1.2 Технологія виробництва труб методом пресування
Для пресування труб служать преси з механічним і гідравлічним приводом [2]. На рисунку 1.1 зображені механічні та гідравлічні преси
механічний гідравлічний
Рисунок 1.1 Механічний та гідравлічний прес.
Преси з механічним приводом - штранг-преси - вертикального типу операції прошивання заготовки й видавлювання труб здійснюються на одній і тій же установці. Гідравлічні преси можуть бути горизонтальними й вертикальними. При використанні горизонтальних гідравлічних пресів прошивання заготовки й видавлювання труб виконуються на самостійних пресових установках. Вертикальні преси вимагають значної висоти будинку, що здорожує їхню установку; пресовані труби при перекладі в горизонтальне положення по вигнутій ринві можуть викривлятися і вимагають виправлення. Тому горизонтальні преси щодо цього переважніше. У той же час на вертикальних пресах набагато простіше вирішуються питання центрування інструмента та рівномірного розподілу технологічного змащення.
Механічний привід пресів значно простіше гідравлічного, енергопостачання пресів цього типу завдяки наявності маховика більш заощадженіше та безпечніше, ніж енергопостачання гідравлікою високого тиску. При цьому маховик віддає тільки фактично необхідну для пресування енергію, тоді як у гідравлічних пресів потрібен надлишок зусилля пресування й неминучі втрати енергії при регулюванні зусилля преса [2]
Спорудження й експлуатація пресів з механічним приводом простіше, ніж гідравлічних, тому що при цьому не потрібні трубопроводи високого тиску й запірні вентилі, а управління роботою пресів здійснюється пневмодистрибуторами, муфтами перемикання й гальмами. Джерелом енергії механічних пресів є звичайний маховик, тоді як гідравлічні преси вимагають спорудження спеціальних насосно-акумуляторних станцій.
Треба, однак, відзначити ряд істотних недоліків механічних пресів:
а) змінна швидкість пресування, яка змінюється протягом циклу пресування від максимуму до нуля, що пов'язане із застосуванням кривошипно-шатунної передачі;
б) обмеження величини робочого ходу прес-штемпеля, величини зусилля пресування (максимум близько 1650 т і швидкості пресування (максимум 240 мм/с), обумовлене конструктивним виконанням і припустимими економічними витратами на устаткування преса;
в) обмеження маси заготовки (не більше 60 кг) і розмірів труб через обмеження величини робочого ходу, швидкості й зусилля пресування. Все це лімітує довжину труб і продуктивність установки.
Механічні преси звичайно використовують для виробництва труб з вуглецевої сталі круглого перетину або нескладних профілів.
Гідравлічні преси хоча й значно складніше механічних, але вільні від цих недоліків. У гідравлічних пресах максимальна швидкість пресування досягає 400 мм/сек і зберігається незмінної протягом усього робочого циклу.
Постійна швидкість пресування дозволяє одержувати на таких пресах труби майже з будь-яких сталей і сплавів, а застосування скляного змащення забезпечує високу якість готової продукції. У цих пресах зусилля пресування, величина робочого ходу й швидкість пресування не мають таких обмежень, як у механічних. Необхідне зусилля пресування залежить від поперечного переріза пресованої труби, опору деформації матеріалу при температурі пресування, співвідношення між перетином гільзи й труби і, нарешті, від тертя об стінки контейнера й матриці, що зростає зі збільшенням довжини заготовки. При підвищенні зусилля пресування на гідравлічних пресах можна застосовувати заготовку більшої маси, що приводить до росту продуктивності, обробляти матеріали з більш високим опором деформації або, збільшуючи ступінь деформації, виготовляти тонкостінні труби значно більшої довжини, ніж на механічних пресах [3].
Величина швидкості пресування в гідравлічному пресі залежить від того, який надлишок зусилля пресування є в порівнянні зі сталим зусиллям. Тільки при наявності такого надлишку пресування може відбуватися зі збільшеною швидкістю, прийнятої залежно від сортаменту труб. Звичайно швидкість виходу труби перебуває в межах від 3 до 10 м/с. Пластичні властивості сталі в умовах всебічного стиску дозволяють вести пресування і при більше високих швидкостях виходу труб. Однак, з огляду на вплив швидкості ковзання металу в матриці на утворення і схоронність мастильної плівки, швидкість пресування обмежують зазначеними вище межами.
Технологічний процес пресування труб складається з наступних основних технологічних операцій. На рисунку 1.2 зображена схема технологічного процесу пресування.
