме-
рах сравнения обжима с обкаткой конца трубы без
оправки. Чтобы избежать потерю устойчивости заготов-
ки, ее обжимают за несколько переходов, обусловливае-
мых предельно допустимыми значениями коэффициента
обжима. Обкатку же выполняют с одной установки и с
одного нагрева вплоть до полного смыкания и сварива-
ния внутренних сторон заготовки. При этом не происхо-
дит продольной потери устойчивости трубчатой заготов-
ки. Кроме того, при соответствующей калибровке инст-
румента можно с одного нагрева заготовки получать
герметичные плоские, ступенчатые и другой конфигура-
ции днища и пережимы.
На рис. 1 и 2 показаны типовые детали, получаемые
обкаткой и раскаткой из листовых и трубчатых загото-
вок, а в табл. 1 даны основные технологические схемы
получения металлоизделий из этих заготовок и схемы
напряженного состояния очага мгновенной деформации
(схемы листовой штамповки жестким инструментом и
эластичными средами не приведены). Технологические
6
Рис. 1. Типовые детали, получаемые обкаткой н раска-
ткой плоских заготовок на оправке
Рис. 2. Типовые детали, получаемые обкаткой трубча-
тых заготовок
возможности каждого способа обработки давлением,
приведенного в табл. 1, в той или иной степени изучены
и описаны.
2. РАСКАТКА КОНУСОВ НА ОПРАВКЕ
Одним из способов обработки металлов давлением
с локализацией зоны деформации является раскатка
конусов на оправке. Этот способ заключается в следую-
7
00
Таблица 1
2
Форма
заготовки
Труб-
чата я
Наименование процесса
Схема напряжен-
ного состояния
очага мгновен-
ной деформа-
ции
Направление пере-
мещения очага де-
формации по отно-
шению к оси непод-
вижной исходной
заготовки
Обкатка осевой или ра-
диальной подачей инстру-
мента трения [9]: 1 — за-
готовка; 2 — инструмент
7 ? ——
Под инстру-
ментом
По окружности
с удлинением
вдоль образую-
щей заготовки от
меньшего ее диа-
метра к большему
Обкатка тангенциальной
подачей инструмента тре-
ния (показано две проек-
ции) [11]: 1 — заготовка;
2 — инструмент
Под инстру-
ментом
По винтовой ли-
нии с удлинением
от большего диа-
метра заготовки к
меньшему
Продолжение
3
Форма
заготовки
Наименование процесса
Схема напряжен-
ного состояния
очага мгновен-
ной деформа-
ции
Направление пере-
мещения очага де-
формации по отно-
шению к осн непод-
вижной исходной
заготовки
Калибровка инструмента
развернута по его окруж-
ности (видоизмененная схе-
ма 2); О—О — ось поворо-
та инструмента) [11]: 1 —
заготовка; 2 — инстру-
мент
Под инстру-
ментом
То же
4	Труб-	Обкатка	инструментом трения при неподвижной
	чатая	трубе. Инструмент трения
совершает планетарное вра-
щение (а—а — ось враще-
ния обкатной головки; О—
О — ось поворота инстру-
мента) : 1 — зажим; 2 —
заготовка; 3 — инструмент
Под инстру-
ментом
о
Номер схемы । процесса	Форма заготовки	Наименование процесса
5		Обкатка инструментом трения с разверткой калиб- рующих сечений по дуге с		 внутренним (а) и наруж-	[	1	 ным (б) касаниями [11]: i — заготовка; 2 — инст- румент а)
Труб-
чатая
6
Обкатка кольцевым ин-
струментом трения: 1 —
заготовка; 2 — инструмент
Продолжение
Схема напряжен-
ного состояния
очага мгновен-
ной деформа-
ции
Направление пере-
мещения очага де-
формации по отно
шению к оси непод-
вижной исходной
заготовки
Под инстру-
ментом
Под инстру- »
ментом
Продолжение
Форма
заготовки
Наименование процесса
Схема напряжен-
ного состояния
очага мгновен-
ной деформа-
ции
Направление пере-
мещения очага де-
формации по отно-
шению к оси непод-
вижной исходной
заготовки
Труб-
чатая
Обкатка осевой (а) и ра-
диальной (б) подачей про-
фильного ролика [3]: 1 —
заготовка; 2 — ролик; 3—
горелка многосопловая
Под роликом
По окружности
с удлинением от
меньшего диамет-
ра к большему
вдоль образую-
щей заготовки
Продолжение
to
Продолжение
Форма
заготовки
Наименование процесса
Схема напряжен-
ного состояния
очага мгновен-
ной деформа-
ции
Направление пере-
мещения очага де-
формации по отно-
шению к оси непод-
вижной исходной
заготовки
10
Обкатка калиброванным
инструментом трения (две
проекции) [9]: 1 — заго-
товка; 2 — формователь
Труб-
чатая
То же, что схема 10, но с
круговым инструментом
трения (две проекции): 1—
заготовка; 2 — формова-
тель
Под инстру-
ментом
Под инстру-
ментом
По окружности
с уменьшением
ширины очага де-
формации от боль-
шего диаметра к
меньшему
То же
Продолжение
Форма
заготовки
Наименование процесса
Схема напряжен-
ного состояния
очага мгновен-
ной деформа-
ции
Направление пере-
мещения очага де-
формации по отно-
шению к оси непод-
вижной исходной
заготовки
12
13
Труб-
чатая
Обкатка инструментом
трения больших участков
труб: 1 — заготовка; 2 —
инструмент; 3 — спреериое
кольцо; 4 — газовая горел-
ка или индуктор т.в.ч.
Обкатка пережима инст-
рументом трения: 1 — за-
готовка; 2 — инструмент
Под инстру-
ментом
Под инстру-
ментом
По конической
или более слож-
ной винтовой ли-
нии
По противопо-
ложно направлен-
ным винтовым ли-
ниям
Номер схемы
процесса
Форма
заготовки
Наименование процесса
14
Раскатка роликами на
оправке [3]: 1 — прижим;
2 — ролик; 3 — заготовка;
4 — оправка
15	Плос-	Раскатка конусов ками: 1 — заготовка;	роли- 2 —
	кая	ролики; 3 —• прижим;	4 —
		центра	
сл
Продолжение
	Схема напряжен- ного состояния очага мгновен- ной деформа- ции	Направление пере- мещения очага де- формации по отно- шению к оси непод- вижной исходной заготовки
5	Между роли- ками и оправ- кой	По	конусной винтовой линии от меньшего диамет- ра к большему
1 J	Между роли- ками	То же
Номер ex
процесса
Форма
заготовки
Наименование процесса
16
17
С криво-
линей-
ной
образую-
щей
Раскатка роликами заго-
товки с криволинейной об-
разующей [3]: ] — исход-
ная заготовка; 2 — изде-
лие
Труб-
чатая
Раскатка роликами на
оправке [28]: 1 — оправ-
ка; 2 — упор; 3 — заго-
товка: 4 — ролики
Продолжение
Схема напряжен-
ного состояния
очага мгновен-
ной деформа-
ции
Направление пере-
мещения очага де-
формации по отно-
шению к оси непод-
вижной исходной
заготовки
j НалрШенил
подачи
и направление,
течения
металла
Между
ликами и
равной
рО’ По винтовой
ОП- линии
Форма
заготовки
Наименование процесса
18
Труб-
чатая
Раскатка шариками [25]:
1 — заготовка; 2 — шари-
ки в обойме; 3 — оправка
19
Трубча-
тая или
сложно-
го круг-
лого се-
чения
Поперечно-винтовая
прокатка [4, 24]: 1 — вал-
ки; 2 — заготовка; 3 —
оправка
Продолжение
Схема напряжен-
ного состояния
очага мгновен-
ной деформа-
ции
Направление пере-
мещения очага де-
формации по отно-
шению к оси непод-
вижной исходной
заготовки
Между ша-
риками и оп-
равкой
По винтовой
линии
Между вал-
ками и оправ-
кой
То же
со
Продолжение
Номер схемы
процесса
Форма заготовки	Наименование процесса	Схема напряжен- ного состояния очага мгновен- ной деформа- ции
Направление переме-
щения очага дефор-
мации по от-
ношению к оси не-
подвижной исходной
заготовки
20
21
Труб-
чатая
Обжим с электроконтакт-
ным нагревом очага дефор-
мации: а — с осевой по-
дачей заготовки; б — с ра-
диальной подачей полумат-
риц; 1 — заготовка; 2 —
матрица разрезная; 3 —
трансформатор
S)
В случае а—
кольцевой зам-
кнутый контур,
в случае б —
две дугообраз-
ные зоны де-
формации
Обжим с вращением за-
готовки [3]: 1 — заготов-
ка; 2 — матрица
Кольцевой
замкнутый
контур
Поступательно
вдоль оси заго-
товки в случае а;
по винтовой в слу-
чае б
Поступательно
вдоль оси заготов-
ки
Продолжение
tep схемы | цесса	I	Форма заготовки	Наименование процесса	Схема напряжен- ного состояния очага мгновен- ной деформа-	Направление пере- мещения очага де- формации по отно- шению к оси непод- вижной исходной
о о. X с			ции	заготовки
22
Обжим с электроконтакт-
ным нагревом от трехфаз-
ного трансформатора: 1 —
заготовка; 2 — износостой-
кие вставки; 3 — изолиру-
ющие прокладки; 4 — кор-
пус
	Труб-		
23	чатая	Ковка на молоте (а)	С
последующей опрессовкой
на прессе (б) [9]: 1 — за-
готовка; 2 —• штампы; 3—
пуансон; 4 — матрица
Под вставка-
ми
Под бойка-
ми (при ковке)
Три локальные
зоны по окружно-
сти с удлинением
от меньшего диа-
метра к большему
Две дугообраз-
ные зоны дефор-
мации

Продолжение
24
Форма
заготовки
Наименование процесса
Схема напряжен-
ного состояния
очага мгновен-
ной деформа-
ции
Направление пере-
мещения очага де-
формации по от-
ношению к оси непод-
вижной исходной
заготовки
Труб-
чатая
Редуцирование рота-
ционным обжатием [6]: 1—
заготовка; 2—боек
То же
Плос-
кая
Обкатка роликами на
оправке [3]: 1 — прижим;
2 — ролик; 3 — заготовка;
4 — оправка
1 г j 4
Между ро- По сферической
ликами и оп- винтовой линии
равкой
Номер схемы i процесса	|	Форма заготовки	Наименование процесса
26	Цилинд- рический	Обкатка роликами [3]	;	2	И
	стакан	а — по наружной оп- /	/_	/ /
		равке; б — по внутрен-	/Л
		ней, 1 — прижим вНсШ* Ми '-	'/ ~	Г"1 ний; 2 — прижим внут- U Illi А—-Ef Ч
		реннин; 3 — ролик; 4— Lp^_ jW—П 1
		заготовка; 5 — оправка	Гj
		а)
to
Продолжение
Схема напряжен-
ного состояния
очага мгновен-
ной деформа-
ции
Направление пере-
мещения очага де-
формации по отно-
шению к оси непод-
вижной исходной
заготовки
27
28
Форма
заготовки
Трубча-
тая
Наименование процесса
Обкатка (накатка) резь-
бы (а) и гофрированных
труб (б) [3]: 1 — оправка;
2 — заготовка; 3 — ролик
(а — винтовая, б — шне-
ковая)
Обкатка трубчатой заго-
товки роликом [15]: 1 —
заготовка; 2 — ролик; 3—
горелка
Продолжение
Схема напряжен-
ного состояния
очага мгновен-
ной деформа-
ции
Направление пере-
мещения очага де-
формации по отно-
шению к оси непод-
вижной исходной
заготовки
Между ро-
ликами и оп-
равкой вдоль
оси роликов
То же
Под роликом
»
a)
Рис. 3. Схема раскатки и сил действующих в зоне деформиро-
вания
щем: плоской заготовке 3 (рис. 3,а,б), зажатой между
прижимом 4 и конусной оправкой 2, сообщается враща-
тельное движение вокруг оси конусной оправки, одно-
временно холостому ролику 1 — поступательное движе-
ние в направлении, параллельном образующей оправки.
Сложением вращателы-юго движения с поступательным
достигается последовательное перемещение очага дефор-
мации по конической винтовой линии.
Д. М. Труновым предложен новый способ раскатки
по схеме 15 в табл. 1, позволяющий получить еще боль-
шую локализацию деформации
Раскатка конусов на оправке сопровождается слож-
ными явлениями, связанными с несимметричным при-
ложением усилий и с иеустановнвшимся процессом де-
формирования, что вызывает значительные трудности
при теоретическом исследовании этого процесса.
Развитию теории процесса раскатки способствовали
труды Е. А. Павлова, Н. Д. Томленова, В. Г. Кононенко,
В. Ф. Варкая, Ю. М. Матвеева, С. И. Борисова,
Ю. Н. Алексеева, В. П. Осипова, К. Д. Елина, И. В. Ка-
неева, В. Е. Луцкого, Н. И. Могильного, Д. М. Трунова,
а также зарубежных авторов — Л. А. Паултона,
Б. Н. Колдинга, С. Колпаксиоглу, С. Кобаяси, В. Авит-
цура, С. Т. Янга, Л. Кегга, И. К. Холла.
Сложный процесс раскатки конуса роликом на оп-
равке одни исследователи рассматривают как знако-
переменный изгиб с одновременной прокаткой заготовки
вдоль конической винтовой линии, другие — как после-
довательное вдавливание инструмента в металл с полу-
чением сливающихся лунок («луночная теория»). Широ-
кое распространение получила теория, основанная на
1 Авторское свидетельство № 241379. Бюллетень «Открытия,
изобретения, промышленные образцы и товарные знаки», 1969, № 14.
23
сдвиговом механизме деформации, представляющая де-
формацию раскатки конуса на оправке как простой ме-
ханизм сдвига слоев металла.
Представление о сдвиговом механизме деформации
при раскатке конуса на оправке значительно упрощает
теоретические выкладки, с помощью которых, как пока-
зали последние исследования [30], можно получить зна-
чения усилий деформирования, близкие к эксперимен-
тальным.
В соответствии со сдвиговой схемой деформации, ис-
ходная ширина весьма тонкого слоя металла (di=so),
рассматриваемого в заготовке до деформации, в процес-
се раскатки ие изменяется, а подобно тому, как происхо-
дит при сдвиге ленты, свернутой в рулон, подвергается
только сдвиговой деформации в осевом направлении.
После деформации толщина стенки конуса
s = sosina.	(1)
При раскатке не плоской, а конусной заготовки (за-
готовка получена штамповкой, литьем, механообработ-
кой, обкаткой или раскаткой плоской заготовки) толщи-
на стенки готовой детали
sin 6
Si = s----— ,
sin а
где s — толщина стенки заготовки.
Предварительное профилирование плоской части за-
готовки, предназначенной для раскатки на конус, позво-
ляет получать заданное распределение толщины стенки
вдоль образующей. Зависимость между толщиной стен-
ки исходной заготовки и детали сохраняется
(s = sisina), но подсчитывается для различных точек
по радиусу.
По дуге абвг (рис. 3, в) в текущий момент ролик
контактирует с деформируемой заготовкой. Металл по
мере его перемещения в контактную зону деформируется
в три стадии: упругая деформация (ориентировочно оп-
ределяется дугой аб), локальный сдвиг (основная ду-
га бв) и выдавливание элемента (вг).
Простейший анализ процесса раскатки конуса роли-
ком на оправке, основанный на сдвиговом представле-
нии механизма деформации, может быть выполнен с
помощью метода работ: работа внешних сил на соответ-
ствующих им перемещениях равна работе внутренних
сил
24
Л в = Ad.	(2)
Без учета работы сил контактного трения, упругих
деформаций и деформации выдавливания элементарная
работа внешних сил может быть представлена так:
dAB = Tdl,	(3)
где Т — мгновенная касательная составляющая силы,
действующей на ролик;
dl — приращение длины дуги контакта деформируе-
мого металла с роликом за время dt.
Работа внутренних сил (работа деформации)
dAD — dV J &t,	(4)
где dV=insdl — объем деформируемого металла за вре-
мя dt;
in — перемещение ролика вдоль образующей.
Из условия равенства работ внешних и внутренних
сил, допуская, что Ог = оСр, т. е. без учета упрочнения
металла в процессе деформации, и что
d&i = Ei,
о
а также принимая, что связь щ = Ф(ег) по диаграммам
растяжения образцов из деформируемого металла, по-
лучим
Ei
Т = s0 sin j* tfef = s0 sinacrcp/7?e(-.	(5)
6
При простой сдвиговой деформации
е.' =	(ер — е0 )2 + (е0 — е2)2 + (е2 —• ер)2 + ->
О
-	•	(6)
а так как
Ург = tg (90° — а) = ctg а, то е,- =	,
т 3
а уравнение (5) перепишем в виде
= s0 пгвср	•	(7)
Г *3
25
Далее через Т приближенно определяют компоненты
Л/р, Nz силы N, нормальной к .поверхности зоны де-
формации:
NP = T-^-- NZ = T-^-.	(8)
Зная радиус приложения усилий и угловую скорость
вращения шпинделя, определяем крутящий момент на
шпинделе, мощность и работу раскатки.
Более уточненную, но также приближенную форму-
лу для определения мгновенной касательной составляю-
щей силы, действующей па ролик, предложили В. Авит-
цур и С. Янг:
Т =	(2лД0 in cos а + А),	(9)
zj/ о л/\о
где
r 1 ди2 -А
s r ’ зе
° — ди — квадрат отношения скоростей де-
формации;
До — кратчайшее расстояние от оси оп-
равки до точки соприкосновения ро-
лика с заготовкой;
m — перемещение ролика вдоль обра-
зующей;
А = \ Д —— dQ — часть оборота заготовки за время
е
ДЛ
Если пренебречь влиянием скорости деформации
— •	, то 6 = 0; если пренебречь также величиной А,
как малой по сравнению с величиной 2лД0^соза, то
формула (9) будет аналогична формуле (7).
Более упрощенный анализ усилий деформирования
основан на представлении, что на деформируемый эле-
мент в одной плоскости действуют три компоненты сил
(пренебрегается составляющими сил, направленными
перпендикулярно плоскости чертежа). Предполагается,
что иа контактной поверхности нормальное напряжение
распределено равномерно. Компонента Р направлена от
центра радиуса закругления рабочей части ролика к се-
редине дуги контакта ролика с деформируемой заго-
26
товкой. Компонента G — реакция оправки, направлена
нормально к поверхности конусной оправки; компонен-
та С — вдоль образующей раскатанной части заготовки.
В треугольнике сил (рис. 3, г) а — половина централь-
ного угла конуса; ш — угол между осью раскатки и на-
правлением компоненты Р.
Из треугольника сил получим
С = Р cos (а -|- <т>).	(10)
Поскольку сдвиг осуществляется под углом, равным
около 45°, к направлению деформирования, компонен-
та Р направлена под углом <в = 45° к оси раскатки.
Тогда
С — 0,707 Р (cosа— since).	(И)
Обозначив главное направление, возникающее под
действием составляющей С, через о,, а главные напря-
жения, возникающие под действием составляющей G,
через 02 и о3 и приняв условие О1>О2 = сз, запишем
уравнение пластичности
Oi — о2 = 1,155 оу,
а при О2 = Оз = 0 oi = os.
Выделив в зоне деформации полоску шириной
определим он
С п 0,707 cos а — sin а
Ot = ----- = Р-----:---.--------------.
1-s	1 -Sq	sin а
Напряжение сдвига
Т -= °s — р °’707
2	1 -So
В уравнении (12) о2 = 0. если зазор между роликом
и оправкой больше толщины s = sosina. Совместным
решением уравнений (12) — (14) получим
cos a — sin a
sin a
отсюда 2a = 37° — угол при вершине конуса, при кото-
ром возможен чистый сдвиг. Если зазор между роликом
и оправкой будет меньше толщины стенки конуса, то
О2>0, следовательно,
cos a — sin a
sin a
отсюда 2a = 33°10' — угол при вершине конуса, при ко-
27
(12)
6 = 1,
(13)
(14)
> 2,3;	(16)
тором теоретически возможно деформирование металла
раскаткой.
Определив далее
О 707 Р
с>2 = —1----(cos а + sin a) cos а	(17)
1 -So
и подставив полученное значение в уравнение (12),
получим
cos а — sin а ,	, . .	п п	,1г),
---------------(cos а + sin а) cos а — 2, 3,	(18)
sin а
откуда
2а = 25° 40' « 26°.
Из приведенного приближенного анализа видно, что
если металл обладает пластичностью, достаточной для
деформирования, то его прочностные свойства не огра-
ничивают технологических возможностей процесса рас-
катки. Последние влияют лишь на эпергосиловые пара-
метры процесса. Поэтому раскатка широко применяется
для обработки труднодеформируемых металлов и спла-
вов.
Теоретически минимальный угол конусной оправки
может быть равным 26—27°. Практически, из условия
целостности металла, минимальный угол раствора, при
котором возможна раскатка плоской заготовки, состав-
ляет не менее 30°.
При идеально протекающем сдвиговом процессе тол-
щину стенки после раскатки определяют из зависимости
(1). Однако если зазор z между раскатным роликом и
оправкой будет больше или меньше толщины стенки s,
то эта зависимость нарушается, что по условию посто-
янства объема вызывает изменение диаметра фланца.
На рис. 4, б показан характер распределения толщи-
ны стенки конуса в зависимости от отношения d/D
(рис. 4, а) и зазора г. Величина s определена по зави-
симости (1); s' — фактическая толщина стенки. Нару-
шение условия (1) вызывает незначительное изменение
диаметра фланца D$, которое зависит от величины за-
зора z, диаметра исходной заготовки и толщины стенки.
В практических расчетах изменением диаметра фланца
в процессе раскатки можно пренебречь.
Для раскатки малопластичных металлов угол конуса
28
Рис. 4. Изменение относительной толщины стенки
конуса — вдоль его образующей:
s
/ — при зазоре между роликом и оправкой z>s; 2 — при
z=s; 3 — z<s
при вершине ограничивается предельной величиной от-
носительного сужения
ф > (1—sin а) 100%.	(19)
3. РАСКАТКА ТРУБ РОЛИКАМИ НА ОПРАВКЕ
Трубы на оправке могут быть раскатаны в холодном,
«теплом» и в горячем состояниях прямым и обратным
методами по внутренней и по наружной оправке.
Прямой метод раскатки заключается в том, что рас-
катной ролик в процессе раскатки перемещается вдоль
оси к свободному концу трубы; при этом направления
перемещений ролика и недеформированной части трубы,
сползающей с оправки, совпадают (рис. 5). При обрат-
ном методе раскатки направления перемещений ролика
а)
Рис. 5. Схема раскатки трубы прямым (а) и обратным (б)
способами на внутренней и на внешней (в) оправках
29
и деформированной части заготовки, сползающей с оп-
равки, противоположны.
Поскольку отношение среднего диаметра трубы до
раскатки к среднему диаметру трубы после раскатки в
большинстве случаев близко к единице, деформацией по
диаметру можно пренебречь. Тогда очаг деформации
под роликом можно описать уравнениями равновесия и
пластичности для плоского деформированного состоя-
ния, как это сделано в исследованиях [28]. Наиболее
просто нормальная сила давления металла на ролик N
и ее составляющие по координатным осям Nx, Nv, Nz
при раскатке по внутренней пли внешней оправке глад-
кой трубы могут быть определены через среднее дав-
ление металла на ролик рср и мгновенную площадь кон-
тактной поверхности между роликом и деформируемым
металлом, зависящую от их геометрических размеров и
скоростного режима раскатки.
Тогда
где
dy
dx
N = рср J dF-	(20)
Nx = рСр J j dz’
Nи = Рср J dx dz;	(21)
Wz = pcp^-^dxdz,
У dF — площадь контактной поверхности;
dy *
и —-----берут по контуру, ограничивающему
контактную поверхность, а интегра-
лы — по площади поверхности кон-
такта.
Среднее давление металла на раскатный ролик мо-
жет быть определено по зависимости [24]
Рср — Нр Ин Из	О5,
где /гр — коэффициент, учитывающий влияние среднего
главного напряжения (1,0^пр	1,155). Для
принятого плоского характера деформации
яр = 1,155;
пн — коэффициент, учитывающий влияние наклепа.
При раскатке в горячем состоянии пн=1, при
30
холодной и теплой раскатках без особой по-
грешности для определения пн можно восполь-
зоваться зависимостью
(22)
/г0 и — истинное сопротивление деформации до и
после раскатки, которое может быть оп-
ределено из общей зависимости,
/г = по nH os;
(23)
п3 — коэффициент, учитывающий влияние внешних
зон.
Основываясь на данных исследований процессов,
близких к раскатке, этот коэффициент п3 может изме-
няться от 1 до 2 [24] (от 1 до 2,57 по Прандтлю) в за-
висимости от отношения длины дуги контакта к толщи-
не деформируемого металла l/s, а также от относитель-
ной ширины раскатного ролика. С увеличением относи-
тельной толщины стенки раскатываемой трубы при
1 «з — 1.
В первом приближении п3 может быть определен в
I д.
зависимости от — по формуле, выведенной для случая
прокатки при 0<
(24)
Коэффициент па учитывает влияние трения на по-
верхности контакта и наличие переднего и заднего на-
тяжений (коэффициент подпора). Он зависит от геомет-
рических размеров очага деформации и от коэффици-
ента трения на границе металл — инструмент (/iff^l).
При раскатке труб на оправке узким роликом многие
исследователи пренебрегают трением между инструмен-
том и трубой [28], тогда /га = 1. Для приближенного оп-
ределения можно воспользоваться выражением [24]
1 !	1	1
па = 1 + — р, -----------,
3	s
(25)
где ц — коэффициент трения в направлении скольжения
деформируемого металла по ролику.
31
Коэффициент по учитывает влияние скорости дефор-
мации. Он может быть определен по кривым А. А. Дин-
иика [7].
В приближенных расчетах давления металла на ро-
лик при раскатке nv может быть принят равным едини-
це, тогда
k= 1,155 от,
где от — предел текучести, полученный при статическом
испытании на одноосное растяжение.
Использование более сложных в математическом от-
ношении теоретических выкладок при принятых допу-
щенных не гарантирует получение точных результатов
при определении составляющих усилия деформирования;
при этом в конечные формулы необходимо вводить по-
правочные коэффициенты, полученные опытным путем.
4. ОБКАТКА ТРУБ ИНСТРУМЕНТОМ ТРЕНИЯ БЕЗ ОПРАВКИ
В теоретическом и экспериментальном отношениях
обкатке труб инструментом трения без оправки стало
уделяться большое внимание в связи с совершенствова-
нием производства осесимметричных изделий из труб
(газовых баллонов, для котельной, холодильной, ракет-
ной и других отраслей промышленности).
Для получения значительных пережимов на концах
трубчатых заготовок в баллонных цехах нашла примене-
ние показанная ниже схема обкатки (см. рис. 9 и 17).
При этом конец трубчатой заготовки под обкатку подо-
гревается до ковочной температуры, остальная часть за-
готовки, оставаясь жесткой, способна передавать от
шпинделя обкатной машины крутящий момент, необхо-
димый для осуществления деформации.
Нестационарный и несимметричный процесс дефор-
мации при обкатке схематически описывается следую-
щим образом. При вращении заготовки по часовой
стрелке (рис. 6) у границы АВ контактной поверхности
оболочка изгибается, на границе ВС — выпрямляется,
между границами АВ и ВС спрямленный элемент обо-
лочки перемещается, преодолевая силу трения на кон-
тактной поверхности.
Далее на границе СВ оболочка вновь изгибается.
В процессе указанных изгибов и перемещения длина
32
рассматриваемого элемента уменьшается, что обеспечи-
вает постоянное уменьшение радиуса гп, т. е. деформа-
цию заготовки по диаметру.
Для решения вопроса об энергосиловых параметрах
обкатки рассмотрим геометрические соотношения, опре-
Рнс. 6. К опреде-
лению контактной
поверхности и уси-
лий обкатки при
приближенных рас-
четах
деляющие площадь контактной поверхности. Этому во-
просу посвящены работы Ю. М. Матвеева и Я. М. Шехе-
та [18], В. И. Залесского [8], С. И. Борисова и Е. А. Близ-
нюкова [1], В. К. Потапенко [21] и др.
Поверхность деформируемой части трубчатой заго-
товки при обкатке сферических днищ плоским инстру-
Рис. 7. Схема к определению площади контактной
поверхности при обкатке сферических днищ
3—405	33
ментом, наклон которого плавно изменяется, можно
представить как поверхность, образованную движением
прямой, перпендикулярной к радиусу-вектору (х, у, z)
(рис. 7), через кривую, заданную уравнением
хх = Rc cos Л. cos
г/t = RccosA.sin£;
zr = Rc sin Л,
(26)
где Xi, уZ\ — текущие координаты винтообразной кри-
вой, расположенной на сфере, которая
описывается радиусом-вектором (коор-
динаты точки Mi).
Угол наклона инструмента
(27)
В частном случае при равномерном угловом пере-
мещении инструмента зависимость между X и g может
быть линейной. Тогда, при 0^д<;360о

(28)
где Хо — угол наклона инструмента от начала обкатки
до точки Л4о(хо, r/o, z0), принятой нами за начальную.
Уравнение прямой, проходящей через точку
Afi(xb у\, с,) и пересекающей ось Oz, получим совмест-
ным решением уравнений двух плоскостей — нормаль-
ной к радиусу-вектору в точке М\ и проходящей через
ось Oz и точку Му.
(х — лу) хг + (у — Ут) Ут. + (z — zj Zi = 0; 1
хут. + ухт. = 0.	/
Подставив в систему уравнений (29) значения хь у{,
Zi из уравнения (26), найдем уравнение поверхности в
параметрической форме (параметр £). Полученная по-
верхность при следующем обороте заготовки (£=360°)
пересекается плоскостью в точке М2 с координатами х2,
у2, z2, перпендикулярной к радиусу-вектору, при этом
х2 = Rc cos (Хо + ср);
1/2 = 0;
= Rc sin (Zg 4* ф)
(30)
и уравнение плоскости
(х — х2) х2 + {у — t/2) t/г + (z — z2) z2 — 0.	(31)
34
При совместном решении уравнений (29) и (31) по-
лучим уравнение кривой, ограничивающей поверхность
соприкосновения заготовки и инструмента,
(х —Хх) хх + {у — Уг) уг -I- (z —Zj) zx = 0;
(х — Хг) Хг + (у — Уз) Уг + (z — 2г)	= 0>
xyi — yxi = 0.
После установления пределов интегрирования, неко-
торых преобразований и упрощений находим площадь
горизонтальной проекции контактной поверхности
r. I 2ах + b х / о ;	, Ъ- — 4ас
Fz —  -----!— / ах2 -4- ох -4- с ------—— arcsin X
L 4а ’	8а/а
X ____2ах + b Tfe	(33)
х/б2 — 4ас _]гс’
где
а___ sin3 Л-о — sin2Xi
cos2 Ao — sin2 Ах
__	2/?0 sin Ao cos Ax (sin Aj— sin Ao)
cos2 Ao sin2 Ai
(sin Aj — sin Ao)2
c =---------------------—
cos2 Ao sin2 Ax
и пределы интегрирования
x _ Rc (sin Ai — sin Ao) .
sin(A1-A0) ’	1 '
xc = Rc cos Ai — Rc -------Ai) sin Av (35)
Полная расчетная площадь соприкосновения
F = —L.	(36)
Sin
При ориентировочных расчетах контактную площад-
ку можно представить в виде треугольника АВС
(рис. 6), площадь которого
F lLbT .	(37)
3*
35
В случае получения закрытых сферических днищ /т
и Ьт можно определить по аппроксимированным зависи-
мостям
/т=г2 , —г2-,	(38)
т п— 1л’	4 '
Ьт = 0,45 D (1,57 — X),	(39)
где rn-i и гп — радиусы торца заготовки на входе и
выходе из очага деформации:
rn-i = 0,2 О [1,57 — (Л. — (рср)]2;	(40)
гп = 0,2D (1,57 — Л)2;	(41)
фср — средний угол поворота инструмента за один
оборот заготовки,
где 90° — угол поворота инструмента за время обкатки;
/г —частота вращения заготовки в об1мин\
t — полное время обкатки в сек.
