Технология конструкционных материалов. Способы получения деталей (за

Поперечная и поперечно-винтовая прокатки применяются при изготовлении изделий с переменным по длине сечением и при прошивке трубных заготовок.

Сортамент проката определяется совокупностью профилей и размеров прокатанного металла. Профилем прокатанного изделия называется форма его поперечного сечения.

По сортаменту прокат разделяется на следующие группы: 1) сортовой прокат; 2) листовой прокат; 3) трубы; 4) специальный и периодический прокат.

Сортовая сталь делится на профили общего назначения круглая, полосовая, квадратная, угловая, швеллеры, двутавровые балки и др. (рис. 29, а), и профили специального назначения рельсы и профили для автотракторостроения, судостроения, транспортного машиностроения и других отраслей промышленности (рис. 29, б).

Листовая сталь делится на тонколистовую (толщиной менее 4 мм) и толстолистовую (толщиной 4…160 мм).

Трубы делятся на бесшовные и сварные. Кроме того, выпускают трубы фасонные и переменного сечения.

Рис. 29. Основные профили проката

К специальным видам проката относятся вагонные колеса (рис. 29, в), зубчатые колеса, шары, периодический прокат (рис. 29, г), а также гнутый профиль (рис. 29, д).

71

Заготовками для сортового проката являются блюмы (сечением от 150 150 до 450 450 мм), а для листового проката слябы (толстые плиты толщиной до 350 мм).

Прокатные валки и станы

Прокатные валки основной рабочий инструмент, они могут быть гладкими (рис. 30, а), калиброванными (ручьевыми) (рис. 30, б) и специальными.

Гладкие валки применяют при прокатке листов, полос и т.п. На калиброванных валках прокатывают все виды сортового проката.

Валки имеют рабочую часть (бочку) 1 (см. рис. 30), две шейки 2 для установки в подшипниках и крестообразные концы (трефы) 3 для соединения валка с приводом.

На рабочей поверхности калиброванных валков имеются канавки ручьи. Совокупность ручьев пары валков называется калибром. На каждой паре валков размещается несколько калибров. Калибры могут быть открытыми (рис. 31, а) и закрытыми (рис. 31, б).

По назначению калибры прокатных станов разделяют на обжимные (или вытяжные), черновые (или подготовительные) и чистовые (или отделочные).

72

Обжимные калибры предназначены только для уменьшения сечения прокатываемого металла.

В черновых калибрах уменьшается площадь, изменяется форма поперечного сечения прокатываемого металла с постепенным приближением к готовому изделию. Чистовые калибры отличаются от прокатываемого профиля тем, что в них учтены коэффициент линейного расширения и допуски на размеры профиля.

Прокатку заготовок осуществляют на прокатных станах. Прокатный стан состоит из одной или нескольких рабочих клетей и привода, включающего в себя электродвигатель и передаточный механизм.

Рабочая клеть состоит из станины 1 (рис. 32) с установленными в ней в подшипниках валками 2. Для изменения зазора между ними верхний валок вместе с подшипниками перемещается в пазах станины с помощью нажимного устройства 3. Движение от электродвигателя 9 к валкам передается через редуктор 8, электромуфту 7, шестерную клеть 6 и трефовые шпиндели 5, которые соединены с валками трефовыми муфтами 4.

2

1

5

Рис. 32. Схема прокатного стана

Классификация прокатных станов. Прокатные станы классифицируют по трем признакам: назначению, числу и расположению валков в клетях, числу и взаимному расположению клетей.

73

По назначению прокатные станы делят на станы для прокатки полупродукта (блюминги, слябинги и заготовочные станы) и станы для прокатки готовых изделий (сортовые, листопрокатные, рельсобалочные, трубопрокатные, для специального проката).

