Index of /rozprawy2/10777

Pełen tekst

(1)Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej Katedra Plastycznej Przeróbki Metali. ROZPRAWA DOKTORSKA. mgr inż. Piotr Chyła. Studium procesu walcowania kul stalowych w walcarkach skośnych. Promotor Prof. dr hab. inż. Jan Kazanecki. Kraków, 2014.

(2) Składam serdeczne podziękowania Promotorowi Panu Prof. dr hab. inż. Janowi Kazaneckiemu za przekazaną wiedzę, życzliwość, poświęcony czas oraz za cenne wskazówki i okazaną pomoc w przygotowaniu niniejszej pracy..

(3) Spis treści:………………………………………………………………………………... 1. 1. Wprowadzenie................................................................................................................ 3. 2. Opracowanie literaturowe – stan zagadnienia................................................................ 7. 2.1. Płynięcie metalu podczas kształtowania pełnych wyrobów w wykrojach śrubowych........................................................................................................................... 8. 2.1.1. Poślizg metalu w wykroju................................................................. 18. 2.2. Konstrukcja i wytyczne do wykonywania wykroju śrubowego...................... 21. 2.2.1. Warunek stałej objętości metalu w wykroju śrubowym................... 26. 2.2.2. Określenie sił działających na walce................................................. 30. 2.2.3. Przykład obliczeniowy kalibrowania walca z wykrojem śrubowym……………………………………………………………………………….... 46. 2.3. Kalibrowanie wykroju śrubowego do walcowania kul.................................... 48. 2.3.1. Obliczenia kalibrownicze kształtującego odcinka wykroju śrubowego………………………………………………………………………………. 48. 2.3.2. Skok nacięcia wykroju śrubowego.................................................... 50. 2.3.3. Dobór średnicy walców roboczych................................................... 52. 2.3.4. Konstrukcja odcinka oddzielającego wykroju śrubowego................ 52. 2.3.5. Przykład konstrukcji walców roboczych........................................... 54. 2.4. Kalibrowanie prowadnic podczas walcowania kul.......................................... 55. 3. Cel i teza pracy............................................................................................................... 57. 4. Badania doświadczalne................................................................................................... 58. 4.1. Wybór problemu dla własnej reprezentacji interesującego obszaru badań…. 58. 4. 2. Zastosowanie programu SimufactForming…………………………………. 61. 4.3. Stanowisko badawcze………………………………………………………. 63. 4.4. Modelowanie walcowania skośnego………………………………………. 67. 4.5. Analiza walcowania skośnego według założeń konwencjonalnych………. 68. 4.5.1. Progresja kształtu walcowanych kul………………………………. 68. 4.5.2. Zmiana intensywności odkształcenia……………………………. 71. 4.5.3. Rozkład naprężeń średnich………………………………………. 76. 4.5.4. Rozkład temperatury walcowania…………………………………. 81. 4.5.5. Kryterium funkcji zniszczenia……………………………………. 82. 4.5.6. Przebieg zużycia narzędzi…………………………………………. 85.

(4) 4.5.7. Rozkład sił i momentu walcowania………………………………. 87. 4.6. Analiza walcowania skośnego według metody zmodyfikowanej………….... 90. 4.6.1. Progresja kształtu walcowanych kul………………………………. 91. 4.6.2. Zmiana intensywności odkształcenia……………………………. 94. 4.6.3. Rozkład naprężeń średnich………………………………………. 99. 4.6.4. Rozkład temperatury walcowania…………………………………. 104. 4.6.5. Kryterium funkcji zniszczenia…………………………………….. 106. 4.6.6. Przebieg zużycia narzędzi…………………………………………. 107. 4.6.7. Rozkład sił i momentu walcowania……………………………….. 109. 4.7. Badania doświadczalne – modelowanie fizyczne, stanowisko badawcze…. 118. 4.7.1. Narzędzia do walcowania skośnego kul…………………………. 119. 4.7.2. Walcowanie kul o średnicy 33 mm w wykrojach śrubowych…….. 121 4.8. Pomiary twardości…………………………………………………………. 126. 4.9. Mikrostruktura………………………………………………………………. 142. 4.9.1. Materiał wsadowy…………………….…………………………. 142. 4.9.2. Chłodzenie na powietrzu………………………………………….. 144 4.9.3. Chłodzenie w wodzie………………….…………………………. 149. 4.9.4. Chłodzenie w oleju…………………….………………………….. 153 5. Podsumowanie i wnioski…..………………………………………………………….. 156. 6. Literatura……………………………………………………………………………… 160. 2.

(5) 1. Wprowadzenie Znane są trzy technologie produkcji kul: . odlewanie,. . kucie,. . walcowanie.. Odlewnictwo jako jedna z najstarszych metod wytwarzania w swej najprostszej odmianie polega na kształtowaniu elementów metalowych, które będą łatwe w dalszej obróbce. Odlewanie jest technologią wykonywania przedmiotów za pomocą wypełniania form. Odlewy wykonuje się ze staliwa, żeliwa, stopów aluminium, magnezu, miedzi. Odlewanie stosuje się wówczas gdy inne technologie byłyby zbyt kosztowne [1]. W jednej z polskich kuźni odkuwki wytwarzane są w gniazdach pras ciernych, w technologii matrycowej, do procesu kucia kul stosowany jest materiał wsadowy w postaci prętów, głównie w gatunku St90PA ze zwiększona zawartością węgla i manganu. Kule w cyklu produkcyjnym poddawane są specjalnej obróbce cieplnej, która zapewnia uzyskiwanie bardzo dobrych własności mechanicznych, w tym: wysokiej twardości, odporności na ścieranie i pękanie [2]. Pomimo. kilkudziesięcioletniej. historii. zastosowań. przemysłowych. procesu. walcowania kul w walcarkach skośnych technologia ta nie została dotychczas poznana w stopniu satysfakcjonującym, co jest wynikiem bardzo złożonej kinematyki płynięcia metalu. Poprawy tego faktu upatruje się w możliwościach stwarzanych przez intensywnie rozwijające się metody modelowania numerycznego objętościowych procesów kształtowania plastycznego metali. Do tej pory brak jest jednak kompleksowego opracowania na temat modelowania numerycznego procesu walcowania kul w walcarkach skośnych. W literaturze specjalistycznej można znaleźć prace na temat modelowania numerycznego walcowania w skośnych walcarkach dziurujących. Pierwsze z nich zostały wykonane w latach dziewięćdziesiątych XX wieku i bazowały na dwuwymiarowych modelach MES [3]. Ze względu na charakter płynięcia metalu procesy te powinny być jednakże symulowane w warunkach przestrzennego stanu odkształcenia 3D. Prób trójwymiarowego zamodelowania procesu dziurowania w ostatnich latach podjęli się Pietisch i Thieren [4], Ceretti i in. [5] oraz Komori [6]. Jednakże opracowane przez tych autorów modele numeryczne bazują na licznych uproszczeniach dotyczących np.: pomijania zjawisk termicznych zachodzących w kształtowanym metalu [4-6], ograniczania się w obliczeniach 3.

(6) wyłącznie do fazy ustalonej [6] bądź do początku kształtowania [4, 5]. Z tych też względów w Politechnice Lubelskiej podjęto się zamodelowania pełnego procesu dziurowania w walcarce skośnej, uwzględniającego zjawiska cieplne. Wyniki uzyskane z tej analizy przedstawiono w opracowaniach [7-10]. Ponadto, w tym samym ośrodku naukowym wykonano analizy teoretyczne procesu walcowania pierścieni w trojwalcowej walcarce skośnej, realizowanego z wykorzystaniem walców śrubowych [11]. Analizy te wykonano w oparciu o obliczenia MES w warunkach przestrzennego stanu odkształcenia, przy pełnym uwzględnieniu zjawisk termicznych zachodzących w metalu stosując program DEFORM-3D. Simufact lepiej modeluje płyniecie metalu podczas walcowania śrubowego niż program DEFORM-3D. Dlatego do dalszego rozwoju badań posłużył właśnie ten program. Simufact powstał na bazie oprogramowania MES.SuperForm i stanowi obecnie jego rozszerzoną wersję. Program MSC.SuperForm był w przeszłości z sukcesem stosowany do modelowania procesów walcowania skośnego tulei grubościennych [7-9] oraz walcowania poprzecznego [12-21]. Uznano zatem za celowe sprawdzenie skuteczności tego oprogramowania w modelowaniu walcowania kul w walcarkach śrubowych. Kula w danej przestrzeni metrycznej (. ) jest zbiorem elementów tej przestrzeni,. zdefiniowanym jako: ̅̅ ̅. ( ̅ ̅). dla pewnych. (1.1) które nazywamy odpowiednio środkiem i promieniem kuli.. Definicja intuicyjna: kula to zbiór punktów oddalonych nie bardziej niż pewna zadana odległość (promień kuli - r) od wybranego punktu (środek kuli - O), rys. 1.1 [22].. Rys. 1.1. Kula w przestrzeni euklidesowej [23]. 4.

(7) A najprościej zdefinować kulę jako obrót koło wokół prostej k, przedsatwiony na rysunku 1.2 [24].. Rys. 1.2. Inna definicja kuli [23]. Objętość 3-wymiarowej kuli:. (1.2). Pole powierzchni 3-wymiarowej kuli:. (1.3) Kule stalowe najczęściej znajdują zastosowanie w młynach kulowych. Młyn kulowy to odmiana młyna, w którym funkcję mielników spełniają kule o różnych średnicach, wykonane z twardego materiału o dużej gęstości, takiego jak stal, czy ceramika. Młyny tego typu służą do mielenia na sucho lub mokro surowców średniotwardych i miękkich [25] stosuje się je do: •. przeróbki rud;. •. w przemyśle cementowym;. •. w przemyśle ceramicznym;. •. energetyce.. Przemysłowy młyn kulowy prezentowany jest na rysunku 1.3.. 5.

