К. т. н. Усенко Ю. І. * , Іванов В. І. ** , к. т. н. Лукошніков І. Є. ** , к. п. н. Мосейко Ю. В. **
* Національна металургійна академія України, м. Дніпропетровськ;
** Запорізька державна інженерна академія, Україна
ОБЛАДНАННЯ ДЛЯ ОБРОБКИ РОБОЧОЇ ПОВЕРХНІ ВІДЛИТИХ ВАЛКІВ
Нанесення мікрорельєфу із заданими параметрами шорсткості на робочу поверхню тіл обертання, як правило, здійснюють різними механічними методами з використанням абразивних часток.
Останнім часом для тіл обертання поширюється використання електрофізичних методів: ультразвукового та електророзрядного за імпульсним режимом (електроерозійного) з використанням концентрованих джерел електроенергії.
У Національній металургійній академії України разом із Запорізькою державною інженерною академією виконано комплекс досліджень щодо визначення можливості використання електророзрядної обробки для нанесення мікрорельєфу із заданими параметрами шорсткості на робочу поверхню тіл обертання, зокрема відлитих валків холодного прокатування сталевої штаби та стрічки. На спеціальному експериментальному стенді, розробленому та виготовленому у Національній металургійній академії України моделювали процес нанесення шорсткості на робочу поверхню виробів у формі тіл обертання методом електророзрядної обробки. Під час досліджень варіювали значення робочої напруги, що підводили до електрода-інструмента (у діапазоні від 40 до 300 В), частоту електричних розрядів (від 50 до 450 кГц), а також швидкість обертання виробів (від 30 до 300 хвилин -1 ).
Експериментами щодо створення шорсткості на поверхні тіл обертання (варіюванням напруги на робочих електродах від 0 до 250 В) виявлено можливість регулювання її рівня шляхом змінювання ємності накопичувальних конденсаторів. Так, за постійного значення напруги на робочих електродах і під час змінювання ємності конденсаторів від 40 до 0,1 Мкф спостерігали зниження шорсткості поверхні тіл обертання, що обробляють, від 2,5...5,0 до 0,8...1,2 мкм.
Використовуючи результати проведених досліджень, розроблено та на дослідному заводі Національній металургійній академії України виготовлено універсальні багатомісні верстати серії ВЕІ для імпульсної електроерозійної обробки робочої поверхні відлитих валків станів холодного прокатування, що мають рухливу станину зі змонтованими роликовими опорами для закріплення прокатних валків, ванну з робочою рідиною, двигун приводу обертання валків, генератор електричних імпульсів постійного струму, пульт управління та систему електродних касет, де вільно розташовані електроди-інструменти.
Під час роботи верстата системі електродів-інструментів надається зворотно-поступальний рух, який дозволяє усунути вплив дефектів крайки електрода на якість поверхні, що обробляють. Конструкція верстата передбачає можливість варіювання у широкому діапазоні швидкості обертання валків, що обробляють, та напруги на робочих електродах, а конструкція генератора імпульсів – варіювання частоти та тривалості проходження імпульсів струму.
Значна щільність і рівномірність нанесення розрядів на всій площині контакту електродів-інструментів з поверхнею відлитих валків, що обробляють, сприяють формуванню рівномірного за усіма напрямками мікрорельєфу із заданими параметрами шорсткості.
Глибину мікрозаглиблень та діаметр лунок, одержаних за допомогою верстатів даної серії, регулюють змінюванням енергії електричного розряду. Незалежно від твердості поверхні металу, що обробляють, електророзрядна обробка дозволяє змінювати рівень її шорсткості у широкому діапазоні ( R a = 1...20 мкм) та забезпечити високий опір спрацюванню поверхневих шарів відлитих валків станів холодного прокатування, а також знизити енерговитрати на їх обробку, оптимізувати мікрогеометрію поверхні металу, що забезпечує мінімальні витрати матеріалу захисного покриття та його високу якість. Ізотропність шорсткості поверхні валків після обробки на таких верстатах складає 0,8...0,9.
Основні технічні характеристики верстатів серії ВЕІ подано у табл. 1.
Таблиця 1. Технічні характеристики верстатів серії ВЕІ
|
Найменування параметра |
Тип верстату |
||
|
ВЕІ-1 |
ВЕІ-2 |
ВЕІ-3 |
|
|
Діаметр валків, мм |
45–90 |
100–150 |
200–320 |
|
Кількість валків, що обробляють |
4 |
4 |
2 |
|
Споживана потужність, кВт |
2,0 |
4,0 |
6,0 |
|
Величина робочої напруги, В |
0–150 |
50–250 |
50–250 |
|
Частота надходження імпульсів, кГц |
0–200 |
0–300 |
0–400 |
|
Швидкість обертання валків, об -1 |
60–240 |
70–100 |
90–100 |
|
Інтервал шорсткості, мкм |
0,5–1,2 |
0,8–2,0 |
1,0–2,5 |
|
Продуктивність, валків/доба |
8–10 |
16–20 |
10–16 |
Дослідно-промислові випробування відлитих валків станів холодного прокатування, підданих електророзрядній обробці на верстатах ВЕІ-2 та ВЕІ-3, зафіксували підвищення їх стійкості у 1,7...2,0 разів, а також якісну перевагу мікроповерхні сталевих штаб, прокатаних у валках, що піддано зазначеній обробці. Так, встановлено, що кількість мікровиступів на 10 мм довжини мікропрофілю за R a = 1,2...1,5 мкм досягає 180...200, за R a = 2,0...3,0 мкм – 120...150, за R a = 6,0...7,0 мкм – 50...100. Одержана щільність мікровиступів практично виключає можливість зварювання витків рулонів під час наступної термічної обробки в ковпакових електропечах.
Відповідно до результатів проведених досліджень на верстатах серії СЕІ було вибрано режими обробки робочої поверхні відлитих валків станів холодного прокатування, що забезпечують на поверхні сталевої холоднокатаної штаби та стрічки рівномірного за усіма напрямками матового мікрорельєфу з шорсткістю R a = 0,5...1,0 мкм та відкривають широкі можливості для формування якісних захисних покриттів. Встановлено, що захисні покриття такого металу мають високу адгезію, рівномірність нанесення за довжиною й шириною штаби та стрічки, а також стійкість під час роботи в агресивному середовищі.