Основы производства и обработки металлов учебно-методическое пособи

По конструкции рабочих клетей (по числу и расположению рабочих валков) прокатные станы бывают двухвалковые, трехвалковые, четырехвалковые, шестивалковые и т.д. По расположению рабочих валков в клети станы бывают: с горизонтальным расположением валков, с вертикальным расположением валков, с горизонтальными

ивертикальными валками – универсальные прокатные станы, с расположением валков под определенным углом к горизонту.

Вбольшинстве случаев деформацию заготовки осуществляют двумя рабочими валками, а остальные валки – опорные, необходимы для придания жесткости и прочности всей системе.

Инструментом при прокатке является рабочий валок. Валки изготавливают из чугуна, литой и кованой стали марок 55Х, 60ХН, 9Х

идр. Диаметр и длина бочки валка – основные параметры рабочей клети, которые определяют маркировку сортовых (диаметр валка)

илистовых (длина бочки валка) прокатных станов. Так, например, диаметр валка чистовой клети среднесортного стана 550 равен 550 мм, а длина бочки валка листопрокатного стана 1840 составляет

1840 мм.

Бочка валка может быть гладкой, а может иметь выточки – ручьи. Два соответствующих друг другу ручья верхнего и нижнего валков составляют калибр. Калибры бывают открытые, если ось симметрии калибра не имеет изломов, и закрытые, если на оси симметрии калибра имеются изломы. Калибровкой прокатчики называют разработку системы калибров, необходимых для получения изделия заданной формы

иразмеров.

Сортамент прокатной продукции. Сортаментом называют пе-

речень всех изделий, получаемых прокаткой. Сортамент проката делят на пять основных видов: сортовой, листовой, трубный, специальный и периодический прокат. Студент должен знать классификацию прокатной продукции и приводить конкретные примеры: так, например, сортовой прокат подразделяют на сортовой прокат простого профиля: круг, квадрат, прямоугольник, шестигранник и т.д., и сортовой прокат фасонного профиля (фасонный сортовой прокат): уголок, швеллер, тавр, двутавр и т.д. Кроме того, дополнительно выде-

101

ляют фасонный сортовой прокат специального назначения, например, железнодорожные рельсы, профиль автомобильного обода.

В настоящее время на металлургических заводах применяют две

основные технологические схемы производства проката. Тради-

ционная схема заключается в том, что слитки, полученные методом сифонной разливки, нагревают в печах и прокатывают на мощных обжимных прокатных станах: блюмингах и слябингах. Продукцией блюминга является блюм – заготовка квадратного сечения, продукция слябинга – сляб – заготовка прямоугольного сечения.

Блюмы поступают на непрерывные заготовительные станы, на которых получают заготовки различного поперечного сечения, и затем эти заготовки прокатывают на сортовых прокатных станах для получения сортового проката или на специальных станах, продукцией которых является фасонный сортовой прокат специального назначения. Слябы прокатывают на непрерывных широкополосных станах для получения полосовой заготовки, которую затем прокатывают на листопрокатных станах холодной прокатки для получения листа. Обычно перед подачей заготовки на каждый следующий прокатный стан ее нагревают до температуры 1200–1250 °С.

Все более широкое использование непрерывной разливки сталей позволяет применить и более прогрессивную технологическую схему получения проката: полученная непрерывнолитая заготовка, минуя обжимные станы (блюминги и слябинги), сразу передается на непрерывные заготовительные или широкополосные станы. Данная схема позволяет исключить из технологического цикла трудоемкие операции получения слитков, их нагрев и прокатку на обжимных станах.

Ковка – это вид ОМД, при котором формообразование изделий (поковок) происходит под действием удара бойка молота или нажима бойка пресса на заготовку, лежащую на опоре. Обычно ковка – это горячая ОМД. При ковке металл заготовки имеет возможность свободно деформироваться в горизонтальной плоскости, поэтому ковку часто называют свободной ковкой.

102

Свободная ковка бывает ручной и машинной. Ручная ковка – это древнейший вид ОМД. Ручную ковку осуществляют с помощью ударов ручного молота (кувалды) по поверхности заготовки, лежащей на наковальне. Ручную ковку в настоящее время используют для изготовления художественных изделий из металла, а также для мелких ремонтных работ.

В промышленном производстве используют машинную ковку, которую осуществляют на пневматических или паровоздушных молотах, а также на гидравлических прессах. Исходной заготовкой для машинной ковки являются стальные слитки или горячекатаный сортовой прокат. Масса исходной заготовки может составлять от нескольких килограммов до 300 т. В качестве оборудования для получения поковок массой до 1 т обычно используют пневматические молоты, для поковок массой 1–3 т – паровоздушные молоты, а для крупных поковок массой 3 т и более – гидравлические прессы.

