ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Наименование инновационного проекта

«Конструкции роликовых волок бесстанинного типа».

Рекомендуемая область пременения

Метизное производство, деформация металлов и сплавов волочением:
– производство фасонных профилей высокой точности (ФПВТ);
– волочение труднодеформируемых металлов и сплавов;
– производство холоднотянутой арматурной проволоки.

Назначение, цели и задачи проекта

Назначение – деформация металлов и сплавов волочением.

 Цель разработки – создание компактного, унифицированного деформирующего оборудования с высокими техническими характеристиками для волочения заготовки широкого диапазона типоразмеров по площади поперечного сечения от 0,5 до 2800 мм².

Краткое описание заменяемого процесса или решаемой проблемы

Одним из перспективных направлений метизной отрасли промышленности при волочении различных изделий является применение роликовых волок с многороликовым калибром. Это обусловлено более благоприятными условиями трения в очаге деформации по сравнению с волочением в монолитных волоках. Что позволяет снизить энергозатраты, повысить степень деформации за один проход, более интенсивно формировать фасонные профили высокой точности с развитой поверхностью, получать холоднотянутую арматурную проволоку с высокими потребительскими свойствами. Применение роликовых волок для деформации ФПВТ с развитой поверхностью позволяет повысить степень деформации за один проход более чем в два раза. При этом стойкость инструмента повышается в десятки раз. Некоторые труднодеформируемые металлы и сплавы, плохо поддающиеся деформации в монолитных волоках, могут успешно протягиваться через калибры роликовых волок с достаточно высокой степенью деформации. Преимущества процесса волочения в роликовых волоках создали предпосылки для разработки разнообразных конструкций роликовых волок.

В настоящее время известно достаточно много разнообразных конструкций роликовых волок, как отечественных, так и зарубежных. Однако, как правило, разработка и создание роликовых волок шло по пути решения частных задач по освоению производства определенного вида продукции значительного объема. Это связано с высокими затратами, вызванными необходимостью изготовления не только самих деформирующих устройств, но и специализированного волочильного оборудования. Так как существующие конструкции роликовых волок обладают большими габаритными размерами с относительно невысокими техническими характеристиками, которые не возможно установить на существующие волочильные станы.

Краткое описание предлагаемого технологического процесса

Для достижения поставленной цели по созданию компактного, унифицированного деформирующего оборудования с высокими техническими характеристиками для волочения заготовок с широким диапазоном типоразмеров по площади поперечного сечения от 0,5 до 2800 мм² были разработаны роликовые волоки с многовалковым калибром бесстанинного типа, в основу которых положен принцип жесткой связи осей роликов. При этом были выбраны три типа многовалковых калибров. Схемы роликовых волок бесстанинного типа с калибрами, образованными различным количеством роликов и их расположением представлены на рисунке 1: с трехроликовым калибром (Рис. 1,а),  четырехроликовым калибром (Рис. 1.б) и четырехроликовым калибром со смещенными парами роликов (Рис. 1,в).

Роликовые волоки такого типа достаточно просты и имеют минимальное количество деталей. Каждая волока состоит из одинаковых осей 2 (см. рис. 1), имеющих с одной стороны утолщения с охватывающей поверхностью, а с противоположной стороны охватываемую поверхность такого же диаметра. Оси 2 соединяются между собой, образуя жесткую раму. Фиксирование осей обеспечивается гайками 3. На оси 2 через подшипники 4 установлены деформирующие ролики 1. Заданное положение роликов определяется касанием смежных валков по опорным поверхностям, которое известно как схема сборки в «замок».  Такое соединение осей позволяет отказаться от использования станины. Минимальное количество нагруженных деталей, и схема соединения осей обеспечивает не значительные габаритные размеры и высокую жесткость роликовых волок.

                                         а)                                                                                                           б)

                                                                                                    в)

                                            Рис. 1. Схемы роликовых волок бесстанинного типа

Для унификации деформирующего оборудования, устанавливаемого на волочильные станы с различным усилием волочения и создания рациональных технологических режимов деформирования, разработаны параметрические ряды всех типов роликовых волок бесстанинного типа. В качестве размера для параметризации роликовых волок с многовалковым калибром был принят условный диаметр роликов D_у, под которым подразумевается удвоенное расстояние от геометрического центра очага деформации (ГЦОД) до оси вращения валка. Данный показатель является определяющим размером проектирования роликовых волок и при определении их технических характеристик. А также широко используется для расчетов технологических параметров режимов деформации металла и в конечном итоге определяет энергосиловые параметры процесса волочения. Для проектирования роликовых волок бесстанинного типа из нормального ряда чисел выбран следующий ряд размеров D_у: 100, 125, 150, 200, 250 и 320.

