4.3. Нагрев металла

При обработке металлов давлением используется главное свойство металла – пластичность.

Для повышения пластичности металлы перед обработкой давлением подвергают нагреву. При нагреве металла до максимально допустимых температур, сопротивление его деформированию снижается в 15-20 раз по сравнению с обычным холодным состоянием. Это объясняется ослаблением межатомных связей.

Для деформации нагретых заготовок возможно применение меньших усилий при обработке давлением, что позволяет снизить стоимость изделий.

Основные требования при нагреве металла:

- необходим равномерный нагрев слитка или заготовки по сечению и длине до соответствующей температуры за минимальное время, с наименьшей потерей металла в окалину и экономным расходом топлива.

Неправильный нагрев вызывает различные дефекты: трещины, обезуглероживание, повышенное окисление, перегрев и пережог.

Температурный интервал обработки зависит от химического состава стали. Экспериментально установлено, что начальную температуру обработки давлением определяют по формуле Тн = 0,9Тпл

Тк = 0,7 Тпл – температура конца обработки

Для углеродистой стали температуру начала и конца обработки определяют по диаграмме Fе - Fe₃C (рис. 4.2).

Рис. 4.2. Выбор температурного интервала ковки стали по диаграмме состояния железо-углерод.

Скорость нагрева зависит от теплопроводности, размеров и формы заготовки. Нагрев металла осуществляют в печах с пламенным и электронагревом.

Способы нагрева: замедленный, обычный и скоростной с использованием температурного напора в 200-300⁰С – для ускорения скорости нагрева в 3-4 раза.

Нагревательные устройства.

Кузнечные горны – имеют небольшие размеры, отсутствуют топки и камеры для нагрева заготовок. Топливом является кокс, каменный уголь. Применяются для нагрева небольших заготовок при ручной ковке.

Камерные печи – печи периодического нагрева. Заготовки загружают на под, после нагрева поштучно выгружают. Применяют в кузнечно-прессовых цехах.

Методические печи – печи непрерывного нагрева, заготовки загружают

с одной стороны и постепенно передвигают из зоны низкой температуры в зону высоких температур и на выход. Применяют в прокатных и кузнечно-штамповых цехах.

Печи с вращающимся подом – методическая печь с свёрнутым в кольцо подом в виде конвейера.

Нагревательные колодцы – бывают пламенные и электрические.

Применяются в прокатных цехах.

Электронагрев - это индукционный нагрев, контактный нагрев и в электропечах сопротивления.

4.4. Процессы обработки металлов давлением

4.4.1. Прокатка

Прокатка – процесс обжатия металла между вращающимися валками прокатного стана. Необходимое для пластической деформации усилие создается вследствии того, что расстояние между поверхностями валков устанавливается меньше толщины обрабатываемого металла. Захват металла валками и его движение при прокатке происходит благодаря трению между поверхностями валков и заготовки.

Различают три основных вида прокатки: продольную, поперечную, винтовую (рис. 4.3).

При продольной прокатке металл обжимается между двумя валками, вращающимися в разные стороны и перемещается перпендикулярно осям валков, толщина металла уменьшается, а ширина и длина увеличиваются .

Рис. 4.2. Основные способы прокатки:

а) продольная, б) поперечная, в) винтовая.

Данная прокатка характеризуется коэффициентом вытяжки: отношением длины после прокатки (Lk) к первоначальной (L_н) = Lк/Lн – показывает во сколько раз изменится длина заготовки после пропуска через валки. Зависит от материала, толщины, температуры заготовки и принимается в пределах 1,1-2,0.

Отношение исходной высоты Н высоте после прохода h называется коэффициентом обжатия: = H / h, где Н – исходная высота, h – высота после прохода.

Этот вид прокатки имеет наибольшее применение и используется для изготовления профильного и листового проката.

Поперечную и винтовую прокатку используют для изготовления изделий, имеющих форму тел вращения.

Поперечная прокатка – валки вращаются в одном направлении, придавая вращение заготовке и деформируют её, применяется при изготовлении периодического проката (с изменяющимся по длине профилем).

Винтовая прокатка – валки располагаются под углом друг к другу, благодаря чему заготовка кроме вращательного движения приобретает и поступательное.

Применяют для получения пустотелых заготовок, например, при производстве бесшовных труб.

Исходным материалом для прокатки служат слитки массой до 25 тонн, а также и слитки цветных металлов и сплавов массой до 3 тонн.

Форму поперечного сечения проката называют профилем. Совокупность форм и размеров профилей, получаемых прокаткой, называют сортаментом.

Сортамент профилей проката разделяют: 1- сортовой прокат, 2- листовой прокат, 3-трубный прокат, 4-специальный прокат, 5-периодический прокат.

1. Сортовой прокат – делится на сортовой прокат простого профиля (квадрат, круг, прямоугольник, шестигранник) и фасоны (швеллер,угловой, тавровый и т.д.).

Рис. 4.4. Сортамент прокатной продукции.

1-круг, 2-квадрат, 3-шестигранник, 4-полоса, 5-лист, 6-сегментная сталь,

7-овальная сталь, 8-трехгранная сталь, 9-равнобокий уголок, 10- неравнобокий уголок, 11- тавровая балка, 12-швеллер, 13-двутавровая балка, 14-рельс.

2. Листовой прокат – из стали и цветных металлов используют в различных областях промышленности. Листовой прокат делят: на автотракторную, трансформаторную, кровельную жесть и т.д. Производят листовой прокат с оловянным, цинковым, алюминиевым и пластмассовым покрытием.

Различают тонколистовую (0,2-4 мм) и толстолистовую сталь (4-160 мм.).

3. Трубный прокат – получают на бесшовные и сварные трубы. Диаметр от 5 до 2500 мм, с толщиной стенки от 0,5 до 16 мм из углеродистой и легированной стали.

4. Специальный прокат – получают колёса, кольца, шары.

5. Периодический прокат – применяется для изготовления фасонных заготовок периодического профиля для последующей штамповки.

Оборудование для прокатки.

Основное оборудование, на котором прокатывают металл, называется прокатным станом, это комплекс машин для деформации металла во вращающихся валках и выполнения вспомогательных операций, необходимых для осуществления деформации.

Главным узлом прокатного стана является рабочая клеть, состоящая из станины и рабочих валков. Вращательное движение валки получают от электродвигателя, через редуктор.

Валки применяют гладкие и калиброванные. Гладкие валки используют для прокатки листовой и полосовой стали. Калиброванные валки применяют для получения фасонного проката.

Рис. 4.5. Валки прокатного стана: а) гладкий, б) ручьевой;