(8) Rys. 1.3. Przemysłowy młyn kulowy [26]. Zasada działania młynów kulowych polega na tym, że pod wpływem działania sił odśrodkowych, wywołanych obrotami bębna, unoszone są elementy mielące – mielniki wraz z mieliwem na określona wysokość, a następnie opadają lub zsuwają się po sobie rozdrabniając materiał przez udar i ścieranie. Zasadę działania prezentuje rysunek 1.4.. Rys. 1.4. Zasada działania młyna kulowego [27]. 6.

(9) 2. Opracowanie literaturowe – stan zagadnienia Walcowanie skośne półwyrobu typu kul w dwuwalcowej walcarce skośnej z walcami z wykrojem śrubowym (rys. 2.1) jest kolejnym sposobem ich wykonywania. Jest to metoda wydajna, jednak wymagająca użycia maszyn specjalnych – np. walcarek z serii CKBMM konstrukcji byłego ZSRR. Wadą tych maszyn jest znaczna ich cena oraz wymogi dotyczące dużej przestrzeni produkcyjnej co stanowi przeszkodę w ich ustawianiu w zakładach maszynowych i przedsiębiorstwach górniczych. Ponadto, aby produkcja kul w tych walcarkach była opłacalna musi być produkcją masową. Walcowanie skośne kul – omawianą metodą, polega na kształtowaniu pomiędzy dwoma walcami (wyposażonymi w wykroje śrubowe – rys. 2.1) odkuwek kul z pręta pełnego z oddzieleniem wyrobu gotowego. Przy każdym obrocie walców jest kształtowana tylko jedna kula. Jednak, aby uzyskać wyrób o prawidłowym kształcie, należy spełnić trzy podstawowe warunki: -. objętość metalu zamkniętego w wykrojach powinna być stała podczas całego procesu kształtowania;. -. zmiana zarysu i rozmiarów obrzeży wykroju powinny odpowiadać wydłużeniu zamkniętego półwyrobu;. -. zamykanie metalu powinno realizować się na stosunkowo krótkich odcinkach, żeby zapobiec tworzeniu pęknięć w strefie osiowej półwyrobu. Spełnienie powyższych wymogów zapewnia uzyskanie odkuwek o prawidłowym. kształcie geometrycznym przy minimalnej pracy odkształcenia plastycznego. Jednakże w praktyce nie zawsze udaje się uzyskać tak idealne warunki walcowania, a co za tym idzie taki proces walcowania poprzecznego nie jest optymalny. Wydaje się, że pomimo trudności związanych z opracowaniem technologii walcowania skośnego kul, proces ten może być opłacalny w warunkach produkcji wielkoseryjnej i masowej, w szczególności prowadzonej z taniego wsadu pochodzącego np. ze złomowanych szyn kolejowych [28].. 7.

(10) Rys. 2.1. Schemat walcowania skośnego kul w dwuwalcowej walcarce z walcami o wykroju śrubowym [29]. 2.1. Płynięcie metalu w wykrojach śrubowych. podczas. kształtowania. pełnych. wyrobów. Półwyroby kul, przeznaczonych do młynów kulowych, dotychczas są wykonywane trzema sposobami: a) kuciem na zimno kul o średnicach do  25,4 mm z prętów pełnych w prasach – automatach matrycujących; b) kuciem na gorąco kul o średnicach do  34,9 mm z prętów pełnych w prasach o wykroju matrycującym z ręcznym podawaniem do matrycy; c) kuciem na gorąco kul o średnicach powyżej  36,5 mm z prętów pełnych pod młotami i w prasach o wykroju matrycującym z pojedynczym podawaniem do matrycy. Asortyment wymiarowy półwyrobów kul – walcowanych lub kutych, i dane charakterystyczne ich wykonania zestawiono w tabeli 2.1 [28].. 8.

(11) Tabela 2.1. Asortyment wymiarowy półwyrobów kul – walcowanych lub kutych, i dane charakteryzujące ich wykonanie [28] Tolerancje, mm Naddatek Wymiar Nominalna średnica jednostronny na (średnica zewn.) półwyrobu, mm, na średnicy owalności na szlifowanie, mm, Lp. kul podczas: podczas: przekroju podczas: podczas: mm kucia walcowania kucia walcowania kucia walcowania kucia walcowania 1. 26,99 28,19 28,0 +0,4 +0,2 0,16 0,16 0,501 0,506 2. 27,78 28,98 28,8 +0,4 +0,2 0,16 0,16 0,599 0,548 3. 28,58 29,88 29,7 +0,4 +0,2 0,16 0,16 0,702 0,612 4. 31,75 33,15 33,1 +0,4 +0,2 0,16 0,16 0,700 0,675 5. 33,34 34,74 34,5 +0,4 +0,2 0,16 0,16 0,701 0,581 6. 34,92 36,33 36,0 +0,4 +0,2 0,16 0,16 0,702 0,632 7. 36,51 40,0 38,0 +1,0 +0,2 1,0 0,16 1,743 0,743 8. 38,10 41,5 39,3 +1,0 +0,2 1,0 0,16 1,700 0,800 9. 41,28 44,5 43,0 +1,0 +0,2 1,0 0,2 1,612 0,862 10. 42,86 46,5 44,4 +1,0 +0,3 1,0 0,2 1,816 0,890. Zagadnienia kucia kul nie będą szerzej omawiane. Rozważania teoretyczne zostaną odniesione w stosunku do procesu walcowania skośnego w walcarce dwuwalcowej, w której walce robocze na średnicy i obwodzie beczki mają wykonany wykrój śrubowy. Pierwsze prace teoretyczne zapoczątkował w Związku Radzieckim zespół naukowobadawczy kierowany przez A.I. Celikowa. Około 1950 roku firma WNIIMIETMASZ (obecnie znana jako OAO EZTM) zbudowała w ZSRR pierwszą skośną walcarkę przemysłową i opanowała nowy proces technologiczny walcowania kul o średnicach w zakresie od 25 ÷ 45 mm. Natomiast cztery lata później oddano do eksploatacji drugą skośną walcarkę przemysłową, mającą możliwość walcowania kul o średnicach w zakresie od 25 ÷ 55 mm. Kolejne walcarki do kul o średnicach od 25 ÷ 50 mm zaprojektowano w dalszych latach: -. 1966 r. dla angielskiej firmy Helipebs,. -. 1972 r. dla brazylijskiej firmy Metales,. -. 1977 r. dla szwedzkiej firmy Fagersta,. -. 1977 r. dla niemieckiej firmy Kord und Rosch. Proces walcowania rozpoczyna się podaniem po prowadnicach nagrzanego półwyrobu. w walce robocze, gdy przedni jego koniec zostanie uchwycony kołnierzami walców. Następnie półwyrób zaczyna obracać się wokół swojej osi, jednocześnie rozpoczyna się także jego płynięcie w wykrój śrubowy. Przy tym wskutek ciągłego narastania wysokości kołnierzy. 9.

(12) wykroju półwyrób poddawany jest gniotowi poprzecznemu i przyjmuje kolejne kształty (rys. 2.2a), zbliżające go do uzyskania mostka półwyrobu kul (rys. 2.2b) [31].. Rys. 2.2. Charakter odkształcenia przy walcowaniu kul: a) półwyrób zahamowany w walcach skośnej walcarki do kul; b) schemat rozdzielania kul podczas walcowania [31]. Po dalszym płynięciu w wykroju mostek jest kształtowany (rozwalcowywany) kołnierzami wykroju walca aż do momentu skalibrowania końcowego kształtu półwyrobu kul. Od strony podania – dla podtrzymania półwyrobu na kule, stosowane są odpowiednio skalibrowane stałe prowadnice liniowe, o szerokości dostosowanej do uzyskania końcowego wymiaru średnicy walcowanych kul. Przy każdym obrocie walców odwalcowana jest jedna kula, co świadczy o tym, iż przepustowość takiej walcarki określona jest prędkością obrotową walców. Walcowane kule opuszczają walcarkę skośną w postaci mostków (rys. 2.3), łączących od 3 ÷ 4 kul, lub jako pojedyncze wykalibrowane kule (jedynie z niewielkimi wypływkami). Chłodzenie odwalcowanych kul zachodzi w ściśle określonych warunkach chłodzenia w specjalnych chłodniach, zabezpieczających proces chłodzenia z temperatury końca walcowania do temperatury otoczenia. Po procesie chłodzenia kule poddaje się procesowi odpuszczania, aby wyrównać strukturę metalu i obniżyć twardość przed kolejną operacją ich szlifowania. 10.

(13) Z danych zawartych w tabeli 2.1 wynika, że odnośnie kształtu i jakości powierzchni walcowanych kul w zależności od przeznaczenia, definiuje się wysokie wymagania. Na powierzchni kul niedopuszczalne są wgniecenia, nacięcia czy zawalcowania, głębokość których byłaby większa od naddatku na szlifowanie. Wykonane kule poddawane są końcowej kontroli jakości [31].. Rys. 2.3. Widok na odwalcowane półwyroby kul o średnicach w zakresie od 27,0 ÷ 50,8 mm [33]. Zawyżoną owalność odwalcowanych kul reguluje się kątem nachylenia osi walców roboczych. Zawalcowania i łuski powierzchniowe wywołane są pojawieniem się wad na powierzchni wykroju walców, a także przy nierównomiernym nagrzewie na przekroju walcowanego półwyrobu. Przy prawidłowym osiowym nastawieniu walców kule podczas walcowania uzyskują kształt jak na rys. 2.2. Jeżeli to osiowe nastawienie walców jest nieprawidłowe, to walcowane kule przesuwają się w wykroju jedna w stosunku do drugiej, mostki wciskają się w objętość kul i powstawać mogą łuski. Nacięcia na powierzchni kul mogą pojawiać się wtedy, gdy półwyrób odkształcany jest w wykroju ze zmiennym naciskiem, wskutek czego metal jest częściowo ścinany brzegiem kołnierza wykroju. Jedną z podstawowych przyczyn powstawania wgnieceń na powierzchni kuli jest nalepianie się metalu na walce, co wynika z intensywnego poślizgu między odkształcanym półwyrobem i narzędziem, warstwa powierzchniowa ściskanego metalu silnie się nagrzewa 11.

