книги из ГПНТБ / Технология металлов и других конструкционных материалов учеб. пособие

Ко второму.типу относятся: рельсобалочные станы для произ­ водства рельсов и тяжелых балок; крупно-, средне- и мелкосортные станы для сортового проката различных размеров; проволочные станы для прокатки проволоки диаметром 5—10 мм; листовые и трубные станы, станы для специальных видов проката.

Станы одного и того же назначения могут различаться как по конструкции, так и по расположению рабочих клетей. Они могут быть одноклетевыми и многоклетевыми. В последнем случае клети могут располагаться в одну или в несколько линий, а также после­ довательно. Наиболее совершенными станами подобного типа явля­

Технологические операции прокатного производства. Техноло­ гическая схема современного прокатного производства содержит следующие обязательные элементы: подготовка исходного материа­ ла, нагрев его, прокатка и отделка.

Слитки, поступающие в прокатный цех, проходят операцию зачистки — удаления поверхностных дефектов (плены, трещины, волосовины): вырубания их пневматическими'зубилами, выжигания кислородно-ацетиленовым пламенем, зачистки абразивным кругом, а в отдельных случаях обработкой на металлорежущих станках.

Весьма ответственной операцией является нагрев слитков в ко­ лодце, блюмов, слябов и заготовок — в методических печах. Поэто­ му контроль режима нагрева производится автоматически.

В процессе прокатки необходимо контролировать размер и форму получаемого профиля. Наиболее распространенными профи­

и тонкого (до 4 мм) листа или ленты. В качестве исходного мате­ риала при прокатке толстых листов используют слябы, а для изго­ товления листов толще 50 мм и весом более-8—10 т— тяжелые слитки. Прокатка ведется на двухклетевых последовательных ста­ нах, у которых одна клеть черновая, вторая — чистовая. '

В процессе прокатки особое внимание уделяется удалению ока­ лины, иначе она может вдавиться в поверхность листа и ухудшить его качество. Наилучшим способом является гидроочистка. С этой целью на. клетях устанавливаются сопла для подачи воды на лист под давлением до 100 ати.

После прокатки и контроля листы режутся на нужный размер. Тонкие листы изготавливаются прокаткой в горячем и холодном состоянии. Горячекатаные тонкие листы прокатываются из слябов на непрерывных, полностью автоматизированных станах, произво­ дительность которых достигает 250 т/ч. Эти станы имеют черновые и чистовые группы рабочих клетей кварто и самостоятельные клети с вертикальными валками для обжатия боковых кромок. Прокат­

ный металл сматывается в рулоны.

200

Горячекатаный металл в рулонах либо поступает на дальней­ шую прокатку в холодном состоянии, либо подвергается отделоч­ ным операциям — резке на требуемый размер, нормализации и отжигу для снятия наклепа, травлению для удаления окалины. Отожженный и протравленный листовой материал называется

декапированным.

Прокаткой в холодном состоянии получают тонкий лист для автомобильной, тракторной, консервной промышленности и др.

Прокатка труб и специальных профилей. При производстве

бесшовных труб первой и основной операцией является прошивка слитка или заготовки с образованием гильзы. Прошивка выполня­

в валки, расположенные под .углом 8—10° друг к другу и вращаю­ щиеся в одну сторону. При такой схеме в осевой части заготовки создаются радиальные растягивающие напряжения, разрыхляющие металл и облегчающие прошивку отверстия оправкой, устанавли­ ваемой на пути движения заготовки.

Прошитая гильза поступает либо на непрерывный трубопрокат­ ный стан, либо на стан пилигримовой прокатки.

В первом случае гильза прокатывается на длинной оправке

встане, имеющем 7—9 рабочих клетей с круглыми калибрами. Пос­ ле прокатки и извлечения оправки труба может обрабатываться на калибровочном или редукционном стане.

