2. Производство машиностроительных профилей и заготовок методами прокатки, прессования и волочения

Производство профилей и заготовок прокаткой

Прокатка позволяет с наименьшими удельными затратами про­изводить изделия, которые либо полностью воспроизводят преду­смотренное конструктором поперечное сечение детали, либо мак­симально приближаются к нему. Прокатка обладает более высокими технико-экономическими показателями по сравнению с другими способами обработки металлов: высокой производитель­ностью, низкой себестоимостью и высоким коэффициентом исполь­зования металла. Заготовки из проката используют при непосред­ственном изготовлении из них деталей на металлорежущих станках и для получения поковок.

Круглый сортовой прокат (постоянное поперечное сечение) используют для изготовления гладких и ступенчатых валов с не­большим перепадом ступеней, стаканов диаметром до 50 мм и вту­лок с наружным диаметром до 25 мм.

Сортовой квадратный, шестигранный и прямоугольный прокат применяют для изготовления крепежных деталей, небольших дета­лей типа тяг, рычагов и планок.

Листовой прокат идет на изготовление цилиндрических полых заготовок, фланцев и плоских деталей различной формы.

Трубы используют для изготовления цилиндров, втулок, гильз, стаканов, барабанов, роликов, фланцев и т. п.

Периодический профильный прокат (поперечное сечение не­постоянно) может быть продольным и поперечно-винтовым. Из продольного проката получают заготовки гаечных ключей, бараш­ков, лопаток турбин, шатунов, вилок, рычагов и тонких деталей. Применение его позволяет по сравнению с обычным прокатом сни­зить расход металла на 15 %, повысить производительность труда на 25–30 % и уменьшить себестоимость заготовок на 10–20 %.

Из поперечно-винтового проката изготавливают шары для под­шипников качения, углеразмольных и цементных мельниц, заготов­ки валов винтового профиля, полые профилированные трубчатые заготовки и пр.

Специальный прокат, применяемый в крупносерийном и массо­вом производстве, часто почти полностью исключает обработку резанием, на долю которой остается в основном отрезка, обработка отверстий и отделка.

Прессованные профили

Прессованием изготавливают профили из цветных металлов (медные, цинковые, титановые сплавы), реже – из углеродистых и легированных сталей. Условия деформации при прессовании наи­более благоприятны по сравнению с другими способами обработки давлением. Степень деформации за один проход может составлять 95 %.

Различают прямое и обратное прессование. При обратном прес­совании усилие прессования в 1,25–1,30 раза, а пресс-остаток при­мерно в 3 раза меньше, чем при прямом. Однако при обратном прессовании ниже производительность и качество поверхности. По­этому чаще всего применяется прямое прессование.

Скорость прессования влияет на качество заготовки. Более пластичные металлы обычно прессуют с большей скоростью, чем малопластичные. Например, скорость истечения стали составляет 6–8 м/с, алюминия – до 25, а у магниевых сплавов – всего лишь 0,01–0,05 м/с.

Прессованием изготавливают прутки, трубы разнообразных сечений, используемые в качестве заготовок в машиностроении (за­готовки для производства шестерен в часовой промышленности). Прессование труб диаметром менее 20 мм экономически более вы­годно, чем прокатка.

Производство профилей волочением

Волочение характеризуется наличием растягивающего напря­жения, действующего вдоль оси исходной заготовки. Поэтому сте­пень деформации ограничена и не превосходит за один проход 30–35 %, а при калибровке – 8–12 %. Для получения качествен­ного профиля не допускается его деформация после выхода из воло­кон. В связи с этим напряжение волочения не должно превосходить предел текучести материала при температуре обработки. Чтобы по­высить предел текучести, обработку проводят в холодном состоя­нии.

Холодное волочение создает наклеп. Для его устранения тре­буется промежуточный отжиг. Образующаяся окалина удаляется травлением.

Волочением обрабатывают прутки диаметром 5–150 мм (заго­товки храповых колес, шпонок и т. п.), трубы диаметром 0,6–400,0 мм с толщиной стенки 0,05–15 мм, проволоку диаметром 0,002 мм и выше. Профили, полученные волочением, могут иметь простое или фасонное поперечное сечение. Волочение труб прово­дится как с утонением, так и без утонения стенок. При калибровке может быть достигнута точность размеров, соответствующая 7–8 квалитетам, и параметр шероховатости R_a= 0,32 мкм. Таким обра­зом, калиброванная заготовка практически не требует последующей механической обработки.

Разделка проката на штучные заготовки

Перед резкой на заготовки изогнутые прутки правят, а мест­ные поверхностные дефекты удаляют вырубкой зубилом или за­чисткой абразивными кругами.

Штучные заготовки получают резкой на сортовых ножницах, ломкой на штампах – хладноломах, резкой на металлорежущих станках и анодно-механических, кислородной резкой.

Резка на сортовых ножницах и на пресс-ножницах применяется в основном для стальных продуктов в основном для стальных прутков.

На кривошипных прессах режут прутки диаметром до 20 мм, на эксцентриковых – до 200 мм.

Пруток автоматически или вручную подается до упора (рис. 3.1). Нож совершает 10...60 хо­дов в минуту.

1 – пруток; 2 – прижим; 3 – верхний нож; 4 – упор; 5 – нижний нож Рис. 3.1. Резка прутка на сортовых ножницах

Рис. 3.2. Ломка прутка на штампе-хладноломе

При резке на торцах загото­вок возможно образование дефек­тов: торцевые трещины, косина среза, смятие и утяжка. Вероят­ность их появления увеличивает­ся при пониженной пластичности металла, увеличении сечения за­готовки, при хранении прутков на холоде. Поэтому стальные прут­ки большого диаметра (более 80 мм) и из малопластичных сталей в месте реза подогревают до 450–650°С. Цветные сплавы рубят в холодном состоянии.

