книги из ГПНТБ / Крупин А.В. Прокатка металлов в вакууме учеб. пособие

3

Лдапуумным Г насосам —1

Лвапуумным

насосам

Рис. 53. Новая конструкция вакуумного стана:

/ — станина- 2 — крышка; 3 — камера нагрева; 4 — форкамера; 5 — патрубок; ff — коль­ цевой кожух; 7 — боковая крышка; S — нажимной механизм; 9 — плнтовнна; 10 — фланцевые соединения; 11 — валки; 12— подушки

102

состоит из трех отдельных частей 5, 6 н 7, присоединенных к станине через стационарные вакуумные уплотнения и полно­ стью перекрывающих внутренние и наружные проемы ста­ нины 1. Для облегчения монтажа и восприятия упругих дефор­ маций клети при прокатке в замкнутом кольцевом кожухе, который образуют крышки внутренних проемов станины, име­

ется компенсатор. Со стороны привода вакуумная система за­ мыкается и уплотняется по промежуточным шпинделям. Пре­ дусмотрена дополнительная крышка для удобства обслужи­ вания шпинделей. Уплотнение нажимного механизма осу­ ществляется сверху. Через проем вакуумная система рабочей клети связана с нагревательными средствами 3 и форвакуумной камерой 4.

Стан имеет широкий диапазон регулирования раствора валков.

Созданы и разрабатываются вакуумные устройства для дру­

103

в среде инертного газа. Вакуумируются нагревательная печь 1, транспортер 2, служащий для передачи заготовки от печи к блок-контейнеру 3, контейнер с матрицей 4 п приемник изде­ лия 5. Конструкция печи позволяет нагревать заготовку до тем­ пературы 1600°С в вакууме 1,33-ІО-2 Н/м2 (1-10-4 мм рт. ст.). Слитки подаются в печь гидравлическим подъемником, а в го­ ризонтальном направлении — на передвижных тележках.. Блок контейнера состоит из корпуса со втулкой и верхней вакуум­ ной камеры, через которую подается слиток и снимается гото­ вое изделие. Давление на слиток передается через прессшайбу. На установке прессуют прутки, трубы, полосы, профили, прово­ дят осадку и штамповку в открытых н закрытых штампах. Ино­ гда слиток перед прессованием нагревают в разъемных нагре­ вательных печах. При этом исключается необходимость транс­ портировки нагреваемого слитка из печи в контейнер, так как нагрев проводится непосредственно над отверстием контейнера.

Нагретые в печи слитки диаметром 0,08—0,1 м передаются в контейнер и прессуются на пруток диаметром 0,045 м или осаживаются. Прутки меньших размеров получают из предва­ рительно деформированной заготовки. При прессовании, в отли­ чие от ковки, применяют смазку — стеклоткань. Как показали опыты, смазка понижает глубину вакуума (на порядок) вслед­ ствие ее возгонки при соприкосновении с нагретым слитком, однако откачной системой первоначальный вакуум сразу же восстанавливается. Возможно предварительное нанесение сма­ зок при температуре отжига 800—900° С, что обеспечивает свет­ лую, блестящую поверхность прессованных прутков.

Во Всесоюзном научно-исследовательском и конструкторскотехнологическом институте трубной промышленности спроекти­ рован полностью автоматизированный вакуумный пнлигримовый стан, предназначенный для прокатки труб из сталей и спла­ вов, которые при деформации нагреваются до весьма высоких температур и в процессе нагрева окисляются пли насыщаются газами. Вакуумная камера, в которой перемещается, нагре­ вается, прокатывается и охлаждается труба-заготовка, весьма невелика по объему. На стане можно получать трубы сечением 0,057—0,089X0,002—0,01 м.

В СССР разработаны устройства для прокатки труб в инерт­ ных средах. Защита труб от взаимодействия с активными га­ зами при теплой прокатке обеспечивается созданием местного укрытия на стане ХПТ. Одно из этих устройств состоит из гер­ метизированной камеры с уплотнениями, холодильников и ин­ дукционного нагревателя. Для упрощения конструкции и умень­ шения расхода газа камера изготовлена в виде двух эластич­

герметичной камеры для защитного газа рабочая клеть снаб­ жена с торцов двумя крышками с отверстиями для прокаты­

104

ваемой трубы, имеющими диафрагменные уплотнения. Стан оборудован двумя трубчатыми печами сопротивления. Для об­ работки давлением в инертных средах в СССР под руководст­ вом А. Я- Борисова проводятся работы по созданию гермети­ зированных камер, заполненных аргоном.