Во втором случае гильза надевается на оправку и прокатыва­ ется между валками, имеющими ручей переменной ширины и высо­ ты по окружности (рис. 113,6). Валки вращаются в разные сторо­ ны навстречу движению заготовки. При вращении размер калибра

всвету все время меняется. При максимальном размере образуется

холостой калибр, размеры которого больше диаметра гильзы. В этот момент происходит подача гильзы на шаг (20—30 мм). При повороте валков размер калибра постепенно уменьшается и проис­ ходит обжатие гильзы до необходимого диаметра. На части окруж­ ности размеры постоянны. Это полирующая часть калибра, обеспе­ чивающая выравнивание диаметра и толщины стенки трубы. После полного оборота происходит раскрытие холостого калибра и оче­ редная подача гильзы на шаг. При прокатке на пилигримовом стане остается недокатанный участок гильзы, который отрезается на пиле.

Сварные трубы изготавливаются печной, газовой, электриче­ ской и электрогазовой сваркой из мерной полосы — штрипса, длина которой равна длине трубы, ширина — длине окружности трубы с припуском на сварку и толщина — толщине стенки трубы. Наибо­ лее широко применяется печная и электрическая сварка.

При печной сварке нагретый до 1300—1350° штрипс протягива­ ется через сварочную воронку. В воронке происходит полное сверты­ вание штрипса в трубу и сваривание кромок под действием высоко­ го давления. В качестве оборудования применяются цепные и не­ прерывные валковые станы.

201

При электросварке заготовку формуют в трубу без нагрева на формовочных непрерывных станах дуо и затем сваривают в тру­ босварочном стане, где кромки заготовки сближаются и сжимаются. Ток, подводимый к заготовке, нагревает стык до температуры свар­ ки. При получении толстостенных труб среднего и большого диамет­ ра применяется электродуговая сварка под слоем флюса.

а

Поперечной прокаткой получаются профили, имеющие форму тел вращения — шары, шестерни и т. д., а также периодический прокат. Прокатка осуществляется на специальных станах (рис. 114, а), у которых валки 1 а 2 вращаются в одну и ту же сторону. Заготовка 3 подается вдоль валков, имеющих ручьи соот­ ветствующей формы, расположенные по винтовой линии. Материал перемещается по длине валков и принимает форму их калибров.

Железнодорожные колеса получаются из заготовок, отрезан­ ных от слитка. После нагрева заготовки ее осаживают на гидравли­ ческом прессе и прошивают отверстие, а затем на мощном гидрав­ лическом прессе (7000 т) формируют ступицу, диск и контур обода.

202

На колесопрокатном стане производится раскатка, обода и прокат­ ка (рис. 114,6). Окончательная калибровка и гибка диска выпол-г няется в штампе под прессом.

§ 5. Прессование

Прессование — прогрессивный технологический процесс, при­ меняемый для получения изделий сложного поперечного сечения из пластичных цветных металлов и их сплавов, а также из стали. Прессованные изделия отличаются1высокой точностью и качеством поверхности, а сам процесс — высокой производительностью. Сущ-

«з

Рис. 115. Прессование

ность процесса заключается в том, что металл, помещенный в замк­ нутый объем — контейнер, подвергается высокому давлению и выдавливается сквозь отверстие, принимая его форму.

Существует два метода прессования — прямой и обратный. При прямом прессовании прутков (рис. 115, а) заготовка /, на­

гретая до определенной, различной для каждого металла темпера­ туры, помещается в контейнер 2. С одной стороны контейнера закреплена матрица 5 при помощи матрицедержателя 6. С другой стороны на заготовку давит пресс-шайба 4, связанная со шплинто­ вом 3. Шшшнтон получает необходимое давление от плунжера прес­ са. Под действием этого давления металл выдавливается через отверстие матрицы. В конце процесса в контейнере остается часть металла — пресс-остаток, идущий в отход.

При обратном прессовании прутков (рис. 115,6) в контейнерѣ входит не пресс-шайба, а полый пуансон 3 с матрицей 4 на конце. Матрица давит на заготовку 1, и металл течет в отверстие матрицы навстречу движению пуансона. При обратном методе снижаются отходы металла на пресс-остаток, но усложняется конструкция шплинтона.