По числу и размещению валков в клетях станы бывают: с горизонтальными валками; универсальные с горизонтальными и вертикальными валками; с косо расположенными валками. Станы с горизонтальными валками по числу их в рабочей клети подразделяют на двух-, трех- и многовалковые. Двухвалковые станы (дуостаны) могут быть неревер-

1 2

лм

Рис. 33. Основные способы прокатки и типы прокатных станов

74

сивные (рис. 33, а) и реверсивные. На трехвалковых станах (триостанах) (рис. 33, в) заготовка в одну сторону идет между нижним и средним, а в обратном направлении между средним и верхним валками. Двух- и трехвалковые станы применяют при производстве всех видов сортового проката и листов.

Многовалковые станы (рис. 33, г, д, е) имеют два рабочих валка малого диаметра, а остальные валки большего диаметра являются опорными. Они предотвращают прогиб тонких рабочих валков, благодаря чему повышается точность изделий. Такие станы применяют для горячей и холодной прокатки тонких листов и полос.

Универсальные станы (рис. 33, б, ж), имеющие пару горизонтальных и пару вертикальных валков, используют при прокатке слябов, толстых листов и широкополочных двутавровых балок.

Станы с косо расположенными валками (рис. 33, з, и, к) применяют при поперечно-винтовой прокатке бесшовных труб, периодического проката, шаров.

В зависимости от числа взаимного расположения клетей прокатные станы могут быть одноклетьевыми и многоклетьевыми с линейным и последовательным расположением клетей.

Улинейных станов клети 2 (рис. 33, л) расположены

водну линию и имеется один привод 1. Они характеризуются невысокими скоростями прокатки (до 4 м/с) и производительностью. Последовательное расположение валков используется в непрерывных станах (рис. 33, м). Для них характерны высокая скорость прокатки (до 45 м/с) и производитель-

ность (1…4 млн т проката в год). Непрерывные станы основное оборудование современных прокатных цехов.

75

Производство основных видов проката

Для прокатки блюмов и слябов исходной заготовкой служат слитки. Полупродукт для получения сортового проката (блюмы) получают на крупных обжимных дуостанах блюмингах. Перед прокаткой на сортовых станах блюмы предварительно могут прокатываться на заготовочных станах. Заготовки для листового проката (слябы) получают на крупном обжимном универсальном стане слябинге или на блюминге.

При холодной прокатке тонколистовой стали для снятия наклепа применяют промежуточный отжиг. Листы, предназначенные для холодной листовой штамповки, после отжига дополнительно прокатывают с обжатием 0,5…3 %. Наклепанные и травленные для снятия окалины листы называют декапированными.

Прокатка бесшовных труб. Заготовками для бес-

шовных труб являются слитки и катаные заготовки круглого сечения диаметром 120…320 мм. Производство бесшовных труб состоит из трех операций: прошивка отверстия в заготовке и получение толстостенной гильзы;

4

3 4

А

Рис. 34. Прокатка бесшовных труб

76

прокатка трубы из гильзы; обкатка для улучшения наружной и внутренней поверхностей, исключения овальности и разностенности трубы.

Толстостенную гильзу из заготовки получают на прошивочных станах поперечно-винтовой прокатки с бочкообразными (рис. 34, а) валками, оси которых расположены под углом 4…14 одна к другой. Рабочие валки 1 и поддерживающие ролики 2 вращаются в одном направлении, при этом заготовка 3 движется винтообразно. Отверстия образуются с помощью оправки 4. После прошивки и нагрева гильза поступает на автоматические или пилигримовые (периодические) раскатные станы.

На автоматическом стане гильза 5 (рис. 34, б) раска-

тывается между двумя валками 1 на оправке 4. Зазор между оправкой и калибром валка определяет толщину стенки трубы. Прокатывают трубу за два прохода с поворотом на 90 , возвращая ее после каждого прохода роликами 6 обратной подачи. На автоматическом стане прокатывают трубы диаметром свыше 57 мм.