Сложность процесса обкатки, несимметричный и не-
установившийся характер деформации, трудность уста-
новления граничных условий позволили лишь прибли-
женно подойти к решению задачи по определению уси-
лий обкатки с использованием поправочных коэффи-
циентов, полученных опытным путем.
Для решения задач обработки металлов давлением
при таких условиях, как показано в работе В. С. Смир-
нова, целесообразно применение теории размерностей
[24]. Воспользуемся указанной методикой для определе-
ния давления металла на инструмент при обкатке.
Среднее давление металла на инструмент можно
представить как произведение истинного сопротивления
деформации /г на коэффициент ;г0, учитывающий влия-
ние трения на поверхности контакта металл — инстру-
мент (а также влияние переднего и заднего натяжений,
если они имеются):
РсР = kna.	(43)
Запишем известную из экспериментальных исследо-
ваний функциональную зависимость среднего давления
металла на инструмент от параметров обкатки:
pcp = f(k, p.,s0, R, lcP),	(44)
36
где Р'ср — функция от истинного сопротивления дефор-
мации, коэффициента трения, исходной тол-
щины стенки и наружного радиуса трубчатой
заготовки, а также средней длины дуги кон-
тактной поверхности.
Представив безразмерный коэффициент трения ц как
размерное отношение контактного касательного т на-
пряжения к нормальному <т напряжению, получим
И=—,	(45)
О
уравнение (44) перепишем
Рср = f (/г, с, т, s0, R, 1ср).	(46)
Запишем равенство (46) в виде степенного одно-
члена
рср = Akn а» sd0 R*^.	(47)
Если уравнение (47) является правильным физиче-
ским уравнением, то левая и правая его части должны
иметь одинаковую размерность.
Запишем уравнение (47) через формулы размерно-
сти
Л* = / W _м_\Ч М \cLd Le Lq
LT"- \ LT"- }\ LT"- ,/ \ LT2 )
или
Д/|Д—1 p—2  j—a—b—c-\-d-^e-\-q p—2q—2b—2c
Приравнивая показатели степени слева к показате-
лям степени справа при одинаковых размерных едини-
цах, получим
1 = а b -|- Cj
— 1 = —а — b — с + d е +
—2 = — 2а — 2Ь — 2с.
Первое и третье уравнения тождественны. Получаем
а + &4-с= 1, 1
d + е + q = О, J
откуда
а = 1 — b — с и е = — d — q.
37
С учетом уравнений (48) уравнение (47) запишем
в виде
lqcp
или
h ( ° \b( T \c( s° \d( !cp Y
Из условия (45) следует, что в последнем равенстве
Ь =—с, тогда
=	(49)
На основании опытов автора данной книги и
В. К. Потапенко, проведенных в лабораторных и произ-
водственных условиях, для обкатки днищ и горловин
на трубах 219Х(7—24) мм из стали СтЗ, стали 38ХА
и 40ХНМА можно принять следующие значения коэф-
фициентов:
4 = 13,4; c = d=l; е = — 1. Тогда формулу (49) запи-
шем в виде
п0 = 13,4И(-^)(-^-)“1.	(50)
Затем определим давление металла на инструмент:.
N — PcpF — ПаkF = па F,	(51)
у 3
где F—площадь контактной поверхности, определен-
ная по формулам (37) — (42).
Момент, необходимый для поворота инструмента
(момент поворотного суппорта Мп.с), найдем по зави-
симости
Mn.c = -^-bTN,	(52)
и
2
где---Ьт —плечо приложения равнодействующей си-
3
лы N (см. рис. 6).
Момент, необходимый для вращения заготовки в
процессе обкатки (момент на шпинделе обкатной уста-
новки Л1Шп),
Мшп = N	cos А + Т/?!,	(53)
О
38
где 7'=jV|.l — сила трения; обычно при обкатке (.1 = 0,254-
4-0,30;
/?! — радиус заготовки в точке приложения рав-
нодействующей,
= Гп + -у- b., sin X.	(54)
Хотя сила трения в действительности направлена по
касательной к винтовой линии высшего порядка, вдоль
которой перемещается инструмент, однако можно пола-
гать, что вследствие весьма малого ее угла подъема она
действует в диаметральной плоскости. Например, при
среднем угле поворота инструмента за один оборот за-
готовки срср=1°30/, отклонение направления действия
силы трения от диаметральной плоскости составит
tg 6 ~ 0 =	RVcp	_ Чср	_ 0.0262	~	।
ё т ~ т	2nR 2л 2-3,14	~
С
виде
учетом уравнения (54) формулу (53) запишем в
Л4Шп —
lTN
—— cos
3
гп + — sin Л.
3
где 1Т, N, rn, bT определяем по формулам (38) — (42).
Характер изменения Л4ШЦ и Л4п.с в процессе обкатки
показан на рис. 8.
Рис. 8. Изменение момен-
та поворотного суппорта
Мп.с (кривая 1) и момен-
та шпинделя М шп (кри-
вая 2) в процессе обкат-
ки днища при равномер-
ной подаче инструмента
cpCp=const; 3 — линия,
ограничивающая пло-
щадь, которая соответ-
ствует работе двигателя
при обкатке одного дни-
ща; Мэ — эквивалент-
ный момент на шпинде-
ле; Мх.х — момент хо-
0 1 Z 3 4 5 6 7 8 5 I' ‘ ОСК
Продолжительность обкатки
лостого хода
Пример. Определить нормальное давление металла на инстру-
мент, осевое усилие, момент поворотного суппорта и момент, прило-
женный к шпинделю при обкатке сферических днищ на трубах
0=140 мм, so=4 лм/. Технологические параметры обкатки:
Т=1200°С, В=97 мм, срСр=1°/об, (.1=0,25, зазором между формова-
телем и инструментом пренебрегаем. Известно, что в процессе об-
катки с изменением температуры, скорости и степени деформации
39
Таблица 2
Л в °	ь т (39) в см	гп-\ (40) В см	Г п. (41) в см	/ т (38) в см	Г (37) в см2	п а (50)	ат в кгс/мм2	N (51) в кгс	N (69) в кгс	м п.с (52) в кгс-м	м шп (55) в кгс-м
1,5	9,8570	6,8281	6,6802	1,4132	6,9650	1,8964	1,2825	978	26	64,27	21,15
5	9,3461	6,3042	6,1622	1,3285	6,2081	2,0173	1,4084	1018	89	63,43	22,47
10	8,7967	5,5928	5,4590	1,2157	5,3472	2,2045	1 ,4666	999	173	58,59	18,9
20	7,8189	4,2963	4,1791	0,9967	3,8965	2,6889	1,6834	1018	348	53,07	16,08
30	6,5974	3,1711	3,0706	0,7920	2,6126	3,3838	1,9000	975	488	42,88	12,39
40	5,4980	2,2164	2,1325	0,6040	1,6604	4,4371	2,1166	900	578	32,99	8,84
50	4,3980	1,4318	1,3646	0,4333	0,9528	6,1851	2,3334	798	611	23,40	5,70
60	3,2987	0,8183	0,7688	0,2803	0,4623	9,5612	2,5500	654	566	14,38	3,12
70	2,1994	0,3752	0,3413	0,1559	0,1714	17,1905	2,7666	471	442	6,91	1,29
80	1,0994	0,1027	0,0853	0,0573	0,0364	46,8531	2,9834	294	290	2,15	0,34
85	0,5500	0,0292	0,0213	0,0200	0,0055	134,0000	3,0916	132	131	0,48	0,07
90	0	0,0081	0,0000	0,0081	—	330,8641	3,2000	—	—	—	—
П р име ч ани е. Цифры в скобках в головке таблицы — номера формул Для расчета указанных величин.
предел текучести металла изменяется от начальной величины
сгТн =1,25 до Отд-=3,2 кгс/мм? в конце обкатки.
Поскольку при обкатке все параметры непрерывно изменяются,
нормальное давление металла на инструмент, осевое усилие, момент
поворотного суппорта и момент, приложенный к шпинделю, рассчи-
тываем для различных углов X по формулам (37) — (55), (69) и сво-
дим полученные результаты в табл. 2.
Расчетное значение от определим, приняв его линейное измене-
ние в зависимости от Л:
2^ (°7н
Полученные значения N, Nz, Мп.с, Мшп являются исходными
для расчета силовых органов, а также для прочностных расчетов
обкатной машины.
ГЛАВА II
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
И ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ОПЫТ
ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ
ПАРАМЕТРОВ ОБКАТКИ
5. ФОРМОИЗМЕНЕНИЕ ПРИ ОБКАТКЕ ДНИЩ
В промышленности находит широкое применение об-
катка концов цилиндрических заготовок в сферу по схе-
ме, показанной на рис. 9. Хорошо освоенной можно счи-
тать обкатку трубчатых заготовок по наружному диа-
метру 30—325 мм, по стенке толщиной 3—15 мм при
отношении «0,1 для малых и ~ 0,05 для боль-
ших толщин и диаметров. При этом производительность
одношпиндельных обкатных машин достигает свыше
200 операций в час для заготовок малых диаметров и
80—130 для заготовок диаметром 219—325 мм. Толщи-
Рис. 9. Схема обкатки днищ плос-
ким бруском
на стенки в различных
сечениях днищ, полу-
ченных таким спосо-
бом, различна и ее рас-
пределение вдоль об-
разующей зависит от
отдельных технологи-
ческих параметров об-
катки.
Основными техно-
логическими парамет-
рами, влияющими на
формообразование дни-
ща, являются: толщина
стенки исходной заго-
товки s0> вылет заго-
42
товки — расстояние от центра обкатки до торца заготов-
ки В, дробность деформации срср и температура нагрева
обкатываемого конца Т°С. Под дробностью деформации
понимается средний угол поворота инструмента за один
оборот заготовки, определяемый зависимостью (42).
Влияние каждого из перечисленных параметров на
формообразование сферических днищ показано на
рис. 10 в координатах относительной толщины стенки
S
--- и относительного радиуса диаметрального сечения
So
Р
днища ~
(обозначения см. на рис. 9). Графики по-
строены для случая обкатки труб с наружным диамет-
ром .0 = 219 мм из стали 45 (ГОСТ 1050—60).
Для анализа деформации обкатываемого конца на
каждом графике построены кривые (штриховой линией)
изменения толщины стенки вдоль образующей при ус-
ловии, что вытяжка вдоль образующей равна нулю
(плоское деформированное состояние).
Влияние толщины стенки исходной заготовки на ка-
чество формовки изучалось при обкатке заготовок со
следующим параметрами: В=143 мм, средний угол по-
ворота инструмента за один оборот заготовки срср= 1°48',
температура нагрева обкатываемого конца (определя-
лась оптическим пирометром) Т=1180° С, радиус сферы
Rc — —^--4-6 (6 = 3 мм — зазор между заготовкой и
формователем, установленный перед началом обкатки
и обеспечивающий заталкивание заготовки в шпиндель
обкатной машины).
Обкатывались заготовки со стенками толщиной
Sqi = 24 ЛЬИ, So2= 10 ММ, Хоз = 8 ММ И Sq4 = 7 мм.
Из рис. 10, а (кривые sOi, $02, ^оз, «си) видно, что в
начале процесса с уменьшением относительного радиуса
о
экваториального сечения относительная толщина
стенки увеличивается, достигая максимальной величины
~ р =0,184-0,25, после чего уменьшается к центру. От-
клонения кривых Sqi, s02, «оз, Stu от расчетной (штрихо-
вая линия) объясняются удлинением обкатываемого
конца вдоль образующей. Чем больше это отклонение,
тем больше удлинение обкатываемого конца.
Вначале с увеличением толщины стенки от 7 до
43
Рис. 10. Влияние технологических параметров обкатки на
формообразование сферических днищ:
а — исходной толщины стенки трубы; б — вылета заготовки;
в — температуры нагрева обкатываемого конца; г — дробности
деформации
15 мм происходит наибольшее удлинение заготовки
вдоль вбразующей, при дальнейшем увеличении толщи-
ны стенки удлиняются лишь поверхностные слои. Дли-
на внутренних слоев при толщинах 25—34 мм практиче-
ски остается неизменной [5].
При равном вылете В с увеличением удлинения об-
катываемого конца обеспечивается получение более
плотного стыка. С уменьшением толщины стенки удли-
нение уменьшается, и может наступить момент, когда к
концу обкатки длина образующей исходной заготовки
будет равна длине образующей заданного изделия. Тог-
44
да может не произойти сварки стыка или образоваться
сквозное отверстие в центре днища (кривая $04)- Следо-
вательно, для правильного ведения технологического
процесса с уменьшением толщины стенки исходной за-
готовки следует увеличить величину вылета В или вы-
тяжку вдоль образующей за счет уменьшения срср или
температуры.
Влияние вылета В на формообразование сферы по-
казано на рис. 10, б. Кривые получены при следующих
параметрах обкатки: срСр = 1°48/, Т= 1180° С,R —	+ б
при 6 = 3 мм, s0 = 8 мм, варьировались В[ = 149 леи,
В2= 143 мм, В3 = 139 мм, В4= 130 мм.
Из графика видно, что увеличение В приводит к уве-
личению «набора» металла и к значительному уплотне-
нию стыка.
Однако с увеличением набора металла на внутрен-
ней поверхности днища образуются мелкие радиальные
складки, которые значительно увеличиваются, когда в
5
каком-либо месте кривой —>3 (кривая В[).
Влияние
показано на
температуры на формообразование сферы
рис. 10, в. Параметры обкатки: <рСр = 1°48',
при 6 = 3 мм, s0 = 8 мм, 5=143 мм, варьи-
ровались 7'1 = 1180° С, 72= 1050° С и 73 = 900°С.
Из графика видно, что при максимальной темпера-
туре 7'1 = 1180° С получается значительная вытяжка об-
катываемого конца вдоль образующей, благодаря чему
стык хорошо уплотняется.
С понижением температуры нагрева уменьшается
удлинение обкатываемого конца вдоль образующей, что
объясняется переходом от схемы объемного напряжен-
но-деформированного состояния оболочки к схеме пло-
ского деформированного состояния. Это приводит к об-
разованию отверстия или глубокой воронки в центре
днища. Поверхностные слои заготовки в результате на-
грева за счет трения о формующий инструмент все же
удлиняются относительно внутренних, затягивая частич-
но или полностью образовавшееся отверстие.
Увеличение относительной толщины стенки (кривые
72 и Т3) против расчетной объясняется тем, что в ре-
зультате резкого возрастания сопротивления деформа-
ции оболочка теряет устойчивость, а диаметр обжатой
45
части вновь увеличивается; это приводит к образованию
брака (вздутию). Следовательно, более благоприятное
распределение металла вдоль образующей достигается
при повышении температуры обкатки. Если учесть, что
качество сварки стыка с понижением температуры на-
грева обкатываемого конца заготовки также ухудшает-
ся, то температурный фактор следует считать главным.
Влияние дробности деформации на формообразо-
вание сферы показано на рис. 10, г: 7=1180° С,
7? = О,5 D + 6, при 6 = 3 мм, з0 = 8 мм, В = 143 мм, варьи-
ровались	срср2= 1°48', срсрз=1°00/, (pcP4 = 36'
[фср определялись по формуле (42)].
Из рассмотрения рисунка следует, что с уменьше-
нием единичного обжатия суммарная вытяжка заготов-
ки вдоль образующей увеличивается, благодаря чему
металл вдоль этой образующей распределяется более
равномерно и достигается хорошее уплотнение металла
в зоне смыкания кромок.
Кроме того, уменьшение <рср благоприятно влияет иа
нагрев обкатываемого конца за счет трения: с увеличе-
нием продолжительности обкатки температура заготов-
ки по толщине стенки выравнивается и металл еще бо-
лее равномерно распределяется по сечению днища. Од-
нако уменьшение единичного обжатия вызывает увели-
чение машинного времени обкатки, а значит, и сниже-
ние производительности установки.
Менее изученной является обкатка толстостенных
труб
(-- = 0,11	0,14V
k D	I
Приведем результаты исследований на обкатной
установке конструкции Ждановского металлургического
завода им. Ильича технологических возможностей об-
катки сферических днищ инструментом трения на тру-
бах диаметром 219 и 325 мм со стенкой толщиной 22—
34 мм [5]. Заготовки под обкатку нагревали в кузнечной
щелевой печи, работающей иа природном газе. Конец
трубы под обкатку нагревали до 1100—1250° С; его дли-
на составляла 200—250 мм. Параметры обкатки концов
различных труб приведены в табл. 3.
Зазор между формователем и инструментом 6, а так-
же вылет заготовки В варьировались в процессе обкат-
ки. Для контроля и подбора величины В измеряли дли-
46
Таблица 3
Сечение трубы в мм и марки стали, из которой она изготов- лена	Температура обка- тываемого конца в ГС	Длина вылета В в мм	Зазор б в .члс	Продолжи- тельность обкатки t в сек
219x22; 20	1100—1200	132	2,0	24
219x24; 20	1100—1200	132	2,0	24
219x30; 20	1100—1200	122	1,5	27
219x32; 20	1100—1200	122	1,5	27
325x21; 12ХМФ	1200—1250	216	5,0	28
325x25; 12ХМФ	1200—1250	210	5,0	28
325x28; 12ХМФ	1200—1250	207	2,0	30
325x34; 12ХМФ	1200—1250	—	2,0	30
ну заготовок опытной партии до и после обкатки. По-
лученные днища разрезали по образующим и тщательно
исследовали.
Рис. 11. Разрез днища трубчатой заготовки размером
219X32 лиг
На рис. 11 показан разрез днища трубчатой заготов-
ки сечением 219X32 мм.
По результатам замеров полученной толщины стенки
строили кривые изменения относительной толщины стен-
s	„ р
ки—по радиусам экваториальных сечении — —.
so	0,5 D
Максимальная относительная толщина стенки днищ
получена на относительном радиусе диаметрального се-
47
чения	0,2 и составляет около 1,6—1,7. Относи-
0,5 D
тельная толщина стенки в центре стыка составляет
1,44—1,64. Основные технологические параметры обкат-
ки, при которых получена удовлетворительная формовка
сферы, приведены в табл. 3.
При обкатке толстостенных труб в течение 30 сек
машинного времени длина внутренних слоев металла
практически не изменяется вдоль образующей. Это поз-
воляет определить расчетную величину вылета В заго-
товки, при которой обеспечивается стыковка кромок
В = 0,785 (О — 2s0),
(56)
а также величину укорочения заготовки после обкатки
днища
ЛЬ = 0 785 (D — 2s0)------------
(57)
Наружные же слои удлиняются настолько интенсив-
но, что смыкаются намного раньше торцовых кромок
внутренних слоев. Это затрудняет формирование каче-
ственного стыка, особенно при необходимости получе-
ния герметичных днищ.
Окислы, шлаковые включения, складки и другие де-
фекты стыка при исходной толщине стенки свыше 15 мм
в худшем случае располагаются в центре сферы на диа-
метре, приблизительно равном толщине стенки исходной
заготовки, что позволяет при изготовлении особо ответ-
ственных изделий высверливать дефектное место, а в по-
лученное отверстие устанавливать герметичные техноло-
гические пробки.
Качество наружной поверхности полученных днищ
при прочих постоянных параметрах обкатки в значи-
тельной степени зависит от исходной величины зазора б
между инструментом и заготовкой, с увеличением кото-
рого увеличиваются кольцевые риски и ступеньки. За-
зор следует принимать минимальным исходя из возмож-
ности загрузки заготовки в шпиндель машины.
6. ОБКАТКА С ПОЛУЧЕНИЕМ РАВНОСТЕННЫХ ДНИЩ
При изготовлении сосудов высокого давления из
трубчатых заготовок по условию равнопрочности тол-
щина стенки на сферической части сосуда может быть
48
вдвое меньше, чем па цилиндрической (когда толщина
стенок мала по сравнению с внутренним и наружным
радиусами цилиндра и сферы).
Как показано, вследствие технологической особен-
ности горячей обкатки сферических днищ трубчатых за-
готовок инструментом трения, толщина стенки на пере-
ходе от цилиндрической части к сферической увелива-
ется, что приводит к нерациональному расходу металла
на единицу изделия, к увеличению его массы, расхода
металла на единицу полезного объема сосуда и т. д.
Изменение толщины стенки по сечению днища при
прочих постоянных параметрах процесса зависит от раз-
личных факторов
s = s (s0, D, В, сРср, Т, —2— , у.) .	(58)
При массовом производстве, когда процесс обкатки
отработан и параметры s0, В, срср, Т, ц изменяются не-
значительно, распределение толщины стенки $ по сфери-
ческой части днища может быть представлено графиче-
ски некоторой областью 1 (рис. 12).
Тогда приблизительно подбираем функцию
р—
So \ 0,50
(59)
отвечающую средней линии области.
При обработке экспериментальных данных для
/>==219 мм, s0 = 8-4-24 лъи, В= 1414-145 мм, фср==1°4-
Ч-1°30', Т= 1100-4-1200° С была получена зависимость
для средней линии области 1 (см. обозначения на
рис. 9)
— = 2,8 — 1,8 -2—
So	0,50
(60)
или в зависимости от длины дуги х (рис. 12, б)
— = 2,8 — 1,8 sin —— .	(60')
so	0,5 0
Для получения после обкатки стенки с постоянной
толщиной по сечению сферических днищ изменяют тол-
щину стенки обкатываемого конца заготовки, начиная
от ее торца, исходя из условия, обратного зависимости
4—405	49
(60), т. е. профиль заготовки определяют из выра-
жения
s	1
2,8 — 1,8 sin---
0,50
тогда
з =---------.	(61)
2,8— 1,8 sin ——
0,50
Эффективность изменения толщины стенки обкаты-
ваемых концов подтверждена экспериментально, при
этом использовали заготовки 219X8 — 219x20 мм из
стали Ст4 (ГОСТ 380—71). В результате предвари-
тельного профилирования обкатываемого конца заго-
Рис. 12. К расчету
профилирования кон-
ца заготовки для по-
лучения равностенных
днищ:
а — область распределе-
ния толщин стенки вдоль
образующих сферы; б —
профиль сечения конца
заготовки
товки (рис. 12, область 2) толщина стенки по сфере
близка к толщине стенки цилиндрической части.
При поточном производстве концы заготовок целесо-
образно профилировать с нагревом перед обкаткой.
Несложной модернизацией существующих обкатных
машин можно получить установку для совмещенных
операций профилирования и обкатки концов труб.
7.	ОБКАТКА ГЕРМЕТИЧНЫХ ДНИЩ
В процессе обкатки между формователем и заготов-
кой возникает трение. Сила трения направлена по ка-
сательной к винтовой линии высшего порядка, т. е. в
направлении скольжения контактной зоны деформации
относительно инструмента.
50
Значительная величина силы трения, а также боль-
шая окружная скорость скольжения трущихся 'поверх-
ностей приводит к дополнительному нагреву поверхно-
стного слоя заготовки, что вызывает неравномерность
пластических свойств по толщине деформируемого ме-
талла. В результате наружные слои металла сдвигаются
относительно внутренних в направлении действия сил
трения. Этому сдвигу способствует удлинение перифе-
рийных слоев относительно внутренних, наблюдаемое
также при поперечной прокатке сплошных и полых тел
и объясняемое локализацией деформации у контактной
поверхности.
Разогрев и сдвиг поверхностных слоев деформируе-
мого металла, вызванные трением о формователь, а так-
же удлинение поверхностных слоев относительно внут-
ренних за счет локализации деформации у контактной
поверхности, назовем поверхностным эффектом при об-
катке.
Понятно, что поверхностный эффект при обкатке про-
является в большей степени с увеличением толщины
стенки обкатываемой заготовки, когда за время обкатки
не успевает выравняться температура. Поверхностный
эффект при обкатке усиливается с понижением темпера-
туры нагрева деформируемого конца, когда неравномер-
ность пластических свойств по толщине заготовки еще
более возрастает. Поверхностный эффект усиливается
с увеличением скорости вращения заготовки и с умень-
шением единичного обжатия.
Рассмотрим характер течения металла в стыке, опре-
деляющем герметичность днища изделия.
На рис. 13 даны разрезы днищ изделий, показываю-
щие стадии формовки стыка без подогрева стыкуемых
кромок. Поверхностный слой металла в результате зна-
чительного поверхностного сдвига стыкуется намного
раньше внутренних слоев, поэтому при дальнейшем сжа-
тии металл стыка полностью заполняет полость, образуя
своеобразную пробку. Диаметр пробки увеличивается с
развитием поверхностного эффекта при обкатке. Следо-
вательно, герметичность днища определяется качеством
сварки стыка и его конфигурацией.
На рис. 14 дана микроструктура зоны Д микрошли-
фа, показанного на рис. 13. Расходящиеся вверх темные
ветви, заполненные окислами, соответствуют хорошо ви-
димым складкам (рис. 14). Начало стыка, определяю-
4*	51
Рис. 13. Разрезы днищ трубчатых заготовок, обкатан-
ных без подогрева кромок:
а — сближение в б — контактирование сдвинутых слоев;
в — заполнение полости
щего герхметичиость днища, смещено от центра к левой
складке. На границе стыка заметны включения окислов.
Его поверхностный слой обезуглерожен. В этом случае
днище ослаблено по периметру пробки, а главное, что
из-за многочисленных включений окислов не гаранти-
руется герметичность сварного стыка. В 'связи с этим в
технологии обкатки днищ трубчатых заготовок предус-
мотрен подогрев стыкуемых кромок: из легированных
сталей —• ацетилено-кислородным пламенем, а из угле-
родистой стали — обдувка кислородом. В первом случае
к моменту смыкания наплывы на кромках, образовав-
шиеся в результате поверхностного сдвига, оплавляют-
ся и кромки стыкуются одновременно по всей высоте
стыка.
На рис. 15 изображены темплеты, вырезанные из
52
днищ, которые получены обкаткой, совмещенной с аце-
тилено-кислородной сваркой стыка при различных ре-
жимах сварки. Качество сварки на темплетах
(рис. 15, а—в) неудовлетворительное в результате чрез-
мерного оплавления кромок; после остывания сварочной
зоны в стыке возникают значительные усадочные и тем-
пературные напряжения, приводящие к образованию
множества мелких попе-
речных трещин. Стык
удовлетворительно свари-
вается при оплавлении
кромок перед их стыков-
кой, когда процессы де-
формации и сварки про-
текают подобно газопрес-
совой сварке (рис. 15, г).
Для получения качест-
венного сварного шва,
свободного от включений
окалины, температура
стыкуемых кромок долж-
на быть выше температу-
ры плавления окислов
железа или кромки долж-
ны быть защищены от
окисления. На поверхно-
Рис. 15. Темплеты стыков днищ,
сваренных ацетилено-кислород-
ным пламенем
Рис. 14. Микроструктура
стыка днища. Х450
53
сти заготовок при их нагреве образуется печная окали-
на: FeO (7„л=1370°С), Fe3O4(C = 1527°С), Fe2O3
(tnjl= 1565°C). Соотношение составляющих окислов печ-
ной окалины зависит от температуры ее образования.
При нормальных температурах на железе образуется
ржавчина у—Fe2O3 • Н2О, с повышением температуры до
120°С на железе появляется тонкий слой окисла
у—Fe2O3. При нагреве металла до температуры свыше
200°С окисел у—Fe2O3 превращается в окисел а—Fe2O3;
'при 400°С под слоем а—Fe2O3 образуется Fe3O4 и при
Рис. 16. Микроструктура свар-
ного стыка, полученного обкат-
кой с обдувкой кромки кисло-
родом
570°С — FeO. С этого момента окисление идет интенсив-
но. При 700° С соотношение Fe2O3: Fe3O4: FeO становит-
ся равным 1:50: 100.
При обдувке кромок деформирующейся заготовки
кислородом происходит экзотермическая реакция сгора-
ния наплывов с выделением большого количества теп-
лоты, обеспечивающего плавление окислов, которые вы-
жимаются из зоны сварки, что обеспечивает качествен-
ную сварку стыка. На рис. 16 дана микроструктура сты-
ка днища, полученного обкаткой с обдувкой кромки
кислородом. Эта микроструктура благодаря наличию
больших обезуглероженных участков, расположенных
по линиях сварки, а также направленной деформации,
приобретает полосчатость.
На Ждановском металлургическом им. Ильича и на
54
Первоуральском новотрубном заводах стыки днищ из
углеродистой стали сваривают только путем обдувки
кромки кислородом. Для этого используют инжекторную
горелку «Москва» (ГОСТ 1077—69) либо специальные
следящие автоматизированные устройства. Режим ра-
боты следующий: номер наконечника — 4, давление кис-
лорода 4—6 кгс/см2, расход кислорода 700—800 л/ч.
Стыковка кромок с подогревом ацетилеио-кислород-
иым пламенем и с обдувкой их кислородом во многом
сходна с газопрессовой сваркой. Давление на стык при
прочих постоянных параметрах определяется длиной
обкатываемого конца трубчатой заготовки (вылетом).
Чем больше вылет, тем раньше начинается стыковка,
тем большее давление возникает на стыке. Ойо может
достичь и такой величины, при которой обкатываемая
оболочка теряет устойчивость.
В реальных условиях производства, даже если кром-
ки подогревали не вручную, а автоматически, механизм
формовки стыка в той или иной степени может прибли-
жаться к механизму формовки без подогрева кромок,
что и подтверждается при разрезе днищ изделий, у ко-
торых обнаружена течь при гидроиспытании.
Изучалось также влияние конфигурации кромок
трубчатых заготовок иа процесс обкатки и, главное, на
процесс сварки стыка. Установлено, что на обкатку и
сварку стыка не оказывают существенного влияния ни
конфигурация кромок, ни класс чистоты их обработки,
если кромки (для заготовок 219X7 — 219X15 лш) об-
дувают кислородом или оплавляют кислородно-ацети-
леновым пламенем. Те же выводы получены и при
обкатке концов труб, разрезанных газопламенной
резкой.
8.	ОБКАТКА ГОРЛОВИН
Обкатку горловин в отличие от сферических днищ
осуществляют поворотом инструмента со сложным пере-
менным сечением профиля вокруг оси О—О, перпенди-
кулярной к оси вращения заготовки (рис. 17). Калиб-
ровка инструмента изучается и контролируется профи-
лографом, позволяющим записывать профиль инстру-
мента по сечениям, которые определяют промежуточные
конфигурации (переходы) заготовки при обкатке.
55
Рис. 17. Обкатка горловин поворот-
ным инструментом трения:
I — заготовка; 2 — инструмент
Прибор (рис. 18) состоит из рамы 1, поворотного
стола 2 и координатной системы щуп—ходограф 11.
Поворотный стол состоит из поворотной обоймы 4 с за-
Рнс. 18. Профилограф
крепленной на ней площадкой 7 и из стола 5, имеющего
осевое перемещение в направляющих 6.
Работа профилографа заключается в следующем. На
площадку 7 поворотного стола устанавливают исследуе-
мый инструмент, затем с помощью винтовой системы
56
(на рисунке не ’показано) стол 5 вместе с инструментом
устанавливается в требуемое положение перемещением
в направляющих 6'. Щуп 9 опускается на инструмент,
пишущее перо 8 поджимается к бумаге, закрепленной
на доске 10, и прибор готов к записи профиля инстру-
мента в исходном сечении.
Для записи профиля инструмента в другом сечении
необходимо: отжать перо 8, поднять щуп 9 и закрепить
его в верхнем положении, отвинтить стопорный винт 3,
Рис. 19. Профилограмма, соответствующая кривой 4 на
рис. 20 скоростного режима обкатки
повернуть поворотную часть стола вместе с инструмен-
том на необходимый угол, зафиксировать положение
стола стопорным винтом 3, опустить щуп на инструмент,
поджать перо 8. Прибор приготовлен для записи друго-
го сечения профиля инструмента.