Примером может служить камера «Атмосфера-1» объемом 44 м3 с инертной контролируемой средой, в которой установ­ лены реверсивный прокатный стан с валками диаметром 90 мм и индукционная печь. Вначале в камере создается разрежение, затем она заполняется аргоном. Система химической очистки аргона обеспечивает удаление пыли, влаги, паров масла и во­ дорода. Содержание газов в камере несколько повышается из-за подсоса воздуха от входной двери. В процессе работы количе­ ство примесей в аргоне непрерывно контролируют масс-спек­ трометром типа MX-1302.

Для нагрева заготовок перед прокаткой в камере «Атмо­ сфера-1» используют индукционную электропечь с графитовым муфелем, установленную около стана. Индуктор питается от машинного генератора ПВО-100/2500, расположенного вне ка­ меры. Обслуживающий персонал работает в скафандрах, обо­ рудованных системой питания воздухом и телефонно-лоринго- фонной связью. Управляют работой устройства и контролируют показания регистрирующих приборов с пульта, расположенного вне камеры.

Дальнейшим развитием метода стало создание непрерывного технологического процесса прокатки.

В 1951 г. в ФТИ АН УССР был изготовлен лабораторный шестнклетевой вакуумный прокатный стан для получения ли­ стов и прутков из химически активных металлов.

При прокатке прутков нечетные номера клетей имеют гори­ зонтальное расположение валков, а четные — вертикальное; при прокатке листов расположение валков всех клетей — горизон­ тальное. В системе поддерживается остаточное давление 1,33 X ХІ0-3 Н/м2 (1 • ІО-5 мм рт. ст.). Для нагрева заготовок до 1250° С служит трубчатая проходная электропечь сопротивления с молибденовыми проволочными нагревателями, находящаяся

ввакуумной камере.

В1969 г. в УкрНИИМете изготовлен п введен в эксплуата­ цию пятиклетевой непрерывный вакуумный опытно-промышлен­ ный прокатный стан для прокатки сортовых и полосовых про­ филей из тугоплавких металлов и их сплавов.

Непрерывный вакуумный прокатный стан имеет пять рабо­ чих клетей дуо (рис. 55) закрытого типа: нечетные клети с го­

144 мм, максимальный зазор между валками 200 мм. Диаметр рабочих валков клети с вертикальными валками 160 мм, длина бочки 120 мм.

105

При необходимости клети с вертикальными валками могут быть повернуты на 90° относительно осп прокатки и использо­ ваны как клети с горизонтальными валками. Специальный ре­ дуктор позволяет передать крутящий момент от, шпинделей к валкам под углом 90°. При разработке конструкции рабочей клети с горизонтальными валками за основу была принята клеть стана 170 конструкции ФТИ АН УССР.

Рис. 55. Рабочая клеть не­ прерывного вакуумного про­ катного стана конструкции УкрНИИмет

Вакуумная система стана обеспечивает получение вакуума 1,33- ІО-3 Н/м2 (1- ІО-5 мм рт. ст.).

Стан позволяет прокатывать профили длиной до 5 м раз­ личного сечения из заготовок диаметром 30—50 мм, которые подают в нагревательную печь с помощью специального загру­ зочного устройства, вмещающего 6—8 заготовок. Максимальная рабочая температура печи 1400° С.

Созданы станы для получения компактных материалов из порошков прокаткой в вакууме и в инертных средах. Станы для прокатки порошков в вакууме обычно помещают в герме­ тичные стальные камеры с водяным охлаждением стенок. При­ вод станов и вспомогательные механизмы размещают снаружи.

106

Стан дуо 80 конструкции ФТИ АН УССР состоит из сле­ дующих основных узлов: вакуумной камеры объемом 0,55 м3, рабочей клети, шестеренной клети, электродвигателя, диффу­

товки в камеру и форкамеры для выдачи проката наружу.