Рисунок 1.2 Технологічний процес пресування труб
Вихідним матеріалом для виробництва труб з вуглецевих, легованих і нержавіючих сталей звичайно служить кругла катана заготовка. Для виготовлення труб з малопластичних і труднодеформованих матеріалів і спеціальних сплавів використовують куту заготовку. У деяких випадках при виробництві труб з малопластичних сталей застосовують обточені й розточені гільзи, отриманні відцентрової виливки [3].
На сучасних трубопресових установках для масового виробництва труб з нержавіючих сталей вихідним матеріалом служить катана кругла заготовка і заготовка, отримана безперервним розливанням, переважно квадратного перетину із закругленими кутами.
Від того, як підготовлений метал до пресування, залежить якість зовнішньої й внутрішньої поверхні труб і їх різностінність, що, в остаточному підсумку, визначає вихід придатного й собівартість.
На підготовку металу до пресування не впливає спосіб одержання заготовок, вона визначається тільки подальшою технологією виробництва труб.
При виробництві труб на горизонтальних гідравлічних пресах можливі три варіанти технологічного процесу відповідно до складу устаткування й матеріалам пресуємих труб [4]:
1) прошивання суцільних заготовок на прошивних пресах і видав-лювання прошитих гільз у труби на екструзійних пресах;
2) експондіювання сверлених заготовок на прошивних або експондіющих пресах і видавлювання експондованих гільз у труби на екструзійних пресах;
3) видавлювання сверленних гільз у труби на екструзійних пресах.
За першим варіантом виготовляють труби з вуглецевих, низько- і середнелегованих сталей. При цьому катані (литі) штанги або заготовки, отриманні безперервним розливанням, піддають ретельному візуальному або ультразвуковому контролю, при необхідності ремонтують (тільки в поздовжньому напрямку), а потім ріжуть на заготовки необхідної довжини. Іноді катані штанги перед оглядом і ремонтом піддають травленню для більш повного виявлення дефектів. У сучасних цехах штанги ріжуть на заготовки здвоєними пилками холодного різання. Прошивання суцільних заготовок нержавіючих сталей застосовують у виняткових випадках при використанні кутої заготовки, що піддають суцільному обточуванню. Чистота обробки повинна бути такою, щоб слід від різця мав плавні переходи при глибині не більше 80 мк, а поверхня після обточування була б блискучою. Грубе обточування й гострі сліди від різця неминуче викликають зовнішні дефекти на трубах. Ремонт цих дефектів приводить до великих додаткових витрат і погіршує товарний вид труб. У ряді випадків труби взагалі не піддаються виправленню й бракуються. Крім обточування поверхні, один кінець всіх нержавіючих заготовок проточується на конус під кутом 45° довжиною 15-20 мм. Надалі при осаді й прошиванні цей кінець заготовки округляється й здобуває форму, що відповідає матриці екструзійного преса.
Суцільні нержавіючі заготовки варто прошивати голкою діаметром 100-120 мм, причому різностінність труб з таких гільз більше, ніж у випадку попереднього свердління заготовки й наступного подвійного їх експанді-ювання.
Другий варіант технології найбільше ширше застосовують при виробництві труб з нержавіючих, шарикопідшипникових і високолегованих сталей. По цьому варіанті суцільні куті або катані заготовки при діаметрі прошивних голок до 110-120мм свердлять, експондіюють, а потім видавлюють у труби.
Для підготовки заготовки в цьому випадку застосовують дві технологічні схеми.
Перша схема включає наступні операції:
а) розрізку штанг пилками в холодному стані на заготовки необхідної довжини;
б) центрування заготовок із переднього торця й чорнову проточку конусного поглиблення по центру заднього торця;
в) обточування поверхні заготовок, торцівку й зняття фаски на передньому кінці заготовок;
г) торцівку заднього кінця заготовок і чистову проточку конусних поглиблень на них;
д) наскрізне свердління заготовок по осі.
При виконанні операцій пункту «б» заготовку втримують від обертання спеціальними затискачами, а операції пункту «в» виконують при обертових заготовок, затиснутих гідравлічним центром. Заготовки із шарикопідшипникових сталей обточують за один прохід, а з нержавіючих і високолегованих - за два, використовуючи для цього відповідно чорнові й чистові різці, укріплені на поворотних супортах. При обточуванні заготовок максимальної довжини сумарне знімання металу звичайно розподіляється між п'ятьома різцями, у результаті чого досягається чистота обробки не менш шостого класу, що забезпечує високу якість зовнішньої поверхні труб після пресування. При виконанні операцій пункту «г» заготовку з одного кінця затискають обертовим гідравлічним патроном, а з іншого - трьома роликовими напрямними.