(14) i w postaci oddzielnych łusek może nalepiać się na powierzchnię wykroju walca. Jak wykazują doświadczenia skłonność do nalepiania sie metalu jest tym większa, im większa jest prędkość poślizgu między walcem i półwyrobem oraz im mniejsza jest twardość walców. Przy zbyt niskim utwardzeniu walców nadtopiony metal zatrzymuje się na walcach i przy ponownym zetknięciu sie z półwyrobem na kulach pojawiają się głębokie wgniecenia. Podczas walcowania w wykrojach śrubowych produkt przyjmuje wymagany kształt, stopniowo wprowadzając obrzeże walców w zgniatany pręt okrągły. Niezbędne, ażeby zgniatany metal w sposób ciągły przylegał do obrzeża wykroju. W przeciwnym przypadku profil wyrobu okazuje się niewypełniany i na jego powierzchni powstają występy śrubowe. Zwykle półwyrób jednocześnie zgniatano kilkoma następującymi po sobie śrubowymi zwojami wykroju. W wyniku tego powstaje w pierwszym etapie kształtowania występ na czołowej powierzchni, przy dolnym zgniataniu półwyrobu w zwężającym wykroju przekształca się w łuskę lub zawalcowanie. W początkowym momencie wprowadzenia kołnierza (obrzeża) walca w półwyrób zgniatany metal płynie w kierunku promieniowym. Przy czym na odcinkach powierzchni bocznej przylega do czoła wyrobu, tworząc zgrubienie metalu (rys. 2.4). W miarę zmniejszania średnicy zgniatanego mostka płynięcie promieniowe przestaje i występuje osiowe płynięcie metalu. Taki sposób (charakter) płynięcia metalu w pierwszym okresie wprowadzania kołnierza walców w półwyrób tłumaczy się tym, że odkształcenie nie przenika w głąb półwyrobu, dzięki czemu utrudnia jej wydłużenie i wypierany z mostka metal przepływa na powierzchnie boczną półwyrobu tworząc zgrubienia. Spotykając na swojej drodze dno wykroju płynący metal kieruje się do średniej części powierzchni półwyrobu i stopniowo wypełnia tworzący się prześwit między półwyrobem i dnem wykroju. To sprzyja także stałemu osiowemu ściskaniu półwyrobu w wykroju. W wyniku promieniowego płynięcia metalu podczas walcowania poprzecznego wyrobów wykrojach śrubowych, średnica wejściowa półwyrobu powinna być nieco mniejsza od średnicy walcowanego wyrobu. Jeżeli w wykroju śrubowym zadajemy pręt, którego średnica jest równa lub większa od średnicy walcowanego wyrobu to nastąpi nieuniknione jego promieniowe rozwalcownie, które prowadzi do powstania pęknięcia (szczeliny) w strefie osiowej półwyrobu. Średnica mostka, przy którym wystąpi osiowe płynięcie metalu, zależy od stosunku sił, powstających podczas zgniatania końca (czoła) półwyrobu i oporu rozciągania mostka. Kiedy ostatnie przekroje przestają dominować, następuje wydłużenie półwyrobu i promieniowe płynięcie zmienia się [31].. 12.

(15) Jak już zaznaczono, proces kształtowania wyrobu wykrojem śrubowym walców, wysokość którego stopniowo zwiększa się w sposób ciągły wnika w półwyrób. Poza tym zmniejsza się średnica mostka łączącego półwyrób. Podstawowym warunkiem odkształcenia półwyrobu okazuje się nieściśliwość metalu. Kształtowanie wyrobu może zachodzić przy różnych warunkach zmiany elementarnej objętości ściskanego mostka 1). :. , to jest w miarę zmniejszania średnicy zgniatanego mostka objętość jego pozostaje stała. W tym przypadku długość mostka ciągle wzrasta. Jednak ten przypadek nie ma praktycznego znaczenia, ponieważ nadmierne zwiększanie długości mostka prowadzi do powstania osiowego otworu, wywołując zbytnie straty materiału i utrudnia obróbkę półwyrobu;. 2). – w tym przypadku metal, wyciskany z mostka przemieszcza się do kalibrowanej części czoła wyrobu.. W normalnym procesie kształtowania wyrobu wykrojem śrubowym walca, krzywizna profilu stała (rys 2.4), elementarna objętość metalu, wyciśnięta z mostka, powinna być równa przyrostowi objętości czoła kształtowanego półwyrobu. . W tym przypadku mostek. nieściśliwości metalu może być zapisany w następujący sposób:. (2.1) Obrzeże śrubowego wykroju „śledzi” za odkształconym metalem, a półwyrób przyjmuje wymagany kształt bez łusek i zawalcowań na powierzchni [30].. Rys. 2.4. Przemieszczenie elementarnej objętości metalu podczas kształtowania pełnego wyrobu [30]. 13.

(16) W procesie nacinania wykroju śrubowego w praktyce nieunikniono odstępstwa od obliczonych wykrojów obrzeży, określonych z równania (2.1). Jeśli wykrój będzie wykonany w taki sposób, że. , to metal będzie odchodził od obrzeża wykroju i normalny. proces kształtowania wyrobu zostanie naruszany. Podczas wyboru wymiarów wykroju w ten sposób, ażeby. było niewiele większe od. , w mostku powstaje naciąg i metal. kształtowanego półwyrobu będzie szczelnie przylegać do śrubowego obrzeża walca. W ten sposób, dla pewności prawidłowego kształtowania wyrobu bez łusek i zawalcowań na powierzchni, zmiana elementarnych objętości w każdej części wykroju powinna odpowiadać warunkowi:. ,. (2.2). gdzie: i charakteryzuje stopień naciągu mostka. Przy takiej konstrukcji wykroju brakujący metal, niezbędny do kształtowania wyrobu, przemieszcza się z sąsiednich nieodkształconych stref półwyrobu, przez co powoduje naciąg metalu w mostku. Podczas walcowania pełnych wyrobów objętość mostka w rozpatrywanym momencie walcowania równa się:. (2.3) Elementarna objętość, wyciśnięta z mostka podczas jego gniotu wierzchołkiem obrzeża walca, równa się pełnej różniczce funkcji (2.3) od dwóch zmiennych. ,. i. :. (2.4) (2.5). Elementarny przyrost objętości czoła (części początkowej) półwyrobu. określony. dla każdego danego kontaktu wyrobu. Jeśli na przykład walcowany wyrób ma kształt kuli, to elementarny przyrost. określamy z zależności:. ,. gdzie:. 14.

(17) – objętość ściętych półkuli kształtowanego kulistego półwyrobu, który w danym momencie walcowania równa się:. ⁄. √. √. (2.6). gdzie: – promień walcowanej kuli, – promień mostka, zmieniający się w procesie kształtowania kuli. Elementarny przyrost objętości półkuli odpowiednio jest równy:. (. ). ⁄ √. (2.7). Podstawiając wyrażenia (2.5) i (2.7) w równanie (2.2), znajdujemy:. ⁄ ( √. (2.8). ). Rozwiązując otrzymane równanie różniczkowe, określamy:. (∫. ). √. (2.9). Rozwiązanie całki prowadzi do wyrażenia:. [. (. )√. ] ⁄. (2.10). 15.

(18) Stałą dowolną określamy podstawiając w równanie (2.10) warunki graniczne: i. . Ostateczna zależność szerokości wierzchołka obrzeża wykroju. od promienia. zgniatanego mostka ( ) dla prawidłowego kształtowania kuli określa wyrażenie:. (. [. Zależność. )√. (. )√. ] ⁄. (2.11). ( ) przedstawia rodzina krzywych (rys. 2.5). Rys. 2.5. Rodzina krzywych zależności szerokości wierzchołka obrzeża od promienia mostka kształtowanego półwyrobu [30]. Z przedstawionych wykresów, widać że dla zapewnienia ciągłego przylegania zgniatanego metalu do wykroju (obrzeża) walca, niezbędne jest aby szerokość wierzchołka obrzeża na początku kształtowanej części wykroju postępowo zmniejszając się z początkowej szerokości. do. , a zatem zaczyna się z punktów przegięcia krzywej. ( ),. szerokość obrzeża powinna w sposób ciągły zwiększać się do wymaganej wartości odpowiadając minimalnemu promieniowi mostka. Określenie zależności. ( ) dla. każdego kontaktu walcowanych półwyrobów pozwala określić warunek płynięcia metalu w wykroju, przy którym zabezpieczone jest pełne wypełnienie kształtu wyrobu bez łusek i zawalcowań na jego powierzchni. Minimalna szerokość wierzchołka obrzeża śrubowego. ,. 16.

(19) zakładamy wychodząc z warunku wytrzymałości i trwałości, a zatem określamy odpowiednią jej wartość promienia mostka Wielkość. określamy wychodząc z warunku, że w punkcie przegięcia krzywej. ( ) pochodna. ⁄. . i równanie (2.8) przyjmuje postać:. ⁄( √. (2.12). ). Rozwiązując otrzymane równanie względem [ Ponieważ. (. ). , to. ]. , znajdujemy:. (2.13). można w dostatecznym stopniu dokładności określić. z zależności:. √. (2.14). Do otrzymania wymaganej zmiany szerokości obrzeża (wykroju) podczas wykonania walców, realizowane jest jego podcięcie, przy którym wewnątrz kształtowanego zwoju powstaje walcowy odcinek szerokości. (rys. 2.6) nazywany pochyleniem wykroju.. Normalny proces walcowania możliwy przy warunku, że całkowita objętość metalu w każdym zwoju wykroju będzie pozostawać stała. Ten warunek zapisujemy wyrażeniem:. (2.15) gdzie: – objętość walcowanego wyrobu i mostka, łączących półwyrób w końcowym kształtowaniu. Pozostałe wielkości pokazano na rys 2.6.. 17.