Студент должен знать сущность основных операций ковки: осадки, высадки, вытяжки и др., должен представлять особенности технологии ковки: выбирать температурные интервалы ковки и режимы охлаждения поковок для различных сталей, оценивать размеры заготовки под ковку и ее массу, учитывая величину припуска, напуска и допуска.

Штамповка. Различают объемную и листовую штамповку. Объемную штамповку можно считать разновидностью ковки, с той лишь разницей, что при штамповке пластическое течение металла в горизонтальной плоскости ограничено стенками инструмента (штампа). Штамп состоит из двух половин: верхней и нижней. В каждой из половин штампа вырезан контур половины получаемой детали – так называемый ручей. В завершающий момент штамповки ручьи верхней и нижней половин штампа образуют замкнутый объем, по форме и размерам соответствующий получаемой детали.

Объемная штамповка бывает двух видов: в открытых и закрытых штампах. Открытый штамп по внешнему контуру ручьев имеет небольшой дополнительный объем – облойную канавку, в которую

103

вытекает избыток металла. В связи с этим при открытой (облойной) штамповке объем заготовки несколько больше объема готовой детали (штамповки). Закрытый штамп выполнен так, что верхняя и нижняя половины штампа точно сопрягаются друг с другом, т.е. облойная канавка в закрытых штампах отсутствует. Объем заготовки при закрытой штамповке равен объему готовой детали.

Оборудованием для объемной штамповки являются штамповочные молоты. В отличие от молотов для свободной ковки, в штамповочных молотах должно обеспечиваться точное совпадение ручьев верхней и нижней половин штампа. Для этого шабот штамповочного молота жестко связан с его станиной, а для фиксированного перемещения бабы молота предусмотрены специальные направляющие. Кроме штамповочных молотов для штамповки применяют кривошипные прессы, горизонтально-ковочные машины, гидравлические прессы.

Листовая штамповка – это процесс получения пространственных тонкостенных изделий из листовой заготовки. Листовая штамповка, как правило, является холодной деформацией. Основными технологическими операциями листовой штамповки являются отрезка, вырубка, гибка, свертка, вытяжка, формовка.

Листовую штамповку осуществляют на листоштамповочных прессах. Гидравлические прессы применяют для горячей и холодной штамповки крупногабаритных толстолистовых изделий.

Литература: [1, 4, 10–11, 13–14].

Вопросы для самоконтроля

1.Что такое нормальные и касательные напряжения?

2.Что такое коэффициент мягкости напряженного состояния?

3.Дайтехарактеристику схем объемного напряженного состояния.

4.Сколько вы знаете схем деформированного состояния?

5.Что такое наклеп и рекристаллизация?

6.Объясните различие между холодной и горячей деформацией.

104

7.Как изменяют степень деформации в процессе ОМД?

8.Какие виды прессования вам известны и в чем их отличия?

9.В чем принципиальное отличие волочения от прессования?

10.Укажите известные вам виды объемной штамповки?

11.Дайте характеристику двум основным технологическим схемам производства проката.

12.Какие виды прокатной продукции вы знаете?

Студентам очной формы обучения для освоения данного раз-

дела предлагается самостоятельно изучить темы «Гидропрессование» и «Современные виды ОМД». В последней теме следует обратить внимание на такие виды ОМД, как штамповка взрывом, штамповка обкатыванием, равноканально-угловое прессование, деформация в магнитном поле.

Литература: [1, 4, 10–11, 13–14].

105

3. ЗАДАНИЯ К КОНТРОЛЬНЫМ РАБОТАМ Контрольная работа №1

Вариант 1

1.Процессы горения углерода кокса в доменной печи.

2.Раскисление сталей.

3.Характеристика железных руд, используемых в доменном производстве.

4.Общая технология производства сталей в кислородных конвертерах.

Вариант 2

1.Процессы восстановления окислов железа.

2.Процессы окисления углерода в сталеплавильных агрегатах.

3.Характеристика доменных флюсов.

4.Процесс ОЛП. Его особенности.

Вариант 3

1.Поведение химически непрочных окислов в доменной печи.

2.Процессы окисления-восстановления фосфора в сталеплавильных агрегатах.

3.Характеристика топлива доменного процесса.

4.Современные разновидности конвертерных процессов.

Вариант 4

1.Поведение химически прочных окислов в доменной печи.

2.Процессы окисления-восстановления марганца в сталеплавильных агрегатах.

3.Подготовка железных руд к доменной плавке. Дробление

иизмельчение.