На стане можно проводить горячую прокатку спрессован­ ных из порошка заготовок не только в вакууме, но и в инертной среде. Стан позволяет прокатывать металлические порошки при атмосферном давлении и в вакууме, для чего рабочая клеть поворачивается на 90° вместе с приводом.

При горячей прокатке прессованных металлокерамических заготовок скорость валков составляет 80 об/мин. Холодная про­ катка порошков осуществляется при скорости 2 об/мин.

Анализ конструкций отечественных и зарубежных вакуум­ ных и газозащитных прокатных станов выявил настоятельную необходимость разработки их классификации. В основу клас­ сификации было положено взаимное расположение оборудова­ ния прокатного стана и камеры, предназначенной для получе­ ния. вакуума или заполнения инертным газом. В соответствии с этим предложено деление на следующие типы вакуумных про­ катных станов:

1.Стан-камера. Камерой служит герметизированное отделе­ ние, в котором расположено основное и вспомогательное обо­ рудование прокатного стана.

2.Клеть-камера. В камере размещена рабочая клеть про­ катного стана (первая конструкция стана ФТИ АН УССР, МИСнС-210, Л ПИ-200).

3.Валки-камера. В камере размещены только прокатные валки (последняя конструкция ФТИ АН УССР, ВИЛС, ВНИИМетмаш).

Выбор стана того или иного типа или создание новых кон­ струкций обусловливается конкретными условиями, поставлен­ ными задачами и предъявляемыми требованиями к сортаменту, качеств}' металла, производительности и т. д. Для промышлен­ ных условий наиболее целесообразно применение станов типа валки-камера.

Влабораторных условиях часто требуется изучить тот или иной процесс обработки металлов давлением с использованием одной и той же камеры, например исследовать процесс про­ катки на стане дуо, на стане кварто, изучить процесс попереч­ ной прокатки, сопоставить эффективность влияния вакуума и инертной среды для этих процессов, испытать различные кон­ струкции узлов стана при работе- в вакууме и т. д. В этих ус­ ловиях целесообразно иметь вакуумную камеру, в которой мо­ жно было бы устанавливать различное деформирующее обору­ дование и заменять его с наименьшими затратами средств и времени. Таким требованиям удовлетворяют станы типа клеть-

107

тельно малой мощности приспосабливают для прокатки в ва­ кууме и в инертных средах, если увеличение объема камеры не вызывает особых осложнений в эксплуатации.

4. Смазка узлов вакуумных прокатных станов

В обычных прокатных станах применяют два вида смазки: а) жидкую смазку, или смазку минеральными маслами; -б) гу­ стую смазку, пли смазку консистентными мазями. Однако в ус­ ловиях вакуума при повышенных температурах давление насы­ щенных паров смазочных масел значительно выше создаваемого вакуума, поэтому обычное смазочное масло испаряется с боль­ шой скоростью II подшипники, работая без смазки (всухую), выходят из строя в течение очень короткого времени. Кроме того, испаряющаяся смазка может попадать на горячую поверх­ ность заготовки, загрязнять ее продуктами разложения и, сле­ довательно, резко снижать качество проката. Поэтому при работе механизмов прокатных станов, прессов в высокотемпера­ турных условиях в вакууме особые сложности вызывает про­ блема смазки трущихся поверхностей детален.

За последние годы был проведен ряд исследований с целью разработки новых видов смазок, способных надежно работать в условиях высокой температуры н высокого вакуума. Установ­ лено, что в вакууме возрастает скорость испарения летучих ма­ териалов смазки и увеличивается ползучесть масла вдоль по­ верхности. Все смазки, которые можно применить в конструк­ циях вакуумных прокатных станов, подразделяются на четыре категории: 1) масла и консистентные смазки; 2) «сухие» пле­ ночные смазки; 3) самосмазывающиеся материалы; 4) мягкие металлические пленки.

Масла и консистентные смазки выбирают в соответствии с диапазоном их рабочих температур, материалом трущихся пар, удельными давлениями и давлениями насыщенных паров смазочных масел. Однако присутствие летучих компонентов ма­ сел в вакууме может оказывать нежелательное действие на ра­ ботающие или обрабатываемые поверхности, что в значитель­ ной степени уменьшает область применения этих смазок.