С помощью профилографа фиксируют на листе бу-
маги в виде сетки профиль инструмента по сечениям,
проходящим через плоскость, которая образована осями
вращения заготовки и поворота суппорта, или по сече-
ниям, определяющим промежуточные конфигурации об-
катываемых трубчатых заготовок. Он позволяет также
изучать износ инструмента, связь скоростного режима
обкатки с калибровкой инструмента.
На рис. 19 дана калибровочная сетка (профилограм-
ма) инструмента для обкатки горловин на трубах раз-
57
мерой 219X74-219X15 мм. Калибровка инструмента
для обкатки горловин должна рассматриваться совмест-
но со скоростной диаграммой обкатки.
Скоростной режим обкатки при постоянной скорости
вращения заготовки определяется диаграммой «угол по-
Рис. 20. Скоростная диаграмма обкатки горло-
вин иа трубчатых заготовках:
1 — при постоянной скорости поворота инструмента
для труб различных размеров; 2—4 — при двухскоро-
стном повороте инструмента соответственно для труб
219X10, 219X8 и 219X7 -и.ч; 5 и б — варьирование
скоростями поворота суппорта при определении обла-
сти потери устойчивости
ворота инструмента в градусах — время в сек»
(рис. 20).
Предельная скорость поворота инструмента опреде-
ляется областью потери устойчивости заготовки: увели-
чение скорости поворота инструмента больше ее крити-
ческого значения приводит к образованию брака (ужи-
мы, смятие, скручивание и т. д.).
Критическую скорость деформации определяли в про-
изводственных условиях иа обкатной машине с приво-
дом мощностью М=75 кет и частотой вращения шпин-
деля п = 600 об]мин. Привод поворотного суппорта, обес-
58
печпвающего поворот инструмента, — гидравлический,
двухступенчатый с дроссельным регулированием скоро-
стей. Обкатывали концы труб из стали Ст4 и стали
38ХА диаметром 219 мм со стенкой толщиной 7, 8 и
10 мм, допуск на толщину стенки составляет от +15 до
—10%, температура обкатки 1100—1200° С, вылет за-
готовки В = (0,65+0,70) D, длина нагреваемого конца
/=200+230 лы/, нагрев — в щелевой кузнечной печи.
При обкатке одинаковых труб варьированием скоро-
стей поворота суппорта первой и второй ступеней доби-
вались получения потери устойчивости заготовки (склад-
кообразования до смятия). Так, установлено, что в на-
чале обкатки с постоянной скоростью поворота суппорта
(20°/сек) при (рср = 2°/об [определяем по формуле (42)]
все заготовки размером 219X7 мм теряют устойчивость
(кривая 6), заготовки размером 219X8 и 219X10 мм
тоже теряют устойчивость при неравномерном нагреве,
а также с увеличением длины нагреваемых концов, что
возникает при нарушении технологического процесса
обкатки.
При скорости поворота суппорта, равной 12,5°/се/с,
т. е. при фс2, = 1,25°/об (кривая 1) все заготовки де-
формируются без потери устойчивости. Однако про-
должительность обкатки при этом увеличивается
до 7,2 сек.
В процессе обкатки жесткость заготовки повышается,
что позволяет увеличить скорость поворота инструмента.
Приняв первую ступень скорости поворота суппорта,
равной \2,5°/сек (<рср= 1,25°/об), при которой процесс
обкатки протекает устойчиво, а вторую — повышенную,
равной 33,4°/сек (фср = 3,347об), добивались потери
устойчивости оболочки включением повышенной скоро-
сти при различных углах поворота инструмента. Угол
и скорости поворота инструмента фиксировались на
осциллограмме.
Кривая 5 соответствует случаю потери устойчивости
заготовки размером 219x8 мм при двухскоростной об-
катке: с первой скоростью (без потери устойчивости) до
поворота инструмента на 15° и со второй скоростью,
при которой заготовка теряет устойчивость. Обкатка
трубы размером 219X10 мм протекает устойчиво при
включении второй скорости после поворота инструмента
на 34° от исходного положения (восходящая ветвь кри-
вой 2) и после поворота инструмента на 38 и 48° для
59
труб размером 219X8 и 219X7 мм (восходящие ветви
кривых 3 и 4).
По указанной методике определены область потери
устойчивости для указанных труб (иа рис. 20 для труб
219X10 мм область потери устойчивости заштрихована)
и скоростной режим обкатки (кривые 2, 3, 4), характе-
ризуемый четырьмя периодами, протекающими за время
ti, h, h, Д
Периоду Ц соответствует начало процесса обкатки
с замедленным поворотом инструмента, периоду /2 —
поворот инструмента с повышенной скоростью, перио-
дам t3 и Ц — остановка инструмента в конце обкатки и
поворот его на 90° в исходное положение.
Отметим, что С. И. Борисовым и А. К. Гацулой на
основании лабораторных исследований при обкатке труб
из сталей 20 и 45 диаметром 49,5—100 мм со стенками
различных толщин при односкоростной обкатке, пред-
ложена зависимость для определения предельной вели-
чины фср=фпрсэ, которая, в свою очередь, определяет
предельное значение скорости деформации:
_ So С|
флр^- D_2so ,
(62)
где С[ — коэффициент, зависящий от вылета заготов-
ки В, равный 119,91 при 5 = 0,690.0; 106,94 при
В = 0,785 D и 91,24 при 5 = 0,885 0.
Для труб диаметром более 100 лш по формуле (62)
получаются завышенные результаты.
Приведенная иа рис 2 диаграмма скоростного режи-
ма обкатки позволяет определить число оборотов заго-
товки от начала обкатки К, соответствующее определен-
ному углу поворота суппорта с инструментом:
К = tn,
где t — продолжительность обкатки в сек, определяе-
мая по диаграмме;
п — частота вращения заготовки, которая в рас-
сматриваемой случае равна 10 об!сек.
В соответствии со скоростной диаграммой, различ-
ным значениям t или К соответствуют определенные
значения угла поворота инструмента К. Всякому же зна-
чению X соответствует вполне определенный профиль на
профилограмме (рис. 19).
Совместная обработка скоростной диаграммы с про-
60
филограммой позволяет построить профилограмму, по-
казывающую изменение конфигурации образующих
профиля по переходам, а также режим деформации
(обжатие за один оборот заготовки).
Откладывая вдоль профилограммы с помощью кур-
виметра длины образующих (см. рис. 19), можно полу-
чить точки, соответствующие положению торца заготов-
ки в процессе обкатки (точки а, б, в и т. д.). Длины об-
разующих по сечениям можно определить исходя из
следующего.
Металл в процессе обкатки удлиняется вдоль обра-
зующей. Это удлинение зависит от отдельных техноло-
гических параметров: относительной толщины стенки
заготовки
*30	°
—, от свойств материала и температуры на-
грева обкатываемого конца, от геометрии инструмента,
состояния поверхностей трущейся пары металл — инст-
румент, от смазки и т. д.
Однако изменение перечисленных параметров в пре-
делах установившейся технологии обеспечивает с от-
клонением, равным 3—5%, равенство длин заготовки
вдоль оси до и после обкатки. Если допустить указан-
ное отклонение, то за траекторию перемещения торца
заготовки по сечениям инструмента можно принять пря-
мую а'б'в' вместо кривой абв.
Замерив на калибровочной сетке текущий радиус
торца заготовки и приращение обжатия по торцу z за
один оборот заготовки (кривая 2), можно определить
текущее относительное обжатие — за один оборот за-
готовки. Относительное обжатие может быть задано по
одному из предельных условий обкатки: устойчивости
торцового сечения; мощности привода или из других ус-
ловий, ограничивающих возможности процесса обкатки
и определяемых теоретическим или экспериментальным
методом.
Принятая методика исследования калибровки инст-
румента и его профиля по различным сечениям позво-
ляет решать следующие задачи:
определить скоростной режим обкатки по заданным
г
текущим значениям —, найденным по одному из пре-
г
дельных условий обкатки, и калибровочной сетке;
61
строить калибровочную сетку по заданным — и ско-
г
ростиой диаграмме;
изучать характер износа инструмента по различным
сечениям и построить его калибровочную сетку, обеспе-
чивающую минимальный износ инструмента в калиб-
рующей части.
9.	ПОНЯТИЕ ОБ АКТИВНОЙ
И ПАССИВНОЙ КАЛИБРАВКАХ ИНСТУМЕНТА
ДЛЯ ОБКАТКИ ГОРЛОВИН
Срок службы инструмента трения и точность геомет-
рических размеров изделий, получаемых обкаткой труб-
чатых заготовок, определяются износостойкостью инст-
румента, главным образом, износостойкостью его
калибрующей части. Поэтому при конструировании
инструмента трепня для обкатки стремятся удлинить
калибрующий участок с тем, чтобы уменьшить продол-
жительность контакта обкатываемой заготовки с каж-
дой точкой инструмента, т. е. чтобы уменьшить путь
скольжения металла по нему, а также с тем, чтобы при
износе части калибрующего участка путем переналадки
инструмента перейти иа «свежую», невыработапиую
часть участка.
С точки зрения возможности удлинения калибрую-
щего участка изучено несколько вариантов конструкций
инструмента. Наибольший практический интерес пред-
ставляет собой круговой инструмент трения, рабочей по-
верхностью которого является поверхность тела враще-
ния. Конфигурация образующей рабочей поверхности
инструмента точно соответствует конфигурации обра-
зующей заданного изделия.
На рис. 21 показана обкатка горловин круговым ин-
струментом трения, осуществляемая вращением заготов-
ки 1 вокруг своей оси и одновременным поворотом инст-
румента 2 относительно оси О—О. Ось симметрии инст-
румента а—а удалена от оси поворота инструмента
О—О иа расстоянии Оа.
Перед обкаткой инструмент жестко закрепляют на
суппорте обкатной машины; в процессе обкатки он не
поворачивается вокруг оси а—а. После предельно допу-
стимого износа калибрующего участка инструмент пово-
62
Рис. 21. Обкатка горло-
вин круговым инструмен-
том трения:
/ — заготовка; 2 — инстру-
мент
Рис. 22. Обычный (а) и круговой (б)
инструменты
рачнвают вокруг оси а—а на некоторый угол, так что
рабочим оказывается «свежий» участок инструмента.
Описываемая конструкция инструмента (рис. 22,6),
изготовленного из одного и того же материала, что и
обычный инструмент (рис. 22, а), имеет по сравнению
с ним и преимущества.
К преимуществам кругового инструмента относятся:
высокая стойкость (при увеличении массы инстру-
мента вдвое длина калибрующего участка увеличивает-
ся примерно в 30 раз), что обеспечивает увеличение сро-
ка службы;
возможность восстановления инструмента путем на-
плавки и последующей обработки его рабочей поверх-
ности на металлорежущем оборудовании вследствие
того, что инструмент представляет собой тело вра-
щения.
К недостатку, ограничивающему возможность приме-
нения кругового инструмента, относится неуправляе-
мость промежуточными переходными конфигурациями
деформируемой заготовки, пассивность калибровки инст-
румента.
Сравним конструкции обычного и кругового
(рис. 22, а, б) инструментов трения. В процессе обкатки
инструмент поворачивается вокруг оси О—О или
63
Oi—0ь вследствие чего в контакт с деформируемой за-
готовкой вступают новые сечения b—b или Ь\—Ь\, изме-
няющиеся с изменением угла к или A.b Для обычного
инструмента любому текущему значению X можно за-
дать по технологическим соображениям любую переход-
ную конфигурацию профиля и изменением калибровоч-
ной сетки инструмента можно добиться заданного изме-
нения относительно обжатия -- торца за один оборот
Г
заготовки.
Конструкция такого инструмента позволяет измене-
нием его конфигурации изменять скоростные и другие
параметры процесса.
Профилограмма кругового инструмента определяет-
ся изменяющимися в зависимости от X сечениями Ь\—bi
и не может быть изменена, так как инструмент пред-
ставляет собой тело вращения, т. е. при применении
кругового инструмента, конфигурацию промежуточных
переходных сечений заготовки технолог изменить не мо-
жет, ои может изменить режим деформации, изменяя
только относительную скорость поворота суппорта с ин-
струментом. При износе участка инструмента его пово-
рачивают вокруг оси а—а и в таком положении закреп-
ляют. Описываемый инструмент можно назвать инстру-
ментом с пассивной калибровкой профиля в отличие от
инструмента с активной калибровкой, для которого кон-
фигурация каждого сечения (с учетом режима обжатия)
может быть рассчитана и задана технологом.
При обкатке, как и при обжиме труб в конических
матрицах [6], предельное значение относительного об-
z
жатия — за один ооорот заготовки при прочих посто-
г
яниых параметрах зависит от конфигурации переходных
сечений инструмента и от угла конусности (при обжиме
предельное значение коэффициента обжима /<пр при
прочих постоянных параметрах зависит от угла конусно-
сти и конфигурации матриц).
Но конфигурация переходных сечений инструмента,
определяемая его профилограммой, в значительной сте-
пени обусловливает распределение металла вдоль обра-
зующей. При обкатке обычным инструментом «набор»
металла в определенных пределах может регулировать-
ся изменением конфигураций переходных сечений
инструмента. При отсутствии подсадки и вытяжки
64
металла вдоль оои заготовки должно быть соблюдено
условие
dcps = const.
При обкатке горловин без оправки распределение
толщины стенки вдоль образующей, как и при обкатке
днищ, зависит от многих параметров: от относительной
«	So
толщины стенки исходной заготовки —> от относитель-
D
В
нои величины вылета заготовки — , от свойств мате*
D
риала и температуры нагрева обкатываемого конца, от
дробности деформации <рср, определяемой в каждый мо-
мент скоростной диаграммой и профилограммой.
Исследованиями, проведенными на Ждановском ме-
таллургическом заводе им. Ильича, по обкатке горло-
вин обычным и круговым инструментами установлена
качественная зависимость набо-
ра металла от формы инструмен-
та. На рис. 23 показано распре-
деление набора
Рис. 23. Распределение толщин стенок
вдоль образующей изделия. Цифрами
обозначено:
в числителе — конечная относительная толщн-
$
па стенки — при обкатке обычным и в зна-
$о
менателе — круговым инструментами (темпе-
ратурно-скоростные режимы были одинако-
выми)
металла вдоль образующей для изделия из трубы раз-
мером 219X15 мм — 0,07, сталь ЗОХГСА).
Как видим, при обкатке одного и того же конечного
профиля различно калиброванным инструментом изме-
няется величина набора металла в разных диаметраль-
ных сечениях изделия.
Конфигурация переходных сечений инструмента при
обкатке, определяемая его профилограммой, в значи-
тельной степени ограничивает предельную относитель-
ную толщину стенки обкатываемых заготовок по усло-
вию устойчивости.
5—405	65
Многие исследователи считают, что при —~ < 0,02
обкатка невозможна. Изменением калибровки инстру-
мента, предусматривающей сначала обкатку торцовой
части, что обеспечивает набор металла у торца, а затем
обкатку остальной части, получены предельные значе-
ния -s°- = 0,0165.
D
Из сказанного можно сделать следующий вывод:
инструмент с пассивной калибровкой (круговой инст-
румент) может быть применен в тех случаях, когда ха-
рактер распределения металла вдоль образующей сече-
ния не играет существенной роли или когда пассивное
формообразование обеспечивает требуемое распределе-
ние металла по сечениям;
при постоянной скорости поворота суппорта с инст-
рументом, а также при относительной толщине стенки
исходной заготовки, близкой к 0,02, применение пассив-
ной калибровки недопустимо — все сечения инструмента
в этом случае должны быть рассчитаны.
10.	СОВМЕЩЕНИЕ ОБКАТКИ С РАСКАТКОЙ ГОРЛОВИН
НА ОПРАВКЕ
Как отмечалось, изменение распределения толщины
стенки вдоль образующей зависит от многих факторов,
зная которые можно в известных пределах управлять
процессом обкатки. Однако стабильного, точно задан-
ного чертежом распределения толщины стенки вдоль об-
разующей обкатанного конца без оправки получить не
удается.
Применение оправки, вводимой в полость заготовки
перед обкаткой, позволяет получать в горловине задан-
ного диаметра калиброванные отверстия. Ю. М. Мат-
веевым и Я. М. Шехетом на основании проведенных ис-
следований показана возможность совмещения обкатки
(см. табл. 1, схема 8) горловин с раскаткой их на оп-
равке. Ими же разработана опытно-промышленная уста-
новка для обкатки горловин баллонов с калиброванным
отверстием, а также приспособление к применяемым в
баллонных цехах обкатным машинам (рис. 24), которое
обеспечивает установку и извлечение оправки из горло-
вины после обкатки.
66
Рис. 24. Приспособление для обкатки горловин с калиброван-
ным отверстием:
/ и S — гпдроцилиндры; 2 — быстросменное крепление; 3 — оправка;
1 — кронштейн; 5, 6 — шарниры; 7 — основание
Приспособление состоит из двух гидроцилиндров 1 и
8 и поворотного кронштейна 4. Гидроцилиндр 1, жестко
закрепленный иа поворотном кронштейне 4, предназна-
чен для подачи оправки 3 в полость обкатываемой заго-
товки и извлечения ее после обкатки из горловины. Гид-
роцилиндр 8 предназначен для установки гидроцилинд-
ра 1 с оправкой 3 в исходное положение, шток его со-
единен шарнирно с поворотным кронштейном. Оба ци-
линдра включены в общую гидросхему обкатной! маши-
ны, чем достигается согласованность работы основных
узлов машины и приспособления. Обкатка осуществля-
ется в следующей последовательности. Заготовка за-
дается в полый шпиндель обкатной машины, зажимается
кулачками патрона, имеющего гидропривод, который
смонтирован в шпинделе. Одновременно с зажимом ку-
лачков создается давление в полости гидроцилиндра 3,
который через поворотный кронштейн устанавливает
гидроцилиндр 1 в рабочее положение. Затем включается
гидроцилиндр поворотного суппорта и одновременно
гидроцилиндр 1 приспособления. После обкатки горло-
вины основные механизмы машины и приспособления
срабатывают в обратной последовательности.
В результате полной синхронизации работы узлов
обкатной машины и приспособления производительность
машины при совмещении обкатки с раскаткой горловин
на оправке не снижается.
Усилие извлечения оправки из горловины зависит от
конфигурации оправки (цилиндрическая, коническая),
выбора вида и системы подвода смазки, от геометриче-
5*	67
ских размеров горловины, свойств деформируемого мё-
талла и температуры окончания обкатки, от технологи-
ческих параметров процесса. При неправильном выборе
технологических параметров оправка может быть за-
катана в горловину и тогда ее извлечение будет свя-
зано со срезом облойной части металла горловины.
Приближенно усилие извлечения цилиндрической,
оправки из горловины можно определить по зависимо-
сти
Ризел = nd(js (hp. + 1,3 /гобл),	(63);
где d и h — диаметр и высота обкатанной части горло-
вины;
gs — предел текучести деформируемого металла
при температуре извлечения оправки;
h-обл — максимальная высота облоя, срезаемого
оправкой при ее извлечении.
11.	ОБКАТКА ПЕРЕЖИМОВ
Большие технологические возможности открываются
с применением горячей обкатки для получения пережи-
мов в средней части трубы. Применение обкатки пере-
жимов в сочетании с горячим пневмоэкспандироваиием
рами обозначены
метры заготовки
соответствующие
толщины
Рис. 25. Характер распределения не-
талла вдоль образующей пережима
(с внутренней стороны сечения циф-
относительные диа-
d
— , а с внешней —
им относительные
s
стенки — )
So
в разъемной матрице или со штамповкой позволяет по'-
лучать изделия типа шаровых баллонов, фляг, квадрат-
ных, шестигранных и других полых осесимметричных и
несимметричных изделий.
На рис. 25 показан характер распределения металла
вдоль образующей пережима.
Рассмотрим технологию обкатки и калибровки пере-
68
жимов на примере производства полых осесимметрич-
ных изделий шаровой конфигурации с пережимами. Схе-
ма обкатки пережимов дана иа рис. 26. Заготовке 2,
зажатой между задним холостым и передним привод-
ными зажимами 1 и 5, сообщается вращательное дви-
жение вокруг своей оси. Участок трубы, предназначен-
ный для обкатки пережима, в процессе вращения подо-
гревается до ковочной температуры с помощью индук-
Рис. 26. Обкатка пережимов на трубах:
1 — передний зажим; 2 — заготовка; 3 — инструмент; 4 — рычажная
система; 5 —задний зажим
циоииого нагревателя или газовой горелки. Затем через
рычажную систему 4 включается привод поворота инст-
румента 3 (для уравновешивания осевых и радиальных
составляющих сил обкатывают двумя инструментами),
конфигурация и кинематика перемещения которого оп-
ределяют конфигурацию получаемого пережима. Часто-
та вращения заготовки 600—800 об)мин, машинное вре-
мя обкатки составляет 2—-10 сек в зависимости от гео-
метрических размеров заготовки и изделия. Материал
инструмента тот же, что и для горячей обкатки концов
трубчатых заготовок.
Рассмотренный способ обкатки пережимов целесо-
образно применять также для одновременного изготов-
ления двух горловин на заготовках небольшой длины с
последующим разделением изделия по пережиму.
Калибровка тонкостенных изделий с пережимами
сложной формы осуществляется пневмоэкспондирова-
нием по жесткой матрице (технологический маршрут,
см. приложение 5).
69
12.	ОБКАТКА ФЛАНЦЕВ
Фланцы на трубчатых заготовках можно получать
различными способами. Наиболее широко используется
последовательная штамповка конусными пуансонами.
Толщина фланца, полученного таким образом, уменьша-
ется от меньшего к большему диаметру по зависимости
= So ,	(64)
где Dcp и So — средний диаметр и толщина стенки ис-
ходной заготовки;
DT и sT — текущие диаметр и толщина стейки
фланца.
Такое распределение толщины стенки вдоль обра-
зующей фланца во многих случаях не удовлетворяет
требованиям, предъявляемым производством: получению
равностеипых или утолщенных фланцев.
И. И. Соркппым и Е. А. Блпзпюковым (ВНИТИ)
предложен и разработан способ получения фланцев на
Рис. 27. Обкатка флан-
цев с заданной толщиной
стенки
трубах обкаткой, названный ими ротационной штампов-
кой, который позволяет получать на концах трубчатых
заготовок фланцы с заданной толщиной стенки.
Сущность предложенного способа (рис. 27) заключа-
ется в том, что в трубу 2, неподвижно удерживаемую в
цанговом зажиме-матрице 1 станка, путем осевой пода-
чи вводится вращающийся инструмент 3, который фор-
мует и штампует в зажиме-матрице нагретый конец
трубы.
Формующий инструмент (рис. 28) выполнен из из-
носостойкого материала. Основные геометрические раз-
меры инструмента определяются заданными размерами
70
фланца: R$ — наружный радиус фланца; Rau — внутрен-
ний радиус трубы; rG — внешний радиус сопряжения;
Гу~ (0,054-0,10) ReH — радиусы скругления; tnjl= (0,24-
4-0,3) ReH — толщина пластины инструмента.
Используемый для обкатки плоский формующий ин-
струмент имеет преимущества перед пуансоном круглой
формы: достигается локальность очага деформации,
вследствие чего значительно уменьшаются составляю-
щие усилия деформации.
Рис. 28. Геометрические размеры инструмента (а) и флан-
ца (б)
Если при обычной отбортовке круглый пуансон, со-
прикасаясь с торцом заготовки по всей окружности, раз-
дает деформируемый конец по диаметру, что приводит
к утонению стенки, то при обкатке плоским формовате-
лем стенки трубы подвержены не только растяжению в
диаметральном направлении, но и в значительной сте-
пени сжатию в осевом направлении, что способствует
набору металла для образования фланца.
Деформация металла происходит следующим обра-
зом. В процессе вращения и осевого перемещения скруг-
ленная часть формователя размером ReH входит в по-
лость трубчатой заготовки, расширяя ее на участке
радиусом Rg- Когда торец заготовки доходит до плоско-
сти А инструмента, начинается свертка деформируемого
конца. При дальнейшем вращении и осевом перемеще-
71
нин инструмента свернутый кран заготовки упирается в
цилиндрическую часть зажима-матрицы, что препят-
ствует дальнейшему увеличению диаметра фланца, а об-
разовавшийся венчик в виде части полого тора обжи-
мается между плоскостью зажима-матрицы и прогла-
живающей плоскостью А инструмента, вследствие чего
фланец утолщается.
Длина Вф деформируемой части заготовки (вылет)
зависит от заданных геометрических размеров фланца
и определяется из условия постоянства объема: сумма
объемов металла участков / и II (рис. 28, б) приравни-
вается к объему металла цилиндрического участка дли-
ной В$:
Bd, = ——-—— Г0,25 л (2roso—sj) (R— гб —s(—Xc _еЛ +
2/?s0 —55 I	\	2 /
+ So №£-(/? +Го-s0)2]l.	(65)
Расстояние от торца трубчатой заготовки до плоско-
сти матрицы
В' — Вф — Гб So,	(66)
где Хс— расстояние от О до центра тяжести четверти
кольца,
v 2 б, —(re—So)3 sin а
хс = —-------2—-------------------;	(67)
3 гб— (re — so)- а
а — угол, определяющий положение центра тяжести
четверти кольца, в рад.
Описанным способом получают фланцы на трубах
при отношении радиуса фланца к среднему радиусу тру-
бы до 1 <	< 1,7.
Вер
Обкатка равностенных фланцев диаметром 2/?$ =
= 93 мм иа трубах 57x3 мм из стали 20, температура
нагрева обкатываемого конца трубы 1000—1050° С да-
вала удовлетворительные результаты при следующем ре-
жиме:
Частота вращения инструмента в об/мин . . .	270
Скорость подачи формователя в мм/сек ....	6
Максимальное осевое усилие в кге............. 5000
72
13.	СКОРОСТНЫЕ И ЭНЕРГОСИЛОВЫЕ ПАРАМЕТРЫ
ПРОЦЕССА ОБКАТКИ ТРУБЧАТЫХ ЗАГОТОВОК
ИНСТРУМЕНТОМ ТРЕНИЯ
В экспериментальном исследовании скоростных и
энергосиловых параметров процесса обкатки (табл. 1,
схема 8) на трубах 50X1,85—325X24 мм из различных
марок стали накоплен определенный опыт [21, 8, 18, 1],
позволяющий осуществить расчет и проектирование об-
катных машин. Приведем данные исследований, полу-
Рпс. 29. Обкатная машина:
/ — шпиндель; 2 — поворотный суппорт; 3 — инструмент для обкатки днищ
баллонов; 4 — вал-шестерня; 5 — тензометрический динамометр; 6 — датчики
сопротивления; 7 — рейка-плунжер; 5 —домкрат и рычажный динамометр для
тарировки
ценные Южно-Уральским машиностроительным им. Ле-
нина и Ждановским металлургическим им. Ильича заво-
дами на действующем производственном оборудовании.
На рис. 29 показана обкатная машина, на которой
проводилось исследование. Заготовка с нагретым концом
задается в шпиндель 1 машины и зажимается в нем
самоцентрирующим кулачковым патроном так, что на-
гретый конец ее выступает из шпинделя. От электродви-
гателя шпинделю сообщается вращательное движение.
Затем с помощью рейки-плунжера 7 через вал-шестер-
ню 4 приводится в движение поворотный суппорт 2, не-
73
Рис. 30. Приспособления для замера усилий обкатки:
а — инструмент для обкатки днищ н замера составляющих
усилий; б — тензометрический динамометр для контроля
осевой составляющей усилий
сущий на себе инструмент <3 (иа рисунке показано по-
ложение поворотного суппорта, соответствующее концу
обкатки). Для исследований был изготовлен специаль-
ный инструмент (рис. 30, а), состоящий из рабочей ча-
сти 1, установленной посредством стержней 2 на опо-
ру 3, которая закреплена к поворотному суппорту об-
катной машины. Инструмент изготовлен из стали 45 с
последующей наплавкой рабочей поверхности сор-
майтом.
На стержнях 2 наклеивались датчики сопротивле-
ния 4, позволяющие замерять усилия, возникающие в
стержнях при обкатке. Для предохранения стержней с
наклеенными датчиками от воздействия воды, подавае-
мой для охлаждения инструмента, их покрывали эпок-
сидной смолой. Применение такого инструмента позво-
лило замерять нормальное давление металла на инстру-
мент при обкатке днищ на трубах.
В процессе эксперимента с помощью датчиков со-
противления 6 (рис. 29) замеряли крутящий момент на
валу-шестерне, приводящей инструмент в движение; из-
меряли также осевую составляющую усилия обкатки с
помощью тензометрического динамометра (рис. 30,6),
рабочий элемент которого представляет собой кольцо с
наклеенными иа его внутренней и наружной поверхно-
стях датчиками сопротивления. Тензометрический дина-
мометр (поз. 5 рис. 29) закрепляли с помощью шарни-
ров и талрепа (талреп — для регулировки предвари-
тельного натяжения) между станиной обкатной машины
и корпусом поворотного суппорта в вертикальной пло-
74
скости, проходящей через ось шпинделя. С помощью
динамометра фиксировали упругую деформацию стани-
ны, тарированную по осевому усилию (изгиб консольной
части станины относительно сечения А—А).
В качестве усилительной аппаратуры использовали
усилители ТА-5 и «Юный техник», а в качестве реги-
стрирующей —• восьмишлейфовый осциллограф Н102.
Показания всех измерительных приборов записыва-
ли на кинопленку. На пленку записывали также отмет-
ки угла поворота инструмента через каждые пять гра-
дусов. Кроме того, самопишущим ваттметром записы-
вали активную мощность двигателя, приводящего во
вращение заготовку. Температура нагрева перед обкат-
кой фиксировалась оптическим пирометром и составля-
ла в среднем 1150° С. Все измерительные приборы та-
рировали непосредственно на обкатной машине. Для
тарировки инструмента поворотный суппорт был уста-
новлен в положение, показанное на рис. 29. Между тор-
цом шпинделя и инструментом устанавливали винтовой
домкрат и динамометр 8 типа ДОСМ-Ю для регистра-
ции величины усилия. Нагрузка прилагалась в центре
рабочей поверхности инструмента для равномерного
распределения по стержням.
Для исключения влияния перекосов между шпинде-
лем и домкратом, а также между динамометром и ин-
струментом были установлены шарики. При тарировке
формующего инструмента раздельно для всех его стерж-
ней фиксировались отклонения «зайчика» иа экране
осциллографа для исключения возможных ошибок, свя-
занных с разной наклейкой датчиков, с погрешностями
в размерах стержней, а также с различной чувствитель-
ностью вибраторов и каналов усиления. Полученные та-
рировочные графики для всех стержней инструмента
даны на рис. 31,а. Тензометрический динамометр
Рис. 31. Тарировочиые
графики:
о —для стержней инст-
румента 1—4 (см. рис.
30,о); б —для тензомет-
рического динамометра
(см. рис. 30.б); ,v — откло-
нение «зайчика» на
пленке; Nc— тарировоч-
ная нагрузка, приходя-
щаяся на один стержень;
A'z—осевая составляющая
а)	б)
75
I
7
*«w
тарировался после предвари-
тельного растяжения в рабочем
положении путем осевого нагру-
жения шпинделя, как и при тари-
ровке инструмента. Тарнровоч-
пые графики для тензометричес-
кого динамометра приведены на
рис. 31, б. Для замера крутящего
момента па валу-шестерне 4 из-
мерительная схема тарировалась
винтовым домкратом с фиксаци-
ей усилия по динамометру 8 (рис.
29) смещением точки приложе-
ния усилия от оси вращения вал-
шестерни. При исследовании об-
катывали днища на трубах
219x8 и 219X15 мм. Получен-
ная осциллограмма приведена на
рис. 32
Осциллограммы расшифровы-
вали по тарировочным графикам.
Нормальное давление металла на
инструмент определяли как сум-
му усилий, замеренных во всех
стержнях. По результатам изме-
рений были построены графики
изменения силовых параметров
обкатки в зависимости от угла по-
ворота формующего инструмента.