(20) Rys. 2.6. Rozkład i stałość objętości metalu w wykroju [30]. Podczas niedoboru metalu w wykroju możliwe jest pojawienie się przewężenia i niewypełnienia zarysu (profilu) wykroju. Nadmiar metalu w wykroju prowadzi do pojawienia się zgrubienia na wyrobie i intensywnym promieniowym zawalcowaniu, występującym podczas walcowania pełnych wyrobów, rozluźnienie metalu i powstanie szczeliny w rdzeniu (środku) półwyrobu [31].. 2.1.1. Poślizg metalu w wykroju Poślizg metalu na powierzchni wykroju walców powstaje wskutek różnicy prędkości obwodowych walca roboczego i półwyrobu. Walec styka się z kształtowanym półwyrobem po łuku. (rys. 2.7). Prędkość obwodowa w wykroju walca wzrasta od minimum. w punkcie walca. do maksimum w punktach. i , proporcjonalnie do zwiększania się średnicy. . Podobnie zmienia się prędkość obwodowa półwyrobu [31].. 18.

(21) Rys. 2.7. Schemat do wyprowadzenia zależności do określania prędkości poślizgu półwyrobu w wykroju walców [30]. Wskutek tego prędkości obwodowe walca i półwyrobu będą sobie równe w punkcie pośrednim wykroju N, odległym od wierzchołka kołnierza o odległość A. We wszystkich pozostałych punktach wykroju prędkości obwodowe walca i półwyrobu będą się różnić, wskutek czego powstanie poślizg między odkształcanym metalem i walcem. Największy poślizg będzie w miejscu styku wierzchołka kołnierza walca i odkształcanego mostka (przy minimalnej średnicy. . Obwodowa prędkość walca w tym punkcie wykroju wynosi:. (2.16). gdzie: – prędkość obrotowa walców w obr./min. Obwodowa prędkość walcowanego półwyrobu w punkcie A wykroju wynosi:. (2.17). gdzie: – prędkość obrotowa półwyrobu w obr./min. Do określenia zależności między prędkościami obrotowymi walców i półwyrobu w punkcie N, w którym nie ma poślizgu: 19.

(22) (2.18) tj. po rozwinięciu zależności uzyskamy: (. ). (. ). (2.19). w wyniku której prędkość obrotową półwyrobu określa zależność:. (2.20). Z kolei prędkość poślizgu (. ) w wierzchołku na kołnierzu wykroju, tj.. w punkcie A (C) jest równa:. [. (. ). ]. (2.21). Z równania tego wynika, że prędkość poślizgu rośnie wraz ze wzrostem prędkości obrotowej i średnicy walców roboczych. Dlatego wzrasta tendencja do nalepiania się metalu w wykroju walców, co stwierdzono praktycznie przy walcowaniu kul. Jednakże należy mieć na uwadze fakt, że obniżenie tendencji do nalepiania się przez obniżenie prędkości obrotowej walców prowadzi do zmniejszenia przepustowości walcarki, a zmniejszenie średnicy walców w dopuszczalnym zakresie nie obniża przepustowości i żywotności walców roboczych. Wstępne podgrzewanie walców i zastosowanie smarów grafitowych obniża tendencję do nalepiania się metalu w wykroju walców, co znalazło praktyczne zastosowanie przy walcowaniu kul. Dlatego obniżenie tendencji do nalepiania się metalu w wykroju walców przy tym procesie osiąga się przez optymalny dobór średnicy i prędkości obrotowej walców, a także wskutek odpowiedniego gatunku stali i jego obróbki cieplnej. Praktyczne zastosowanie znalazła stal, zawierająca 0,4% C, 0,4% Mn, 0,4% Si, 8,0% Cr i 2,5% W, która po utwardzeniu wykazywała twardość rzędu 65 ÷ 68 HRC, pozwalającą odwalcować ok. 25 ÷ 50 m półwyrobu na kule [31].. 20.

(23) 2.2. Konstrukcja i wytyczne do konstruowania wykroju śrubowego. Rys. 2.8. Kalibrowanie walców do walcowania skośnego na gorąco półwyrobów kul[33]. Podstawowymi narzędziami roboczymi do wytwarzania półwyrobów kul są dwa walce robocze z wykrojami śrubowymi. Według charakteru odkształcenia wykrój takich walców (rys. 2.8) można rozdzielić na dwie części: a) odcinek kształtujący, na którym zachodzi chwyt półwyrobu i stopniowy gniot w kule, połączone mostkiem z półwyrobem; b) odcinek kalibrujący, na którym dokonywane jest ostateczne kalibrowanie kul i ich oddzielenie na pojedyncze elementy. Kształtowanie półwyrobu na kule dokonywane jest kołnierzami wykroju, których wysokość stopniowo wzrasta. Dla uproszczenia obliczeń kalibrowniczych i przygotowania walców przyjęto, iż wysokość kołnierza wykroju zmienia się prostoliniowo. Dla zabezpieczenia płynnego procesu walcowania profil wykroju walca i wymiary odcinka kształtującego wykroju obliczane są w ten sposób, aby podczas gniotu spełnione były trzy warunki: 1) objętość metalu, odkształcanego w wykroju, powinna być stała podczas całego procesu kształtowania kul; 2) zmiany profilu i wymiarów kołnierza wykroju powinny odpowiadać wydłużeniu zgniatanego półwyrobu; 3) gniot powinien być dokonywany odpowiednio wąskimi odcinkami, aby uniknąć rozdzielaniu metalu w osiowej strefie półwyrobu [33].. 21.

(24) Wyniki doświadczeń i analiz teoretycznych pokazują, iż zachowanie powyższych warunków powinno zabezpieczyć prawidłowość procesu walcowania kul o prawidłowym kształcie, bez łusek i zawalcowań, przy minimalnym zużyciu metalu podczas walcowania. Zgodnie z pierwszym warunkiem koniecznym jest, aby objętość dowolnej części półwyrobu, uchwycona przez walce, pozostawała niezmienną podczas jej przechodzenia przez pozostałe odcinki wykroju. W tym przypadku w dowolnym momencie walcowania w wykroju nie będzie nadmiaru metalu. Powstanie nadmiaru metalu szczególnie jest niekorzystne na tych odcinkach wykroju, gdzie osiowemu płynięciu towarzyszą wysokie kołnierze wykroju. Przy pojawieniu się nadmiaru metalu pogarsza się kształt kul, zachodzi tendencja do powstawania pustek w osiowej strefie półwyrobu, gdyż powstanie nadmiaru metalu w wykroju, sprzyja poprzecznemu rozwalcowaniu półwyrobu. Niewielka ilość nadmiernego metalu dopuszczalna jest tylko na początku wykroju, kiedy kołnierz wykroju jest stosunkowo niski i nie ogranicza wypływanie nadmiaru metalu z wykroju. Jednakże do dokonania tego odkształcenia konieczna jest dodatkowa praca, co prowadzi do wzrostu mocy, koniecznej do dokonania odkształcenia. Aby zabezpieczyć stałą objętość metalu w wykroju, kołnierze walca powinny mieć na długości wykroju dokładnie określoną grubość. Zgodnie z drugim warunkiem normalne kształtowanie kuli winno przebiegać przy rozkładzie wydłużenia odcinka półwyrobu zgodnym ze zmianami kształtu i wymiarów kołnierza wykroju. W przypadku walcowania kul długość zgniatanego mostka być równa szerokości prostego odcinka kołnierza wykroju. powinna. [31].. Rys. 2.9. Tworzenie się zawalcowań na powierzchni kul [30]. Jeśli. zmiany szerokości. odkształcanego półwyrobu. kołnierza wykroju. są mniejsze przy wydłużaniu. , to metal będzie odchodził od kołnierza i na powierzchni. półwyrobu będzie powstawało zawalcowanie (rys. 2.9), które po dalszym gniocie półwyrobu zostanie rozwalcowane w łuskę. Gdy zaś zmiany szerokości kołnierzy wykroju są większe niż 22.

(25) wydłużanie półwyrobu. , to w zgniatanym mostku powstają osiowe naprężenia. rozciągające, które mogą doprowadzić do rozerwania połączeń w mostku. Doświadczenia pokazały, iż na końcu odcinka kalibrującego, gdy mostek ma stosunkowo mała średnicę (mniej niż 10 mm), drugiego warunku tworzenia kształtu kuli zwykle nie udaje się zachować. Wtedy również zawalcowania i łuski nie powstają, gdyż metal płynie przede wszystkim w kierunku promieniowym i mostek przyjmuje kształt owalny. W kierunku prostopadłym na początku odcinka kształtującego, kiedy średnica mostka jest duża, kołnierz wykroju zwykle intensywnie poszerza się w mostku i wskutek tego ostatecznie powstają osiowe naprężenia rozciągające. W ten sposób – dla spełnienia pierwszego jak i drugiego warunku, na kolejnych odcinkach wykroju śrubowego należy bardzo dokładnie określić grubość kołnierzy wykroju. W związku z tym, kształtujący odcinek wykroju ma zmienną wielkość skoku nacięcia. Na podstawie trzeciego położenia można stwierdzić, że przy walcowaniu kul warunki, przedstawiające tworzenie pola prędkości wewnątrz półwyrobu, najbardziej dogodne, gdy gniot realizowany jest odpowiednio wąskimi odcinkami, obwodowe odcinki półwyrobu nie podlegają gniotowi i dokonują rozwalcowania mostków w kierunku poprzecznym. Wychodząc z warunku wytrzymałości, szerokość kołnierza wykroju przyjmuje się nie mniejszą niż 2,0 ÷ 2,5 mm, a dla dokonania oddzielenia się metalu podczas obrotu w osiowej strefie szerokość ta nie powinna być mniejsza niż 4 ÷ 5 mm. Odcinek oddzielający wykroju ma stały skok podania i profil, odpowiadający profilowi walcowanych kul. Wierzchołek kołnierza odcinka oddzielającego ma rowek dla obniżenia wypływu metalu, wygniatanego przy rozrywaniu mostków (rys. 2.2b). W oparciu o doświadczenia przy przemysłowej eksploatacji walcarek do walcowania skośnego kul, mogą być zalecane następujące wytyczne do projektowania kalibrowania wykrojów walców roboczych: a) Średnicę walca roboczego dobiera się, wychodząc z warunków sztywności osi walców i pewności chwytu półwyrobu walcami, przyjmując szczególnie do walcowania kul o średnicach w zakresie: - od 25,4 ÷ 38,1 mm średnicę walców roboczych. w przedziale od 200 ÷ 220 mm;. - od 38,1 ÷ 50,8 mm średnicę walców roboczych. w przedziale od 280 ÷ 300 mm.. b) Promień przekroju poprzecznego wykroju R należy przyjmować z uwzględnieniem wzrostu objętości półwyrobu przy nagrzewaniu go do temperatury walcowania, tj.:. 23.