Особенностью «сухих» пленочных смазок (к которым отно­ сится дисульфид молибдена) является очень небольшое давле­ ние насыщенных паров. Испытания показали малый срок слу­ жбы этих смазок, что требует частой разборки оборудования для восполнения выработавшегося масла.

К самосмазывающимся материалам относятся пластики, та­ кие, как тефлон и найлон, и металлические сплавы, например свинцовистые бронзы. При испытаниях лучшие результаты были

108

получены с тефлоновыми соединениями, которые стояли от 3000 до 5000 ч. Однако эти материалы обладают малой несущей спо­ собностью и восприимчивостью к ударной нагрузке, например материал при каком-то значении ударной нагрузки стоит 5000 ч, а при увеличении ее в два раза — менее 100 ч.

Вкачестве мягких металлических пленок можно применять пленку легко сдираемого материала, такого как серебро. При испытаниях в несмазываемых подшипниках, где дорожки каче­ ния шариков были посеребрены, срок службы их составлял около 2000 ч.

Ввакууме для температур меньше 38° С обычные смазки медленно испаряются и обеспечивают работу в течение 1000 ч, однако при высоких температурах испарение смазки весьма ин­ тенсивно. «Сухие смазки» при низкой температуре работают меньшее время, чем обычные. Зато при высоких температурах срок их службы значительно больше.

Графит требует для применения в качестве смазки слоя по­ глощенного пара. Опыты в вакууме, проведенные Сэведжем, по­ казали, что введение или удаление паров воды с поверхности скольжения графита создает соответственно низкое трение и малый износ или высокое трение и большой износ.

Для дисульфида молибдена слоя поглощенного пара не тре­ буется. При скольжении на дисульфиде молибдена имеется по­ глощенный слой серы, который возникает в процессе первона­ чального скольжения и крайне необходим как смазка в вакууме при высоких температурах. Однако применение дисульфида мо­

либдена в качестве высокотемпературной смазки в вакууме в целом не разрешает проблемы, поскольку наряду с хорошими качествами он обладает всеми недостатками, присущими «су­ хим смазкам», которые были рассмотрены выше.

В настоящее время в ряде конструкций вакуумных прокат­ ных станов для смазки трущихся поверхностей применяют ка­ сторовое масло, а также смесь, приготовленную из графита на касторовом масле.

При решении проблемы смазки в вакууме наметились три направления: 1) герметическое исполнение каждого узла, ра­ ботающего в вакууме, с воздушной атмосферой внутри объ­ ема, а следовательно, п обычными видами смазки; 2) исполь­ зование в вакууме «сухих смазок» (таких, как M0S2) и 3) при­ менение обычных смазок в полузакрытых объемах в вакууме, что значительно сокращает потери смазки на испарение.

5. Вопросы техники безопасности

При работе на вакуумных прокатных станах требования по технике безопасности, кроме предъявляемых ко всем обычным типам прокатных станов, включают требования по взрывоза­

109

в рабочие объемы. Эти клапаны применяют только в тех про­ катных станах, в которых при попадании воды в печь не обра­ зуется свободный водород.

К работам на вакуумном прокатном стане допускаются лица, прошедшие инструктаж по технике безопасности и электробезопасностн и сдавшие техминимум по.правилам техниче­ ской эксплуатации не только прокатного, но и вакуумного обо­ рудования.

Рис. 5G. Предохранительные клапаны:

сі — пружинный; о — мембранный; / — пружинная траверса: 2 — пружина; 3 — на* правляющая; 4 — шпилька; 5 — заглушки; 6 — патрубок печи; 7 — резиновое уплот­ нение; 8 — перфорированный опорный диск; 9 — мембрана; 10 — фланец; // — за­ щитный кожух

Особо следует обратить внимание на работы, связанные с ремонтом стана. Обычно оборудование стана, находящееся внутри вакуумной камеры, а также трубопроводы, затворы и т. д. во время ремонта перед сборкой промывают бензином, этиловым спиртом или ацетоном. При этом во избежание взрыва вся установка должна быть отключена от электросети и обеспечена надежной вентиляцией, чтобы исключить застой паров жидкостей, применяемых для мытья деталей.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

111