На рис. 33, а, б показано (кри-
вые 1 и 2) изменение нормально-
го давления N иа инструмент при
его повороте для труб 219x8 мм
из стали Ст4 и для труб 219Х
Х15 мм из стали 38ХНМА, тем-
пература обкатки 1150°С, фср =
= 1,5 °/об (кривые 3, 4 — изме-
нение осевых усилий Nz, дейст-
вующих на заготовку, соответст-
венно для труб 219X8 и 219 X
Х15,5 мм; кривые 5 и б — изме-
нение крутящего момента Мдв на
валу двигателя для труб 219 X
Х8 и 219Х 15,5 мм).
76
В результате обработки экспериментальных данных
была определена точка приложения равнодействующей
давления металла на инструмент в любой момент об-
катки, что позволило определить окружное усилие, при-
г)
Рис. 33. Силовые параметры обкатки:
а, б — по данным работы [21]; о, г — параметры обкатки и приспособ-
ление для замера усилий [8]
ложенное к заготовке. Аппроксимацией эксперименталь-
ных данных получена формула
Р = (0,167% — 29 V+ 0,145V) N, (68)
где Р — окружное усилие;
N — нормальное давление металла на инструмент.
Было также установлено, что осевое усилие на за-
готовке с приемлемой для практики точностью можно
определить как проекцию нормального давления метал-
ла на ось заготовки:
A/2 = WsinV	(69)
77
В. И. Залесский, А. Г. Кобелев и Е. А. Колмаков
изучали энергосиловые параметры обкатки для других
размеров труб с применением пион методики экспери-
мента [8]. Инструмент 15 для обкатки смонтирован в
приспособлении, состоящем из корпуса 17, стержня 16,
опирающегося через подшипник 18 на месдозу 19. От
поворота стержень удерживался скользящей шпонкой
21. Нормальное давление металла N иа инструмент вос-
принималось датчиками сопротивления месдозы 19, из-
гиб стержня от составляющих Q и N фиксировался дат-
чиками 20, расположенными в горизонтальной плоско-
сти, а от составляющих Т и N— датчиками, располо-
женными в вертикальной плоскости сечения стержня
(буквами а, b и / обозначены плечи приложения сил).
На рис. 33, в кривые 7, 8 соответствуют изменению
нормальной составляющей N иа инструмент; кривые 9,
10 — изменению составляющей Д; 11, 12 — составляю-
щей Т; 13, 14 — составляющей Q соответственно при об-
катке труб размером 50X1,85 из стали Х18Н10Т при
7 = 950° С, <рСр = 1,75°!об и труб размером 86X6 мм из
стали D при 7= 1160° С, <рср=1,57об.
Равнодействующее усилие Е получено обработкой
данных прямых измерений по зависимости
Е =) '№ -|- Г + Q-.
Данные экспериментальных исследований различных
авторов по определению энергосиловых параметров об-
катки согласуются. Исследования показали, что нор-
мальное давление металла иа инструмент при обкатке
сферических днищ иа трубах одного диаметра прямо
пропорционально изменению толщины стенки; осевое
усилие на заготовке с достаточной степенью точности
можно определять как проекцию нормального давления
на ось заготовки; окружное усилие — по полученной
эмпирической зависимости (68); величина равнодейст-
вующего усилия Е незначительно отличается от вели-
чины нормального усилия М Момент на электродвига-
теле при обкатке горловин в среднем в 1,7 раза больше,
чем момент при обкатке днищ. Наибольшие осевые уси-
лия при диаметре заготовки 219 мм и толщине стенки
15,5 мм, полученные при обкатке днищ, составляют
11 тс, при обкатке горловин— 15 тс, максимальный мо-
мент двигателя в обоих случаях 170 кгс-м.
Дальнейшая интенсификация процесса обкатки до-
78
стнгается применением
двухскоростной схемы
поворота суппорта.
Скоростной режим об-
катки при этом зави-
сит от калибровки
инструмента и при по-
стоянной	скорости
вращения заготовки
определяется диаграм-
мой «угол поворота ин-
струмента /° — время
в сек».
На осциллограмме
рис. 34 показана про-
должительность перио-
дов обкатки ti, to, h и
ti (эти периоды даны
иа рис. 20 и соответст-
вуют повороту инстру-
мента с меньшей, а за-
тем с большей скорос-
тями t\ и /2, выстою
инструмента после об-
катки /3 и возврату его
в исходное положение
ti). Отметкой 1 пока-
заны обороты шпинде-
ля, отметками 2 через
каждые 5° — угол по-
ворота инструмента,
кривой 3 — изменение
осевой составляющей
усилия обкатки Nz,
кривой 4 — изменение
активной мощности
двигателя привода (об-
катка днища на трубе
219X8 мм из стали D
при Т= 1150°С). Из ос-
циллограммы видно,
что с увеличением ско-
рости поворота инстру-
мента (период t2) осе-
79
вая составляющая резко возрастает до максимума
и к концу обкатки, т. е. к концу периода /2, немного
уменьшается, что объясняется значительными упругими
деформациями сферической оболочки обкатанной за-
готовки. Во время выстоя и возврата инструмента в
исходное положение составляющая Nz уменьшается до
нуля. Всплеск кривой иа участке объясняется сгла-
живанием вздутия оболочки (некоторая потеря устой-
чивости оболочки в процессе обкатки), вызванного
осевой составляющей усилия обкатки.
Сравнение данных осциллографнроваиия процессов
с различными скоростными режимами показывает, что
интенсификация скоростного режима обкатки влечет за
собой соответствующее увеличение силовых параметров.
Так, максимальное осевое усилие при обкатке днищ за
12 сек иа трубах размером 210X8 мм из стали D при
Т= 1150°С составляет 4200 кгс, а при обкатке таких же
заготовок по двухскоростному режим)' за 4,4—6,2 сек —
6200—8000 кгс. Экспериментальные данные удовлетво-
рительно согласуются с расчетными. При проектирова-
нии новых технологических процессов обкатки и нового
оборудования расчетные энергосиловые параметры с до-
статочной для практики точностью могут быть опреде-
лены по формулам (37), (51), (52), (55).
14.	ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ ОБКАТКИ И РАСКАТКИ
В качестве инструмента для обкатки и раскатки ли-
стовых и трубчатых заготовок служат оправки, ролико-
вые и безроликовые давильники (инструмент трения,
формователь), ножи для совмещения обкатки с отрез-
кой припуска на обработку.
Конфигурация роликовых оправок определяется пе-
реходными в процессе обработки и заданной конфигура-
циями детали. При обкатке деталей с образующей,
имеющей двойную кривизну, или сужающихся к горло-
вине (пережим) применяют разборные оправки (рис. 35),
которые можно извлекать из обкатанной детали по ча-
стям или из которых можно извлекать деталь (в случае
применения охватывающей оправки).
Конфигурация и рабочий профиль инструмента тре-
ния для обкатки определяются конфигурациями обра-
батываемой заготовки и детали (рис. 36), а также кине-
матической схемой обкатки. ?1а рис. 36, а показан про-
80
Рис. 35. Разборные оправки, применяемые для обкатки:
а — внутренняя, извлекаемая по частям; б — внешняя
стейший и наиболее универсальный инструмент — ролик
с оправкой. Рабочий профиль ролика может быть раз-
личным в зависимости от требований, предъявляемых
к деталям и к механической схеме деформации. Напри-
мер, для получения детали с отдельными участками об-
разующей, полученными сопряжением прямой линии с
дугой заданного радиуса или сопряжением дуг различ-
ных радиусов, применяют ролики с профилем, соответ-
ствующим конфигурации сложного участка образую-
щей. Тогда, обкатка вдоль прямолинейной образующей
осуществляется тороидной частью ролика, обкатка
сложного участка — всем профилем ролика (вырыв А,
рис. 36,а). Радиусы закругления рабочего участка ро-
лика составляют 1,5—25 мм. С уменьшением радиуса
закругления рабочего участка ролика повышается удель-
ное давление его на металл, достигается возможность
проработки узких пережимов при обкатке на оправке.
Однако для сохранения заданного класса чистоты по-
верхности необходимо уменьшать шаг подачи ролика,
что приводит к увеличению продолжительности обработ-
ки и, следовательно, к снижению производительности.
Так, для обкатки цилиндрических деталей диаметром
50—200 мм и толщиной 1,2—3 мм из сплавов АМцАМ,
стали 08кп и 10 кп успешно применяют ролик диамет-
ром 120 мм с радиусом закругления в рабочей части,
равным 8 мм, а для раскатки на оправке деталей из
вольфрама примерно таких же габаритных размеров
радиус закругления рабочего участка ролика принима-
ется равным 4 лм«.
Для обкатки в индивидуальном и мелкосерийном
производствах вместо роликовых оправок иногда приме-
6—405	81
Рис. 36. Конфигурации роликовых и безроликовых инструмен-
тов для обкатки и раскатки
няют стержневые формователи (давильники), показан-
ные на рис. 36, г. При обкатке таким инструментом осо-
бое внимание уделяется правильному подбору (см. § 15)
и подводу к зоне деформации смазки (например, с по-
мощью войлочного ролика, перекатывающегося по по-
верхности обрабатываемого изделия перед зоной дефор-
мации) .
На рис. 36, д представлен водоохлаждаемый роли-
ковый инструмент для обкатки и калибровки по наруж-
ному диаметру горловин на концах трубчатых заготовок.
Такой инструмент применяют при горячей обработке
металла, он имеет ограниченные технологические воз-
можности: не позволяет управлять набором металла в
процессе обкатки.
На рис. 36,6 показан инструмент трения и на
рис. 36, в — роликовый инструмент, применяемый для
82
производства полых периодических профилей на стане
поперечно-винтовой обкатки (см. § 29). Инструмент тре-
ния имеет форму бруса, рабочая часть которого накло-
нена к образующей заготовки под углом уь Для обкат-
ки профилей с переменным углом конуса полирующий
участок скругляется радиусом ри. При постоянном угле
конуса изделия более высокая чистота обработки по-
верхности обкатанного профиля достигается, если ка-
либрующий участок выполнен с наклоном к образующей
заготовки под углом у2 (рис. 36, в).
Радиусы захода ри и скругления р' (рис. 36,6, в), от
которых зависит чистота поверхности готового изделия,
являются функцией скоростных и геометрических пара-
метров процесса. При обкатке трубчатых заготовок в
горячем состоянии минимальное значение радиуса за-
хода определяется зависимостью
15а/	1	, ,	, ,	\
Ри > ----- —-----—------htgY1 + tgy2 ,
«	\ tgYi + tgya	/
где v — продольная составляющая скорости перемеще-
ния очага деформации в мм/сек-,
п — окружная частота перемещения очага дефор-
мации в об/мин-,
Yi — угол между образующей обкатываемой заго-
товки и образующей заходного конуса инстру-
мента или рабочей плоскостью инструмента в
случае применения инструмента трения;
?2 — угол конусности изделия.
Основные размеры такого инструмента:
высота и длина рабочего профиля
hp.n = бп + (5 н- 25) мм;	(70)
ширина инструмента
Ьи = ри+-^->	(72)
tg Yi
длина инструмента с учетом возможности его креп-
ления
/„ = (0,5 ^1,2) D,
где — полное обжатие заготовки, равное разности на-
ружных диаметров заготовки до и после об-
катки;
6*
83
pu — радиус полирующего участка;
D — наружный диаметр исходной заготовки.
Радиус сопряжения полирующего и рабочего уча-
стков
р' = (0,3 1,2)	30.	(73)
п cos у2
При проектировании инструмента с конусным или
плоским полирующим участком (рис. 36, в) длина поли-
рующего участка должна быть
,	ЗОи
41. у &
п COS у 2
Для горячей обкатки сферических, эллипсоидных, па-
раболоидных, плоских и ступенчатых днищ, а также
горловин на концах трубчатых заготовок целесообраз-
нее применять инструмент трения (рис. 36, ж). Методи-
ка калибровки такого инструмента описана в гл. IV на-
стоящей книги.
Широкое применение для обкатки может найти сек-
ционный инструмент трения, позволяющий заменять наи-
более изнашиваемый или наиболее ответственный уча-
сток калибра, например полирующий участок инстру-
мента для обкатки горловин, а также позволяющий
формовать профили сложных конфигураций.
В качестве раскатного инструмента при холодной
раскатке тонкостенных трубчатых заготовок иа
широко применяются шарики, собранные в
(рис. 36, е). Их радиус можно определить по
мости
оправке
обойму
зависи-
(75)
где — абсолютное обжатие;
рги—радиус шарика;
аш— угол входа.
При назначении режима раскатки шариками на оп-
равке без промежуточного отжига относительное обжа-
тие должно составлять 40—80% предельно допустимой
степени деформации раскатываемого металла. Угол вхо-
да аш для большинства металлов на основании опытных
данных рекомендуется принимать не более 20—25°.
Количество шариков в обойме должно быть макси-
мальным, ио таким, чтобы при раскатке детали мини-
мального диаметра зазор между ним был не менее
84
(76)
,0025 рш
0,005 рш. Из этого условия максимальное количество
шариков [25]
/?гтах —
a res in
d Pin
При выборе материала для изготовления обкатного
и раскатного инструмента следует исходить из того,
чтобы он хорошо противостоял схватыванию с материа-
лом обкатываемых деталей, а инструмент был дешевым
и имел высокую износостойкость. Не менее важным яв-
ляется правильный выбор режима термообработки ин-
струмента, от которого зависят механические характе-
ристики и структура металла.
В табл. 4 приведены рекомендуемые материалы для
изготовления основных деталей инструмента и требуе-
мая его твердость после термообработки.
Инструмент трения эффективно изготовлять литьем
из твердых сплавов типа стеллитов и стеллитоподобных
сплавов. Исходными продуктами при изготовлении
твердых сплавов типа стеллитов служат металлический
вольфрам (или отходы металлокерамических сплавов),
хром, кобальт или никель, активированный уголь и
флюс (стекло), а для стеллитоподобных сплавов (сор-
майта) — феррохром, ферромарганец, ферросилиций,
никель, железный и чугунный лом, активированный
уголь и флюс (стекло). Плавят в индукционных печах
тигельного типа с кислой футеровкой при температуре
1500—1600° С, литье — в кокили, нагретые до 400° С.
Заслуживает внимания применение наплавки рабо-
чих поверхностей инструмента. В этом случае инстру-
мент изготовляют из стали 45 (ГОСТ 1050—60), а его
поверхность наплавляют при горячей обкатке электро-
дами из стали 3X13, что обеспечивает твердость на-
плавленного слоя RC 50—53, и при холодной обкат-
ке — электродами из стали 2X13 (HRC 47—50). На-
плавляют также сормайтом № 2 с последующим
отжигом, закалкой и отпуском.
Наплавленные поверхности обрабатывают абразив-
ным инструментом. Припуск на обработку наплавленно-
го металла должен быть не менее 1,5 мм. Наплавкой
можно восстановить изношенный инструмент.
Чистота обработанной поверхности оправок, роликов
и инструмента трения зависит от условий деформации
85
Таблица 4
Наименование и назначение инструмента	Рекомендуемые материалы		Твер- дость НС
	Марка	ГОСТ	
Давильники роликовые для обкатки	Сталь У10А	гост	59—61
В холодном состоянии Давильники роликовые для нака-	Сталь Х12М Сталь Х6ВФ Сталь	1435—54	
тывания точного профиля в хо- лодном состоянии	Х12Ф1	ГОСТ 5950—63	58—60
Давильники роликовые для обкатки	Сталь 7X3		60—62
в горячем состоянии			
Давильники роликовые для очень тяжелых условий работы при	Сталь ЗХ2В8Ф		58—60
высоких температурах			
Оправки для обкатки	Чугун	ГОСТ	47—52
Инструмент трения в нндивпдуаль-	СЧ 32—52	1412—70	
ном производстве для горячен			
обкатки	Чугун СЧ 32-52		47—52
Ножи для горячей обрезки торцо- вого припуска в мелко-и средне-	Сталь Р18	ГОСТ 5952—63	63—65
серийном производствах			
Инструмент трения в массовом про-	Бидулоидная сталь1		СО О Й
изводстве и для горячей обрезки	или сплав	следующе-	S S
торцового припуска	го химического сос-		е; *
	тава (в	о): 1.2-	5 °
	1,8 С; 0	,2—0,6 Si;	а ® о.
	0,2—0,6 Мп; 15—17		Ж S
	Сг; до	1,9 Ni;	
	0,055 S и	Р; до 0,3	Дх s-
	Мо	и Со	
Держатель формователя и другие детали	Сталь Ст4	ГОСТ 380—71	—
1 Применяют также высокохромастые износостойкие, тепло-и коррозионноус-
тойчивые чугуны, сохраняющие механические свойства до 600э С, следующего
химического состава:
а) 1.8-2,2% С; 0,2-0,4% Si; 0,6-0,8% Мп; 30-34% Сг; 4,4—4,6 % Ni;
до 0,05% Р и S;
б) 2,4% С; 1,2—1,3% Si; 0,4—0,5% Мп; 32—35% Сг, до 0,05% Рн S.
металла и требований, предъявляемых к внутренним
и наружным поверхностям получаемых деталей. Обычно
для обкатки и раскатки роликами и шариками в холод-
ном состоянии ролики и оправки обрабатывают до
8-го класса чистоты, рабочие участки роликов — до
10-го.
86
Чистота рабочей поверхности роликов для обкатки
металла в горячем или подогретом состоянии (вольфрам
и молибден в связи с их хладноломкостью обрабатывают
с подогревом до 700—900° С) должна соответствовать
3—8-му классам. Рабочую поверхность инструмента тре-
ния для обкатки трубчатых заготовок в горячем состоя-
нии обрабатывают абразивным инструментом до 2—6-го
класса чистоты. Рабочие поверхности ножей для совме-
щенной обрезки припуска на обрезь с обкаткой (рабо-
та по принципу фрикционно-механического врезания)
обрабатывают до 4-го класса, нерабочие плоскости но-
жа— до 1-го, совсем не обрабатывают после литья или
ковки.
15.	ИЗНОС И СМАЗКА ИНСТРУМЕНТА,
НАЛИПАНИЕ НА НЕГО МЕТАЛЛА
Качество и себестоимость выпускаемой продукции,
получаемой обкаткой и раскаткой, в значительной сте-
пени связаны с износом инструмента и контактирующе-
го с ним металла.
Современное представление о природе трения и изно-
са в области обработки металлов давлением наиболее
полно отражено в монографиях [17, 30]. Различают сле-
дующие специфические виды износа, вызванные тре-
нием.
Микрорезание: механическое вдавливание частиц из-
носа металла в микроиеровности металла и срезание их.
При холодной раскатке процесс микрорезания вызыва-
ется главным образом частицами металла, налипшими
иа инструмент в результате схватывания.
Глубинное вырывание: механизм такого износа при-
ближенно представляется как ряд процессов — разру-
шение смазочной пленки, образование прочной связи
между двумя поверхностями при наличии отрицательно-
го градиента механических свойств по глубине от по-
верхности трения. Процесс глубинного вырывания с раз-
витием переходит в схватывание, поэтому его следует
приостановить вначале, для чего необходимо правильно
подобрать материал инструмента (повышенной твердо-
сти карбидного или карбидосодержащего класса) и по-
верхностно-активные смазки.
Атомарный износ: его доля в износе трущихся пар
невелика; он представляет собой замещение атома кри-
сталлической решетки одного металла трущейся пары
атомами другого металла.
87
Схватывание: механизм износа за счет сваривания
трущихся пар по микронеровностям с последующим вы-
рывом или микросрезом по сваренным участкам. Схва-
тывание частиц деформируемого металла с металлом
инструмента может происходить при холодной и горя-
чей обработке металлов.
Окислительный износ представляется последователь-
ным образованием, разрушением и выносом окислов из
контактной зоны. Этот вид износа особенно проявляет-
ся при горячей деформации металла с большими скоро-
стями скольжения без смазки в окислительной атмос-
фере.
Тепловой износ связан с термическим размягчением
и оплавлением поверхностных слоев. Такой вид износа
наблюдается при горячей обкатке инструментом трения.
Развитие теплового износа сопровождается усилением
процесса схватывания по большим площадям, что при-
водит к налипанию металла иа инструмент и к образо-
ванию брака.
Абразивный износ вызывается воздействием посто-
ронних твердых частиц, в том числе некоторыми про-
дуктами износа — окислами, карбидами. При горячем
деформировании трубчатых заготовок абразивным ма-
териалом является печная окалина.
Осповидный износ и развитие сетки трещин: эти про-
цессы износа определяются главным образом усталост-
ным разрушением, зависящим от удельных контактных
давлений металла иа инструмент, скорости скольжения,
количества циклов нагрузки—разгрузки, количества и
градиента теплосмеи, вызывающих появление сетки раз-
гара.
Все перечисленные механизмы износа в той или иной
степени проявляют себя одновременно, развиваются и
угасают в зависимости от физических условий, создав-
шихся на пограничных поверхностях.
К большим осложнениям технологического процесса,
особенно при горячей обкатке инструментом трения,
приводит схватывание по большим площадям деформи-
руемого металла с металлом инструмента. Это вызы-
вает налипание металла на инструмент, изменяющего
его профиль и приводящего к срезу поверхностного слоя
деформируемого металла со снятием стружки.
Развитие схватывания и сварки трением протекает в
три стадии [17]. Первая стадия характеризуется явле-
88
ниями внешнего трения (сухого и граничного) на кон-
тактирующей в процессе относительного скольжения
паре, при этом по данным В. И. Билля выделяется око-
ло 1 % теплоты. Во второй стадии нагреваются поверх-
ностные слои контактирующих пар и появляются очаги
схватывания. В этой стадии выделяется до 12% тепло-
ты. Для третьей стадии характерно большое выделение
теплоты (87%), механическое разрушение и удаление
всех загрязнений, имеющихся на контактных поверх-
ностях, оплавление и пластическая деформация свари-
ваемых контактных поверхностей.
Возникновение и развитие процесса схватывания за-
висят от следующих основных факторов:
внешних механических воздействий-—линейной ско-
рости скольжения деформируемого металла по инстру-
менту, давления металла на инструмент, продолжитель-
ности контактирования, вибрации, температуры и усло-
вий теплоотвода;
среды, в которой происходит трение сопряженных
поверхностей (жидкой, газовой, твердой);
свойств металлов, составляющих контактную пару,
методов их обработки.
На развитие процессов схватывания влияет также
масштабный фактор. Схватывание в основном является
процессом образования металлических связей между
сопряженными поверхностями металлов, однако в про-
цессе схватывания возникают и другие, менее прочные
связи. Как правило, пары металлов, плохо свариваемые
электрической и газовой сваркой, хорошо противостоят
схватыванию и сварке трением. Кроме физического
сродства металлов на схватывание большое влияние
оказывают адсорбционные пленки, разделяющие сопря-
женные слои металла.
Результаты многочисленных исследований явлений
износа, в том числе явлений схватывания и сварки тре-
нием в деталях машин и в обработке металлов давле-
нием, позволяют наметить следующие основные преду-
предительные мероприятия:
конструктивные, связанные с изменением конструк-
ции изделий и параметров машины—скорости сколь-
жения, нагрузки, системы подвода смазки;
эксплуатационные — соблюдение строгой технологии
обработки металла, своевременный ремонт инструмента
и оборудования и т. д.;
89
технологические, связанные с правильным выбором
материала инструмента, подбором и дозированием смаз-
ки, охлаждением инструмента и т. п.
Конструктивные мероприятия могут учитываться при
проектировании новых машин и изделий, получаемых
обкаткой и раскаткой. При уже сложившемся производ-
стве проведение таких мероприятий весьма сложно.
Остальные мероприятия — наиболее доступны и эффек-
тивны при сложившемся производстве.
Износ калиброванного инструмента трения изучается
сравнением профилограмм инструмента до работы и на
промежуточных этапах его работы (износа).
В первом приближении можно принять допущение о
том, что накопленный износ инструмента в любой фик-
сированной точке определяется зависимостью
ь
h = [ \dL Д' L,	(77)
о
где L — протяженность пути скольжения заготовки по
инструменту;
Д — интенсивность износа за единицу пути;
Д' — среднее значение Д за период времени Т.
Из рассмотрения кинематики изменения очага де-
формации при обкатке трубчатых заготовок по схеме на
рис. 17 с учетом режима обкатки и заданной калибров-
ки инструмента получена зависимость для определения
накопленного износа в любой точке инструмента
h = Д' —	(78)
<Р
где rm — радиус диаметрального сечения заготовки,
проходящего через рассматриваемую точку;
pm — горизонтальная проекция радиуса вращения
рассматриваемой точки инструмента;
К =-----------степень обжима рассматриваемого сечения
Гщ
за один оборот заготовки.
Приведенная зависимость позволяет анализировать
износ инструмента и строить его профилограммы из ус-
ловия минимального износа калибрующих сечений.
Материал инструмента. На основании сказанного об
износе инструмента и налипании деформируемого ме-
90
таяла на инструмент, были обобщены материалы, реко-
мендуемые для изготовления деталей инструмента для
обкатки и раскатки (см. табл. 4).
Смазки и покрытия. От правильного выбора смазки
и метода ее нанесения на инструмент и заготовку во
многом зависит эффективность процессов обработки ме-
талла давлением. Многочисленные исследования поз-
воляют рекомендовать для снижения износа и налипа-
ния металла на инструмент при обкатке и раскатке раз-
личных металлов составы смазок, приведенные в табл. 5.
Таблица 5
Наименование материала	Состав смазки и ГОСТ на ее составляющие компоненты	Содержание компонентов (в % по массе)	Примечание
Сталь нпзко- углеродистая Алюминий и его сплавы	Масло индустриальное 20, 1707—51 Смазка (солидол синте- тический), 4366—64 Графит П, 8295—57 Сера, 127—64 Спирт этиловый техни- ческий, 8313—60 Вода промышленного назначения	20 40 20 7 1 12 33 1,5 1,2 45,0 5,6 0,7 13,0 80 20 99 0,3	Серу раство- рить в веретен- ном масле при температуре 160° С Смазка легкс удаляется. При- меняется для тя- желых работ Содержание графита зависит от характера вы- тяжки
	Масло индустриальное 20, 1707—51 Масло касторовое суль- фированное, 6990—54 Рыбий жир, 1304—60 Мел, 1498—64 Кислота олеиновая тех- ническая, 7580—55 Натр едкий техничес- кий, 2263—71 Вода промышленного назначения		
	Тавот Графит П, 8295—57 Машинное масло № 6 с графитом Водные	коллоидные растворы суспензии глии. Вода промышленного наз- начения Сода кальцинирован- ная, 5100—64		
91
Продолжение табл. 5
Наименование материала	Состав смазки и ГОСТ на ее составляющие компоненты	Содержание компонентов (в % по массе)	Примечание
	Мыло хозяйственное Глина	0,35 0,35	
Латунь, медь и бронза	Сода кальцинированная, 5100—64 Мыло хозяйственное Масло	конопляное, 8989—59 Кислота олеиновая тех- ническая, 7580—55 Вода промышленного назначения	0,01 0,8 0,15 0,12 Осталь- ное	Для наиболее тяжелых работ содержание мыла может быть уве- личено до 10%
Нержавеющая сталь	Кашеобразная смесь во- ды с графитом		Содержание графита зависит от характера де- формации и спо- соба подвода смазки
Титановые сплавы ВТ-1 и ВТ-5. Обработ- ка без подогре- ва и с подогре- вом	Коллоидно-графитовые препараты водные В-0 и В-1, 5245—50 Лак	термостойкий КО-815, ГОСТ 11066—64		Наносят на поверхность за- готовки кистью пли пульвериза- тором. Сушка при 20° С в те- чение 15—20 се-
Никель и его сплавы	Эмульсол, 1975—53	100	—
Примечание. В зависимости от способа подвода приведенных в таблице
смазок их консистенцию можно изменить за счет добавок наполнителя: графита,
талька, мела, измельченной слюды и т. д.
Смазки наносят распылением — вручную или авто-
матически, перед деформацией и в процессе ее с по-
мощью войлочных валиков, перемещающихся перед рас-
катными роликами, поливкой обрабатываемых изделий
и дозированных впрысков в зону деформации, окуна-
нием в эмульсии и суспензии, иногда с последующей
сушкой заготовок.
На рис. 37 изображена установка, предназначенная
для холодной раскатки трубных заготовок из сплава
Nb—IZr со смазкой участка деформируемой поверхно-
сти заготовки с помощью губчатых валиков 4, сидящих
92
на полых осях 3, которые закреплены с помощью крон-
штейнов 1 на державках 6. Смазка подводится через
полые оси 3.
При обкатке трубчатых заготовок в горячем состоя-
нии более эффективно применение консистентных сма-
зок. На рис. 38 показано приспособление для дозиро-
ванного подвода маслографитиой
или другой конси-
стентной смазки
в зону деформации
при горячей обкат-
ке горловин на труб-
чатых заготовках.
Приспособление 3
для подво да смазки
устанавливают меж-
ду держателем 4
формующего инст-
румента и самим
Рис. 37. Раскатка труб-
ной заготовки роликами
с подводом смазки через
губчатые валики:
/ — кронштейн; 2 — рабочие
ролики; 3 — осн губчатых
валиков; 4 — губчатые ва-
лики; 5 — шпиндель; 6 — дер-
жавки роликов
инструментом 1 таким образом, что смазка заклинива-
ется между ним и обкатываемой заготовкой 2.
Приспособление (рис. 38, б) представляет собой
квадратную планку с подводящим и питающими отвер-
стиями и с козырьком, обеспечивающим направленное
выдавливание смазки. Чтобы избежать смятия приспо-
собления заготовкой в процессе обкатки, его устанавли-
вают так, чтобы козырек был расположен иа 1,5—2 мм
ниже уровня нижнего участка рабочей поверхности ин-
струмента. Смазку к приспособлению, перемещающе-
муся вместе с инструментом, подводят с помощью гиб-
кого маслостойкого шланга.
Широко применяют при горячей обработке металлов
давлением маслографитные смазки. Однако их приме-
нение все более ограничивается санитарно-техническими
условиями работы.
93
В настоящее время получают распространение без-
дымные иевыгорающие смазки. Г. И. Михайленко и
И. С. Горбань [19] рекомендуют применять бездымную
смазку следующего состава: 28% углекислого лития,
14% муравьино-кислого лития, 25% коллоидного графи-
та, 28% воды, 5% вторич-
ных алкилсульфатов. Такая
смазка может быть успешно
применена при горячей об-
катке, а также при раскат-
ке трубчатых и плоских за-
готовок. Особое место среди
смазок занимают фосфат-
ные смеси, которые мож-
4 5 2 1 а)	1
|А 7 А-А _______________________________
Рис. 38. Подвод консистентной
смазки в зону деформации при
горячей обкатке (а) и приспособ-
ление для направленного подвода
5)	этой смазки (б)
ио наносить в виде порошков и вязких водных раство-
ров, в том числе в составе разнородных смесей.
В работе [30] сообщается об эффективном применении
фосфатных смазок для покрытия дорна при прошивке
заготовок из стали Х18Н9 при 1270—1300°С на стане
косой прокатки, при прошивке на прессах, прессовании
прутков цветных металлов и т. д. Действие такой смаз-
ки после разового нанесения сказывается иа сотнях опе-
раций. Типичной смесью иа фосфатной основе является
10—15%-ный фосфатный раствор с 5—15% слюды.
Для повышения антикоррозийных и смазочных
свойств в состав смазок иногда вводят небольшие до-
бавки щелочи (до 0,5%) и буры (до 2—2,5%). Для об-
катки и раскатки трудиодеформируемых металлов при
высоких температурах и давлениях применяют смазку
следующего состава (в частях по массе): стеклопоро-
шок 3, нитролак 2, ацетон 1.
В качестве активной составляющей многих смазок
очень эффективно использование дисульфида молибде-
на, соли, соды, в качестве наполнителей — талька, слю-
ды, графита и в качестве носителя — воды и масла.