(26) (2.22). gdzie: – jest promieniem walcowanych kul. c) Rozwinięcie wykroju walca umownie mierzy się w stopniach rozwinięcia śrubowej linii wykroju, przy czym całkowite rozwinięcie wykroju mieści się w przedziale od 1170 ÷ 1350o, zaś rozwinięcie odcinka kształtującego zwykle przyjmuje się jako 810o (w tym mieści się 270o od punktu zerowego wykroju do początku kołnierza), zaś wielkość odcinka kalibrującego dla kul od 25,4 ÷ 38,1 mm dobiera się jako  = 360 ÷ 540o, wychodząc z następujących przesłanek: - przy wydłużeniu tego odcinka zmniejsza się intensywność odkształcenia, sprzyjając poprawie warunków chwytu walcami, a zwiększają się zużycie energii do walcowania i tendencja do pękania osiowego metalu; - przy zmniejszeniu tego odcinka zwiększa się intensywność odkształcenia, co prowadzi do wzrostu zużycia walców, lecz zmniejsza tendencja do pękania osiowego metalu. d) Średnice mostków, łączących walcowane kule, powinny być możliwie małe, gdyż im mniejsze mostki tym łatwiejsze ich rozerwanie i usunięcie wypływek podczas oczyszczania kul w bębnach obrotowych, jednakże przy zmniejszeniu średnicy mostków maleje grubość, głównie wytrzymałość pasma, więc zwykle wymiary mostka dobiera się według praktycznych wytycznych (tabela 2.2). Tabela 2.2. Średnice mostków między kulami i wymiary kołnierzy na walcach roboczych [31]. Lp.. Średnica kuli. mm 1. 26,99 ÷ 27,78 2. 31,75 ÷ 38,10 3. 41,28 ÷ 50,80. Średnica mostka początkowa końcowa mm mm 2,0 2,5 2,4 ÷ 2,5 2,8 ÷ 3,0 3,0 3,8. Wymiary kołnierza wysokość szerokość mm mm 1,0 ÷ 1,3 4÷5 1,8 ÷ 2,0 5÷6 2,5 ÷ 3,2 6÷7. e) Wysokość kołnierza na początku wykroju dobiera się, wychodząc z warunku pewnego chwytu półwyrobu przez walce (tab. 2.2).. 24.

(27) f) W celu zapobiegania tendencji do pękania osiowego metalu szerokość kołnierza na odcinku oddzielającym wykroju jest dobierana tak, aby była nieco mniejsza, wynosząc jak w tab. 2.2, zaś głębokość kanałów na wierzchołku kołnierza dobierana jest tak, aby objętość powstającej kieszeni odpowiadała objętości metalu wyciskanego kołnierzem przy pocienianiu mostka. g) Szerokość kołnierza na pierwszym odcinku wykroju ( = 360o) przy zgniataniu półwyrobu swobodnie rozszerza się w tył, tj. w stronę przeciwną do kierunku płynięcia półwyrobu, a wskutek tego szerokość kołnierza na tym odcinku powinna być dobierana tak, aby przy gniocie półwyrobu nie odchodziła od kołnierza wykroju. Analiza warunków gniotu mostka wykazuje, że jeśli dla uproszczenia przygotowania walców przyjmuje się na tym odcinku stałą szerokość kołnierza, to w mostku będą powstawać osiowe naprężenia rozciągające i oczywiście zgniatany półwyrób zawsze przylegać będzie do kołnierza wykroju. Wychodząc z tych założeń, przy projektowaniu kalibrowania walców szerokość kołnierza na początku wykroju przyjmuje się jako stałą i równą: dla kul w zakresie od 26,99 ÷ 38,10 mm dobiera się 1,8 ÷ 2,0 mm, a dla kul od 41,28 ÷ 50,80 mm jako 2,0 ÷ 2,5 mm.. Rys. 2.10. Nomogram do określania wysokości kołnierza wykroju walców i średnicy mostka kulami przy walcowaniu kul o średnicy 33mm [30]. między. h) Na podstawie przyjętych danych wyjściowych określa się wysokość kołnierza i średnicę mostków. na kształtującym odcinku wykroju przez każde 90o obrotu 25.

(28) wokół osi walca (rys. 2.10), a dalej odpowiednio – zgodnie z rys. 2.11, szerokość kołnierza. w dowolnym bieżącym przekroju kształtującego odcinka wykroju. wynosi:. (2.23). gdzie: – skok nacięcia kształtującego odcinka wykroju, który przyjęto nazywać podstawowym skokiem nacięcia:. (2.24). przy czym: – promień wykroju, – szerokość kołnierza w oddzielnym odcinku wykroju, przyjmowana wg danych z tab.2.2, – szerokość sferycznego odcinka wykroju:. √. (. ). (2.25). – wielkość, na którą podcina się wykrój na danym odcinku dla otrzymania koniecznej szerokości kołnierza [31].. 2.2.1. Warunek stałej objętości metalu w wykroju śrubowym Na podstawie warunku stałej objętości zgniatanego metalu w dowolnym przekroju wykroju i mając na uwadze oznaczenia, jak na rys. 2.11, można zapisać następującą zależność:. (2.26). przy czym. jest objętością walcowanej kuli i mostka, obliczaną wzorem:. (2.27) 26.

(29) Rys. 2.11. Schemat do wyprowadzenia zależności, wyrażającej warunek stałej objętości metalu w wykroju [32]. Składowe objętości, wchodzące w prawą stronę do wzoru 2.26, wyrażane są następującymi zależnościami:. (2.28) ( √. (. ). (2.29). ). (2.30) (2.31) (2.32). (. Określimy. ). (2.33). z równania 2.23:. (2.34) a na podstawie równań 2.31 i 2.33 znajdujemy związek: (. ). (2.35). 27.

(30) Podstawiając do równania 2.26 wielkości. i. z równań 2.32 i 2.33 po. prostych przekształceniach uzyskamy związek: ( (. ) ). (2.36). Według tego równania określa się szerokość kołnierza na odcinku kształtującym wykroju za każde 90o obrotu wokół osi walca. Przy tym należy przyjąć szerokość kołnierza na początkowym odcinku wykroju i przyjąć wysokość kołnierza zgodnie ze schematem na rys. 2.11. Znalezione takim sposobem wymiary kołnierza na kalibrującym odcinku wykroju odpowiadają wymaganiom zachowania zasady stałej objętości w nim. W celu skorygowania wymiarów kołnierza z nowym kolejnym położeniem kalibrowania wykroju walca – zgodnie z którym zmiany wymiarów kołnierza powinny odpowiadać wydłużeniu zgniatanego półwyrobu, wychodząc z warunku stałej objętości metalu, zgniatanego kołnierzem. Realizuje się to w następującej kolejności, przy czym zgodnie z rys. 2.12 na dwóch sąsiadujących odcinkach wykroju powinna zachodzić równość: (. ). (2.37). z której – po przyjęciu:. (2.38). można obliczyć: (. ). (2.39). 28.

(31) Rys. 2.12. Schemat do wyprowadzenia zależności do obliczania szerokości mostka [30]. Jeżeli znaleziona tą zależnością długość mostka kołnierza. jest mniejsza od szerokości. , to oznacza to, iż metal będzie się stykał z powierzchnią wykroju we wszystkich. jego punktach i zawalcowań na powierzchni kul nie będzie. Natomiast, gdy. to między powierzchnią wykroju i półwyrobu będzie. prześwit, w który popłynie metal, tworząc pierścieniowe zawalcowanie (rys. 2.9) i w konsekwencji łuski. Do zabezpieczenia się przed powstawaniem tych defektów na kulach szerokość kołnierza. zmniejsza się drogą wzrostu podcięcia wykroju. , co prowadzi. w wykroju do niewielkiego nadmiaru metalu. Ten nadmiar metalu w wykroju określa się zależnością:. (2.40). gdzie: - jest objętością cylindrycznego odcinka wykroju, obliczaną przy zwiększonym rozwarciu wykroju. Zgodnie ze znanymi danymi niewielki nadmiar metalu na początku wykroju jest dopuszczalny przy. , lecz pod koniec procesu winien być skasowany, aby. .. 29.

(32) Po dokładniejszym obliczeniu wymiarów wykroju oblicza się skok podcięcia na oddzielnych odcinkach wykroju walca wzorem:. (2.41). gdzie: to wielkość rozwarcia na sąsiednich odcinkach wykroju, określana jest. i z zależności:. (2.42). 2.2.2. Określenie sił działających na walce Wykrój walca śrubowego składa się z wielu oddzielonych odcinków (części), różnego kształtu. Wychodząc z tego całkowita siła nacisku na walce w rozpatrywanym momencie walcowania równa się sumie sił powstających w każdym odcinku wykroju: ∑ (. ). (2.43). gdzie: – siła powstająca podczas kształtowania każdego odcinka półwyrobu, – siła powstająca podczas wygładzania kształtowanej części półwyrobu. Siła kształtowania w każdej części wykroju określa, iloczyn średniego nacisku metalu na walce. i pole powierzchni styku metalu z walcami. gniotem półwyrobu. , która z kolei określona jest. , w zależności od osiowego podania. (rys. 2.13). Pole styku. (przylegania) metalu z walcami na kształtowanym odcinku wykroju, profil tworzącej określa funkcja. (. ∫. ) określa wyrażenie:. (2.44). 30.