Производство сварных труб. Сварные трубы, диаметр которых достигает 2500 мм, значительно дешевле бесшовных, но менее прочны. Заготовкой сварных труб служит лента (штрипс) илилистышириной, равной длине окружноститрубы.

Изготовление сварных труб состоит из следующих операций: 1) формовка плоской заготовки в трубу; 2) сварка трубы; 3) отделка и правка (рис. 35).

Рис. 35. Схема получения сварных труб

77

Формовку труб малого диаметра производят в ручьях валков непрерывного стана, а диаметром более 300 мм на прессах или листогибочных валковых станах. После формовки применяют сварку следующих видов: непрерывную печную встык, контактную электрическую, электродуговую под слоем флюса.

Производство специальных видов проката

Прокатка деталей типа колес, бандажей и колец. За-

готовкой для изготовления таких деталей служат слитки или круглый прокат. Технологический процесс их изготовления может включать в себя операции ковки и прокатки. Например, на прессе производят осадку и прошивку заготовки, а формовку ступицы, диска и контура обода железнодорожных колес на специальном колесопрокатном стане (рис. 36).

Прокатка периодических профилей и деталей – один из самых экономичных методов формообразования заготовок деталей. Периодические профили используют как заготовки для последующей штамповки или ме-

перечно-винтовая прокатка деталей с винтовой поверхностью (червяков, ходовых винтов, червячных фрез и т.п.) в 30–80 раз производительнее, чем нарезание резьбы на токарно-винтовом станке, и обеспечивает экономию 10…30 % металла.

78

7.2. Прессование

Характеристика процесса. Прессование заключается в выдавливании металла из замкнутого объема через отверстие в матрице.

Профиль прессованного изделия соответствует сечению этого отверстия. Прессование высокопроизводительный и экономичный способ обработки металлов и сплавов, которым можно получать сплошные и полые профили (рис. 37, а). Прессованные изделия более точные, чем катаные.

Рис. 37. Примеры прессованных изделий и схемы прессования

Прессованием получают прутки диаметром 5…250 мм, проволоку диаметром 5…10 мм, трубы с наружным диаметром 20…400 мм и толщиной стенки 1,5…12 мм и другие изделия.

Прессование металла происходит в условиях всестороннего неравномерного сжатия. При такой схеме деформирования металл наиболее пластичен. Поэтому прессованием можно обрабатывать и малопластичные сплавы: медные, алюминиевые, магниевые, титановые, углеродистые и легированные стали и др.

79

Инструмент для прессования изготовляют из высококачественных инструментальных сталей и жаропрочных сплавов. Износ инструмента уменьшается за счет применения смазочных материалов.

Методы прессования. Исходной заготовкой для прессования является слиток или круглый прокат. Различают прямое и обратное прессование.

При прямом прессовании (рис. 37, б) направление выхода металла через отверстие матрицы 5 совпадает с направлением движения пуансона 1, давление которого на заготовку 3 передается через пресс-шайбу 2. Часть заготовки, которая остается в контейнере 4, называют пресс-остатком. Масса его составляет обычно 8…12 % от массы слитка.

При прессовании труб заготовка сначала прошивается иглой 6 (рис. 37, в), проходящей через полый пуансон 1. При дальнейшем перемещении пуансона и пресс-шайбы 2 металл выдавливается в виде трубы 3 через кольцевой зазор между стенками отверстия в матрице 5 и иглой.

При обратном прессовании (рис. 37, г) матрица 5 устанавливается в конце полого пуансона 1 и металл вытекает в направлении, обратном перемещению пуансона. Этот метод характеризуется меньшими отходами (масса прессостатка составляет 6…10 % от массы заготовки) и меньшим усилием прессования, но из-за сложности оборудования он находит ограниченное применение.

Оборудованием для прессования служат горизонтальные и вертикальные гидравлические прессы с давлением жидкости до 40 МПа.

7.3. Волочение

Волочение заключается в протягивании (чаще всего в холодном состоянии) прокатанных или прессованных заго-

80