Прямое прессование труб (рис. 115, в) отличается от предыду­ щих методов наличием иглы 2, которая проходит сквозь отверстие в заготовке 1. Длина иглы несколько превышает высоту заготовки.

203

При давлении пресс-шайбы 3 на заготовку металл выдавливается в зазор между матрицей 4 и иглой 2, образуя трубу 5. Внутренний диаметр трубы равен диаметру иглы, наружный — диаметру отвер­

стия в матрице.

Прессование выполняется на гидравлических прессах — верти­ кальных и горизонтальных. Вертикальные прессы строятся усилием до 1000 т, горизонтальные — до 20 тыс. г. Последние рассчитаны на производство крупных профилей и труб большого диаметра. Весь процесс производства профилей и труб автоматизирован.

§ 6. Волочение

Сущность и общая технология процесса. Процесс волочения за­ ключается в протягивании заготовки через постепенно сужающееся отверстие в инструменте (волоке). Этим способом получают тончай­ шую проволоку диаметром до 0,005 мм, калибруют прутки диамет­ ром до 100 мм и трубы диаметром 0,5—400 мм. Волочение в основ­ ном производится без предварительного нагрева металла.

При волочении поперечные размеры заготовки уменьшаются, а длина увеличивается. Размеры сечения получаются точными (4—2-й класс), а качество поверхности высоким (7—9-й класс чистоты). Отсутствуют потери металла в виде стружки. Волочением обрабатываются стали всех марок, цветные металлы и их сплавы.

Процесс волочения состоит из следующих операций:

1.Предварительная термическая обработка заготовки с целью снятия наклепа и получения необходимой структуры металла (от­ жиг или патентирование, т. е. нагрев металла до температуры выше критической и последующее охлаждение в расплавленных солях или свинце, имеющих температуру 450—500°).

2.Заострение концов заготовки, чтобы можно было протянуть

еесквозь волоку и захватить клещами волочильного стана.

3.Очистка от окалины механическим, химическим или электро­ химическим способом. Наибольшее распространение получил хими­ ческий метод, заключающийся в травлении заготовок в растворах серной или соляной кислоты, а также в смесях кислот. Протравлен­ ные заготовки тщательно промываются водой, сначала горячей, а затем холодной.

4.Нанесение подсмазочного слоя путем желтения, меднения, фосфатирования, известкования. Подсмазочный слой должен хоро­ шо удерживать смазку и препятствовать налипанию металла на инструмент. При желтении поверхность заготовки покрывается тон­ ким слоем гидрата окиси железа (желтого цвета). Меднение произ­ водится погружением заготовки в раствор медного купороса, при этом на ней осаждается тонкий слой меди. Фосфатирование пред­ ставляет собой процесс получения пленки фосфата на поверхности заготовки. Эта пленка пористая, хорошо удерживающая смазку. Известкование есть процесс осаждения тонкого слоя извести на

поверхности заготовки при погружении ее в кипящий известковый раствор.

204

б. Волочение в один или несколько проходов, в зависимости от необходимой величины обжатия.

6.Межоперационная и, если необходимо, послеоперационная термическая обработка для снятия наклепа. Если проводится меж­ операционная обработка, то после нее необходимо снова выполнить подготовительные операции — травление, промывку, сушку, нанесе­ ние подсмазочного слоя.

7.Отделка готовой продукции: отрезка заостренных концов, разрезка в размер и пр.

Оборудование для волочения. Волочение производится через во­ локи— сплошные, составные, роликовые. Волока представляет

'Рис. 116. Волочение труб

собой кольцо, которое изготовляется из инструментальной стали (для прутков и труб больших диаметров), из твердых сплавов (для профилей мелких и средних размеров) и из алмазов (для тончай­ шей стальной проволоки). Для увеличения прочности волока за­ прессовывается в стальную обойму.

Рис. 117. Цепной и барабанный волочильные станы

При волочении ряда профилей (квадрат, шестигранник и др.) применяются составные волоки, которые значительно проще в изго­ товлении и отличаются универсальностью.