(33) gdzie: szerokość powierzchni styku podczas gniotu przekroju półwyrobu, położonego w odległości. od początku układu współrzędnych,. – długość zgniatanego mostka, – szerokość styku podczas gniotu mostka.. Rys. 2.13. Gniot półwyrobu bocznymi ścianami śrubowego kołnierza (obrzeża) [30]. Szerokość powierzchni styku podczas walcowania poprzecznego [34] wynosi:. √. (2.45). gdzie: – promień walca w rozpatrywanym przekroju, – promień półwyrobu w tym przekroju, – gniot półwyrobu. Jeśli promień walca jest znacznie większy od walcowanego wyrobu, to. .. W tym przypadku szerokość powierzchni styku w dowolnym przekroju wykroju określamy z przybliżonej zależności:. √. (2.46) 31.

(34) Szerokość styku w mostku równa jest:. √. (2.46a). gdzie: – promień mostka w rozpatrywanym miejscu wykroju, – gniot w mostku (rys. 2.14), – promień sprężenia (szczepienia) półwyrobu z walcami, – kąt podawania (skoku) wysokości obrzeża wykroju.. Rys. 2.14. Gniot półwyrobu w wierzchołku śrubowego obrzeża (kołnierza) [30]. Podczas określania powierzchni syku metalu z walcami w czasie dziurowania w walcarce skośnej było sprawdzane, że szerokość powierzchni styku określona z zależności 32.

(35) (2.45) jest 1,5 ÷ 2 razy mniejsza od rzeczywistej, pomierzonej z odcisku na półwyrobach zatrzymanych w walcach. To zjawisko było wyjaśnione przez I. S. Pobiedinym tym, że podczas poprzecznego walcowania jak i podczas kucia poprzecznego półwyrobów, część zgniatanego metalu idzie w wydłużenie, a druga część – w poprzeczne co prowadzi do owalizacji półwyrobu i odpowiednio zwiększa szerokość powierzchni styku. przy idealnym. procesie poprzecznego walcowania, kiedy część zgniatanego metalu idzie w wydłużenie do (rys. 2.15). Rzeczywista szerokość powierzchni styku podczas walcowania półwyrobów śrubowym obrzeżem zwiększa. w wyniku pojawienia się dodatkowej powierzchni styku. metalu z walcami o szerokości. od strony wyjścia półwyrobu (rys. 2.15) w wyniku gniotu. metalu, wychodzącego z walców obrzeża wykroju, wysokość którego w sposób ciągły wzrasta. W ten sposób, rzeczywista szerokość styku metalu z walcami w dowolnym przekroju poprzecznym obrzeża odkształcenia równa:. (2.47) Podczas obrotu półwyrobu o kąt. walec obróci się o kąt . W sposób ciągły zwiększa. się wysokość obrzeża walca, jak już zaznaczono wprowadza i zgniata półwyrób do punktu oderwania metalu od półwyrobu. Szerokość styku metalu przy wyjściu z walców wynosi:. (2.48) Było pokazane, że. , dlatego w praktycznych obliczeniach można je pominąć. [30].. 33.

(36) Rys. 2.15. Szerokość styku metalu z walcami podczas walcowania poprzecznego w śrubowych wykrojach [30]. Określimy szerokość styku z udziałem owalizacji półwyrobu, wychodząc z schematu przedstawionego na rys. 2.16.. Rys. 2.16. Schemat określenia szerokości styku metalu z walcami z udziałem owalizacji półwyrobu [31]. 34.

(37) Jeśli pominiemy krzywiznę walca (ponieważ promień jego jest znacznie większy od promienia półwyrobu), to styk metalu z walcami, poprzedni obrót półwyrobu o kąt zachodził po prostej. . Po obrocie walca o kąt. będzie. styk będzie zachodził po prostej. Objętość metalu przesunięta (przemieszczona) podczas obrotu półwyrobu o kąt. .. wynosi:. (2.49). gdzie: – długość zgniatanego odcinka półwyrobu, – pole przekrój poprzecznego półwyrobu, przesuniętego podczas obrotu o kąt. .. Objętość metalu, idąca w wydłużenie, równa się:. (2.50) Zgodnie ze schematem przedstawionym na rys. 2.17, w przybliżeniu otrzymamy: [(. ). [(. Współczynnik owalizacji. ). ] ]. (2.51) (2.52). , określamy stosunkiem objętości metalu, idącą. w wydłużenie do ogólnej przesuniętej objętości, wynosi:. ⁄. (2.53). Podstawiając (2.51) i (2.52) do (2.53) i rozwiązując otrzymane równanie względem , otrzymamy:. [. (. ) ⁄ ]. (2.54). 35.

(38) , kiedy cała przemieszczana objętość idzie w wydłużenie. Dla. .. Podstawiając (2.54) w (2.46) otrzymamy:. {. (. [. ) ⁄ ]. }. (2.55). W przybliżeniu można liczyć, że:. (. [. ) ⁄ ]. Więc. (2.56). czyli. Ponieważ wielkość. , zależy od warunków płynięcia metalu, można określić tylko. drogą prób, w obliczeniach praktycznych poleca się prostą zależność: (. ). (2.57). gdzie: – współczynnik, uwzględniający zwiększenie szerokości styku w wyniku owalizacji półwyrobu. Rozpatrzymy dla przykładu określenie powierzchni styku metalu z walcami na odcinku kształtowania powierzchni kuli (rys. 2.17) [31].. 36.

(39) Rys. 2.17. Schemat gniotu (a) i powierzchni styku (b) podczas walcownia kul [30]. przedstawia kształt (profil) półwyrobu przed wejściem w walce, a druga. Linia. – po wyjściu z walców. Osiowe podanie za pół obrotu półwyrobu:. (2.58) ale: [. (. ) ]. (2.59). [. (. ) ]. (2.60). 37.

(40) gdzie: – wysokość obrzeża w rozpatrywanym momencie walcowania, – wysokość obrzeża po przemieszczeniu o pół obrotu. Podstawiając (2.59) i (2.60) do (2.58) otrzymamy: [(. ). ]. [(. ) ]. Gniot w dowolnym przekroju półwyrobu. (2.61) odległym o odstęp. od początku. współrzędnych, co równa się różnicy promieni półwyrobu przed i po odkształceniu. Z rozkładu gniotu rozpatrywany obszar odkształcenia może być podzielony na dwie części: , na których z walcowego półwyrobu długości. kształtuje się część profilu, i. , na. którym z profilu (kuli) o dużej średnicy kształtuje się profil o mniejszej średnicy. Promień i gniot w dowolnym przekroju półwyrobu na odcinku ab wynosi: (. ). (2.62). (. ). (2.63). Szerokość powierzchni styku metalu z walcami można określić z zależności (2.57), wstawiając pod pierwiastek małą wielkość (. (. √ Podstawiając. i. ) :. ). (2.64). w (2.64), otrzymamy:. (2.64a) Pole powierzchni styku dla dwóch przyległych odcinków:. (2.65). Na odcinku wykroju. , promień półwyrobu określa się także z równania (2.62),. a gniot w dowolnym przekroju półwyrobu: 38.

(41) [. (. ) ]. (. ). (2.66). Podstawiając (2.62) i (2.66) w (2.64), określamy: (. ). (2.67). Pole przylegania metalu z walcami na dwóch symetrycznych odcinkach:. ∫. (2.68). Uwzględniając (2.67):. ⁄. [(. )(. ). ]. (2.69). Całkowita powierzchnia styku na odcinku gniotu kuli równa jest: (. ). Jak wykazały wykonane obliczenia,. (2.70). , ponieważ podanie osiowe jest wiele. razy mniejsze od promienia kuli. W wyniku tego w obliczeniach praktycznych całkowita powierzchnia styku na odcinku gniotu profilu (kuli) można określić z równania (2.69). Dla określenia zmiany wysokości obrzeża (kołnierza) za połowę obrotu półwyrobu należy znać promień przylegania (styku) półwyrobu z walcem , który może być określony z warunku jednostajnego (równomiernego) obrotu półwyrobu. Schemat sił działających na walcowany półwyrób przedstawia rys. 2.18 [31].. 39.

(42) Rys. 2.18. Schemat do określenia promienia sczepienia (przylegania) półwyrobu z walcami podczas walcowania kul [30]. Na różnych odcinkach wykroju w zależności od ich położenia względem promienia φ siły tarcia, powstające momenty skręcające skierowane są w przeciwną stronę. Na odcinku, gdzie styk półwyrobu z walcami zachodzi po promieniu. większym niż. półwyrób wyprzedza walec i moment skręcający (obrotowy). (od. do. ),. , wywołany siłami tarcia,. skierowany przeciwnie (rys. 2.18a). Na drugim odcinku wykroju (od. do. ), gdzie. ,. półwyrób opóźnia względem walców (rys. 2.18b). W wyniku tego siła tarcia i moment skręcający. skierowany jest w przeciwną stronę. Oprócz sił tarcia, na półwyrób działają. także naciski prostopadle dające moment skręcający. . Warunek równowagi, przy którym. zachodzi równomierny obrót półwyrobu określamy równaniem:. (2.71). 40.