ГЛАВА III
ТЕХНОЛОГИЯ ОБКАТКИ И РАСКАТКИ ПЛОСКИХ
И ТРУБЧАТЫХ ЗАГОТОВОК РОЛИКОВЫМИ
ДАВИЛЬНИКАМИ
16.	ФОРМОИЗМЕНЕНИЕ ПРИ ОБКАТКЕ
Наиболее характерные схемы обкатки роликовыми
давильииками приведены в табл. 1. Обкатку можно вы-
полнять по внутренней оправке (схема 25), по внешней
оправке (схема 26) и без оправки (схема 28), если за-
готовка достаточно жесткая. Эти способы применяют
для получения отдельных деталей типа тел вращения с
узкими горловинами и пережимами, для проглаживания
поверхности полых деталей после ступенчатой вытяжки
в штампах, для завивки краев, для накатки резьб и
гофров.
Обкатка роликами хорошо совмещается с обрезкой
торцового припуска. Для обкатки применяют круглые
и квадратные штучные заготовки из листового металла,
а также различной формы трубчатые заготовки. При не-
значительном утонении размер заготовок определяется
из условия равенства площади поверхностей заготовки
и детали, причем в поверхность детали включается при-
пуск на обрезь.
Режимы обкатки некоторых деталей, применяющиеся
на практике, приведены в табл. 6. Предельно допусти-
мое обжатие за одну операцию определяется главным
образом свойством материала, относительной толщиной
стенки заготовки -^-100%, формой образующей и ха-
рактеризуется коэффициентом вытяжки по наибольшему
диаметру, предельное значение которого тпред =	=
=0,2-ь0,3, а по переходам ~ , т2 = и т. д.
(рис. 39).
95
Таблица 6
Толщина деформи- руемого металла В ЛГАС	Деталь		Частота вращения шпинделя в об/мин	Линейная скорость обкатки в м/мин
	Материал	Диаметр в мм		
0,8	Сталь холоднока-	180	1000	570
3,2		460	325	470
3,2	таная	640	242	485
0,2 0,2	Сталь нержавею-	380 920	525 375	690 1080
2,5	щая	450	500	700
0,8		150	1225	580
2,5	Алюминий	360	525	600
6,5		3660	112	1300
0,4		125	1225	480
1,0	Медь	230	1000	720
1,6		360	575	650
0,8		180	1000	570
2,5	Латунь	610	450	860
4,8		1800	242	1360
1,6	Сплав магния	300	800	750
1,5	Вольфрам и молиб-	150	250	НО
3,3	ден (с нагревом до 700—980° С)	200	200	125
Цилиндрические детали обычно обкатывают при отно-
шении — = 0,6	0,8 в зависимости от относительной тол-
D
щины стенки. Меньшие значения — при относительной
толщине стенки 100 = 2,5%,а большиепри— 100 =
— 0,5 %.
Обычно при обкатке из листа донная часть детали
формуется на первом переходе, затем раскатка ведет-
ся перемещением давильного ролика вдоль образующей
конусной оправки от дна к краю. Изделия сложной кон-
фигурации можно обкатывать на одной оправке за не-
сколько проходов давильного ролика на отдельных
участках. Детали относительно большой высоты и дета-
ли цилиндрической формы обкатывают за несколько
операций с изменением угла конусности примерно на 20°
96
за одну операцию. Вогнутую донную часть получают ре-
версивной обкаткой (вторая операция на рис. 39).
Число переходов зависит от ——отношения высо-
d
ты готового изделия к максимальному диаметру пере-
хода:
До 1,0	1,1—1,5 1,6—2,5 2,6—3,5 3,6—4,5 4,6—6,0
Число
пере-
ходов 1	1—2	2—3	3—4	4—5	5—6
При обкатке толстостенных за-
готовок, заготовок из трудноде-
формируемых металлов и спла-
вов, а также в отдельных случа-
ях при обкатке без оправок, для
снижения усилия деформирова-
ния, сохранения жесткости заго-
товки и создания локальной плас-
тической зоны применяют мест-
ный предварительный нагрев за-
готовок на установках т.в.ч., в
печах или совмещают его с об-
каткой. Для этого применяют
обычные газосварочные инжек-
торные горелки, которые закреп-
ляют на суппорте обкатной уста-
новки и перемещают вместе с ро-
ликом, или специальные много-
сопловые горелки.
Трубчатые заготовки при об-
катке роликами деформируются
чаще всего без оправки с предва-
рительным или совмещенным с
обкаткой нагревом деформируе-
мой части заготовки (табл. 1,
схема 28). Ролик при этом нес-
Рис. 39. Переходы при
обкатке цилиндричес-
кого стакана с вогну-
тым дном:
D — диаметр заготовки;
dmin — наименьший диа-
колько раз перемещается вдоль метр конуса
образующей от большего к мень-
шему диаметру деформируемой заготовки. Применением
узкого ролика для обкатки достигается предельная ло-
кализация очага деформации, что приводит к значитель-
ному снижению усилий деформирования. Это позволяет
7—405
97
при единичном и мелкосерийном производстве использо-
вать для обкатки существующие металлообрабатываю-
щие станки небольшой мощности.
Конечное распределение металла вдоль образующей
во многом зависит от геометрических размеров исход-
ной и конечной форм заготовки, от свойств материала,
температурного и скоростного режимов обкатки, шири-
ны и и диаметра ролика, смазки. Характер же распреде-
ления металла вдоль образующей изделия близок к изо-
браженному на рис. 10.
17.	ФОРМОИЗМЕНЕНИЕ ПРИ РАСКАТКЕ
Особенности формоизменения металла обусловлены
сложностью механизма деформации. При раскатке ко-
нусов толщина стенки конусной детали вдоль образую-
щей изменяется по закону, описываемому зависимостя-
ми (1) и (Г).
В случае миогопереходной раскатки зависимость (1)
запишется так:
sx = s0 sin с^;
s2 = s0 sin a2;
(79)
S/i — So sin CCfi-
Обозначив относительное обжатие по операциям
Б1 == s° S1  е2 =	и т. д.,	(80)
So	Sj
получим значение угла конусности а иа n-й операции
an = arcsin (1 — 80 (1 — е2) ... (1 — еп). (81)
Теоретически и практически угол при вершине кону-
са оправки 2а на первой операции не может быть мень-
ше 60°. Если принять предельное значение а=30°, то из
зависимости (1) следует, что ei = 0,5.
Относительное обжатие по стенке на каждой из опе-
раций рекомендуется принимать не более 0,5. Тогда до-
пустимый угол при вершине конуса иа втором переходе
будет получен из формулы (81)
02 = arcsin (1 — 0,5) (1 — 0,5) « 14° 30',
98
а на третьем
<z3 = arcsin (1 — 0,5) (1 — 0,5) (1 — 0,5) « 7° 10 .
Ниже приведен примерный режим раскатки.
Смазка ............................Суспензия	коллоид-
ного цинка и др.
Среднее давление в кгс/мм2....... 2,5—2,8
Наибольшая толщина материала в мм	25,4
Наибольший диаметр изделия	в льи	1000
Наименьший угол конуса в °	...	.	30
Наибольшая линейная скорость
в м/мин....................... 300
Подача в мм/об............. 0,012—2,00
Охлаждение.................... Водой
Размеры заготовки для обкатки определяют из ус-
ловия постоянства объема с учетом изменения толщины
стенки по закону синуса.
18.	ОБКАТКА И НАКАТКА РЕЗЬБ
Процессы обкатки и накатки резьб различного про-
филя и с различным шагом широко распространены в
современном машиностроении. Известно несколько спо-
собов накатки резьб на полых изделиях.
Способ накатки (табл. 1, схема 27 иа рис. а) с по-
мощью оправки с резьбовым профилем и широкого ро-
лика с резьбой (до 5—7 ниток) приводит к значительно-
му утонению металла, так как в процессе деформации
средний диаметр и высота заготовки остаются постоян-
ными, а длина образующей увеличивается за счет тол-
щины стенки детали. Предельным условием возможности
применения этого способа будет ер^епрео- Поэтому
указанный способ применяют только для накатки мел-
ких резьб. Диаметр оправки принимается меньше внут-
реннего диаметра готовой детали, что облегчает ее
съем с оправки. Диаметр накатного ролика может при-
ниматься больше диаметра оправки в кратное число раз.
Во столько же раз должна быть уменьшена его окруж-
ная скорость и увеличено число заходов резьбы, что
обеспечивает равенство углов наклона винтовых линий
и линейных скоростей ролика и оправки в зоне дефор-
мации.
Более крупные резьбы накатывают узким роликом с
рабочим профилем, соответствующим одной впадине
резьбы. Тогда, в процессе вращения оправки ролику со-
7*	99
общается поступательное перемещение вдоль оси винта
со скоростью, соответствующей шагу резьбы за один
оборот оправки. При накатке резьбы на полой заготовке
узким роликом заготовка немного укорачивается. Ее
недеформированный конец при этом скользит вдоль оп-
равки. Готовая деталь свинчивается с оправки (с мет-
чика).
Представляет интерес глубокая накатка гофрирован-
ных труб при помощи шнека и патрона с переменным
шагом винтовой линии (табл. 1, схема 27 на рис. б). По
этому способу трубы накатывают при одинаковом числе
оборотов шнековой оправки и обоймы с роликами, вра-
щаемыми в одну сторону. При этом заготовка не враща-
ется, а лишь перемещается поступательно, сползая с
оправки.
Широкое применение для внутренней и наружной на-
катки резьб без оправки получили роликовые накатные
головки различных вариантов, представляющие собой
обоймы с вмонтированными в них регулируемыми или
нерегулируемыми роликами [20].
Для получения винтов неограниченной длины с круп-
ным шагом резьбы все более широкое применение на-
ходит поперечно-винтовая прокатка (табл. 1, схема 17)
с винтовой калибровкой валков.
Поскольку основные технологические вопросы обкат-
ки, накатки и прокатки резьб достаточно полно освеще-
ны в специальной литературе [4, 20], укажем далее лишь
на перспективы совмещения обкатки и накатки резьб с
рассмотренными выше способами получения полых осе-
симметричных изделий, а также на возможности ис-
пользования обкатных и раскатных машин для обкатки
и накатки резьб.
При обкатке трубчатых заготовок в горячем состоя-
нии запас технологической теплоты, как правило, доста-
точен для того, чтобы, не извлекая деталь из шпинделя
обкатной машины, накатать резьбу на заданном участ-
ке заготовки. Наиболее подходящими инструментами
для этого будут роликовые накатные головки, отрегули-
рованные на накатку резьбы заданного профиля. Для
совмещения других известных способов накатки резьбы
на трубчатых заготовках с обкаткой на обкатных ма-
шинах, например с обкаткой на машине с тангенциаль-
ной подачей инструмента, следует установить жесткую
кинематическую связь между приводами шпинделя и
100
поперечного суппорта, так как при обкатке без накатки
резьбы указанные приводы кинематически не связаны.
То же можно сказать и о стане поперечно-винтовой
обкатки труб конструкции Всесоюзного научно-исследо-
вательского трубного института. Включение после окон-
чания обкатки жесткой кинематической связи между
приводами шпинделя и каретки, перемещающей инстру-
мент, при соответствующей калибровке инструмента
обеспечит накатку крупной резьбы на трубах.
19.	ОСОБЕННОСТИ ОБКАТКИ И РАСКАТКИ ИЗДЕЛИЙ
ИЗ ТУГОПЛАВКИХ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ
Полые осесимметричные изделия из тугоплавких ме-
таллов: молибдена, ниобия, хрома, вольфрама, тантала
и сплавов на их основе — находят широкое применение
в новой технике.
Технология обработки давлением тугоплавких метал-
лов и сплавов в связи с их особыми физическими и хи-
мическими свойствами (табл. 7) имеет ряд особенностей,
отличающих ее от технологии обработки конструкцион-
ных сталей. Основной ее особенностью является высо-
кая температура начала и конца деформации, когда
металл находится в однофазном состоянии, так как де-
формация отдельных кристаллитов протекает более рав-
номерно при гомогенной структуре.
Так как для большинства тугоплавких металлов ра-
створимость в них различных газов из атмосферного
воздуха начинается уже при нагреве до температур
200—400° С, то для защиты поверхности металла от
окисления и насыщения газами нагрев, а в некоторых
случаях и деформацию проводят в вакууме, в нейтраль-
ных или других контролируемых средах или создают ло-
кальную защиту нагреваемой и деформируемой заго-
товки.
В некоторых случаях защита нагреваемого и дефор-
мируемого металла и сплава от контакта с атмосферой
достигается применением особой технологии. Например,
А. Д. Кирицев для получения днищ и горловин на кон-
цах трубчатых заготовок из металлов, интенсивно по-
глощающих газы (титана, ниобия, сплавов на их осно-
ве и др.), рекомендуется обжим с электроконтактным
нагревом очага деформации (табл. 1, схемы 22, 23).
101
Свойства тугоплавких металлов и сплавов	W
Температура в °C:	
плавления 		3380
рекристаллизации . . .	1500
начала	интенсивного окисления 		600—700
плавления окислов	1500
Теплопроводность в кал/(см- сек-°С) 		0,48
Модуль упругости Е-103 кгс! мы-		41,5
Предел прочности ад в кгс/мм?	90 (нагартован) 50 (рекристал- лизован)
Удлинение в %		0
Твердость по Виккерсу в кгс! мм?		320
Таблица 7
Та	Мо	Nb	Сг
2996	2625	2468	1903
1250	1100	1050	850
400	540	400	Высокая стойкость до 1050° С
1470	793	1440	2265
0,13	0,35	0,125	0,16
19	33	10	29
98 (нагартован) 45 (рекристал- лизован)	68	62,5 (нагартован) 32 (рекристал- лизован)	35—42 (электро- литический)
2—5 (нагартован) 25—30 (рекристал- лизован)	20	12,5 (нагартован) 50 (рекристал- лизован)	0
140—230	160	120—190 (в литом состоянии)	150—230
Однако создание безокпслптельной атмосферы при-
водит к интенсификации налипания обрабатываемого
металла на инструмент, которое развивается по мере
увеличения количества обкатанных образцов. Лавинный
характер развития налипания объясняется увеличением
количества мостиков связи, в связи с тем, что трение
происходит не только по участку инструмент — металл,
ио и по участку металл — металл.
Обкатка и раскатка молибдена. Молибден и его ма-
лолегироваиные сплавы при температуре 20° С имеют не-
значительную пластичность. При нагреве до температу-
ры 350—450° С пластичность молибдена и его низколе-
гированных сплавов повышается и становится равной
пластичности мягких сталей при комнатной температу-
ре. Например, допустимая деформация ед, определен-
ная методом осадки образцов (диаметром 15 мм, высо-
той 20 мм до начала разрушения) для сплава ВМ1 при
20° С, равна 5%, при этом <тв=85 кгс/мм2, а при нагреве
до 350—450° С еа=404-50% и ов=70 кгс1мм~. При на-
греве этого сплава до более высоких температур (900—
1200° С) допустимая деформация повышается до еа=
— 724-78% и предел прочности снижается до аа=
= 35ч-55 кгс!мм .
Термомеханические параметры обработки молибдена
и его сплавов могут изменяться в широких пределах:
при прокатке из слитков температура и допустимая де-
формация от 1500—1600°С, еа=854-70%, при прокатке
тонкостенных труб до 250—500° С и еа=154-25% (то
же при штамповке из листового металла, при обкатке
и раскатке).
Обкатку и раскатку выполняют на обычном оборудо-
вании — обкатных и раскатных установках, после на-
грева заготовки и контактирующего с ней инструмента
до температуры около 450° С. При обкатке и раскатке
за несколько переходов назначаются промежуточные
отжиги с предварительным травлением поверхности по-
луфабриката для очистки от окисленного слоя. Проме-
жуточный отжиг проводится в вакууме. Остаточные на-
пряжения в готовом изделии снимаются отжигом в те-
чение 3—4 ч при температуре 1000—1100°С.
Чистый ниобий имеет довольно высокую пластичность
даже при комнатной температуре; раскатке, обкатке,
штамповке подвергается в холодном состоянии. Физиче-
ские и механические свойства ниобия в значительной
103
степени зависят от метода получения и чистоты металла.
Так, спеченный из порошка нагартованиый ниобий при
20° С имеет свойства: 6=14-2%, ов=70 кгс/мм2, а полу-
ченный электроннолучевой плавкой после рекристалли-
зации 6=60%, Оо2=15 кгс/мм2 и ов=22,5 кгс/мм2.
В качестве заготовок для обкатки и раскатки при-
меняют цельнотянутые и сварные трубы, а также листы
в отожженном состоянии.
Для снижения усилий деформирования при обработ-
ке толстостенных заготовок обрабатываемый металл и
инструмент подогревают до 200—260° С.
Высолегированные сплавы ниобия легко обрабатыва-
ют обкаткой и раскаткой, если в них содержится не бо-
лее 0,03% С и 0,05% Ог- Основные трудности в техно-
логии обработки ниобия и его сплавов давлением и в
термообработке, как и в эксплуатации, связаны с его
низкой стойкостью к окислению. Уже при температуре
200—225°С ниобий начинает медленно окисляться, а
при температуре 400—525°С окисление идет очень ин-
тенсивно, причем его окислы при этих температурах не
обладают защитными свойствами. Обкатка и раскатка
ниобия в нагретом состоянии осложняется явлениями
схватывания — налипания металла на инструмент. Чем
выше температура деформации и линейная скорость
скольжения на контакте металл — инструмент, тем
больше налипание.
Эффективной смазкой при холодной деформации нио-
бия и его сплавов является сало, парафин, а при дефор-
мации с нагревом — графит с водой.
Хром при комнатной температуре — малопластичный
металл (см. табл. 7). С повышением температуры его
пластичность значительно повышается. Например, по
данным работы [16], с повышением температуры нагрева
хрома, полученного дуговой плавкой, от комнатной до
500°С относительное удлинение увеличивается от 0 до
37% и относительное сужение от 0—2 до 40—50% при
изменении ов от 37 до 28 кгс/мм2.
Пластичность и сопротивление деформированию хро-
ма в значительной степени зависят от его чистоты,
обусловленной способом получения, от температуры и
скорости деформации, от степени нагартоваиности
и т. д.
Особенно резко на пластичность хрома влияет ско-
рость деформации. Максимальное охрупчивание хрома
104
при динамическом нагружении наблюдается при тем-
пературах 1100—1200°С. Его пластичность при этом сни-
жается с еэ = 654-70% при 700—800°С до 60=25-4-30%
(рис. 40).
В случае динамического нагружения при температу-
рах 850—1450° С пластичность хрома резко снижается
и повышается сопротивление деформированию. Работа
деформации при нагреве металла до 1100° С на 15—
20% выше, чем при нагреве до 600—700° С. Механизм
такой аномалии хрома еще не достаточно выяснен. По-
Рис. 40. Влияние температуры
и скорости деформирования на
предельную степень деформа-
ции хрома при осадке:
1 — при скорости деформирования
20—50 мм/сек-, 2 — при скорости
деформирования 3000—10 000 мм/сек
видимому, он связан со структурными изменениями и
соотношением скоростей деформации и релаксации на-
пряжений.
Отсюда следует, что обкатку и раскатку заготовок
из хрома и его низколегированных сплавов необходимо
проводить с нагревом до температуры 600—700° С с
предварительным нагревом инструмента до температур,
близких к температуре деформации, и при относительно
небольших скоростях деформирования.
Указываются также и другие температурные интер-
валы нагрева заготовок из хрома перед обкаткой и рас-
каткой — 400—800° С и инструмента до 300—400° С с
обязательным немедленным отжигом после деформации
при температуре 600—700° С в течение 15 мин [16]. В
случае необходимости нескольких переходов при обкат-
ке назначается промежуточный рекристаллизационный
отжиг при температуре 1200°С в течение 15 мин. Окон-
чательный отжиг проводится при температуре 600—
700°С в течение 15 мин.
Деформируемый инструмент для раскатки хрома и
его сплавов рекомендуется изготовлять из карбида
вольфрама и других твердых сплавов.
Интересно отметить, что в качестве смазки, наряду
105
с общепринятыми жаростойкими смазками (см. § 15),
при волочении применяют расплав эвтектики свинец—
сурьма с температурой плавления 350—400° С, который
может быть использован при обжиме труб п обкатке по
схемам 2, 23 и другим в табл. 1.
Осесимметричные полые детали из низколегирован-
ного ковкого вольфрама находят широкое применение в
ракетных двигателях. Они работают при температурах
2500—2700° С и др. Вольфрам и его сплавы при комнат-
ных температурах имеют низкую пластичность и высо-
кое сопротивление деформированию (см. табл. 7).
Поэтому пластическую деформацию вольфрама и его
сплавов выполняют при повышенных температурах. С
повышением температуры пластичность металла возра-
стает. При нагреве до 1000° С допустимая деформация
равна 35% (осадка образца d— 15 мм, h — 2Q мм), при
нагреве до 1200°С—47%, до 1400°С—53% и до 1600°С —
68%. Предел прочности вольфрама с изменением темпе-
ратуры изменяется медленно: при 200°С сгв=8 кгс!мм2,
при 2000° С сгв=6 кгс/мм2 и при 2500° С <тв=3 кгс!мм2.
Обычно температура деформации слитков вольфра-
ма и его сплавов составляет 1700—2000° С, а предвари-
тельно деформированного металла — 1200—1400° С. Об-
катку п раскатку вольфрамовых заготовок осуществля-
ют при температурах ниже 1000° С. Р. Махишалк [22]
указывает иа раскатку конусов листовых заготовок из
вольфрама при температуре 700—900° С. При этом мо-
жет быть достигнуто утонение стенок до 75%. Темпера-
тура 700—900°С ниже температуры рекристаллизации
(начало рекристаллизации 1500°С), в процессе раскатки
с подогревом металл упрочняется, улучшаются его ме-
ханические свойства, примерно па 100° С снижается
порог хрупкости металла.
Заготовки из вольфрама перед деформацией нагре-
вают в электрических печах сопротивления в атмосфере
водорода или при использовании тонкого листового ме-
талла — инфракрасными лучами мощных кварцевых
ламп. Лист толщиной 1,5 мм нагревают до температуры
1090° С за 36 сек.
Широко применяют также нагрев заготовок перед
обкаткой и раскаткой ацетилено-кислородным пламе-
нем с помощью инжекторных горелок. Раскаткой из
вольфрама получают изделия различных габаритных
размеров. Сообщается об удовлетворительной де-
106
формации листового вольфрама диаметром до 1 м, со
стенкой толщиной 19 мм, массой 41 кг [16].
После обкатки пли раскатки необходима механичес-
кая обработка — удаление поверхностного загрязненно-
го слоя глубиной до 0,08—0,50 мм.
Остаточные напряжения в готовых деталях снимают
выдержкой в печи при температуре 820° С в атмосфере
аммиака.
Чистый тантал — весьма пластичный металл (см.
табл. 7). Даже при температуре —196°С его относитель-
ное удлинение составляет около 5%, а при 0°С — 20%.
Механические свойства тантала в значительной степени
зависят от его чистоты, особенно от содержания приме-
сей кислорода, азота, водорода и углерода. Тантал и его
низколегированные сплавы хорошо поддаются обработ-
ке давлением всеми известными способами, в том числе
обкаткой и раскаткой. При горячей обработке тантал
нагревают до 1200—1400°С в среде чистого аргона или
гелия, так как он поглощает даже примеси из нейтраль-
ного газа. Иногда для предотвращения контакта метал-
ла с атмосферой в процессе горячей обработки заготов-
ку из тантала заваривают в оболочку из менее ценного
металла, которую снимают после выполнения всех опе-
раций, связанных с нагревом.
Обкатку и раскатку изделий из тантала производят
при комнатной температуре. Крупные детали из танта-
ла, по данным зарубежной практики, обрабатывают при
нагреве до 260° С.
ГЛАВА IV
КАЛИБРОВКА ИНСТРУМЕНТА
20.	КИНЕМАТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ДВИЖЕНИЙ
Поиск новых технологических способов обработки ме-
таллов давлением, обеспечивающих локализацию очага
деформации, расширение технологических возможностей
процесса, создание новой формы инструмента и нового
типа оборудования, может происходить различными пу-
тями. В качестве одного из них можно использовать ки-
нематический анализ и синтез движений пары деформи-
руемой металл—инструмент. Это позволит в какой-то
степени упорядочить творческий процесс: анализировать
кинематику контактной зоны очага деформации, кон-
тактную поверхность инструмента, синтезировать новые
технологические схемы взаимодействия деформируемого
металла и инструмента, проектировать инструмент для
вновь разработанных схем обработки металла давле-
нием.
Разумеется, что наряду с анализом и синтезом дви-
жений необходимы изучение и учет напряженно-дефор-
мированного состояния и граничных условий в очаге
деформации с использованием теории пластичности и
экспериментальных методов исследования.
При такой постановке вопроса поиск может прохо-
дить в следующем порядке:
1.	Изучают сложение и разложение движений дефор-
мирующейся контактной зоны очага деформации, иа ос-
новании чего должны быть составлены кинематически
допустимые варианты относительного перемещения ин-
струмента и контактной зоны очага деформации. Если,
например, заготовку возможно деформировать поступа-
тельным перемещением контактной зоны очага деформа-
ции, то учитывают, что поступательное движение полу-
чается при сложении:
108
нескольких поступательных движений;
двух вращений с равными противонаправленными
угловыми скоростями;
двух винтовых движений с параллельными осями и
равными противонаправленными угловыми скоростями
и т. д.
В общем случае, если системы т]о, т]ь т]2, •••> Лп со-
вершают произвольные движения, то движение т^п/ло
можно получить сложением движений Яп/Лп-ь > Пг/Ль
Tji/iio- Для анализа контактной зоны очага деформации
представляет интерес:
сложение поступательного движения с вращательным
вокруг оси, параллельной направлению поступательного
перемещения;
сложение поступательного движения с вращательным
вокруг оси, перпендикулярной к направлению поступа-
тельного перемещения;
сложение двух вращательных движений вокруг скре-
щивающихся осей;
сложение винтового и поступательного движений.
2.	Для выбранного кинематического варианта схемы
обработки металла давлением ориентировочно сравне-
нием с близкими известными процессами рассматрива-
ются граничные условия и анализируется механическая
схема деформации.
3.	Решается предварительно вопрос о режиме дефор-
мации металла по выбранной схеме (либо приближен-
ным аналитическим способом с использованием уравне-
ний равновесия и пластичности, а также граничных ус-
ловий, либо экспериментальным путем), составляется
алгоритм режима обработки для зависимости
С = ЦХ, Y, Z, щ, |Л,...),	(82)
где X, Y, Z — текущие координаты деформируемой по-
верхности;
ц — соответственно предел текучести дефор-
мируемого металла, коэффициент трения,
другие учитываемые параметры (модуль
упрочнения, температура и прочее).
Для установившегося процесса
а = А + qX.
109
4.	Составляется уравнение рабочей поверхности ин-
струмента, для чего:
составляется уравнение поверхности деформируемой
части заготовки в «заторможенном» положении
f (X, Y, Z, С) = 0;	(83)
перемещая инструмент в направлении обработки от-
носительно заготовки (т]пЛ]о) или заготовку относитель-
но инструмента (т]о/т]п), т. е. вводя в уравнение (83)
параметр с, составляется уравнение семейства поверх-
ностей деформируемой части заготовки
/ (X, Y, Z, с) = 0;	(84)
при заданном значении с находится уравнение ха-
рактеристики — общей линии огибающей поверхности
и искомой огибаемой поверхности инструмента (случай
одиопараметрпческой поверхности):
f (X, Y, Z, С, с) = 0; '
— f (X, У, Z, £, с) = 0;	(85)
дс
при переменном с система уравнений (85) определяет
геометрическое место характеристик, называемое ди-
скриминантной поверхностью, уравнение которой
F = (X, Y, Z, С) = 0;	(86)
заметим, что поскольку дискриминантная поверхность
включает в себя и огибающую поверхность, и геометри-
ческое место особых точек, и стационарные поверхности,
она подлежит дополнительному исследованию;
задавшись определенным классом поверхности инст-
румента, исследуется возможность составления уравне-
ния огибающей поверхности по уравнениям характери-
стики С[ и поверхности т]п.
Если такое уравнение будет составлено, то, следова-
тельно, будет найдена, с геометрической точки зрения,
принципиальная возможность осуществления принятого
способа деформации металла.
Наиболее часто для образования поверхности инст-
румента используют поверхности из класса поверхностей
вращения и винтовых поверхностей.
5.	В случае, если по заданным переходным формам
профиля заготовки не удается составить уравнение по-
верхности инструмента или применить такой инструмент,
110
находят уравнение поверхности инструмента для выоран-
ного класса поверхностей, после чего составляют урав-
нение поверхности контактной части заготовки как оги-
бающей по отношению к перемещению инструмента (к
семейству поверхностей инструмента), отыскивают рас-
четный параметр режима обработки £, который сравни-
вают с фактически полученным параметром режима,
делают вывод о возможности применения такого инст-
румента.
6.	После проектирования инструмента уточняется ре-
жим обработки, определяется площадь контактной по-
верхности, изучается напряженно-деформированное со-
стояние, определяются составляющие полного усилия,
действующего па инструмент.
7.	По относительному движению деформируемой за-
готовки и инструмента с учетом составляющих полного
усилия, действующего иа инструмент, исследуются ва-
рианты кинематического исполнения узлов главных
приводов машины, а также вспомогательных механиз-
мов и выбирается к проектированию оптимальный ва-
риант.
Изложенная методика анализа и синтеза движения
кинематической пары деформируемый металл — инстру-
мент позволила выявить новые технологические схемы
обкатки трубчатых заготовок, разработать методику
калибровки инструмента для вновь создаваемого про-
цесса.
Рассмотрим некоторые из схем, выявленных в резуль-
тате кинематического анализа пары металл — инстру-
мент.
Схема обкатки иа рис. 41, а широко применяется в
производстве бесшовных газовых баллонов [9]. Трубча-
той заготовке с концом, нагретым под обкатку, сообща-
ется вращательное движение; инструменту — медленное
поворотное движение вокруг оси, перпендикулярной к
продольной оси заготовки. Обкатывают при значитель-
ных скоростях скольжения деформируемого металла от-
носительно контактной зоны инструмента. В связи с
этим процесс назван обкаткой инструментом трения. Ка-
либровка инструмента — активная.
Схема б (рис. 41) разработана в процессе анализа
по приведенной методике, отличается от схемы а тем,
что ось поворота инструмента параллельна осп заготов-
ки. Это обусловливает некоторые преимущества такой
Ill
схемы: возможность привода инструмента без реверса,
задачи заготовки в шпиндель машины без его останов-
ки, увеличение длины калибрующей части инструмента
и др. Калибровка инструмента — активная.
Заготовка по схеме в закреплена неподвижно, инст-
рументу трения сообщается вращение вокруг продоль-
ной осп заготовки и одновременно — медленный поворот
Рис. 41. Некоторые схемы обкатки, выявленные в результате
кинематического анализа пары «деформируемый металл-
инструмент»
вокруг своей оси. Калибровка инструмента — активная.
Такая схема может найти применение при обкатке кон-
цов длинных и криволинейных труб. Схема г (рис. 41)
отличается от схем а, б тем, что ось поворота инстру-
мента наклонена под некоторым углом к продольной оси
заготовки. Калибровка инструмента — активная. Приме-
нение схемы д может быть целесообразным при удли-
ненной части обкатываемого конца трубы. Калибровка
инструмента — активная. Схема е весьма перспектив-
ная с точки зрения технологических возможностей, а
112
также возможности использования для ее осуществления
токарных станков [14]. Калибровка инструмента — ак-
тивная.
Схемы ж, з (рис. 41) отличаются от схемы е направ-
лением перемещения инструмента по отношению к оси
заготовки (по схеме ж — под углом, по схеме з — по ду-
ге). Заготовке по схеме и сообщается планетарное пе-
ремещение: вращение вокруг собственной оси и одно-
временно — вокруг оси ротора. Инструмент при этом
неподвижен, калибровка его — активная. Эта схема поз-
волила разработать роторную машину для обкатки [11].
Схема к отличается от схемы а конфигурацией инстру-
мента. Рабочая поверхность инструмента на рис. 41, к
представляет собой поверхность вращения. При износе
поверхности на одном участке рабочий инструмент пово-
рачивают относительно его осн вращения, затем продол-
жают обкатку на «свежем» участке инструмента. Здесь
калибровка инструмента — пассивная. Применение тако-
го инструмента ограничено случаями, когда получающе-
еся распределение толщины стенок вдоль образующей
совпадает с требованиями практики [10].