На основании выбранных размеров условного диаметра были спроектированы параметрические ряды роликовых волок бесстанинного с калибрами образованными тремя роликами (Рис. 2,а), четырьмя роликами в одной плоскости (Рис. 2,б) и четырьмя роликами со смещенными парами роликов (Рис. 2,в). Для расширения технологических возможностей процессов деформации металла были сконструированы сдвоенные комплекты роликовых волок с трехроликовым калибром (Рис. 3,а) и четырехроликовым калибром (Рис. 3,б). Роликовые волоки с трехроликовым калибром в этом случае поворачивают  относительно друг друга вокруг оси волочения на угол 60⁰, а с четырехроликовым калибром – на 45⁰. Такой поворот позволяет деформировать заготовку по всему периметру, так как разъемы калибров, образованных валками, находятся в разных плоскостях. При этом расстояние между очагами деформации первой и второй клети будет меньше условного диаметра валков. Такое сближение очагов деформации двух клетей позволяет исключить проектирования удерживающих проводок между ними и избежать сваливания профилей при волочении в сдвоенном комплекте волок.

                                           а)                                                                                                             б)

                                                                                                  в)

                                            Рис. 2. Роликовые волоки бесстанинного типа

                                            а)                                                                                                      б)

                                   Рис. 3 Сдвоенные комплекты роликовых волок бесстанинного типа

Определение рациональных размеров и показателей технической характеристики роликовых волок в зависимости от условного диаметра осуществлялось с помощью разработанной методики расчета распределения внутренних усилий. В расчетах при раскрытии статической неопределимости был использован метод сил. Показатели характеристик и габаритные размеры роликовых волок с трехроликовым калибром и их сдвоенных комплектов представлены в таблице.

Показатели характеристик и габаритные размеры роликовых волок с трехвалкомым калибром и их сдвоенных комплектов представлены в таблице.

*В таблице через дробь указанны показатели характеристик сдвоенного комплекта клетей.

Технические характеристики роликовых волок с четырехвалковым калибром и с четырехвалковым валковым калибром со смещенными парами валков не приводятся, так как некоторые типоразмеры параметрического ряда находятся в стадии доработки.

Таким образом, разработан широкий спектр роликовых волок с тремя видами многороликовых калибров для деформации большого диапазона изделий по площади поперечного сечения, получаемых волочением. Роликовые волоки бесстанинного типа и их сдвоенные комплекты имеют незначительные габаритные размеры и высокие показатели технических характеристик. Они могут быть легко адаптированы для установки на существующие волочильные станы без существенной реконструкции. При этом волочильные станы могут работать как с роликовыми, так и с монолитными волоками, что позволяет повысить эффективность работы оборудования и значительно расширить номенклатуру выпускаемых изделий.

С помощью роликовых волок предлагаемой конструкции можно эффективно решать задачи по совершенствованию существующих и разработке новых технологических процессов волочения фасонных профилей высокой точности, калиброванного металла (в том числе из труднодеформируемых металлов и сплавов), холоднотянутой арматурной проволоки и других изделий.

Для кузнечно-прессового цеха разработаны конструкции роликовых волок с четырехроликовым калибром двух типоразмеров D_у=160 мм и D_у=200 мм и реализованы  технологические процессы производства квадратной от 1,4 до 2,5 мм и трапецеидальной от 3 до 12 мм стальной проволоки для пружинных шайб по ГОСТ 11850-72 из марок сталей 70 и 65Г по ГОСТ 1050-88.

Для условий калибровочного цеха были разработаны сдвоенные комплекты роликовых волок с трехроликовым калибром бесстанинного типа двух типоразмеров и освоены технологические процессы производства калиброванного шестигранного проката по ГОСТ 8560-78 из круглой заготовки за один или два прохода в зависимости от размера шестигранного профиля.

Для производства калиброванного шестигранного проката с размерами «под ключ» от 8 до  17 мм были использованы роликовые волоки с D_у=160мм. Волочение осуществлялось из бунта в пруток с острением заготовки. Для получения калиброванного шестигранного профиля из круглой заготовки была реализована трехступенчатая схема деформации в одном проходе. При этом формирование предчистовых  размеров шестигранного профиля осуществлялось в сдвоенном комплекте роликовых волок в системе калибров треугольник – треугольник с поворотом  на 60⁰, а чистовые размеры формируются монолитной волоокой. Деформирующее оборудование установлено на линию волочения и отделки прутков 10-28 конструкции Иркутского завода тяжелого машиностроения (рис. 4).

Рис. 4.  Установка сдвоенного комплекта клетей-волок на линию 1028 ИЗТМ.

Для реализации производства калиброванного шестигранного проката с размерами «под ключ» от 18 до  38 мм был выбран цепной волочильный стан линейного типа с усилием волочения 300 кН из прутка в пруток (рис. 5) при задаче заготовки проталкиванием. На этом стане был установлен сдвоенный комплект роликовых волок с трехроликовым калибром и условным диаметром роликов 250 мм. Готовые размеры шестигранного профиля из круглой заготовки получали за два прохода. Предчистовые размеры формировали в сдвоенном комплекте роликовых волок первого прохода, а чистовые в монолитной волоке второго прохода.