(43) Moment sił tarcia w każdym przekroju poprzecznym wykroju:. (2.72) Ponieważ podczas walcowania kul półwyrób odkształcany jest kilkoma obrzeżami (rys. 2.18c), to całkowity moment sił tarcia na odcinku wykroju, gdzie. [∫. ]. ∫. .. (2.73). Dla uproszczenia rozwiązania zadania kulisty kształt (profil) wykroju zamieniany jest na stożkowy, a moment sił tarcia dla drugiego i trzeciego obrzeża przyjęto jednakowy. Kąty tworzących stożków są odpowiednio równe: (. )⁄√. (2.74). (. )⁄√. (2.75). Przy stożkowym profilu (kształcie) gniot i promień półwyrobu w dowolnym przekroju w odległości. od początku współrzędnych:. (2.76) (2.77). (odcinek wykroju od. do. z powodu niewielkiego wymiaru pomijamy).. Podstawiając wyrażenie (2.57), (2.76) i (2.77) w (2.73) po przekształceniach otrzymamy: [(√. ⁄. ⁄. √. Ogólnie moment sił tarcia na odcinkach od. do. )(. )] (2.78). określa się analogicznie:. 41.

(44) [(√. ⁄. (. ). ⁄. √. )(. )] (2.79). Moment skręcający, powstający od nacisków prostopadłych w każdym przekroju wykroju:. (2.80). gdzie: (2.81). Ogólny moment skręcający, powstający od nacisków prostopadłych na całej długości wykroju:. [∫. ]. ∫. (2.82). Podstawiając (2.67), (2.79) i (2.81) w równanie (2.82) otrzymamy:. {. [. (. ). ]. [. (. ). ]}. (2.83). Podstawiając (2.78), (2.79) i (2.83) w (2.71) i rozwijając względem , otrzymamy:. (. {. ⁄ )[. (. ). ]}. (. ). (2.84) gdzie: (2.85) (. ) (. ;. ⁄ ). (. ). (2.86) (2.87). 42.

(45) (. ⁄ ). (2.88) (2.89). gdzie: – promień kuli, – promień mostka, – odległość między osią kuli i walca, – promień walca po dnie wykroju. W ten sposób przy zmniejszeniu współczynnika tarcia promień przylegania zbliża się do promienia kuli. Średni nacisk jednostkowy metalu na walce podczas walcowania poprzecznego w śrubowym wykroju w znacznym stopniu zależy od wpływu stref zewnętrznych. Do określenia. podczas walcowania poprzecznego stosowany był wzór Celikowa uzyskany na. podstawie teorii pola linii poślizgu:. [. ]. Ta zależność słuszna przy. (2.90). , a przy. nacisk określa się. z zależności Prandtla:. (. ). (2.91). Podczas walcowania w wykrojach śrubowych szerokość powierzchni styku i dlatego zwykle. określamy z zależności (2.91) opór odkształcenia. doświadczalnych zależności granicy plastyczności ( odkształcenia. jest mała. określamy z danych. ) od prędkości odkształcenia ̇, stopnia. i temperatury nagrzania metalu [31].. Dla stali ŁH15 (100Cr6), powszechnie stosowanej podczas walcowania w wykrojach śrubowych, tą zależność przedstawia rys. 2.19.. 43.

(46) Rys. 2.19. Zależność granicy plastyczności od temperatury nagrzania stali ŁH15 (100Cr6) [30]. Stopień odkształcenia podczas walcowania poprzecznego określa wyrażenie: [(. )⁄ ]. (2.92). Prędkość odkształcenia wynosi:. ̇. (. ). (√. ). (2.93). Podczas walcowania wyrobu o kształcie złożonym, średnią prędkość odkształcenia określa się dla średniego przekroju półwyrobu w granicach rozpatrywanego skoku wykroju. Ogólnie moment skręcający na walcu (rys. 2.20) określa wyrażenie: ∑. (2.94). gdzie: – wypadkowa całkowitego nacisku na walce od siły prostopadłej. i siły tarcia. na. rozpatrywanym odcinku wykroju, – moment powstający na odcinku wykroju oddzielającym, – moment tarcia o liniały i osprzęt.. 44.

(47) Rys. 2.20. Schemat do określania momentu skręcającego na walcu [30]. Ramię działania wypadkowej:. (2.95) (2.96) ̅ ̅. (2.97) (2.98). gdzie: ̅ – współrzędna środka ciężkości powierzchni styku określona z wyrażenia:. ̅. ∫. (2.99). gdzie: 45.

(48) ,. – szerokości powierzchni styku na granicy rozpatrywanego odcinka wykroju, – pole powierzchni styku. Podczas walcowania kul na odcinku wykroju, kształtowanej strefy (kuli), współrzędne. środka ciężkości powierzchni styku określamy wyrażeniem:. ̅. (. ) ⁄ [(. )√. ]. (2.100). Obliczenia i badania doświadczalne sił i momentów skręcających na walcu podczas walcowania w wykrojach śrubowych wykazują, że podczas walcowania wyrobów dowolnego kształtu obciążenie i przebieg każdego obrotu walców zmienia się po krzywej bliskiej sinusoidzie, przy czym minimalna wartość obciążenia występuje na początku chwytu i przy obrocie walców o 360°, a maksymalne obciążenie powstaje podczas obrotu o kąt 180 ÷ 270°. Taki charakter zmiany obciążenia na walcach podczas walcowania wyrobów w śrubowych wykrojach tłumaczy się zwiększeniem powierzchni styku w wyniku zwiększenia opalizacji półwyrobu od momentu chwytu jego do 0,5 lub 0,75 obrotu walca i zatem zmniejszeniem opalizacji półwyrobu na koniec obrotu walca. Można obliczyć tylko obciążenie na walce na kształtowanym odcinku wykroju. Nacisk metalu i moment skręcający na oddzielnych odcinkach wykroju umownie przyjmujemy jako równe obciążeniu, powstającemu w ostatnim momencie kształtowania wyrobu [31].. 2.2.3. Przykład obliczeniowy kalibrowania walca z wykrojem śrubowym Przykład obliczeniowy – czyli postępowanie przy obliczaniu kalibrowania walców do walcowania skośnego zostanie omówiony na przykładzie wytwarzania kul o średnicy 33 mm. Dane wyjściowe: = 33,1+0,2 mm, średnica półwyrobu na kule; = 200 mm, średnica walca roboczego; = 850 0C, temperatura walcowania;. 46.

(49) – promień wykroju walca z uwzględnieniem rozszerzenia cieplnego w temperaturze walcowania,. mm;. – całkowity kąt rozwinięcia wykroju walca,. = 1350o;. – kąt odcinka oddzielającego wykroju walca,. = 810o;. – kąt odcinka kształtującego wykroju walca,. = 540o;. – średnica mostka przedniego,. = 2,8 mm;. – średnica mostka końcowego,. = 1,8 mm;. – szerokość kołnierza na początku odcinka wykroju,. = 1,8 mm;. – szerokość kołnierza na odcinku oddzielającym wykroju, – podstawowy skok nacinania wykroju,. = 5,0 mm;. = 38,4 mm;. – całkowita objętość metalu (suma objętości kuli i mostka),. = 1965,1 mm2.. Wychodząc z warunku stałej objętości metalu w wykroju, określa się zgodnie ze wzorem 2.36 szerokość kołnierza na odcinku kształtującym wykroju, a wyniki tych obliczeń zestawiono w tabeli 2.3 [30]. Tabela 2.3. Wyniki obliczeń szerokości kołnierza wykroju walca [30] ( °. mm. mm. mm. mm3. 1350 1260 1170 1080 990 900 810 720. 1,8 3,6 5,4 7,2 9,0 10,8 12,6 14,4. 29,8 26,2 22,6 19,0 15,4 11,8 8,2 4,6. 7,54 10,36 12,30 13,73 14,82 15,62 16,19 16,39. 6157,6 7909,0 8825,0 9318,7 9572,8 9696,2 9739,0 9747,7. mm3 627,4 485,0 360,9 255,0    . ) mm3     7656,0 6247,2 5256,0 4908,9. (. ) mm2     782,6 821,8 849,3 859,6. mm 1,8 1,8 1,8 1,8 5,54 5,67 5,33 5,30. Z danych, zamieszczonych w tabeli 2.3 wynika, że na odcinku wykroju w zakresie od = 990o do. = 720o szerokość kołnierzy jest stała.. 47.

(50) 2.3. Kalibrowanie wykroju śrubowego do walcowania kul Kalibrowanie wykrojów walców – szczególnie walcarek skośnych z wykrojem śrubowym, jest najistotniejszym i złożonym procesem technologicznym, ponieważ łącznie z warunkami odkształcenia należy je rozpatrywać przy konstruowaniu parametrów geometrycznych wykroju śrubowego i techniki nacinania wykrojów. Podstawowym. problemem. opanowania. nowych. technologicznych. procesów. walcowania poprzeczno-skośnego jest opracowanie i opanowanie kalibrowania walców, zapewniających uzyskanie żądanego kształtu kul o dokładnych wymiarach, bez łusek i zawalcowań na powierzchni zewnętrznej, bez naruszenia spójności metalu w strefie osiowej. Nie mniej ważnym problemem jest oddzielanie się pojedynczych kul pod koniec procesu walcowania, brak wypływek, co sprzyja wzrostowi żywotności walców. Kalibrowanie wykroju śrubowego ma swoje cechy szczególne. W związku z tym rozpatrzono metodykę obliczania kalibrowania i konstruowania walców do walcowania kul. Przy obecnej metodyce wykorzystuje się nie wszystkie wyniki, uzyskane w ostatnich latach przy walcowaniu kul w wykrojach śrubowych [28].. 2.3.1. Obliczenia kalibrownicze kształtującego odcinka wykroju śrubowego Obliczenia kalibrownicze kształtującego odcinka walca sprowadzają się do określenia wymiarów przekroju kołnierza skośnego na całej długości jego rozwinięcia, a także skoków podania wzdłużnego i poprzecznego, według których powinno zachodzić nacinanie wykroju przy wykonywaniu wykroju walców na tokarce. Podczas walcowania kul wymiary przekroju na kołnierzu określa się poprzez promień kuli R, szerokość przy wierzchołku. i wysokość. odpowiada promieniowi zgniatanego mostka kuli. kołnierza. Wysokość. kołnierza. i określana jest wzorem:. (2.101). Rozwinięcie zmian wysokości kołnierza wykroju. ( ) jest zwykle narzucane. graficznie, przy tym określa się całkowitą długość kształtującego odcinka wykroju 48.