По схемам л, м инструмент (с пассивной калибров-
кой) вокруг своей оси в процессе обкатки не вращается.
При износе контактной зоны инструмент поворачивают
на некоторый угол вокруг своей оси и вновь закрепля-
ют с тем, чтобы можно было работать на свежем
участке.
Схема н отличается от схемы м работой по принци-
пу «невращающаяся заготовка — вращающийся инст-
румент». Калибровка инструмента—-пассивная. Схема
о близка к схеме л, отличается более сложным движе-
нием инструмента.
Схемы п, р, с близки к схемам е, и и т. д. и отлича-
ются от них тем, что заданные переходные сечения заго-
товки определяются формой последовательно установ-
ленных роликов. Калибровка инструмента — активная.
В этих схемах по сравнению со схемами п, р, с умень-
шаются потери энергии на трение, износ инструмента,
однако инструмент получается громоздким и дорогостоя-
щим.
После подробного рассмотрения возможных кинема-
тических схем пары деформируемая заготовка — ин-
струмент и обоснованного выбора одной из них присту-
пают к последовательному ее изучению.
8—405	ИЗ
21.	ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ О КАЛИБРОВКЕ
ИНСТРУМЕНТА ТРЕНИЯ
После рассмотрения некоторых кинематических схем
обкатки и формы инструмента, обеспечивающей обкат-
ку трубчатых заготовок, можно сформулировать общие
принципы, определяющие возможность применения той
или иной кинематической схемы обкатки, а также спосо-
бы построения калибровки инструмента.
Если при выбранной кинематике взаимодействия за-
готовки и инструмента трения линии касания С, — ха-
рактеристики, образуемые сечениями инструмента, мо-
гут образовывать по всем переходным сечениям заго-
товки поверхности вращения щ-, то кинематически
возможно получение обкаткой изделий из трубчатой
заготовки.
Если форма изделия, заданного к получению обкат-
кой, имеет вдоль образующей кривизну одного знака, то
поверхность инструмента для обкатки может быть обра-
зована прямой линией путем заданного поворота ее
вдоль контактирующих сечений инструмента.
Переходные сечения инструмента строят либо из ус-
ловия устойчивости заготовки, либо из условия равенст-
ва работ деформации за один оборот заготовки, либо из
условия равномерного износа инструмента, либо из дру-
гих условий, диктуемых особенностями производства и
технологии.
Кинематику взаимодействия заготовки с инструмен-
том трения выбирают путем анализа технологических и
конструктивных требований и особенностей: номенкла-
туры и серийности производства, производительности
установки, механизации и автоматизации участка «на-
гревательные устройства — обкатная установка» и т. д.
При получении выпуклых днищ одного знака кривиз-
ны и горловин на трубчатых заготовках наиболее про-
стым и целесообразным с точки зрения изготовления и
ремонта является инструмент с линейчатой поверх-
ностью. Тогда поверхность обкатываемого конца, кон-
тактирующая с инструментом, будет представлять собой
поверхность усеченного конуса, в который у основания
вписана поверхность заданного к получению тела вра-
щения (рис. 42). При этом поверхность инструмента
трения находят очень просто.
114
Найдем в общем виде поверхность инструмента, ра-
ботающего по схеме 2 в табл. 1.
Пусть поверхность заданного к получению тела вра-
щения
f (х, у, z) = 0.	(87)
Уравнение касательной к ней в плоскости YZ, прохо-
дящей через ось вращения заготовки, будет
2-2 = -^-(У-у),	(88)
dy
где------угловой коэффициент.
dy
Пусть инструмент перемещается перпендикулярно к
плоскости YZ вдоль осп X, тогда при непрерывном из-
менении
z = z (X) и у -=у (X)	(89)
уравнение (88) опишет рабочую поверхность инстру-
мента.
При переходе к параметрической форме записи, что
Рис. 42. К выводу урав-
нения (84)
зачастую оказывается более удобным, уравнение рабо-
чей линейчатой поверхности в общем виде запишется
2-2(со)=-^-[У-у((о)],	(90)
dy (®)
где ш — параметр.
Далее, задавая уравнения граней заготовки, прямо-
угольной в сечении, для инструмента и решая совмест-
но уравнение граней с уравнением (90), определяют
следы поверхности [уравнение (91)] на гранях заготовки
для инструмента, по которым осуществляют его раз-
метку.
8*	115
22.	калибровка инструмента для тангенциальной
ОБКАТКИ СФЕРИЧЕСКИХ И ЭЛЛ ИПСОИДНЫХ ДНИЩ
НА ТРУБЧАТЫХ ЗАГОТОВКАХ
Пусть необходимо получить иа конце трубы днище.,
поверхность которого определяется уравнением эллип-
соида вращения с полуосями а\ и Ь\
С переходом к параметру со путем простого преобра-
зования
]/ х- + у2 = ar cos со — у (со),
z = &! sin со = z (со)
(92)
и после подстановки полученных значений в уравнение
(91) получим уравнение линейчатой рабочей поверхно-
сти инструмента для обкатки эллипсоидных днищ
Yb± cos со + Zcij sin со —	— 0;
со — со (X).
Пусть заготовка для
стями (рис. 43, а):
инструмента ограничена плоско-
грань I —•	=	ахп4,
грань II — Y2 = ayii',
грань III — Zs = byig,
грань IV —	=	bjtii,
(93)
(94)
где rti, n2, Пз, гц — коэффициенты конструктивного
оформления инструмента.
Тогда из уравнений (93) и (94) при Yll2=ainil2 по-
лучим
bj [1 —/i|. 2 cos со (X)]
Z 1 • 9 = ‘------------------
sin co (X)
а при Z3;4=bln3;4
ах[1 —n3.4 sinco (X)]
г 3; 4 =-------------------
COS (0 (л)
(95)
(96)
116
X точки (YiZi),
определят следы прямой
При фиксированных значениях
(У2, Z2), (У3, Z3) и (У4, Z4)
Рис. 43. Схема к построению следов рабочей поверх-
ности на гранях параллелепипеда (заготовки для
инструмента):
а — по формулам (80) и (90): б — по формулам (98), (99),
(100)
Таблица 8
X В ЛСЛС	(0 В °	Номер грани			
		I	II	III	IV
		Zt в лслс при yt = aini = = 89 мм	Z2 в мм при У„ = 0^2 = = —22,25 леи	У а в лслс при Z3 =	=• = 89 мм	У< в мм при Z4 = ахл4 = = —22,25 мм
0,0	0	—со	00	44,5	44,5
3,7	3	—424,2	638,1	35,2	46,9
29,1	9	—138,2	212,5	16,9	52,1
48,5	15	—80,1	127,5	—1,6	58,0
67,9	21	—53,8	91,1	—20,7	65,0
87,3	27	—36,2	70,7	—41,0	72,6
108,8	34	—26,2	56,2	—66,4	83,7
134,4	42	—16,2	45,6	—100,4	100,0
160,0	50	—8,3	38,4	—149,8	122,3
224,0	70	7,5	27,7	—386,0	252,4
291,0	90	22,2	22,2	—со	СО
на сторонах плоского прямоугольника, по которым
размечают модели для изготовления инструмента.
По зависимостям (94), (95), (96) при ai = bi=Rc
строят и размечают модель инструмента для обкатки
сферических днищ.
117
Пример. Спроектировать инструмент для обкатки
эллипсоидных днищ, определяемых уравнением
при следующих данных: диаметр заготовки 0 = 89 мм,
полуоси эллипсоида О|=44,5 и Ь\ =22,25 мм, п1 = 2,
п2=—0,5, п3 = 4, п.\ = -—1, ы = сХ, с = 0,3 °/мм.
Рассчитываем по формулам (94) — (96) и сводим в
табл. 8.
По данным табл. 8 размечают и изготовляют мо-
дель для отливки инструмента.
Рис. 44. Инструмент для
обкатки н разрез эллип-
соидного днища
На рис. 44 дана фотография инструмента, постро-
енного по указанной методике, и разрез днища, полу-
ченного с помощью инструмента, изготовленного в со-
ответствии с табл. 8.
23.	КАЛИБРОВКА ИНСТРУМЕНТА ДЛЯ ОБКАТКИ
ПАРАБОЛОИДНЫХ ДНИЩ И ГОРЛОВИН
Пусть требуется получить обкаткой изделие, поверх-
ность которого представляет собой параболоид вра-
щения
Заменой х2-\-у2 = у2{ получим уравнение параболы в
плоскости У, Z
У\ = 2pz
(98)
118
с касательной (см. рис. 43, б)
У1У = P(Z -I-*)-	(")
После подстановки z =	в уравнения (98) и
2р
(99) и перехода к параметру со (Л”), изменяющемуся
вдоль оси X (при перемещении инструмента), полу-
чим уравнение поверхности, огибающей деформирую-
щийся конус, в который вписан параболоид вращения:
2 __ Г и (X) у__ со (X)	(100)
Р	2р
При проектировании инструмента для обкатки днищ
иа заготовке заданного наружного диаметра необходи-
мо выбрать р и задаться функцией со —со(Х). Послед-
няя задается исходя из технологических соображений,
например с учетом зависимости (62), в нашем случае
будем считать ее заданной.
Параметр р определяется из конструктивных дан-
ных днища (см. рис. 43, б). Если R — радиус цилин-
дрической части днища и Н — высота его параболоид-
ной части, то точкой встречи параболоида
с цилиндром в плоскости YOZ будет ш(ут,
ym=R н zm — H. Подстановкой в уравнение
веденных граничных условий получим
0.5Z?2
Подстановкой значения р в уравнение (100) найдем
2 = Н /св (Х) у-----Н_ w (Х) _	(Ю2)
0.5Z?2	К2
Полученная зависимость представляет собой поверх-
ность, огибающую семейство деформируемых конусов,
в которые вписан заданный к получению параболоид
вращения. Далее инструмент строят по следам форму-
ющей поверхности на гранях инструмента.
Пусть прямоугольная в сечении заготовка для инст-
румента ограничена плоскостями (см. рис. 43, б):
вращения
zm), где
(98) прп-
(Ю1)
грань I — Yi = Rnp,
грань II — У2 =
грань III — Z3 = Rn3,
грань IV — Zi = Rtii,
(103)
119
где щ, 112, /13, n-4 — коэффициенты конструктивного ис-
полнения. Тогда из уравнении (102) и (ЮЗ) при ¥1;2 —
— T?/ii;2 получим
z1;2 = зЛЦХ)----------со (X)	(104)
II при Z3-,f — НПщ
^+^4...	(105)
2 р и (Л)
Как и при проектировании инструмента для обкатки
эллипсоидных и сферических днищ, по зависимостям
(102) — (105) составляется таблица следов формующей
поверхности па гранях инструмента, по которым разме-
чают и изготовляют модель для отливки инструмента.
24. КАЛИБРОВКА ИНСТРУМЕНТА ДЛЯ ОБКАТКИ ПЛОСКИХ
И СТУПЕНЧАТЫХ ГЕРМЕТИЧНЫХ ДНИЩ
НА ТРУБЧАТЫХ ЗАГОТОВКАХ
Значительный интерес для машиностроителей пред-
ставляет получение обкаткой на трубчатых заготовках
герметичных плоских и ступенчатых днищ. Обкатка та-
ких днищ поперечной подачей инструмента не вызывает
технологических трудностей, осуществляется с одного
нагрева и может быть совмещена с калибровкой, меха-
нической обработкой и др.
Исследованиями установлена возможность получения
днищ практически любой выпуклой формы путем соот-
ветствующей калибровки инструмента трения.
Для получения плоских днищ может быть рекомен-
дована система калибровки инструмента «эллипсоид —
плоское днище», для получения ступенчатых днищ с
различным соотношением ступеней — «сфера-—ступен-
чатое днище» пли «параболоид — ступенчатое днище».
По этим системам фигурное днище изготовляют с
помощью блока инструмента, состоящего из инструмен-
та для обкатки эллипсоидного, сферического или пара-
болоидного днища и из инструмента, далее формующего
и калибрующего заданное к получению днище. Оба ин-
струмента закрепляют в одном держателе, тогда весь
инструмент в целом представляет собой как бы две сек-
ции единого инструментального блока.
В процессе обкатки первым инструментом смыкаю-
120
щаяся кромка заготовки, предназначенная для сварки,
оплавляется ацетилено-кислородным пламенем или об-
дувается кислородом [12], что обеспечивает герметич-
ность получаемых сферических, эллипсоидных или пара-
болоидных днищ. При обкатке вторым, формующим
инструментом, стык еще больше уплотняется. Пример
обкатки ступенчатых днищ дан в приложении 1.
Система калибровки эллипсоид—плоское днище. Для
получения плоских днищ на концах трубчатых загото-
вок применяется блок инструментов. Первый инструмент
блока предназначается для обкатки эллипсоидных днищ
с отношением большей полуоси к меньшей tri: Z>i = 2 : 1;
калибровка первого инструмента выполняется по мето-
дике, изложенной в § 22. Второй, формующий инстру-
мент, выполняется с переходными формами сечения от
формы, соответствующей образующей эллипсоидного
днища, до формы заданного к получению плоского дни-
ща и имеет три характерных участка длиной
/1 = (0,15-4-0,25)0;
/2 = (0,3 -4- 0,6) О;
(Ю6)
/3 = (0,2-=-0,7) О.
Первый, входной, участок длиной 1\ имеет по всем
сечениям форму образующей днища, полученного иа
предыдущем инструменте. Второй, переходной, участок
длиной /2 предназначен для формовки плоского днища,
его сечения имеют переходную форму от формы, соот-
ветствующей сечению первого участка, до формы задан-
ного к получению плоского днища. Третий, калибрую-
щий, участок инструмента длиной /3 выполняется с по-
стоянным профилем по всем сечениям. Длина этого
участка назначается тем больше, чем выше требование
к детали по точности геометрических размеров и чисто-
те наружной поверхности.
Положение калибрующего сечения третьего участка
относительно входного сечения первого участка инстру-
мента при обкатке нагретых до ковочной температуры
концов трубчатых заготовок удовлетворительно опреде-
ляется условием равенства длин образующих полуфаб-
риката по внешнему контуру до и после формовки.
Если образующая эллипсоидного днища задана в
форме
х = t^cos со;
у = bxsin со,
121
Рис. 45. К расчету калибровки инструмента:
а — переход от эллипсоидного к плоскому днищу; б — сту-
пенчатое днище
то, как видно из рис. 45, а, укорочение эллипсоидной
части днища при переходе к плоской форме составит
Д6==&1_	(107)
л
2
где pi = 2 ( a2 sin2«-|-6icos2cod(o •—полупериметр эллипса.
О
Системы калибровки сфера — ступенчатое днище и
параболоид — ступенчатое днище. Условие равенства
длины образующих внешнего контура полуфабриката в
процессе формовки позволяет наметить систему калиб-
ровки в зависимости от геометрического соотношения
ступеней заданного к получению днища.
Если /ii +/12-|-/гз + ...+Лп^0,285О (рис. 45, б), при-
нимается система калибровки инструмента сфера — сту-
пенчатое днище.
Тогда первый инструмент блока калибруется по ме-
тодике, изложенной в § 22, а второй инструмент, так же
как и инструмент для формовки плоских днищ, выпол-
няется с тремя характерными участками: входным, фор-
мующим и калибрующим.
Ориентировочные длины трех названных участков
инструмента назначаются в зависимости от диаметра
D трубчатой заготовки:
= 0,250; /2 = (0,5 - 0,7) D; /3 = 0,750.	(108)
Ступени при обкатке формуются более надежно в
следующем порядке: сначала меньшие по диаметру сту-
пени, затем большие. Однако может быть отработан
процесс и одновременной формовки всех ступеней.
122
Рис. 46. Обкатанные
днища:
а и б — ступенчатые; а —
плоское
На рис. 46 показаны разрезы плоских и ступенчатых
днищ, обкатанных инструментом, калиброванным по
приведенной методике.
В случае Ai-4-/z24--|-/г„>0,2852? для проектиро-
вания инструмента следует применить систему калиб-
ровки параболоид — ступенчатое днище. Тогда первый
инструмент блока калибруется по методике, изложенной
в § 23, второй — как указано в настоящем параграфе.
Положение калибрующего сечения третьего участка вто-
рого инструмента относительно формующего участка
первого инструмента при горячей обкатке концов труб-
чатых заготовок определяется условием равенства длин
образующих параболоидного и ступенчатых переходных
сечен и й пол уф а бр пката.
25. КАЛИБРОВКА ИНСТРУМЕНТА ТРЕНИЯ
ПРИ ПАРАЛЛЕЛЬНОМ РАСПОЛОЖЕНИИ ОСЕЙ ВРАЩЕНИЯ
ЗАГОТОВКИ И ИНСТРУМЕНТА
Широкое применение в машиностроении могут найти
способы обкатки по схемам на рис. 41, б, в.
Способ обкатки по схеме б (рис. 41) имеет ряд пре-
123
имуществ перед спосооом по схеме ал при одинаковых
габаритных размерах значительно удлиняются формую-
щий и калибрующий участки инструмента, вследствие
чего повышается его долговечность и точность обработ-
ки изделии; не требуется изменения направления враще-
Рис. 47. Схема к рас-
чету и построению
сечений инструмента
ния инструмента для его возврата в исходное положение,
в связи с чем время полного цикла обкатки уменьша-
ется.
Закон поворота прямолинейного участка образующей
мк инструмента по его радиальным сечениям относитель-
но центра вращения трубчатой заготовки О (рис. 47)
может быть выполнен по заданным исходным условиям,
что позволяет вести обкатку на оптимальном режиме
в течение всего цикла.
Скоростные диаграммы обкатки по сравниваемым
схемам (рис. 41, а, 6) представлены соответственно кри-
выми 1 и 2 на рис. 48. По оси ординат отложен угол
(Л.= 180—ри) поворота прямолинейной части образую-
124
щей мк инструмента (рис. 47) за время полного цикла
обкатки 1ц, а по оси абсцисс — время обкатки при рав-
номерном вращении трубчатой заготовки. Участкам Оа
и аб кривой 1 (рис. 48) соответствует поворот пнстру-
Рис. 48. Скоростные диа-
граммы обкатки:
I — по схеме па рис. 41. а;
2 — по схеме на рис. 41,6
мента от исходного до конечного положения с двумя по-
стоянными угловыми скоростями, участку бв соответст-
вует выстаивание инструмента перед поворотом в об-
ратную сторону и участку вг — возврат инструмента в
исходное положение. Полному циклу обкатки по схеме
на рис. 41, а соответствует время 1Ц. Время выстаива-
ния определяется инерционностью системы управления
и навыками машиниста, управляющего обкатной ма-
шиной.
Участок Од кривой 2 соответствует оптимальному из-
менению скорости поворота прямолинейной части обра-
зующей инструмента. Эта часть кривой задается либо
условиями устойчивости заготовки, либо условиями по-
стоянства степени деформации за один оборот заготов-
ки, либо другими условиями. Участок де определяется
временем равномерного поворота инструмента вокруг
своей оси до исходного положения, когда профиль ра-
диальных сечений инструмента не изменяется. Наличие
такого участка диктуется необходимостью задачи заго-
товки в шпиндель и выдачи из шпинделя обкатной уста-
новки без отвода инструмента в сторону. Из скоростной
диаграммы видим, что в сравниваемых схемах время
полного цикла обкатки t-ц <Лц 
Рассмотрим геометрию и методику калибровки ин-
струмента трения для обкатки сферы по схеме на рис.
41, б.
Геометрия инструмента трения должна определяться
заданным диаметром исходной трубчатой заготовки D,
125
наибольшим и наименьшим радиусами заготовки для
инструмента R6.u и Rm.u (рис. 47) размером
^0,7850, определяющим расстояние от плоскости боль-
шего основания инструмента до центра сферы, межосе-
вым расстоянием Au=RM.u + 0,5£> + б	(6^0-—зазор
между заготовкой и инструментом трения, устанавлива-
емый перед обкаткой).
Примем в качестве заготовки для изготовления ин-
струмента тело вращения с образующей а'м'к', опреде-
ляющей конечную форму изделия (заготовку деревян-
ной модели, на которой производят разметку).
Пусть угол наклона касательной мк к поверхности
вращения обкатываемой заготовки является функцией
угла поворота инструмента вокруг своей оси
₽„ = ₽«©•	(Ю9)
Тогда для построения различных радиальных сече-
ний инструмента, определяемых изменением положения
прямолинейного участка мк, т. е. для разметки модели,
достаточно шметь данные (см. рис. 47): g, ри —₽«.(£),
x'=x'(g) или У’=У<Л)—координаты следа касатель-
ной як на плоскостях л" = 0 или у' —О-
Рассмотрим осевое сечение инструмента и заготовки
при некотором значении утла поворота инструмента. В
качестве параметра для уравнений образующей кривой
возьмем угол (|31() наклона касательной к кривой с осью
Ох.
В подвижной системе хОу уравнение образующей за-
данного к получению изделия в общем случае имеет вид
* = Ш,); 1	(110)
У = */(0«)- I
Уравнение касательной к кривой уравнение (110) в
системе хОу запишется так:
П-У=4^-(Х-х),	(1Н)
ах (Рп)
где X, У — текущие координаты касательной;
х, у — координаты точки касания;
dy (Р„)
---—---- производная, вычисленная в точке каса-
d.r (Р„)
нпя.
Уравнение (111) определяет положение прямолиней-
ного участка образующей. При обкатке сферических
126
днищ уравнением образующей будет уравнение окруж-
ности
х = R cos (р„ — 90°); 1
у = Я sin — 90°). |
С учетом равенства (112) и значения
(109) равенство (111) преобразуется к виду
X Sin [Р„ (£)] — Y cos [р„ (с)] = R,
(Н2)
уравнения
(ИЗ)
представляющему собой уравнение линейчатой поверх-
ности, образованной вращением вокруг заданной осп
прямой, наклоняемой по заданному закону. При задан-
ном значении g из уравнения (113) определяется пря-
молинейный участок образующей мк, сопрягаемый с ду-
гой радиуса R'. При обкатке по схеме на рис. 41, б ин-
струментом с поверхностью по уравнению (113) могут
быть получены днища с радиусом закругления углов,
равным R' на трубах диаметром
0 = 2 (Д„ - 7?м.„); D < 2 (Д„ - RM.^; О > 2 (Д, - £м.„).
Найдем следы поверхности по уравнению (ИЗ) на
плоскости нижнего основания заготовки для инструмен-
та и иа поверхности цилиндра радиуса Re.u- Подстанов-
кой в уравнение (ИЗ) Y =Yl = Bn (уравнение плоскости
нижнего основания инструмента) определяем точки сле-
дов на плоскости
У1 = Ви,
% _ # + B,;cos[jB„ (1)1
1 sin [₽«(£)]
(114)
При подстановке в уравнение (ИЗ)Х=Х2 = — (Re.u—
—Аи) (уравнение образующей цилиндра радиусом Re. н
получим
-^2 = Аи — Rs. и',
(An~R6.u) sin [P,t (£)] — R
cos [Ри (£)]
(115)
Модель удобно размечать от угловой точки 0' (см.
рис. 47). Перенеся начало системы координат в точку
О' и направив осп вдоль взаимно перпендикулярных по-
127
верхностей модели, уравнения (114) и (115) преобразу-
ются так:
Г.' = 0; Xi' =	+ (^.н-Л); sin [₽„ (£)] *2 = 0; у' _ g 	 (A, Re.u) sin [P,t ((;) ] R 2	“	cos[p„(g)J	' .	(116) (117)
По полученным формулам определяют следы на заго-
товке модели, необходимые для ее разметки. Уравнение
(116) пригодно пока Х^О, после перехода этого преде-
ла точки следов определяют по зависимости (117).
Закон изменения ри от g определяют из условий, ко-
торые могут ограничивать возможности процесса обкат-
ки: устойчивостью заготовки, постоянством степени
деформации за один ее оборот, предельным значением
мощности установки или другими условиями.
Однако для получения более универсальных резуль-
татов расчета целесообразно составить таблицу для оп-
ределения следов на заготовке модели инструмента с
равномерным поворотом касательной к ее образующей,
т. е. с поворотом касательной мк (см. рис. 47) по закону
₽ц = eg + 90°.
(Н8)
В случае, если расстояние между параллельными
осями заготовки и инструмента постоянно, а задача и
выдача заготовки в шпиндель и из шпинделя обкатной
машины осуществляются со стороны инструмента, то из-
менение угла поворота инструмента вокруг своей оси, на
котором допустимо размещение калибрующих сечений,
будет ограничено пределом (см. рис. 47)
0 <	< 360° — 2arcsin -----------1-------
ДЛ1.и + 0,5£>
(Н9)
Рассмотрим пример составления расчетной таблицы для построе-
ния формующих сечении инструмента трения при £>=60 ля,
Re.u = 75 мм, Rmu=35 ля, В«=60 ля, Aa=RM (1+0,5 £>=65 ля.
8=0.
1.	По зависимости (119) определим максимальное предельное
значение угла поворота инструмента
L. = 360° — 2 arcsin
*max
0,5  60
35 + 30
«313°.
Примем угол для размещения формующих сечений £к=270°.
128
2.	Определим закон изменения Р« от § для случая линейной
зависимости между ними. Подставляя в уравнение (118) краевые
условия g=gK =270°, Ри =180°, определим коэффициент с:
_ р„ — 903 _ 180° —90°_______1_
~ gK	2703	“ 3
Тогда закон изменения р» от g будет
₽((=пН+9°о-
о
3.	Изменяя переменную величину g в пределах 0^g^270°,
определим р„ , X, Х{, Х2 по формулам (116) — (118) и результаты
сведем в табл. 9.
Таблица. 9
Угол поворота инструмента g в °	Угол наклона касательной в °		в ЛГМ при г1' = °	в лг.н при
	₽н	А,= 18О’-₽ц		
0	90	90	40,00	—со
30	100	80	29,89	— 169,55
60	ПО	70	20,08	—55,20
90	120	60	10,00	—17,32
120	130	50	—1,18	1,42
150	140	40	— 14,82	12,44
180	150	30	—33,92	19,96
210	160	20	—66,14	24,44
240	170	10	—157,55	27,78
270	180	0	—оо	30,00
Модель для инструмента размечаем по значениям углов g и X
и по положительным значениям Ар X,.
По этой же методике рассчитывают и проектируют инструмент
для обкатки по схеме на рис. 41, а.
26.	КАЛИБРОВКА ИНСТРУМЕНТА ТРЕНИЯ ДЛЯ РОТОРНОЙ
ОБКАТКИ ТРУБЧАТЫХ ЗАГОТОВОК
Существующие способы не позволяют создать непре-
рывный технологический процесс обкатки на роторе.
Автором настоящей книги предложен принципиально
новый способ обкатки трубчатых заготовок, позволяю-
щий осуществить обкатку в процессе непрерывного пере-
мещения заготовки.
Способ заключается в следующем (рис. 49). Трубча-
тым заготовкам 1 посредством приводных шпинделей
ротора, снабженных центрирующими и зажимными па-
9—405	129
тронами, сообщается вращательное движение вокруг
собственных осей и одновременно вокруг оси ротора
р—р, по окружности которого смонтированы шпиндели
и который имеет свой независимый привод. Концы труб-
чатых заготовок, предназначенных под обкатку, нагре-
ваются либо предварительно, либо непосредственно на
роторе с помощью проходных щелевых индукционных
Рис. 49. Схема роторной обкатки трубчатых заготовок:
о —с наружным расположением инструмента; б — с внутренним рас-
положением инструмента; / — трубчатая заготовка; 2 — щелевой индук-
ционный нагреватель; 3 — инструмент
(т.в.ч.) нагревателей 2 в процессе перемещения заготов-
ки в направлении формующего инструмента.
Формующий инструмент 3 жестко закреплен на непо-
движном элементе установки. Он представляет собой от-
ливку из хорошо противостоящего истиранию сплава,
содержащего до 25°/о Сг. Калибровка инструмента вы-
полнена с таким расчетом, что конец заготовки, входя в
контакт с неподвижным инструментом и планетарно пе-
ремещаясь относительно него, постепенно обкатывается
(обжимается), плавно изменяя форму образующей от
исходной до требуемой.
Рассмотрим схему построения калибровки инструмен-
та.
Примем в качестве заготовки для изготовления ин-
струмента часть кольца прямоугольного сечения. Прове-
дем через ось ротора р—р и ось обкатываемой заготов-
ки О—О (рис. 50) секущую плоскость. Заготовка для
инструмента в этой плоскости имеет сечение abed. Выде-
130
лим в плоскости рассматриваемого сечения подвижную
систему координат с центром О, удаленным от оси рото-
ра на величину радиуса ротора
Пусть задано к получению тело вращения с образую-
щей
Н*, у)=0.
Уравнение касательной к образующей в любой точ-
ке (х, у) будет
Г-^/ = /г(Х-х),
(120)
где k — угловой ко-
эффициент в точке
(х, у), определяе-
мый как производ-
ная от ординаты у
по абсциссе х.
Формующую по-
верхность можно об-
Рис. 50. Схема к выводу
уравнения поверхности
формующего инструмента
разевать поворотом касательной ее на 90° от положе-
ния, параллельного оси О—О при одновременном пово-
роте системы хОу вокруг оси ротора р—р.
Тогда уравнение формующей поверхности при задан-
ном радиусе ротора запишется
<121>
d.v (<рр)
В качестве примера определим уравнение рабочей
поверхности инструмента для обкатки эллипсоидного
днища.
Уравнение образующей эллипсоида — эллипс с по-
луосями ai и Ьр
^- + -^ = 1.	(122)
Уравнение касательной к эллипсу
ft2
У-у = -^(Х-х\	(123)
«11/
9*
131
С учетом того, что x = aiCOS(B; z/ = ftisinw (где со =
= «(<Рр) — параметр эллипса) последнее уравнение за-
пишется в виде
A cos со (ср„) + Yeh sin со(срр) — аД = 0.	(124)
Это и есть уравнение рабочей поверхности инстру-
мента ДЛЯ обкаТКИ ЭЛЛИПСОИДНЫХ ДНИЩ С ПОЛУОСЯМИ CZi
и bi. Инструментом с такой иоверх!ностыо могут быть
получены днища различной формы.
Найдем следы формующей поверхности на поверх-
ностях заготовки для инструмента, позволяющие произ-
вести разметку. Пусть кольцевая с прямоугольным сече-
нием заготовка для инструмента ограничена сторонами:
ab: Xj =
cd: Х^-арь:
ad: У'3 = Ьрг3;
be: Y,{ = b2tii.
(125)
Тогда, подставляя в уравнение (124) А'=Х1; 2 = a/ii: 2
из равенства (125), получим значения ординаты на сто-
ронах ab и cd
М1-П,..2е„Ю(ф„)1 .
sin со (срр)
Далее, подставляя в уравнение (124) У= Т3; 4 = &1/г3; 4,
получим значения абсциссы следов на сторонах ad и Ьс
аД1 -n3;4sinco (фр)]
Л3;4 =-------------—-----
COS СО (фр)
Длину инструмента по дуге ротора можно определить
зависимостью
Lu — tnKD — Дрфртах,	(128)
где тк = 1,24-2,0 — конструктивный коэффициент;
D — наружный диаметр обкатываемой заготовки;
Rp — радиус ротора;
футах — центральный угол, охватывающий инстру-
мент, в рад.
Отсюда
_ ткР
ТРгпах
(129)
132
Итак, срр изменяется в пределах срр = [04- фРтах],
при этом угол наклона касательной изменяется от 0
до 90°.
Размеры заготовки для модели определяются так:
Rm.II —	' [^^2])
Ro.,, = Rt, + [я»1];
Ru = {[/г;1] + [«4]};
фгр = фРтах-
(130)
Пример. Спроектировать инструмент для обкатки днищ, имею-
щих форму эллипсоида вращения: а, =44,5 мм; Ь|=22,25 мм; 6=0;
£> = 89 мм; 7? ,>=375 мм; «|=2,0; «о=—0,5; «3 = 4,0; n<=—1; /=с(рс₽
х 0,5л
принять с = const =----------.