Друга схема підготовки заготовок складається з наступних операцій:
а) розрізки штанг пилками в холодному стані на заготовки необхідної довжини;
б) центрування й торцювання обох кінців заготовок, зняття фаски на передньому кінці й обточування поверхні на невеликій ділянці на задньому кінці заготовок;
в) обточування поверхні по всій довжині заготовок;
г) наскрізного свердління заготовок;
д) проточки конусного поглиблення по центру заготовок на їхньому задньому кінці.
При виконанні операцій пункту «б» заготовку обертають за допомогою спеціальної обойми. Під час обточування заготовок один їхній кінець затискають в обертовому гідравлічному патроні, а інший - гідравлічним центром. При обточуванні заготовок максимальної довжини знімання металу розподіляють на шість різців. Операцію пункту «д» виконують при необертовій заготовці, утримуваної двома затискачами.
Наскрізне свердління заготовок і наступне експандіювання забезпечують одержання труб з більше високою якістю внутрішньої поверхні й високою точністю розмірів.
Діаметр свердління заготовок, призначених для експандіювання, дорівнює 20—25 мм. Фаска, або закруглення переднього кінця заготовок, зменшує пікове навантаження при пресуванні труб, сприяє поліпшенню якості поверхні переднього кінця труб. Фаска виконується під кутом 45° шириною 20-25 мм або закруглюється радіусом такої ж величини.
Глибина конуса для змащення на задньому кінці заготовок становить 30-40 мм, а нахил його утворюючої до осі заготовок 33—35°. Щоб запобігти навуглецевування при нагріванні, заготовки з нержавіючих сталей після механічної обробки безпосередньо перед пресуванням знежирюють у розчині трихлоретилена.
По третьому варіанту технології, як правило, виготовляють труби із труднодеформованих і малопластичних сталей, нікелевих, титанових, молібденових, ванадієвих, вольфрамових, цирконієвих і інших сплавів, труби з нержавіючих і інших сталей при відсутності прошивних або експандуючих пресів, а також коли діаметр голок на екструзійному пресі не повинен перевищувати 60-65 мм. У всіх цих випадках сверлені гільзи видавлюють у труби тільки на екструзійних пресах. При цьому діаметр свердління заготовок повинен бути на 3-5 мм більше діаметра голки екструзійного преса. Заготовки до пресування підготовляють так само, як і при другому варіанті технології, однак фаску на передніх кінцях заготовок роблять тільки радіусом 20-25 мм, а на задніх кінцях заготовки замість конусного поглиблення проточують циліндричне поглиблення діаметром 30-40 мм, у якого знімають фаску під кутом 45° або закруглюють краї, щоб полегшити введення голки усередину сверленої заготовки. Крім відзначених варіантів підготовки заготовок до пресування, іноді застосовують також обточування заготовок у штангах перед розрізкою пилками.
Розрізану заготовку оглядають, при необхідності ремонтують переносними шліфувальними колами, потім знімають фаску з переднього кінця, обробляють на задньому торці конус під експондіювання й піддають заготовку наскрізному свердлінню. Продуктивність пил холодного різання залежить головним чином від перетину й матеріалу заготовок, а також від рівня механізації й автоматизації роботи.
Вибір нагрівальних пристроїв для нагрівання заготовок перед прошиванням і експондіюванням визначається сортаментом і обсягом виробництва трубопресових установок. При масовому виготовленні труб з вуглецевих і легованих сталей, з річним обсягом виробництва 200000- 250000 т, для цієї мети використовують газові кільцеві печі з наступним гідрозбивом окалини. Щоб зменшити окалиноутворення, нагрівання іноді ведуть в атмосфері продуктів неповного згоряння газу або застосовують попереднє нагрівання в газовій кільцевій печі до 700—850°С с наступним остаточним нагріванням у прохідних горизонтальних індукційних печах і гідросбивом окалини. У виробництві труб з нержавіючих і високолегованих сталей і різних сплавів заготовки нагрівають у низькочастотних індукційних печах горизонтального типу.
Висновок розділу
В даному розділі розглянуто технічне виробництво труб методом пресування Для пресування служать преси з механічним і гідравлічним приводом
Механічний привід пресів значно простіше гідравлічного, енергопостачання пресів цього типу завдяки наявності маховика більш заощадженіше та безпечніше, ніж енергопостачання гідравлікою високого тиску.
Гідравлічні преси хоча й значно складніше механічних, але вільні від цих недоліків. У гідравлічних пресах максимальна швидкість пресування досягає 400 мм/сек і зберігається незмінної протягом усього робочого циклу
Як відомо, методом гарячого пресування виробляють переважно труби з легованих і високолегованих сталей і сплавів, що мають низьку пластичність.
На підставі вищевикладеного, можна сказати, що розробка нових режимів пресування, що забезпечують підвищення якості зовнішньої поверхнь.