4.Общая технология выплавки сталей в основной мартеновской печи на примере скрап-процесса.

106

Вариант 5

1.Поведение химически амфотерных окислов в доменной печи.

2.Процессы окисления-восстановления кремния в сталеплавильных агрегатах.

3.Подготовка железных руд к доменной плавке. Окускование.

4.Особенности технологии выплавки сталей в кислых мартеновских печах.

Вариант 6

1.Процессы науглероживания железа и образование чугуна.

2.Условия удаления серы при выплавке сталей.

3.Подготовка железных руд кдоменной плавке. Обогащение руд.

4.Выплавка сталей в индукционных электропечах.

Вариант 7

1.Поведение серы в доменной печи.

2.Легирование сталей.

3.Подготовка железных руд к доменной плавке. Усреднение.

4.Технология выплавки сталей в дуговых электропечах средней емкости.

Вариант 8

1.Процессы, происходящие на колошнике доменной печи.

2.Неметаллические включения в сталях.

3.Принцип действия и общее устройство доменной печи.

4.Особенности выплавки сталей в дуговых электропечах большой и малой емкости.

Вариант 9

1.Процессы, происходящие в шахте доменной печи.

2.Газы в сталях и мероприятия по их удалению.

3.Подача и нагрев доменного дутья.

4.Вакуумная обработка сталей.

107

Вариант 10

1.Горновые процессы.

2.Процессы «кипения» при выплавке сталей.

3.Очистка доменного газа.

4.Разливка сталей. Непрерывная разливка.

Вариант 11

1.Процессы образования шлака в доменной печи.

2.Процессы при выплавке сталей обыкновенного качества.

3.Характеристика продуктов доменной плавки.

4.Строение стальных слитков.

Вариант 12

1.Процессы при получении меди.

2.Процессы при выплавке качественных сталей.

3.Основные технико-экономические показатели работы доменных печей.

4.Общая технология производства феррохрома.

Вариант 13

1.Процессы при получении алюминия.

2.Процессы при выплавке высококачественных сталей.

3.Получение губчатого железа. Процесс Мидрекс.

4.Технология производства феррованадия.

Вариант 14

1.Процессы при получении никеля.

2.Характеристика шлаков сталеплавильного производства.

3.Получение губчатого железа. Процесс ХИЛ.

4.Производство ферровольфрама и ферромолибдена.

108

Вариант 15

1.Процессы при получении титана.

2.Сравнительный анализ условий удаления серы и фосфора при производстве сталей.

3.Перспективы развития доменного процесса и процессов получения ПВЖ.

4.Производство ферромарганца и ферросилиция.

Контрольная работа №2

Вариант 1

1.Опишите способы управления размером зерна литого металла.

2.Технология формовки в опоках по разъемной модели.

3.Виды напряженного состояния.

4.Сущность прямого прессования.

Вариант 2

1.Термодинамика процесса кристаллизации.

2.Технология формовки по мягкой постели.

3.Виды деформированного состояния.

4.Сущность обратного прессования.

Вариант 3

1.Кинетика процесса кристаллизации.

2.Общая технология формовки по шаблону.

3.Понятие холодной пластической деформации.

4.Волочение. Схемы волочения труб.

Вариант 4

1.Опишите основные факторы, влияющие на жидкотекучесть.

2.Технология формовки по жесткой постели.

3.Понятие горячей пластической деформации.

4.Прокатка. Сортамент прокатной продукции.

109

Вариант 5

1.Дендритная ликвация.

2.Общая технология автоматической формовки.

3.Понятиеонапряжениях. Нормальныеикасательныенапряжения.

4.Прокатка. Классификация прокатных станов.

Вариант 6

1.Зональная ликвация и ее виды.

2.Общая технология литья в облицованный кокиль.

3.Коэффициент мягкости напряженного состояния.

4.Ручная ковка. Основные технологические операции.

Вариант 7

1.Опишите принцип последовательного затвердевания отливки.

2.Литье под давлением.

3.Описание напряженного состояния. Тензор напряжений.

4.Способы оценки пластичности металлов и сплавов.

Вариант 8

1.Опишите способы устранения усадочных дефектов.

2.Литье в оболочковые формы.

3.МСД в ОМД.

4.Оборудование для прокатки.

Вариант 9

1.Горячеломкость и способы борьбы с ней.

2.Литье по выплавляемым моделям.

3.Пластичность и разрушение при ОМД.

4.Штамповка обкатыванием.

Вариант 10

1.Виды и сущность модифицирования.

2.Центробежное литье.

3.Виды реакции металлических материалов на внешнее силовое воздействие.

4.Холодная прокатка бесшовных труб.

110