‘'Чпах
По зависимости (129) определяем фшах- При «1 = 1,24-2,2
«189
Ф„ —----------- = 0,29 -? 0,53 рад.
'Ртах 375
Примем фртах =0,5236 рад, или 30°, тогда коэффициент про-
порциональности
_ 0,5 • 3,14 _
С— 0,5236	“
Все ракетные данные сводим в табл. 10.
Таблица 10
<рр п е	<0 = Сфр в е	Сторона заготовки			
		К, в мм при Л\ = u^rii — = 89 лш	в леи при Д’ 2 = Oill2 = = —22,25" м л(	А'з В ЛЕИ при У'., = ь jH3 = = 89 мм	A'4 в мм при Yi = b1n< = = —22,25 мм
0	0		00	оо	44,50	44,50
1	3	—424,24	638,06	35,23	46,89
2	6	—210,58	318,79	26,04	49,42
4	12	— 102,34	159,36	7,66	54,96
6	18	—64,96	106,24	—11,04	61,25
8	24	—45,24	79,71	—30,53	68,53
10	30	—32,57	63,77	—51,39	77,08
14	42	— 16,17	46,61	— 100,39	99,95
20	60	0,00	32,12	—219,30	166,07
30	90	22,25	22,25	—оо	СО
133
Размеры заготовки для модели определяем по зависимостям
(130):
= 375 — (44,5  0,5) = 352,75 лш;
R6.u = 375 +(44,5-2)= 464 .м.и;
Нц = 22,25 (4 + 1) = 111,25 лыс,
<р =30°.
ппах
Модель инструмента изготовляют из заготовки, раз-
меры которой определены, а разметку модели выполня-
ют с помощью расчетной таблицы.
При подстановке в формулы (126) — (130) значений
«! = &!=/? получим данные для построения инструмента
для обкатки сферических днищ с радиусом сферы, рав-
ным 7?с.
Примеры применения рассмотренных схем обкатки н
разработанной методики калибровки инструмента даны
в приложениях 1—5.
ГЛАВА V
ОБОРУДОВАНИЕ И ПРИСПОСОБЛЕНИЯ
ДЛЯ ОБКАТКИ.
МЕХАНИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ ОБКАТКИ
В качестве оборудования для изготовления осесим-
метричных деталей из трубчатых заготовок в зависимо-
сти от масштаба производства и его номенклатуры при-
меняют: специальные машины узкого назначения с той
или иной степенью механизации, универсальные маши-
ны, рассчитанные иа изготовление деталей широкой но-
менклатуры, приспособления к металлорежущим стан-
кам и многошпиндельные автоматы роторного типа.
27.	МАШИНЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА БЕСШОВНЫХ
ГАЗОВЫХ БАЛЛОНОВ
На рис. 51 дана обкатная машина с механизмами
задачи и выдачи заготовки в шпиндель и из шпинделя,
работающая в баллонном цехе Ждановского металлур-
гического завода им. Ильича и предназначенная для
массового производства баллонов.
Работа обкатной машины заключается в следую-
щем. Пневматическим цилиндром 1 через ползун 2 и та-
релку 3 заготовка 4 заталкивается в полый шпиндель.
Тарелка 3 свободно вращается вокруг своей оси, ее вы-
лет из ползуна регулируется с помощью винта или про-
кладок. Заготовка при заталкивании в шпиндель упи-
рается в пружину, смонтированную в полости шпинделя,
которая сжимает ее до тех пор, пока ползун 2 не упрет-
ся в упорное кольцо, расположенное на поворотном суп-
порте.
Далее (когда пружина внутри шпинделя сжата) за-
готовка зажимается самоцентрирующим кулачковым
патроном (разрез по шпинделю см. рис. 29), а заталки-
ватель отводится. Кулачки патрона удерживают заготов-
135
ку от выорасывання пружи-
ной на протяжении всего
процесса обкатки.
П ятикул ачковый само-
центрирующий патрон при-
водится от гидравлического
цилиндра, являющегося про-
должением шпинделя. Энер-
гоноситель (вода под давле-
нием 100 кгс!см2 к одной
пли другой полости цилинд-
ра) подводится с помощью
коробки распределения че-
рез две трубки, проходящих
одна в другой (по внутрен-
ней трубке — в одну по-
лость, между внутренней и
наружной — в другую).
После того как заготовка
зажата, а заталкиватель от-
веден в исходное положение,
включается привод шпинде-
ля, а затем поворотный суп-
порт, на котором закреплен
формующий инструмент.
При вращении заготовки
и одновременном перемеще-
нии формующего инструмен-
та происходит деформация
(обкатка) нагретого конца
заготовки.
После окончания обкатки
и возвращения поворотного
суппорта в исходное положе-
ние разводятся кулачки пат-
рона и пружина, разжима-
ясь, выталкивает заготовку
из шпинделя на роликовую
дорожку 6, откуда пневма-
тическим выбрасывателем 5
заготовка сбрасывается иа
стеллаж. Описанная маши-
на хорошо себя зарекомен-
довала в эксплуатации.
136
Техническая характеристика обкатной машины
(размеры изделий по ГОСТу 949—57)
Длина в мм....................... 900—2050
Диаметр в мм..................... 219
Наибольшая толщина стенки в . .	15
Мощность привода в кет................... 75
Частота вращения шпинделя в об/мин	500—600
Скорость поворота суппорта ......... Регулируемая
Угол поворота инструмента в ° . . .	90
Давление воды в системе гидроприво-
дов в кгс/см2.................... 100
Производительность обкатанных кон-
цов в час........................ 140
Для обкатки днищ и горловин на трубчатых заготов-
ках размером до 325X32 мм и длиной до 3200 мм на
Ждановском металлургическом заводе им. Ильича спро-
ектирована и эксплуатируется обкатная машина с при-
водом мощностью 160 кет, работающая аналогично опи-
санной выше.
Обкатные машины описанной конструкции применя-
ют для обкатки днищ и горловин баллонов из сталей D,
38ХА, 40ХНМА и могут быть применены для обкатки
концов днищ и горловин иной конфигурации.
Некоторое переоборудование поворотного суппорта и
механизма задачи заготовки в шпиндель позволяет рас-
ширить технологические возможности обкатных машин—
раскатывать концы труб на оправке перед обкаткой из-
делия; причем раскатку и обкатку удается выполнить с
одного нагрева и с одной установки заготовки.
Рис. 52. Приспособление к обкатной машине, позволяющее совмес-
тить обкатку с предварительной раскаткой конца заготовки на
оправке
10—405
137
На рис. 52 изображено приспособление к обкатной
машине, приведенной на рис. 51, позволяющее совме-
стить раскатку конца трубы на оправке с ее обкаткой
без оправки [15]. Для этого на поворотном суппорте 1
обкатной машины смонтирован суппорт смены инстру-
мента 2 с пневмоприводом 5, на котором жестко закреп-
лен фасонный раскатной ролик 3 и инструмент трения 6,
а на механизме заталкивателя вместо тарелки (3 на
рис. 51) смонтирована свободно вращающаяся оп-
равка 4.
Работа описываемой обкатной машины заключается
в следующем. При заталкивании в шпиндель оправка 4
входит внутрь заготовки и остается в ней в течение все-
го периода раскатки. Далее с помощью суппорта смены
инструмента 2 фасонный раскатной ролик 3 устанавли-
вается в рабочее положение и поворотному суппорту
сообщается движение — поворот иа заданный угол, бла-
годаря чему происходит раскатка. Затем поворотный
суппорт возвращается в исходное положение, в рабочее
положение перемещается инструмент трения 6, одновре-
менно отводится в заднее положение ползун заталкива-
теля с оправкой 4. Далее осуществляется нормальный
процесс обкатки.
Основными узлами обкатной машины, подлежащими
силовому расчету, являются узел шпинделя и узел пово-
ротного суппорта. Исходными данными для силовых рас-
четов являются составляющие усилия обкатки и момен-
ты приводов шпинделя и поворотного суппорта (рис. 53):
N — максимальное значение нормальной составляю-
щей [формула (51)];
Nz — максимальное значение осевой составляющей
[формула (69)];
Мшп — момент, приложенный к заготовке со стороны
шпинделя [формула (55)], он достигает макси-
мума в начале процесса обкатки при V«10°;
Мп.с — момент, необходимый для поворота суппорта с
инструментом [формула (52)];
Рокр — максимальное окружное усилие.
Силовой расчет основных узлов машины ведется пос-
ле определения перечисленных технологических усилий
обкатки.
Очень важно в расчетах правильное определение уси-
лия зажима трубы, от которого зависит работоспособ-
ность машины, а также качество изделий; оно рассчи-
138

Рис. 53. Схема к расчету усилий зажима трубчатых заготовок
кулачками патрона и усилия поворота суппорта с инстру-
ментом
тывается из условия, при котором силы трения, возни-
кающие между кулачками патрона и трубой, должны
превосходить в /<3 раз максимальные технологические
усилия, вызывающие проскальзывание заготовки. Здесь
К3 — коэффициент запаса; обычно для одношпиндель-
ных машин К3= 1,5-4-2,0; для обеспечения более высокой
надежности работы миогошпиидельных машин К3 = 4-4-5
с проверкой трубы на изгибную прочность.
Если количество кулачков патрона равно т, окруж-
ное Р3 и осевое N3 усилия, воспринимаемые одним ку-
лачком патрона, определятся по выражениям
’ Rm ’
(131)
(132)
Результирующее усилие закрепления заготовки с уче-
том коэффициента запаса определится по уравнению
т3 = кУ Pl + N23.
(133)
Радиальное усилие закрепления трубы со стороны
кулачка	Rs = — ;	(134) Hi
10*
139
здесь и далее щ — коэффициент трения скольжения
между кулачками и заготовкой (стальные кулачки —
стальная сухая заготовка), Ц1 = 0,2, а при попадании иа
заготовку брызг смазки щ =0,1; ц2 — коэффициент тре-
ния на наклонных плоскостях кулачка и втулки; ц3 —
коэффициент трения на плоскости кулачка, перпендику-
лярной к оси вращения.
Из треугольника сил, действующих на конусную втул-
ку патрона, определим осевую силу зажатия одного
кулачка
Q3i = Лц2 cos ак + A sin ак,	(135)
откуда
<2,
А ----------.	(136)
р.2 cos ак + sin ак
Из условия равновесия кулачка, приравнивая сумму
проекций всех сил на горизонтальную и вертикальную
оси нулю, получим
7?3 =А cos ак — /1р,2 sin ак — Вц3;
В — XsinaK 4- 4p.2cosaK = Q31,
откуда
q _ mR3 (sin aK — p.2 cos aK)
cos aK — ц2 s'n
Трубы, особенно тонкостенные, должны проверяться
на изгибную прочность по известной зависимости
= °.5664^з(в—s0) ,	q40)
1к$0
где 1К — длина кулачка.
Для устойчивости заготовки изгибающее напряжение
в ней cru должно быть на 15—20% меньше предела те-
кучести металла заготовки.
Найденное из уравнения (139) усилие зажима пере-
дается к зажимному патрону от гидроцилиндра, смонти-
рованного в шпинделе машины.
Если пренебречь потерями на трение в уплотнениях
поршня и штока цилиндра (см. рис. 29), а также поте-
рями на трение тяговых деталей, то диаметр цилиндра
зажима кулачков
‘141>
(137)
(138)
(139)
140
являющейся продолжением
на трение, получим диаметр
Мп.с
(142)
где d4 и dm — диаметры цилиндра и штока;
q — давление рабочей жидкости в цилиндре.
Узел поворотного суппорта нагружен технологически-
ми усилиями Т и N, а также крутящим моментом Мп.с
(см. рис. 6 и 53), которые воспринимаются держателем
формователя (скоба, работающая иа изгиб), подшипни-
ковыми опорами и валом-шестерней. Момент А4П.С урав-
новешивается моментом Мвли, создаваемым на вал-шес-
терне с помощью рейки,
плунжера гидроцилиндра.
Пренебрегая потерями
плунжера
drlA — —
где DH.O — диаметр начальной окружности вал-шестерни.
Выбор электродвигателя и определение момента инер-
ции маховых масс шпинделя. Усовершенствование об-
катки трубчатых заготовок позволило все операции, свя-
занные с этим, проводить без выключения двигателя и
шпинделя, что наряду с повышением производительности
улучшило условия работы двигателя.
В период рабочего цикла обкатки энергия расходует-
ся на пластическую деформацию металла Эшп (измене-
ние крутящего момента на шпинделе показано на рис. 8),
на трение в исполнительных механизмах Этр, на упру-
гую деформацию силовых узлов машины:
Эр — ЭШп + Э,пр Эр.	(143)
Расход энергии на шпинделе определяется планимет-
рированием диаграммы крутящего момента Мшп (кри-
вая 2 на рис. 8) на участке рабочего хода:
ТС
2
ЭШп = f Мшп (X) dk.	(144)
о
Учитывая Этр и Эу коэффициентом потерь т)п, выра-
женным в долях от Эшп, и расход энергии холостого хо-
да Эх.х коэффициентом rjx.x также в долях от ЭШп, най-
дем потребную мощность асинхронного двигателя с фаз-
ным ротором
__ ^3 (Зщп 4" ЗщпТ]п) ~Ь 3[Unt]x..V	(145)
141
где k3 — коэффициент, зависящий от поминального
скольжения зК0Л[ установленного электродви-
гателя. В режиме работы обкатных машин он
изменяется в пределах /?э= 1,24-1,6.
На основании экспериментальных данных для обкат-
ных машин описанного типа можно принять т]„=0,05;
11хх = 0,18.
Маховые массы шпинделя должны обеспечить сгла-
живание пиковых нагрузок. Работа маховых масс опре-
деляется разностью
эм = ЭР — Ээ = JM —,	(146)
где J'v — момент инерции маховых масс шпинделя;
сотах и соты— максимальная и минимальная угловые
скорости маховых масс в начале и конце
активного хода.
Обозначив коэффициент неравномермости хода
g    юшах — Wmin   ^max — ^min	(147)
И>ср	пср
получим выражение для определения момента инерции
маховых масс, обеспечивающего сглаживание пульси-
рующих нагрузок на двигатель
=-------—------,	(148)
Г п,1ср Гл
[ 30 J б"
или, записав пср через номинальное число оборотов п с
учетом выражения (147):
пср = ”max +	?---и,	(149)
р 2	б„ + 2	’	v ’
получим
+	.	(150)
^2тах6н
Обкатные машины. Для обкатки днищ и горловин
баллонов большого объема и массы (более 500 кг)
ВНИИМЕТМАШ разработал новую конструкцию обкат-
ной машины (рис. 54) [31].
Она состоит из электропривода 1, приводного шпин-
деля 2 с редуктором, поддерживающего устройства 3,
передвижного лотка 4, суппорта 5, гидропривода 6, на
котором закреплен регулируемый упор 7. Суппорт 5 с
142
Рис. 54. Обкатная машина конструкции ВНИИМЕТМАШ
гидроприводом 6 выполнены одним узлом и с помощью
механизма 'передвижения 8 могут перемещаться по на-
правляющим станины 9. Суппорт 5 выполняет роль лю-
нета и представляет собой пятикулачковый самоцентри-
рующий патрон с гидроприводом, смонтированный в под-
шипниковой опоре. Приводной шпиндель 2 также имеет
пятикулачковый патрон с гидроприводом. Гидропривод
6 служит для поворота формующего инструмента в вер-
тикальной плоскости.
Работа обкатной машины состоит в следующем. Заго-
товку укладывают на поддерживающее устройство и ло-
ток 4, затем включается механизм передвижения 8, за-
готовка проходит через суппорт 5 до упора 7 и заталки-
вается в приводной шпиндель 2. При этом лоток 4 может
передвигаться суппортом 5 вдоль направляющих стани-
ны. После этого включается привод зажимных патронов
шпинделя 2 и суппорта 5, включаются электропривод 1
вращения шпинделя и гидропривод 6 поворота инстру-
мента. Происходит обкатка. Обкатанная заготовка вы-
дается при обратном порядке работы механизмов.
Такая конструкция обкатной машины обеспечивает
зажим двух концов изделия, что позволяет обкатывать
большой длины и массы заготовки.
28.	МАШИНЫ ДЛЯ ТАНГЕНЦИАЛЬНОЙ ОБКАТКИ
ТРУБЧАТЫХ ЗАГОТОВОК
Исследованиями открыты широкие технологические
возможности обкатки трубчатых заготовок путем тан-
генциальной подачи специально калиброванного инстру-
143
мента. Созданы машины, предназначенные для получе-
ния на трубчатых заготовках различной формы пере-
жимов, днищ, горловин, которые позволяют совмещать
операции обкатки, с операциями механической обработ-
ки, сварки, калибровки.
Обкатная машина для тангенциальной обкатки труб-
чатых заготовок (рис. 55) состоит из приводного шпин-
Рис. 55. Машина для тангенциальной обкатки трубчатых
заготовок
деля 1 с самоцентрирующим патроном 3, станины 2, суп-
порта 5 с гидроприводом, двух упорных винтов 6, блока
инструмента 7.
Для обкатки заготовка 4 с нагретым концом задает-
ся в шпиндель машины, зажимается кулачками патро-
на 3 и приводится во вращение. Одновременно включа-
ется гидропривод подачи суппорта 5 с блоком инстру-
ментов 7, благодаря чему осуществляется обкатка и дру-
гие операции, совмещаемые с обкаткой. Винты 6 служат
упорами, ограничивающими ход суппорта «вперед—на-
зад». Их регулировка дает возможность заканчивать
процесс обкатки на заданном участке инструмента, что
позволяет по мере его выработки переходить на «све-
жие» участки, а также обкатывать различные типы изде-
лий на разных участках одного инструмента.
144
Для совмещения пластической деформации конца
трубы с отрезкой обкатанной части путем снятия струж-
ки, например для получения колпачков со сферическими
днищами непосредственно из трубы, гидропривод управ-
ляется гидрокопирами, задающими скоростную програм-
му перемещения суппорта, которая имеет четыре харак-
терных участка: 1 — соответствует заданной скорости
перемещения суппорта при обкатке; 2 — подводу резца
к трубе; <3 — врезанию и отрезке заготовки; 4 — возвра-
ту инструмента в исходное положение.
Существуют аналогичные обкатные машины и с ме-
ханическим приводом. Тогда скорость перемещения суп-
порта задается программным барабаном, на котором
фрезеруется паз для копирного ролика, перемещающего
суппорт. Такая обкатная машина изготовлена СКМЗ для
Ждановского металлургического завода им. Ильича.
Схема сил, действующих иа заготовку при тангенци-
альной обкатке, не отличается от схемы сил, приложен-
ных к заготовке при обкатке с поворотным суппортом.
Исходной в расчетах является нормальная составляю-
щая N давления металла на инструмент (см. рис. 6); ее
можно определить по формуле (51).
Для расчета гидропривода суппорта определяется
Рокр — максимальное значение окружного усилия, при-
веденного к радиусу приложения равнодействующей
нормальных сил:
РоКр =--	(151)
/\1	о/\1
входящие в равенство Мшп и 7?i определяют по зависи-
мостям (53) и (54).
Учитывая потери иа трение в промежуточных звеньях
передачи, а также запас усилия рабочего хода Рр.х об-
щим коэффициентом k3 = 1,3, и принимая усилие обрат-
ного хода (двух плунжеров) Ро.х равным 0,4 рабочего
усилия, определим диаметры плунжеров рабочего (dp.x)
и обратного хода суппорта (rf0.x).
Рр.х = 1,ЗРокр = (/0,785dp.x,	(152)
откуда
dp.x = '|/'-1'66^окр	(153)
145
и
Р0.х = 0,4Рр.х. = 2q0,7854x,	(154)
откуда
d„..c = |/ °’33^w .	(155)
Конструкция шпиндельного узла описанной обкатной
машины аналогична шпиндельному узлу обкатной ма-
шины, показанной на рис. 29, элементы его силового рас-
чета, а также расчет мощности привода и маховых масс
шпинделя приведены в § 27.
29.	ПРИСПОСОБЛЕНИЕ ДЛЯ СВАРКИ СТЫКУЕМЫХ КРОМОК
ЗАГОТОВКИ ПРИ ТАНГЕНЦИАЛЬНОЙ ОБКАТКЕ ТРУБ
Механизм образования стыка при тангенциальной об-
катке герметичных днищ аналогичен рассмотренному в
§ 7. Механизация процесса обдувки торцовой кромки за-
готовки в процессе ее деформирования достигается с по-
мощью разработанного в КИИ приспособления 3 (рис.
56). Оно состоит из коллектора 5 с трубками 4, корпуса
распределителя 7, в который вмонтирован скользящий
Рнс. 56. Приспособление для герметичной сварки днищ в процессе
их тангенциальной обкатки
146
пневмоконтакт 8, поджимаемый к контактной плоскости
коллектора 5 пружиной 6. В отверстия вдоль продольной
оси коллектора вставлены и вокруг отверстий пропаяны
концы трубок 4, образующих плотный однорядный слой,
выходящий на поверхность инструмента 2.
Приспособление работает следующим образом. При
обкатке трубчатой заготовке 1 сообщается вращательное
движение, инструменту 2 и коллектору 5 с трубками 4,
закрепленному иа суппорте обкатной машины, сообща-
ется поперечное по отношению к оси заготовки переме-
щение. В процессе скольжения коллектора 5 относитель-
но неподвижного корпуса распределителя 7 через штуцер
пневмоконтакта 8 кислород, необходимый для обдувки
кромок, поступает в одну — две трубки 4, которые в рас-
сматриваемый момент находятся против кромки, контак-
тирующей с инструментом заготовки.
В следующий момент, когда зона контакта инстру-
мента с деформируемым металлом переместится, переме-
щается и коллектор 5, и тогда боковые кромки заготовки
обдуваются через другие трубки, которые к рассматри-
ваемому моменту находятся против деформируемых кро-
мок. Обдувка кислородом торцовых кромок деформируе-
мых трубчатых заготовок, нагретых до температуры
1100—1200°С, приводит к сжиганию неровной и загряз-
ненной части заготовки, а также к дополнительному ра-
зогреву кромок, смыкаемых в процессе деформации. Для
экономии расхода кислорода его подводят к штуцеру
пневмоконтакта 8 через отсеченый клапан, срабатываю-
щий от конечных выключателей, которые установлены на
пути перемещения суппорта.
30.	СОВМЕЩЕНИЕ ТАНГЕНЦИАЛЬНОЙ ОБКАТКИ
С ОБРАБОТКОЙ РЕЗАНИЕМ
Для получения из труб изделий типа колпаков целе-
сообразно совмещать операции обкатки с отрезкой обка-
танной части от трубы. Для этого иа поперечном суппор-
те за формующим инструментом устанавливают резце-
держатель с резцом [14]. Отрезка со снятием стружки
начинается сразу же после окончания деформации ме-
талла. В зависимости от длины детали, отрезаемой от
трубы, отрезной резец может работать в зоне холод-
ной части трубы или подогретой от 200—300 до 1000—
1100°С. Это должно учитываться при назначении режима
147
резания и при выборе материала резца. В проведенных
экспериментах при совмещении обкатки герметичных
днищ на трубах размерами 60X6 мм с отрезкой готово-
го колпачка высотой 50 мм. температура заготовки в зо-
не резания колебалась в пределах 700—850°С, приме-
нялся резец с напайкой твердого сплава Т5К10. Других
особенностей технология резания металла при ее совме-
щении с обкаткой не имеет.
31.	ПРИСПОСОБЛЕНИЯ К МЕТАЛЛОРЕЖУЩИМ СТАНКАМ
Для изготовления осесимметричных изделий из труб-
чатых заготовок по способу тангенциальной обкатки мо-
гут быть легко приспособлены металлорежущие станки
соответствующей мощности, имеющие вращающийся
шпиндель и поперечный суппорт.
Легче других для тангенциальной обкатки и для сов-
мещения с ней ряда технологических операций могут
быть использованы токарные станки. При этом формую-
щий инструмент и отрезной резец с резцедержателем
устанавливают на 'поперечном суппорте станка так, что-
бы резание начиналось сразу же по окончании обкатки.
Чтобы предотвратить пробуксовку заготовки в кулач-
ках патрона и ее смятие, на кулачках закрепляются на-
делки, увеличивающие контактную площадь. Лучше все-
го станок оборудовать цанговым зажимным патроном с
пневмоприводом; усилие зажима проверяется по методи-
ке, изложенной в § 27.
Форма обкатного инструмента принимается в зависи-
мости от формы заданного изделия, калибруют его по
методике, изложенной в гл. IV.
В качестве отрезного при резке трубчатых заготовок
в зоне нагрева металла до температуры 400—900°С мож-
но применить резец с напайкой твердого сплава Т5КЮ.
Подача резца 0,15 мм] об, передний угол резания 15°,
задний угол резания 7°, ширина напайки 6 мм, высота
оправки под напайку 35 мм, толщина оправки 4 мм.
32.	МАШИНЫ ДЛЯ ОБКАТКИ КОНЦОВ КОТЕЛЬНЫХ ТРУБ
Для редуцирования концов длинных или криволиней-
ных труб, а также концов труб, изготовляемых неболь-
шими партиями, но имеющих разные диаметры, целесо-
148
образно применять обкатные машины, работающие по
схеме 4 табл. 1 *.
Такая машина сконструирована и изготовлена лабо-
раторией обработки металлов давлением Краматорского
индустриального института (КИИ). Работа машины за-
ключается в следующем. Предварительно нагретый ко-
нец трубы под обкатку с помощью загрузочно-разгрузоч-
ного устройства подается по оси машины до ограничи-
вающего упора на инструменте и в этом положении на-
дежно закрепляется пневмотисками. Далее выключается
привод шпинделя и одновременно сообщается движение
формующему инструменту, который, перемещаясь плане-
тарию вокруг нагретого конца неподвижной трубы, де-
формирует его. При этом ось вращения инструмента и
продольная ось трубы остаются параллельными. После
остановки шпинделя и разжима пневмотисков труба уда-
ляется и цикл повторяется.
Приближенный расчет технологических усилий обкат-
ки может быть выполнен по методике, изложенной в
§ 4. При этом в формулах (53) — (55) вместо Л, следует
принимать (см. рис. 47)
А, = ри —90°.
Надежность работы описанной и других машин, ра-
ботающих по принципу «неподвижная заготовка — вра-
щающийся инструмент», во многом определяется конст-
рукцией зажимных устройств и возможностью регули-
ровки усилия зажима, которое должно обеспечить на
заготовке тормозной момент, в полтора раза превышаю-
щий максимальный крутящий момент, который опреде-
ляют по формуле (53), т. е.
Мтврм> l,5pV-^cos(pa-90°) -фТдЛ (156)
I
При этом усилие зажима не должно превышать из-
гибную прочность заготовки [уравнение (140)].
Для зажима толстостенных заготовок можно рекомен-
довать пневмотиски с призматическими или сменными
радиусными губками, с гладкими (без насечки) рабочи-
ми поверхностями.
1 Диденко В. В., К а п о р о в и ч В. Г. и др. Авторское сви-
детельство № 257421. Бюллетень «Открытия, изобретения, промыш-
ленные образцы и товарные знаки», 1969, № 63.
149
Для зажима тонкостенных труб (во избежание их
смятия) следует применять многостороинецентрирующие
зажимы типа цанговых или кулачковых патронов с боль-
шой контактной поверхностью губок.
Другая конструкция машины, разработанная КИИ и
работающая по схеме 3 табл. 1 (оси вращения заготовки
и инструмента параллельны), представлена иа рис. 57.
Калибровка инструмента для этого случая описана в § 25.
Рис. 57. Обкатная машина с параллельными осями заготовки
и инструмента:
/ — станина; 2 —поперечный суппорт; 3 — инструмент; 4 — шпиндель
Для нужд котельного производства головным спе-
циализированным конструкторским бюро «Энергомаш»
разработана установка для редуцирования и закатки
концов трубчатых заготовок, которая также работает по
принципу^ «неподвижная труба — вращающийся инстру-
мент». Обкатка на такой установке осуществляется ро-
ликовой обоймой на оправке. Машина рассчитана на
обкатку концов котельных труб диаметром до 325 мм со
стенкой толщиной 40 мм.
Представляет практический интерес опыт обкатки
концов труб сближающимися роликами (схема 7
табл. 1). Конструкция такой машины разработана и ис-
пытана Первоуральским новотрубным заводом [15]. Ма-
шина предназначена для обкатки горловин баллонов и
может быть применена для обкатки других подобных
изделий.
150
33.	ПРОИЗВОДСТВО ПОЛЫХ ПЕРИОДИЧЕСКИХ ПРОФИЛЕЙ
ПОПЕРЕЧНО-ВИНТОВОЙ ОБКАТКОЙ
Многие полые осесимметричные изделия сложной
конфигурации (сочетание цилиндров, конусов, шаров)
могут быть получены обкаткой по способу, разработан-
ному и изученному во ВНИТИ С. И. Борисовым и
Е. А. Близнюковым.
Принцип работы созданного во ВНИТИ стана попе-
речно-винтовой обкатки заключается в следующем. Один
конец полой заготовки 3 (рис. 58) закрепляется в патро-
Рис. 58. Стаи конструкции ВНИТИ для поперечно-винтовой обкатки
периодических профилей:
1 — копировальная система движения инструмента перпендикулярно оси заго-
товки; 2 — патрон шпинделя стана; 3 — заготовки; 4— инструмент с суппор-
том; 5 —нажимной механизм; 6 — каретка; 7 — регулятор давления; 8 — регу-
лятор скорости; 9 — гидроцилнидр; 10 — патрон; 11 — гидроцилипдр переме-
щения каретки
не 2 шпинделя стана, другой •— в холостом патроне 10
задней бабки стана, которая связана с гидроцилиндром
9, обеспечивающим заданное программой осевое растя-
жение или сжатие заготовки. Программа задается ко-
пиркой линейкой через регулятор давления 7. Заготовке
сообщается вращение вокруг своей оси, одновременно
каретке 6 с закрепленными на ней суппортами, инстру-
ментами 4 и нажимными механизмами 5 — поступатель-
ное движение вдоль оси трубы. На каретке перед зоной
деформации закрепляется индуктор для локального вы-
151
сокочастотного нагрева заготовки, а за зоной деформа-
ции — кольцевая спреерпая установка для охлаждения
деформированного участка заготовки. Программное дви-
жение каретки обеспечивается регулятором 8 от копи-
ровальной линейки. Нагревом заготовки перед зоной де-
формации и ее охлаждением за зоной деформации
обеспечивается жесткость всей заготовки и пластичность
ее локальной зоны.
Большим достоинством стана является возможность
изменения толщины стенки деформируемой заготовки в
заданном направлении за счет регулировки ее осевого
натяжения или сжатия.
34.	ОБКАТНЫЕ МАШИНЫ РОТОРНОГО ТИПА
КОНСТРУКЦИИ КИИ и пнтз
Комплексная механизация и автоматизация многих
технологических процессов, в том числе обработки ме-
таллов давлением, осуществляются на автоматических
роторных линиях, разрабатываемых и изучаемых в Со-
ветском Союзе Л. Н. Кошкиным, Л. В. Петрокасом, И. А.
Клусовым, В. Ф. Прейсом, А. Р. Сафаряицом, Б. Н.
Исерсом и др. Созданию автоматических роторных линий
по производству изделий из трубчатых заготовок пред-
шествует разработка схемы и технологии обкатки иа ро-
торе и проектирование рабочего ротора, обеспечивающе-
го качественное выполнение технологических операций.