Для организации производства калиброванного шестигранного проката с размерами «под ключ» от 38 до 55 мм разработана роликовая волока с Dу=320 мм, которую планируется установить на цепной волочильный стан линейного типа с усилием волочения 500 кН.

Рис. 5.  Установка сдвоенного комплекта роликовых волок на цепной волочильный стан.

Объём производства калиброванного шестигранного проката различных типоразмеров в 2004 г. составил 2773 т., в 2005 г. –  около 4000 т.

Также проводились работы по освоению производства фасонных профилей в роликовых волоках с четырехроликовым калибром со смещенными парами роликов других метизных предприятиях России.

Технико-экономическое обоснование применения инновационной технологии

Общеизвестно, что по сравнению с волочением в монолитных волоках волочение металла в роликовых волоках имеет ряд преимуществ:

–  белее высокую степень деформации за один проход;

–  позволяет повысить механические свойства готового изделия;

–  снизить энергозатраты;

– повысить качество поверхности готовых изделий.

Разработанные конструкции роликовых волок с различными видами калибров и их параметрические ряды типоразмеров позволят экономически эффективно решать широкий  круг проблем по деформации труднодеформируемых металлов и сплавов, формированию разнообразных профилей высокой точности и холоднотянутой арматурной проволоки. Конкретные экономические показатели зависят от различных факторов:  условий предприятия, вида выпускаемой продукции, объемов производства и т. д.

Преимущества разработки в сравнении с аналогами обусловлены более высокой адаптацией к существующим условиям. Возможна комбинация применения монолитных, роликовых волок и их комплектов как совместно, так и при последовательных технологических операциях, что позволяет  использовать преимущества обоих способов волочения. Сохраняется возможность использования на одном волочильном оборудовании раздельно как  монолитных, так и роликовых волок, не требуется реконструкция волочильных станов.

Технико-экономические показатели трудо-энерго-природосбережения нового процесса

Производительность. Применение роликовых волок позволят повысить производительность за счет снижения количества протяжек при волочении и повышения степени деформации за один проход.

Экономичность. Более высокие экономические показатели достигаются сокращением числа переделов, повышенной стойкостью дорогостоящего инструмента и некоторыми другими показателями.

Энергосбережение. Замена трения скольжения в очаге деформации монолитных волок на трение качения в роликовых волоках обуславливает снижение усилий волочения, что в свою очередь обеспечивает снижение энергозатрат. Кроме того энергосбережение обеспечивается снижением затрат на вспомогательные операции, такие как отжиг и травление. Количество которых уменьшается.

Экологическая безопасность. Не ухудшает экологическую безопасность процессов волочения металла. В некоторых случаях возможен отказ от промежуточных отжигов и травлений в технологических процессах производства, что позволяет повысить экологическую безопасность.

Новые потребительские свойства продукции

Роликовые волоки не имеют станины и состоят из минимального количества унифицированных деталей, что обеспечивает их незначительные габаритные размеры. Выбранный параметрический ряд позволяет использовать их для широкого диапазона деформируемого металла по площади поперечного сечения. Незначительные габаритные размеры позволяют устанавливать их на существующие волочильные станы без реконструкции, что обеспечивает расширение технологических возможностей. Более высокие показатели жесткости и других характеристик роликовых волок по сравнению с существующими обеспечиваются конструктивными особенностями соединения осей.

Качественные характеристики, предъявляемые к сырью и материалам

В соответствии с потребностями заказчика и требованиями, предъявляемым к готовым изделиям.

Стадия и уровень разработки

В настоящее время разработан полный комплект конструкторской документации для роликовых волок с трехвалковым калибром, для некоторых типоразмеров – волок с четырёхвалковым калибром и с четырёхвалковым калибром со смещенными парами валков. Необходимо проведение исследований по изучению возможностей формоизменения в роликовых волоках и точности получаемых изделий.
Технологические процессы производства различных профилей прошли промышленные испытания и успешно эксплуатируются в условиях Метизно-калибровочного завода ОАО "ММК-Метиз".

Предлагаемые инвестиции

5 млн. руб.

Рынки сбыта

Оборудование имеет высокую степень отработки и промышленной эксплуатации на метизных предприятиях РФ. Применение этого оборудования и технологий на предприятиях металлургической промышленности, где требуется повышение эффективности производства фасонных профилей позволит при минимальных затратах повысить качество продукции и производительность технологических процессов.

Возможность и эффективность импортозамещения

Предлагаемое в проекте оборудование может конкурировать с конструкциями роликовых волок фирм “DEM” (Италия), “Marshall Richards” (Англия), “Koch” (Германия).

Возможность выхода на мировой рынок

Срок окупаемости (в месяцах)

24

Дата поступления материала

28.11.2006