(51) w zależności od dobranej intensywności gniotu. Zwykle przy walcowaniu kul przyjmuje się liniową zmianę wysokości kołnierza przez co uzyskuje się stałą intensywność gniotu półwyrobu. Od tej intensywności gniotu, jak już powiedziano, zależy skłonność do pękania w osi półwyrobu i żywotność walców. Długość odcinka kształtującego wykroju przy walcowaniu kul przyjmuje sie równą 1,25 kąta obrotu walca, tj. odpowiada to. . Przy bardziej krótkim kształtującym. odcinku mostek o małej średnicy będzie zgniatany w wykroju otwartym, tj. kołnierz śrubowy nie będzie podpierał kształtowanego półwyrobu od strony wejścia pasma w walce, co może prowadzić do utraty styku kołnierza z metalem. Przyjęcie dłuższego kształtującego odcinka wykroju utrudnia przygotowanie walców ponieważ na tokarkach starszego typu nie zawsze wykorzystywane są urządzenia do toczenia wykroju ze zmiennym skokiem. Skok podania poprzecznego koniecznego do uzyskania pożądanej zmiany wysokości kołnierza wykroju podany jest wzorem:. (2.102). Szerokość w wierzchołku kołnierza w dowolnym punkcie wykroju jest określana zależnością. ( ), zobrazowaną na rys.2.21.. Rys. 2.21. Nomogram zmian szerokości kołnierza walca przy walcowaniu kul [30]. Analiza kalibrowań walców do walcowania kul, stosowanych w walcarkach przemysłowych, pozwoliła znaleźć empiryczne zależności, opisujące minimalną szerokość przy wierzchołku kołnierza od promienia kuli:. (2.103). 49.

(52) Na odcinku wykroju od chwytu półwyrobu walcami przy. do punktu przegięcia. (rys. 2.21) szerokość wierzchołka kołnierza może zmieniać się po krzywej jak już zauważono, pozostawać stałą i równą. lub. (prosta AB). To pozwala kształtować kulę. przy minimalnej szerokości wierzchołka kołnierza. Tak jak przy zgniataniu półwyrobu wąskim kołnierzem skłonność do pękania w osi kęsa jest minimalną, co gwarantuje brak przekrojów i płaszczyzn z poślizgiem, co jest bardzo istotne przy walcowaniu kul. Możliwość wypełnienia wykroju śrubowego ze stałą szerokością kołnierza. na. pierwszym odcinku zapewniona jest wytrzymałością kołnierza uwarunkowaną profilem sferycznym. Na odcinku wykroju od. do. szerokość kołnierza w wierzchołku dobiera się. w ten sposób, aby zgniatany mostek wykluczała naciąg, co zapewnia lepsze przylegania zgniatanego metalu do walca, a w ten sposób wyklucza się możliwość pojawiania się łusek i zawalcowań na powierzchni kształtowanej kuli. Dla zabezpieczenia tego warunku szerokość wierzchołka kołnierza powinna się tutaj zmieniać według krzywej BC i może być obliczona równaniem (2.26). Przy tym końcowy promień zgniatanego mostka przed odcięciem kuli. i końcowa szerokość kołnierza. mogą. być określone empirycznymi zależnościami, otrzymanymi z analizy kalibrowania walców, stosowanych na walcarkach przemysłowych [28]:. (2.104) (2.105). 2.3.2. Skok nacięcia wykroju śrubowego Kierując się wymiarami przy wierzchołku kołnierza w różnych przekrojach wykroju przy obrocie walca o kąt. określany jest skok nacięcia wykroju. Podstawowy skok, od. którego zaczyna się nacinanie odcinka wykroju, opisywany jest jako:. (2.106) gdzie wysokość powierzchni kuli na końcu kształtującego odcinka wykroju wynosi:. √. (2.107). 50.

(53) Dla określenia koniecznej szerokości kołnierza podcina się go w każdym przekroju wykroju po nacięciu walca podstawowym skokiem. Wielkość otwarcia wykroju (rys. 2.22) oblicza się wzorem:. √. (2.108). Rys. 2.22. Schemat podcinania kołnierza walca przy walcowaniu kul [30]. Po określeniu otwarcia wykroju. znajdujemy współczynnik całkowitego nadmiaru. metalu w wykroju: ⁄ (. ). (2.109). gdzie poszczególne składowe obliczane są wzorami:. (. ). (2.110). √. (2.111) (2.112) (2.113) √. [. ]. Według obliczeń dopuszczalny jest nadmiar metalu, przy którym. (2.114). .. Jeśli obliczeniowy współczynnik metalu jest większy od dopuszczalnego, wtedy przy konstruowaniu wykroju kołnierz pierwszego zwoju przemieszcza się w stronę drugiego zwoju 51.

(54) i w ten sposób zmniejsza się. a w konsekwencji i objętość cylindrycznego odcinka wykroju. . Skoki nacinania wykroju, które zwykle oblicza się przy obrocie walca o kąt , wielokrotnie po 90o, są równe: (. ). (2.115). 2.3.3. Dobór średnicy walca roboczego Przy konstruowaniu walca koniecznym jest właściwe narzucenie średnicy walca, mając na względzie iż wraz ze wzrostem średnicy walca maleje gniot jednostkowy i poprawiają się warunki chwytu wraz z którymi zwiększa się także ich wytrzymałość oraz zmniejszają się ugięcie sprężyste i zużycie walców. Należy przy tym pamiętać, iż wraz ze wzrostem średnicy walca, przy stałej prędkości obrotowej, wzrasta także prędkość poślizgu, i oczywiście skłonność do nalepiania się metalu na walce. Oprócz tego wzrastają parametry klatki roboczej i koszty przygotowania walców. Wychodząc z danych eksploatacyjnych walcarek skośnych, pracujących w Rosji, do walcowania kul o średnicach od 25 125 mm, określono iż optymalnymi walcami są te przy których stosunek średnic wynosi ⁄. .. Wykroje śrubowe walców do walcowania kul nacina się na tokarkach mechanicznych lub numerycznych, przy czym przy toczeniu go na tokarkach mechanicznych początkowo wykrój nacina się z podstawowym skokiem, a następnie pogłębia się go na pewnych odcinkach zgodnie z nomogramem nacinania (rys. 2.23b). Z kolei później wykonuje się część tylną kołnierza. Dlatego w ten sposób konstrukcja odcinka kształtującego wykroju śrubowego opiera się na określeniu nomogramu nacinania i części tylnej kołnierza [31].. 2.3.4 Konstrukcja odcinka oddzielającego wykroju śrubowego Konstrukcja odcinka oddzielającego wykroju walca do walcowania półwyrobów na kule powinna zabezpieczać wykalibrowanie oddzielanej kuli, ograniczenie ich owalności i pewne oderwanie się pojedynczych kul od mostka. Konfigurację kołnierza skośnego na odcinku oddzielającym wykroju przedstawiono na rys. 2.23.. 52.

(55) Rys. 2.23. Schematy nacinania: wykrojów walców (a) i mostków (b) przy walcowaniu kul [30]. Odcinające kołnierze obu walców są zaostrzone i na ich powierzchniach zewnętrznych znajdują się rowki śrubowe. Przy takim sposobie konstrukcji oddzielającego odcinka wykroju metal, wyciskany z mostka zaostrzonymi odcinkami kołnierzy wpływa w rowki śrubowe tychże kołnierzy. Jednocześnie mostki z dwóch stron kuli są pocieniane, ale w pełni nie są oddzielone. Przy dokładnym osiowym ustawianiu walców kula nie obraca się w wykroju i mostek nie jest zwalcowywany. Taka konstrukcja kołnierzy śrubowych, oddzielających uformowany półwyrób, gwarantuje nie występowanie wad na powierzchni kuli, niedopuszczalnych wskutek tego, iż naddatek na dalszą obróbkę skrawaniem wynosi ok. 0,6 mm na stronę.. 53.

(56) Rys. 2.24. Schemat kalibrowania i nacinania wykrojów walców do walcowania kul o średnicy 33 mm [30]. 2.3.5. Przykład konstrukcji walca roboczego Walec roboczy z wykrojem śrubowym do walcowania półwyrobów na kule o średnicy 33 mm przedstawiono na rys. 2.24 i 2.25. Po obróbce mechanicznej wykroju śrubowego na frezarce skrawane są odcinki kołnierza na początku i końcu wykroju, aby zabezpieczyć jednoczesny chwyt półwyrobu dwoma kołnierzami i wyjście walcowanej kuli z tych kołnierzy śrubowych. Powierzchnię wykroju oczyszcza się i walce obrabia się przez hartowanie, odpuszczanie i azotowanie, w wyniku tych operacji twardość warstwy powierzchniowej do 0,3 mm wynosi HRC = 62. 64. Zabezpiecza to w pełni przed nalepianiem się metalu na walce podczas. walcowania kul. Wymiary kołnierzy wykrojów walców, tworzących wykrój śrubowy do walcowania kul, obliczane są nowoczesnymi programami numerycznymi, pozwalającymi także na zastosowanie ich w tokarkach numerycznych.. 54.

(57) Rys. 2.25. Schemat kalibrowania i nacinania wykrojów walców do walcowania kul o średnicy 33mm [30]. 2.4. Kalibrowanie prowadnic podczas walcowania kul Zmiennym narzędziem roboczym walcarki skośnej do walcowania kul są także prowadnice (rys. 2.28), ustawiane symetrycznie do osi walcowania w odległości równej: (. ). (2.116). gdzie: – średnica walcowanej kuli, mm.. Rys. 2.28. Schemat do określenia szerokości roboczej powierzchni prowadnicy [30]. Szerokość. roboczej. powierzchni. prowadnicy,. z. uwzględnieniem. prześwitu. (0,2÷0,5) mm między wierzchołkami kołnierza walca i bokiem prowadnicy wynosi:. 55.