Такой схемой для обкатки трубчатых заготовок мо-
жет быть схема обкатки, представленная на рис. 49. На
рис. 59 показан многошпиндельный автомат роторного
типа, разработанный КИИ и ПНТЗ [17] для обкатки
днищ и горловин на концах трубчатых заготовок. Авто-
мат состоит из станины 2, узла крепления инструмента 6,
установленного рядом со станиной, 'передней и задней
опор 3 и 11, загрузочного 5 и шпиндельного 8 барабанов,
жестко закрепленных иа валу 13 ротора, привода 1 ро-
тора, привода шпинделей (шкив и зубчатая передача
12). К опоре 3 прикреплен копир 4 с программой рабо-
ты загрузочных механизмов 7. К опоре И прикреплен
копир 10 с программой работы зажимных кулачков
шпиндельных узлов 9. Загрузочный и шпиндельный ба-
рабаны 5 и 8 смонтированы так, что оси загрузочных
механизмов 7 совпадают с осями шпиндельных узлов 9.
Узел 6 предусматривает возможность быстрой смены
152
подготовленных инструментов поворотом барабана с ин-
струментом в новое фиксированное положение. Автомат
работает в процессе непрерывного вращения ротора и
шпинделей.
Порядок работы механизмов автомата следующий.
Трубчатая заготовка с нагретым под обкатку концом че-
рез дозатор попадает на желоб одного из загрузочных
Рис. 59. Миогошпипдельнын автомат роторного типа для обкатки
концов трубчатых заготовок:
/ — привод ротора; 2— станина; 3 — опора передняя; 4— копир загрузочных
механизмов; 5 — барабан загрузочный; 6 — узел крепления инструмента;
7 — загрузочные механизмы; 8— барабан шпиндельный; 9 — шпиндельные
узлы; 10— копир зажимных кулачков шпинделей; 11— опора задняя;
/2 —зубчатая передача привода шпинделей; 13 — вал ротора; 14— шкив при-
вода ротора
механизмов 7. При дальнейшем вращении ротора ко-
пирный ролик загрузочного механизма находит на ко-
пир 4, благодаря чему заготовка задается в шпиндель.
После зажима заготовка цанговым патроном шпинделя,
программа которого задана копиром 10, копирный ролик
возвращается в исходное положение.
Загрузка следующей ячейки ротора осуществляется
аналогично. Заготовка, закрепленная в шпинделе и вра-
щающаяся вместе с ним, при дальнейшем движении по
окружности ротора подходит к неподвижно закреплен-
ному инструменту (узел 6), обкатывается об него, после
чего разжимаются цанги зажимного патрона шпинделя
и пружина шпинделя (на рисунке не показана), сжатая
при заталкивании заготовки в шпиндель, выбрасывает
заготовку на приемный желоб.
11—405	153
В процессе обкатки возможно совмещение операций
сварки, обрезки нагорячо, отрезки со снятием стружки
и других по аналогии с тангенциальной обкаткой.
Техническая характеристика автомата
Размеры изделий в мм:
Длина................................. 200
диаметр................................ 40
толщина стенки ......................... 5
Диаметр ротора в мм....................... 620
Число шпинделей в шт........................ 6
Мощность привода в кет:
ротора.................................. 0,75
шпинделей.............................. 10
Частота вращения в об/мин:
ротора.................................. 1,75
шпинделей............................. 640
Производительность — обкатанных концов
в час.................................... 630
По классификации Л. Н. Кошкина описанная обкат-
ная машина относится к машинам 2-го класса, в которых
обработка осуществляется в процессе непрерывного
транспортирования заготовок через зону инструмента.
Темп работы таких машин определяется временем про-
хождения заготовкой шагового расстояния ротора
Тм = —,	(157)
vmex
где итех — технологическая скорость перемещения, рав-
ная транспортной скорости vTP.
Продолжительность операционного цикла заготовки
определяется продолжительностью пути П заготовки в
машине (от начала загрузки до выгрузки):
Тп = -^-.	(158)
Vmex
Цикл инструмента определяется временем прохожде-
ния шагового расстояния ротора:
Ти =	.	(159)
Vmex
Из изложенного следует, что темп машины равен опе-
рационному циклу машины и не зависит от продолжи-
тельности обработки заготовки, следовательно, и произ-
водительность такой машины не зависит от продолжи-
тельности операционного цикла.
154
Часовая производительность роторной обкатной ма-
шины
л 3600	3600а„,еА- сп
Q =------=-------—— = 60/г, ,тш, (160)
Тм	ш	11	' V
где пр — частота вращения ротора в об/мин-,
тш — число рабочих шпинделей в роторе.
Понятно, что производительность уже изготовленной
машины при тш = сопз! можно изменить лишь за
счет Пр.
При этом для сохранения режима обжатия заготов-
ки (фср) необходимо, чтобы отношение угловых скоро-
стей ротора и шпинделя было постоянным.
Таким образом, теоретически повышение производи-
тельности таких машин может ограничиваться лишь
инерционностью взаимодействующих систем и предель-
de;
ным значением скорости деформации
Расчет технологических усилий при роторной обкат-
ке принципиально не отличается от расчета усилий при
тангенциальной обкатке. Калибровка инструмента под-
робно рассмотрена в § 26.
Разрабатываются автоматы аналогичной конструк-
ции для обкатки концов трубчатых заготовок диаметром
до 140 мм.
Заметим, что для роторной обкатки трубчатых заго-
товок могут быть использованы многошпиндельные авто-
маты соответствующей мощности, предназначенные для
обработки металла резанием.
35.	НАГРЕВ ЗАГОТОВОК, ПЛАНИРОВКА ОБОРУДОВАНИЯ
План расположения оборудования и технологический
поток участка для обкатки трубчатых заготовок во мно-
гом зависят от выбранного способа нагрева заготовок.
Концы заготовок перед обкаткой можно нагревать в ще-
левых и очковых кузнечных печах с мазутным или газо-
вым отоплением, с помощью индукторов т.в.ч., электро-
контактным нагревом (при обкатке по схемам 22 и 23
в табл. 1), ацетилено-кислородным пламенем с помощью
одно- и многосопловых горелок.
В массовом производстве бесшовных газовых балло-
нов из труб диаметром 219 мм и больше в качестве на-
гревательных устройств применяют главным образом
Н*	155
щелевые печи, отапливаемые природным газом. Преиму-
щества такого способа нагрева перед другими заключа-
ются в следующем:
в использовании самого дешевого вида топлива —
газа;
в возможности нагревать в одной печи заготовки раз-
ных диаметров, толщин стенок, марок сталей, конфигу-
раций;
6300	4500	7500
Рис. 60. План расположения оборудования для двусторонней
обкатки концов трубчатых заготовок
разнотолщинность заготовок, допустимая технически-
ми условиями на трубы, не сказывается на перепаде тем-
пературы нагрева стенок;
в возможности повторного нагрева частично обкатан-
ных заготовок, что позволяет исправлять передельный
брак производства;
в возможности механизации и автоматизации процес-
са нагрева и транспортировки заготовок через печь к
обкатной машине.
Температурный режим нагрева заготовок перед об-
каткой задается в зависимости от стали, из которой они
изготовлены. Длина нагреваемой части заготовки
назначается в зависимости от максимальной длины де-
формируемого участка &Шах и диаметра заготовки D-.
Вн & Ьтах + (0,2 - 0,3) D.	(161)
На рис. 60 представлена типовая схема расположения
оборудования участка для обкатки двух концов трубча-
тых заготовок диаметром 219—325 мм и длиной до
156
3000 мм с применением одношпиндельных обкатных ма-
шин и проходных щелевых печей, отапливаемых природ-
ным газом.
Мерная заготовка из бункера 1 через дозатор 2, ра-
бота которого сблокирована с работой загрузочно-разгру-
зочного устройства 5, попадает на транспортер с приво-
дом 4, перемещается через печь 3 (при перемещении ко-
нец заготовки, предназначенный под обкатку, нагревают
до ковочной температуры) и сталкивается в желоб доза-
тора, расположенный перед обкатной машиной 7. Далее
по команде оператора дозатор 2 сбрасывает заготовку
на роликовую дорожку загрузочно-разгрузочного устрой-
ства 5, заготовка с помощью пневмозаталкивателя за-
дается в шпиндель обкатной машины 7обкатывается,
выбрасывается от шпинделя на рольганг, а оттуда — на
второй транспортер, который передает заготовку ко вто-
рой машине для обкатки второго конца.
Если вторая обкатная машина не сможет обеспечить
пропускную способность потока или будет остановлена
по каким-либо причинам, в потоке предусматривается
установка сбрасывателя 6 и кармана 8; в последний
сбрасываются заготовки с одним обкатанным концом.
Для нагрева изделий из специальных сталей и спла-
вов, а также при массовом производстве однотипных де-
талей более эффективным оказывается индукционный
нагрев в торцовых или в щелевых индукторах. Для обе-
спечения равномерного нагрева конца трубы, который
неподвижен в торцовом индукторе, подбирается опреде-
ленное положение трубы относительно свободного конца
индуктора. При оптимальной частоте тока для предот-
вращения перегрева торца трубы расстояние от этого
торца до торца катушки индуктора должно быть равно
двум зазором между индуктором и трубой. Длина нагре-
ваемой части заготовки Вн зависит от длины конца тру-
бы Ьи, находящегося в индукторе, и от величины зазора
между индуктором и трубой б«:
Вн = Ьи — 28и.
В кольцевом и особенно в щелевом индукторе луч-
шие условия нагрева обеспечиваются при вращении за-
готовки.
Для уменьшения окисления металла при нагреве в
индукторе его катушку заливают жаропрочным составом
на основе шамота. В случае необходимости создания
157
защитной атмосферы в индуктор вводится нейтраль-
ный газ.
При всех известных преимуществах индукционного
нагрева последний применительно к нагреву труб перед
обкаткой имеет существенные недостатки: невозмож-
ность равномерного нагрева труб с разнотолщинностью
10% и выше, а также сложность нагрева недокатанных
концов (исправление передельного брака).
На рис. 61 представлен вариант планировки оборудо-
вания для обкатки трубчатых заготовок диаметром до
108 мм с нагревом их в кольцевом индукционном нагре-
Рис. 61. Примерный план расположения оборудования
для обкатки концов трубчатых заготовок с нагревом их в кольце-
вом индукционном нагревателе
вателе. Заготовка по наклонному желобу / с помощью
дозатора 3 устанавливается по оси кольцевого индукци-
онного нагревателя 2, далее захватывается вращающим-
ся шпинделем 4 и в процессе вращения вводится в ин-
дукционный нагреватель 2, выдерживается в нем задан-
ное время и выводится в желоб дозатора 3, затем сбра-
сывается в желоб дозатора 6, заталкивается пневмоци-
линдром заталкивателя 7 в шпиндель обкатной машины
5, обкатывается и сбрасывается по наклонному желобу
в карман 8. На Первоуральском новотрубном заводе
для нагрева стальных труб размером 108X4,5 мм перед
обкаткой применен кольцевой индуктор с питанием от
генератора мощностью Р = 200 ква при частоте f = 2500
гц. Время нагрева до температуры 1100—1200°С состав-
ляет 10—12 сек. Для труб размером 140X5 мм время
нагрева составляет около 25 сек.
158
Нагрев заготовок с помощью газовых горелок. При
изготовлении небольшими сериями для нагрева загото-
вок, закрепленных в шпинделе в процессе их вращения,
рационально (наряду с плоскими индукторами т.в.ч.)
использовать инжекторные ацетилено-кислородные го-
релки или горелки, работающие на природном газе. Для
нагрева труб размерами менее 60X6 мм используют сва-
рочные горелки типа «Москва» по ГОСТу 1077—69 (на-
конечник № 5—6) с питанием от ацетиленового генера-
тора производительностью 1,25—3,20 м3/ч, например ти-
па АНДП1-2 (ГОСТ 5190—67).
Для нагрева труб большего диаметра применяют го-
релки с водоохлаждаемыми миогосопловыми насадками
и генераторы больше?! производительности, а также на-
грев природным газом.
ПРИЛОЖЕНИЯ
П риложение 1
Маршрутная технология изготовления герметичного колпака из труб
размером 60X4 мм по ГОСТу 8731—66, материал — сталь Ст2
по ГОСТу 380—71 (рис. а, б)
1.	Резка труб на мерные заготовки длиной 161 ±0,5 льи. Обору-
дование — трубоотрезной станок.
2.	Обработка тангенциальной подачей инструмента, калиброван-
ного по системе «сфера—ступенчатое днище», совмещенная со свар-
кой стыка (б):
нагрев конца трубы длиной 75 мм до температуры 1100—1200°С;
обкатка при следующем режиме: частота вращения шпинделя
800 об!мшг, скорость подачи инструмента 35 мм!сек, срСр = 1,5 °/об;
в процессе обкатки сферы — оплавление кромек, предназначен-
ных под сварку.
Оборудование — обкатная машина мощностью 15 кет, аппара-
тура для ацетилено-кислородной сварки.
3.	Нормализация — нагрев до температуры 850±20°С, выдерж-
ка 20 мин при этой температуре, охлаждение на воздухе.
Оборудование — нормализациоиная печь.
4.	Пневмоиспытание на герметичность при давлении 1 кгс]см?
(в других случаях при давлении, равном рабочему, в соответствии с
Правилами Госгортехнадзора).
Оборудование — установка для пневмоиспытания.
5.	Механическая обработка. Оборудование — токарный станок.
160
П риложение 2
Маршрутная технология изготовления корпуса баллона из стали
марки D емкостью 40 л по ГОСТу 949—57
1.	Резка труб ла заготовки длиной 1420±5 мм и приемка их
ОТК. Оборудование — трубоотрезной станок типа 9157 Станкострои-
тельного завода им. Кирова (г. Тбилиси).
2.	Обкатка днищ со сваркой стыка:
нагрев концов трубы длиной 200 мм до температуры 1200°С;
обкатка на обкатной машине с поворотным суппортом при сле-
дующем режиме: частота вращения шпинделя 600 об/мин, режим об-
жатия — двухскоростной, начало обкатки <рСр = 1,25 °/об до %=45°,
окончание обкатки при cpc7j=3 °/об, вылет В=144 мм;
в процессе обкатки днища — обдувка торцовой кромки кисло-
родом;
регулярный контроль качества сварки путем осмотра горячих
обкатанных заготовок изнутри; эпизодический контроль — металло-
графическим исследованием стыков разрезанных днищ.
Оборудование — обкатная машина мощностью 75 кет, щелевая
кузнечная печь, отапливаемая природным газом, приспособление
для автоматической обдувки кромок кислородом.
3.	Обкатка горловин с отрезкой припуска на обрезь:
нагрев конца трубы длиной 250 мм до температуры 1100—
1200°С;
обкатка при следующем режиме: частота вращения шпинделя
600 об/мин, режим обжатия двухскоростной, срср=1,25 °/об до
Л = 40°, окончание обкатки при срср=2 °/об, вылет В=160 мм;
для отрезки припуска иа обрезь на инструменте устанавливают
нож, обеспечивающий после поворота инструмента на угол %=
= 80ч-85° накатку горловины на его режущую кромку и отделение
рыхлой торцовой части горловины (отрезается 50—100 г металла).
Оборудование — обкатная машина мощностью 75 кет, щелевая
кузнечная печь.
4.	Нормализация баллонов. Нагрев до температуры 850±20°С с
выдержкой 25 мин и охлаждением на воздухе. Оборудование —
проходная печь нормализации.
5.	Определение твердости металла по Бринелю и сравнение ее с
допустимыми пределами изменения твердости металла данной плав-
ки, обеспечивающими получение заданных показателей механических
испытаний. Оборудование — точило для зачистки участка замера,
пресс Брпнеля.
6.	Наружный осмотр, ремонт внешних дефектов.
7.	Механическая обработка горловин — комбинированным ин-
струментом: сверление отверстий, растачивание, зенкерование, на-
161
резка резьбы, контроль качества п точности резьбы. Оборудование—
металлообрабатывающие станки. Инструмент — сверла, резцы, зен-
керы, развертки, метчики, конические гладкие и резьбовые калибры.
8.	Измерение фактической емкости баллонов. Оборудование —
литражные колонки для заполнения водой и измерения емкости с
точностью до 0,1 л.
9.	Испытание на прочность гидравлическим давлением. В соот-
ветствии с требованиями Госгортехнадзора давление при гидропспы-
танин должно быть равно полуторному рабочему давлению; балло-
ны типа 150 испытываются на 225 кгс/см-. Одновременно отбраковы-
ваются баллоны, у которых обнаружена течь в днище.
Оборудование — гидропресс, мультипликатор гидравлический.
10.	Выливка воды, сушка корпуса путем его предварительного
нагрева в сушилке и продувки корпуса баллона сжатым воздухом.
11.	Монтаж вентиля в баллон. Оборудование — станок с клю-
чом под вентиль и с муфтой предельного момента.
12.	Пневмоиспытание на герметичность:
наполнение баллона сжатым воздухом до рабочего давления;
погружение баллона с воздухом в ванну с водой, осмотр и от-
браковка баллонов, в которых обнаружена течь.
Оборудование — стенд для пневмоиспытания в отдельном желе-
зобетонном блиндаже. Испытания проводятся в строгом соответствии
с правилами Госгортехнадзора.
13.	Взвешивание и клеймение.
Оборудование — грузовые весы, машина для клеймения.
П риложение 3
Маршрутная технология изготовления корпуса фильтра,
материал — сталь СтЗ по ГОСТу 380—71
1.	Резка труб размером 89X5 мм на мерные длины 280+2 мм.
Оборудование — трубоотрезной станок.
2.	Обкатка днищ со сваркой стыка:
нагрев концов заготовок длиной 80 мм до температуры 1150—
1200°С;
обкатка с тангенциальной подачей инструмента при следующем
режиме: частота вращения шпинделя 600—800 об/мин, скорость по-
дачи инструмента 30—35 мм/сек, режим обжатия срср=1,5 °/об;
в процессе формовки сферы — обдувка торцовых кромок кисло-
родом.
Оборудование — очковая нагревательная печь, обкатная маши-
на мощностью 28 кет, приспособление для обдувки кромок кисло-
родом.
3.	Обкатка фланца по способу И. И. Соркина и Е. А. Близню-
кова (см. § 12):
162
нагрев концов заготовок длиной 40 мм до температуры 1000—
1100°С;
обкатка фланца при следующем режиме: частота вращения за-
готовки (или инструмента при неподвижной заготовке) 300—
400 об/мин, скорость осевого сближения заготовки и инструмента
— 6—8 мм/сек.
Оборудование — очковая нагревательная печь, обкатная маши-
на мощностью 28 кет.
4.	Нормализация — нагрев до температуры 850±20°С, выдерж-
ка 20 мин при этой температуре, охлаждение на воздухе. Оборудо-
вание — нормалпзационная печь.
5.	Определение герметичности сжатым воздухом давлением до
1 кгс/см2 (допустимо применение галлоидиого течеискателя).
6.	Механическая обработка. Оборудование — токарный станок.
Приложение 4
Маршрутная технология изготовления корпуса для гидронагнетателя
из трубы размером 325X15 мм, материал — сталь 40ХНМА по
ГОСТу 4543—71
1.	Обкатка конца длинной трубы путем тангенциальной подачи
инструмента с вводом оправки в горловину и с последующей от-
резкой датрубка от трубы:
нагрев конца трубы длиной 200 мм до температуры 1150—
1250°С;
обкатка за один переход с получением всех черновых размеров;
на суппорте закрепляется блок формующего инструмента, далее
нож для горячей отрезки припуска на горловину и резец для отрезки
патрубка. Все операции формовки и отделения патрубка от трубы
совмещены. Режим обкатки: частота вращения шпинделя
400 об/мин, подача суппорта в период обкатки 40 мм/об, подача
при врезании резца 0,5 мм/об.
2.	Нормализация — нагрев до температуры 880±15°С продол-
жительностью 40 мин, охлаждение на воздухе. Оборудование —
печь нормализации.
3.	Механическая обработка — расточка отверстия, обточка. Обо-
рудование — токарно-расточной станок.
4.	Закалка — отпуск. Нагрев под закалку до температуры 870—
880°С с выдержкой при этой температуре 55 мин, закалка в воде
при температуре 80—90°С и выдержке не менее 5 мин.
Отпуск должен назначаться после закалки не более чем через
40 мин. Нагрев до температуры 570±Ю°С с выдержкой при этой тем-
пературе в течение 2 ч. Охлаждение после отпуска — в воде при
температуре 50—70°С.
163
Приложение 5
Маршрутная технологиз изготовления двухкамерного сосуда высо-
кого давления из трубы размером 140x4 мм, материал — сталь
40ХНМА по ГОСТу 4543—71
1.	Резка труб размером 140X4 лея на мерные длины 835±5 лыс
Оборудование — трубоотрезной станок.
2.	Обкатка днищ, совмещенная со сваркой стыка:
нагрев конца трубы длиной 130 мм до температуры 1150—
1200°С;
обкатка днища путем тангенциальной подачи инструмента при
следующем режиме: частота вращения шпинделя 800 об/мин, ско-
рость подачи инструмента 50 мм/сек, <рср=2 °/об;
в процессе формовки днища — оплавление торцовых кромок
ацетилево-кнелородным пламенем.
Оборудование — очковая нагревательная печь, обкатная машина
мощностью 28 кет, аппаратура для ацетнлено-кислородной сварки.
3.	Обкатка горловин:
нагрев конца трубы длиной 1500 мм до температуры 1150—
1200°С;
обкатка горловин на том же режиме, что и обкатка днищ;
для отрезки припуска на обрезь на инструменте устанавливают
нож, обеспечивающий после поворота инструмента на угол
Х~80-?85° отделение рыхлой торцовой части горловины. Оборудо-
вание — то же, что п для обкатки днищ.
4.	Обкатка пережима:
заготовку, зажатую с концов и вращающуюся в шпинделе, на-
гревают ацетилено-кислородным пламенем на участке, предназначен-
ном для формовки пережима до температуры 1100—1200°С;
формовка пережима; режим обкатки — вращения заготовки
800—1000 об/мин, поворот инструмента на 90° за 4—5 сек. Обору-
дование — ацетилено-кислородный генератор производительностью
не менее 3,5 м3/ч и прочая аппаратура для местного нагрева заго-
товки, обкатная машина мощностью 22 кет.
5.	Нагрев до температуры 1250°С и штамповка малой камеры
газовой средой по жесткой матрице, имеющей заданную форму.
Оборудование — пресс, нагревательные устройства, компрессор вы-
сокого давления.
6.	Механическая обработка. Оборудование — сверлильные и
расточные станки.
7.	Гидравлическое испытание давлением, равным 1,5 рабочего.
Оборудование — пресс для гидроиспытания, мультипликатор.
8.	Пневмоиспытание, проверка герметичности, давление пневмо-
испытания равно рабочему давлению камеры. Оборудование —
блиндаж для пневмоиспытания, компрессор высокого давления.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.	Борисов С. И., Близнюков Е. А. Оптимальные условия попе-
речно-винтовой обкатки полых периодических профилей. Сб. «Про-
изводство труб». М., Металлургиздат, 1963, с. 36—49.
2.	Борисов С. И. и др. Трубное производство Украины. Стан с
программным управлением для производства полых периодических
профилей поперечно-винтовой обкаткой. Киев, Институт технической
информации, 1963, с. 44—51.
3.	Бутузов Е. А. Специальные виды штамповки. М., «Высшая
школа», 1963, 206 стр.
4.	Васильчиков М. В., Волков М. М. Поперечно-винтовая про-
катка изделий с винтовой поверхностью. М., «Машиностроение»,
196'8, 140 стр.
5.	Волошкин В. П., Ермолов В. С., Капорович В. Г. О техноло-
гических возможностях закатки днищ на толстостенных трубчатых
заготовках «Кузнечно-штамповочное производство», 1967, № 2.
с. 21—23.
6.	Горбунов М. Н. Штамповка деталей из трубчатых заготовок.
М., Машгиз, 1960, 190 стр.
7.	Динник А. А. Истинные пределы текучести при горячей про-
катки стали. Труды конференции «Современные достижения прокат-
ного производства». Т. I, II. Изд-во Л ПИ, 1958, 1959, с. 64—70.
8.	Залесский В. И., Кобелев А. Г., Колмаков Е. А. Определение
площади контактной поверхности при закатке днищ. «Известия ву-
зов. Черная металлургия», 1967, № 1 и 7, с. 113—116 и 104—109.
9.	Капорович В. Г. Производство баллонов методом обкатки.
«Кузнечно-штамповочное производство», 1963, № 3, с. 19—22.
10.	Капорович В. Г.. Ерофеева А. С. Анализ конструкции инстру-
мента для обкатки трубчатых заготовок. «Кузнечно-штамповочное
производство», 1'970, № 3, с. 15—16.
11.	Капорович В. Г., Капорович Л. Т. Общие принципы построе-
ния инструмента трения для обкатки давлением трубчатых загото-
вок. Сб. «Обработка металлов давлением». Труды НИИПТМАШ
Вып. 8. Краматорск, 1969, с. 63—69.
12.	Капорович В. Г. О некоторых особенностях формовки днищ
бесшовных газовых баллонов. Сб. «Обработка металлов давлением».
Труды ЛПИ. М., Машгиз, 1965, № 243, с. 173—177.
1S.	Капорович В. Г. О калибровке инструмента трения для об-
катки. «Кузнечно-штамповочное производство», 1969, № 3, с. 212—24.
14.	Капорович В. Г. и др. О пластической обкатке трубчатых
заготовок на металлорежущих станках. «Станки и инструмент»,
1971, № 0.
15.	Колмаков Е. А., Чистяков В. И., Кобелев А. Г. Опытная за-
катка горловин баллонов валками. «Кузнечно-штамповочное произ-
водство», 1970, № 5, с. 37—39.
165
16.	Корнеев Н. И., Певзнер С. Б., Разуваев Е. И., Скугарев И. Г.
Обработка давлением тугоплавких металлов и сплавов. М., «Метал-
лургия», 1967, 268 стр.
17.	Крагельский И. В. Трение и износ. М., «Машиностроение»,
1968, 480 стр.
18.	Матвеев Ю. М., Шехет Я. М. Определение площади контакт-
ной поверхности при закатке днищ кислородных баллонов. Сб. «Про-
изводство сварных и бесшовных труб». Вып. 6 (УралНИТИ). М.,
«Металлургия», 1966, с. 174—180.
19.	Михайленко Г. И., Горбань И. С. Бездымные невыгорающнс
смазки для горячей штамповки металлов. «Кузнечно-штамповочное
производство», 1968, № 10, с. 10—12.
20.	Писаревский М. И. Новый инструмент для накатывания резьб
и шлицев. М.—Л. «АГашиностроение», 1966, 152 стр.
21.	Потапенко В. К. и др. Исследование эпергосиловых пара-
метров при закатке баллонов. «Кузнечно-штамповочное производст-
во», 1967, № 4, с. 7—9.
22.	Производство изделий из тугоплавких металлов. Пер. с англ.
М., Изд-во «Мир», 1968.
23.	Кокрофт М. Г. Смазка в процессах обработки металлов дав-
лением. Пер. с англ. М., «Металлургия», 1970, 111с.
24.	Смирнов В. С. Теория прокатки. М., «Металлургия», 1967,
460 стр.
25.	Соловцев С. С., Королев В. Н. Определение параметров про-
цесса раскатки шариками особотонкостеппых деталей. «Кузнечно-
штамповочное производство», 1969, № 7, с. 14—18.
26.	Соркин И. И., Близнюков Е. А. Трубное производство Украи-
ны. Отбортовка труб методом ротационной штамповки. Киев, Ин-
ститут технической информации, 1963, с. 51—55.
27.	Сторожев М. В., Попов Е. А. Теория обработки металлов
давлением. М., «Высшая школа», 19*ЭЗ, 3891 стр.
28.	Томсен Э., Янг Ч., Кобаяши Ш. Механика пластических де-
формаций при обработке металлов. Пер. с англ. М., «Машинострое-
ние», 1969, 503 стр.
29.	Уиксов Е. П. Инженерная теория пластичности. Методы рас-
чета усилий деформирования. М., Машгиз, 1959.
30.	Чертавских А. К., Белосевич В. К. Трение и технологическая
смазка при обработке металлов давлением. М., «Металлургия», 1968,
362 стр.
31.	Шпигельман Р. М., Чередниченко Г. М., Фурлендер Г. А.
Новая машина для закатки баллонов. Металлургическое машино-
строение. Вып. 6. ЦИНТИАМ, 1963, с. 19—23.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Принятые обозначения ...................................... 3
Глава I. Элементы теории обкатки и раскатки ...	5
1.	Общие положения.................................... 5
2.	Раскатка конусов на оправке......................
3.	Раскатка труб роликами на	оправке.................. 29
4.	Обкатка труб инструментом трения без оправки ...	32
Глава II. Экспериментальные исследования и производствен-
ный опыт по определению технологических параметров
обкатки....................................................42
б.	Формоизменение при обкатке днищ....................42
6.	Обкатка с получением равностенных днищ ....	48
7.	Обкатка герметичных днищ...........................50
8.	Обкатка горловин...................................55
9.	Понятие об активной и пассивной калибровки инстру-
мента для обкатки горловин ........................... 62
10.	Совмещение обкатки с раскаткой горловин на оправке 66
11.	Обкатка пережимов ................................ 68
12.	Обкатка фланцев....................................70
13.	Скоростные и энергосиловые параметры процесса
обкатки трубчатых заготовок инструментом трения .	73
14.	Инструмент для обкатки п раскатки................. 80
15.	Износ и смазка инструмента, налипание на пего
металла.................................................87
Глава III. Технология обкатки и раскатки плоских и труб-
чатых заготовок роликовыми давильниками....................95
16.	Формоизменение при обкатке.........................95
17.	Формоизменение при раскатке........................98
18.	Обкатка и накатка резьб............................99
19.	Особенности обкатки и раскатки изделий из тугоплав-
ких металлов и сплавов.................................101
Глава IV. Калибровка инструмента......................... 108
20.	Кинематический анализ движений....................108
21.	Общие положения о калибровке	инструмента трения .	114
22.	Калибровка инструмента для тангенциальной обкатки
сферических и эллипсоидных днищ на трубчатых
заготовках............................................116
23.	Калибровка инструмента для обкатки параболоидных
днищ и горловин........................................118
24.	Калибровка инструмента для обкатки плоских и сту-
пенчатых герметичных днищ на трубчатых заготовках 120
167
25.	Калибровка инструмента трения при параллельном
расположении осей вращения заготовки и инструмента 123
26.	Калибровка инструмента трения для роторной обкатки
трубчатых заготовок....................................129
Глава V. Оборудование и приспособления для обкатки.
Механизация процессов обкатки ...........................135
27.	Машины для производства бесшовных газовых
баллонов...............................................135
28.	Машины для тангенциальной обкатки трубчатых
заготовок..............................................143
29.	Приспособление для сварки стыкуемых кромок заго-
товки при тангенциальной обкатке труб .	.	.	.	146
30.	Совмещение тангенциальной обкатки с обработкой
резанием...............................................147
31.	Приспособления к металлорежущим станкам . . .	148
32.	Машины для обкатки концов котельных труб ... .	148
33.	Производство полых периодических профилей попереч-
но-винтовой обкаткой...................................151
34.	Обкатные машины роторного типа конструкции КИИ
и ПИТЗ.............................................152
35.	Нагрев заготовок,	планировка оборудования ..	.	.	155
Приложения 1—5.....................................160
Список	литературы ......................................  165
Владимир Георгиевич Капорович
ОБКАТКА В ПРОИЗВОДСТВЕ МЕТАЛЛОИЗДЕЛИЙ
Редактор издательства ннж. Ю. Л. Маркиз
Технические редакторы Б. И. Модель и А. И. Захарова
Корректор И. М. Борсйша
Переплет художника А. Я. Штаркмана
Сдано в набор 22/1 1973 г.	Подписано к печати J5/VI 1973 г.
Т-08239. Формат 84Х108’/з2. Бумага № 2. Усл.-еч. л. 8,82. Уч.-изд. л. 8,5
Тираж 6200 экз.	Заказ 405.	Цена 43 коп.
Издательство «МАШИНОСТРОЕНИЕ», Москва, Б-78, 1-й Басманный пер., 3
Московская типография № 32 «Союзполпграфпрома» при Государственном
комитете Совета Министров СССР по делам издательств, полиграфии
и книжной торговли. Москва, К*51, Цветной бульвар, д. 26.