205

Волочение труб с утонением стенок выполняется на коротких неподвижных (рис. 116, б) и длинных подвижных (рис. 116, а) оправках, а также без оправки (рис. 116, б) для уменьшения наруж­ ного диаметра трубы. В последние годы получили распространение новые методы волочения: с противонатягом, с наложением вибра­ ций, с применением ультразвука и др.

Машины для волочения называются волочильными станами. Станы подразделяются на цепные и барабанные. У первых обра­ батываемый металл имеет прямолинейное движение, у вторых наматывается на барабан.

Цепные станы (рис. 117, а) имеют станину 5, бесконечную воло­ чильную цепь 2, тележку с захватами 3, стойку для крепления воло­ ки 4, двигатель и редуктор 1. Вращение от электродвигателя через редуктор и звездочку передается цепи 2. Заостренный конец протя­ гиваемого прутка пропускается через волоку, установленную в стойке, и захватывается захватами волочильной тележки. Тележка имеет крюк, которым она сцепляется с волочильной цепью и двига­ ется вместе с ней, протягивая пруток через волоку.

Длина протягиваемых прутков ограничивается размерами ста­ нины и не превышает обычно 15 м. Станы строятся с тяговым усилием от 0,5 до 150 т. Скорость волочения 1,5—2 м/сек. Совре­ менные станы работают по автоматическому циклу.

Барабанные станы могут быть однократного и многократного волочения. У первых (рис. 117,6) бунт проволоки надевается на фигурку /, заостренный конец проволоки пропускается через волоку 2 и закрепляется на тянущем барабане 3. При вращении барабана проволока протягивается через волоку.

§ 7. Свободная ковка

Сущность процесса. Свободной ковкой называется процесс, при котором необходимое изменение формы заготовки достигается пу­ тем ударов или нажимов бойками пресса или молота. Этот процесс применяется при производстве крупных поковок, в индивидуальном и мелкосерийном производстве и в ремонтном деле. Свободной ков­ кой обрабатываются заготовки весом от 0,1—0,2 кг до 300 г. Исход­ ной заготовкой для крупных и средних поковок являются слитки, для поковок весом до 1 т— обычный сортовой прокат или прессо­ ванный металл.

Свободной ковкой достигается не только изменение формы заготовки, но и улучшение механических свойств. Наиболее значи­ тельное повышение механических свойств достигается при ковке литой заготовки (слитка), структура которой (как было рассмотре­ но выше) весьма неоднородна. При этом происходит заварка газо­ вых пузырей, меняется структура. Изменение микроструктуры и механических свойств слитка зависит от степени деформации, кото­ рая при ковке вытяжкой характеризуется степенью уковки (у ков­

206

кой), равной отношению площади поперечного сечения слитка F0 к площади сечения поковки Fx:

y = F0/F u

Величина уковки зависит от формы и назначения поковок. Так, для получения волокнистой структуры по всему сечению слитка необходима уковка порядка 10. В то время как средняя чарть слитка (путанодендритная) приобретает волокнистую структуру после уковки 3—3,5, столбчатые кристаллы при уковке 4—6 поворачива­ ются на угол 45° от первоначального направления!

Повышение уковки ведет к измельчению зерна и, с другой стороны, к анизотропии механических свойств, так как при увели­ чении степени уковки до 4—5 ударная вязкость ан и относительное удлинение б в продольном направлении увеличиваются, а в попе­ речном уменьшаются. Для поковок из слитков углеродистой и сред­ нелегированной стали достаточной уковкой считается 2,5—3, для поковок из стали карбидного класса, при ковке которых требуется размельчение карбидов и их равномерное распределение по сече­ нию, необходима уковка 8—12.

При ковке из проката нет необходимости давать значительные степени уковки для получения волокнистой структуры, так как металл уже получил значительные степени деформации, и поэтому уковка 1,3—1,5 полностью обеспечивает измельчение зерна, рост которого вызван нагревом.