Резка на ножницах имеет очень высокую производительность (например, при резке прутка диаметром 65 мм 3­–20 резов в мин), но низкую точность по длине и большие дефекты торца.

Ломка на штампах-хладоломах применяется для стальных прутков диаметром более 70 мм. В месте лома по разметке делают надрез пилой или кислородной резкой (рис. 3.2). Ширина надреза b = 2–3 мм, глубина h = d^1/3, где d – диаметр прутка.

Рабочий ход толкателя составляет 5–10 % от диаметра прутка. Разрушение происходит почти мгновенно. Торец заготовки получается достаточно ровный. Ломка дает лучшие результаты для хрупких материалов.

Резка проката может производиться на металлорежущем оборудовании: на дисковых и ленточных пилах; приводных ножовках; стан­ах, работающих тонким абразивным кругом; отрезных и других станках.

Дисковые пилы представляют собой диск диаметром 300...800 мм с режущими зубьями. Разрезание прутков дисковой пилой производят по одному или пакетом (рис. 3.3). Современные дисковые пилы снабжаются гидравлическими зажимными приспособления­ми. Для стальных заготовок разрезание на дисковых пилах при­меняется тогда, когда требуется высокая точность по длине и пер­пендикулярность торца оси заготовки. Для цветных металлов это основой метод разрезания, т. к. резка их на ножницах дает большое смятие. Производительность резки низка; ширина реза 3–8 мм, в связи с чем велики отходы.

Рис. 3.3. Схемы резки проката дисковой пилой:

а – одного прутка; б – пакета прутков; в – проката прямоугольного сечения

Ленточные пилы имеют форму бесконечной ленты толщиной 1,0–1,5 мм. Потери на рез в этом случае малы однако сам инструмент (пильная лента) стоит дорого. Ленточные пилы приме­няются, главным образом, для разрезания проката цветных метал­лов (меди, латуни, алюминия и др.).

Резка прутков и слитков на анодно-механических станках про­изводится дисковыми или ленточными катодами из низкоуглеро­дистой стали. Инструмент дешев, легко изготавливается. Скорость резки – 10–25 мм/мин, ширина реза – 0,5–2,5 мм. Анодно-механи­ческую резку применяют для разделки прутков из твердых или слишком вязких сплавов (никелевые, хромоникелевые сплавы). Анодно-механические станки сравнительно дороги, требуют квали­фицированной эксплуатации.

Кислородная резка основана на сгорании нагретого металла в струе режущего кислорода. Резка применяется в основном для сталей, содержащих до 0,7 % С. Производительность кислородной резки довольно велика, особенно в случае применения автоматов с несколькими резаками, работающими одновременно. Качество реза удовлетворительное, точность по длине не велика. Ширина реза составляет 4–8 мм. Применяется в основном для резки крупных профилей и вырезания контурно-фасонных заготовок из листа.

Выбор способа резки зависит от формы и размеров заготовки, а также возможностей способа резки (табл. 3.1) и цеха (завода).

Таблица 3.1. Сравнение способов разделки прутка на штучные заготовки

Специальные виды прокатки

Прокатка (раскатка) колец, колес, бандажей (для железнодо­рожного транспорта) производится на специальных прокатных станах в горячем состоянии. Раскаткой придают заготовкам более сложный профиль и более точные размеры, чем штамповкой, обес­печивают тангенциальное направление волокон, выполняют коль­цевые поднутрения (например, канавки под шарики у наружных колец подшипников). Во избежание образования окалины для стальных изделий под раскатку применяют обычно индукционный или безокислительный нагрев и не выше 1040 °С. Раскатке подвер­гаются заготовки с наружным диаметром от 60 мм до 1 м и бо­лее при высоте обрабатываемого обода до 150 мм. Применяют от­крытую и закрытую схемы раскатки (рис. 3.4, а, б).

Рис. 3.4. Схемы раскатки колец подшипников

Точность размеров готовых поковок (рис. 3.4, г) по наружному диаметру зависит главным образом от своевременности прекраще­ния процесса, т. е. от наладки и качества работы контрольного ро­лика, а по внутреннему диаметру – от точности объема исходных заготовок (рис. 3.4, в). Практически допуск на наружный диаметр составляет около – 0,01D, на внутренний — (0,022d=0,6) мм. Па­раметр шероховатости поверхности после раскатки R_z=10–3,2 мкм.

При укладке заготовок и съеме поковок вручную производи­тельность раскатки составляет на мелких кольцах до 500, на круп­ных – 100–250 шт/ч.

Поперечно-клиновая прокатка проводится с помощью плоско­клиновых инструментов (рис. 3.5). Один из рабочих клиньев не­подвижен, второй совершает поступательное движение и прокаты­вает заготовку. Метод довольно производителен: деформация за­вершается за 1,3–1,5 оборота заготовки. При горячей прокатке можно получить заготовки с допусками на диаметральные разме­ры 0,2–0,4 мм, на линейные – 0,3–0,5 мм.

Инструмент сравнительно прост по конструкции, обеспечивает получение ступенчатых валов сложной конфигурации небольшой длины.

Рис. 3.5. Схема поперечно-клиновой прокатки:

а – процесс прокатки; б – типовые заготовки; 1 – рабочие клинья; 2 – заготовка