Таким образом, при разработке технологических процессов все­ гда следует учитывать изменения механических свойств, происходя­ щие в процессе ковки. ~

Основные операции свободной ковки. Технологические процессы производства поковок весьма разнообразны, но все они представля­ ют сочетание основных кузнечных операций. Поэтому выбор опера­ ций, их взаимная последовательность является главным в техноло­ гии. Рассмотрим эти операции.

Баллотирование — подготовка слитка к последующей ковке — предусматривает оттяжку конца слитка (со стороны прибыльной части), который служит для удержания последнего в патроне или клещах манипулятора при последующей ковке. Обкатка граней для получения круглого сечения с параллельными образующими во избежание трещин производится при малых степенях деформации. При биллетировании обрубают дефектный слой донной части слит­ ка и устраняют наружные видимые дефекты.

Осадка — увеличение поперечного сечения за счет уменьшения высоты. Осадка, осуществляемая на части заготовки, называется высадкой. Высадка конца заготовки называется концевой, средней части заготовки — серединной.

Осадка цилиндрической заготовки из слитка без хвостовика

2U7

/

стие под хвостовик. Для получения поковок со ступицами применя­ ется осадка под плитами с отверстиями (в подкладных кольцах) (рис. 118, в). В этом случае одновременно с осадкой происходит истечение металла в отверстия.

Наиболее распространенный способ высадки — высадка в под­ кладном кольце, диаметр отверстия которого соответствует диамет­ ру заготовки (рис. 118, г).

При осадке заготовок следует соблюдать следующие правила: плиток предварительно должен быть обкатан для уничтожения гра­ ней и конусности, равномерно прогрет до максимальной ковочной

которой увеличивается длина заготовки за счет уменьшения площа­ ди ее поперечного сечения. Эта операция применяется при изготов­ лении поковок с удлиненной осью: шатунов, тяг и т. д.

Процесс вытяжки осуществляется последовательными нажа­ тиями («обжимами») с подачей заготовки вдоль оси вытяжки и кантовкой вокруг этой оси. В результате обжима участка заготовки длиной/о (рис. 119, а, б) происходит:

1) уменьшение высоты ho до hi на величину Д/і (обжатие) г

Д/г = /г0 — hx\

2) увеличение ширины а0 до ах на величину Да (уширение):

Да = аі —а0;

3) увеличение длины /о до Іх на величину А/ (удлинение)::

ДI— h — /о.'

4) уменьшение площади поперечного сечения F0ѵ до Fx (ѵковка):

208

обжатия должна быть такой, чтобы ширина заготовки перед кан­ товкой а\ превосходила ее высоту hi не более чем в 2—2,5 раза во избежание продольного изгиба. Длина захвата металла бойками /0 (рис. 119, а) должна быть не менее высоты уступа, так как в про­ тивном случае возможно образование зажимов, и равна 0,4—0,8 ширины бойка Ь.

Ж

Рис. 119. Вытяжка

Инструментом для вытяжки являются плоские, закругленные и вырезные бойки, обжимки, раскатки, пережимки.

При ковке пустотелых поковок и для получения отдельных участков в виде пластин приходится прибегать к различным разно­ видностям вытяжки, основные из которых следующие.

Разгонка — местное уширение заготовки без увеличения ее длины. Производится узкими бойками (рис. 119, д) или специаль­ ным инструментом (раскаткой).

Вытяжка с оправкой — увеличение длины пустотелой заготовки за счет уменьшения толщины ее стенок (рис. 119, е). Обычно при­ меняется при производстве труб, барабанов, пустотелых колонн и т. д. Предварительно прошитую заготовку 1 надевают на кониче­ скую оправку 2, конусность которой 1/150—1/100, и обжимают в вы­ резном нижнем бойке 4 плоским бойком 3. Вытяжка производится обычным образом. Уковка при вытяжке с оправкой

Раздача на оправке (раскатка) — одновременное увеличение наружного и внутреннего диаметров прошитой заготовки за счет

209