книги / Металлургические технологии

Технологические схемы прокатного производства на металлурги­ ческих заводах. В настоящее время на металлургических заводах приме­ няют две основные технологические схемы производства проката.

Традиционная 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 сече­ ния, продукция слябинга - сляб - заготовка прямоугольного сечения.

Блюмы поступают на непрерывные заготовительные станы, на ко­ торых получают заготовки различного поперечного сечения. 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.

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

17.2.4. Ковка и штамповка

Ковка - это вид ОМД, при котором формообразование изделий (поковок) происходит под действием удара бойка молота или нажима бойка пресса на заготовку, лежащую на опоре. При ковке металл заго­ товки имеет возможность свободно деформироваться в горизонталь­ ной плоскости, поэтому ковку часто называют свободной ковкой.

Свободная ковка бывает ручной и машинной. Ручная ковка - это древнейший вид ОМД. Ручную ковку осуществляют с помощью уда­ ров ручного молота (кувалды) по поверхности заготовки, лежащей на наковальне. В процессе ручной ковки участвуют два человека: моло­

тобоец, который ударами двуручного молота деформирует заготовку, и кузнец, который ударами маленького молоточка на длинной ручке указывает место, куда должен быть нанесен следующий удар молота, или клещами переворачивает (кантует) заготовку.

Ручную ковку в настоящее время используют для изготовления художественных изделий из металла, а также для мелких ремонт­ ных работ.

В промышленном производстве используют машинную ковку, которую осуществляют на пневматических или паровоздушных мо­ лотах, а также на гидравлических прессах.

Исходной заготовкой для машинной ковки являются стальные слитки или горячекатаный сортовой прокат. Масса исходной заго­ товки может быть от нескольких килограммов до 300 т.

Для получения поковок массой до 1 т обычно используют пневма­ тические молоты, для поковок массой 1.. .3 т - паровоздушные молоты, а для крупных поковок массой 3 т и более - гидравлические прессы.

Принципиальная схема пневматического молота для изготовле­ ния поковок массой до 250 кг показана на рис. 17.16.

Основными узлами молота являются шабот 1 и баба 4, на кото­ рых закреплены бойки - нижний 2 и верхний 3.

Массивный стальной шабот установлен на независимом от станины молота фундаменте. С целью увеличения КПД установки и уменьшения вибрации масса шабота должна быть в 10... 15 раз больше подвижной массы. Подвижную (ударную) массу состав­ ляют баба и верхний боек. Рабочий 5 и компрессорный 6 цилинд­ ры выполняются заодно со станиной молота 7. Поршень компрес­ сорного цилиндра приводится в движение кривошипно-шатунным механизмом 8.

Поршень компрессора, совершая возвратно-поступательное движение, нагнетает сжатый воздух в верхнюю часть рабочего ци­ линдра, сообщая бабе дополнительное ускорение. Подъем бабы осу­ ществляют, подавая воздух в нижнюю часть рабочего цилиндра. Ве­ личину дополнительного ускорения бабы с бойком регулируют с по­ мощью крана.

Рис. 17.16. Принципиальная схема пневматического молота для сво­ бодной ковки: 1 - шабот; 2 - нижний боек; 3 - верхний боек; 4 - баба; 5 - рабочий цилиндр; 6 - компрессорный цилиндр; 7 - станина; 8 - кривошипно-шатунный механизм

При падении ударная масса приобретает кинетическую энергию, которая и позволяет деформировать заготовку.

Основными технологическими операциями при машинной ковке являются:

1)осадка - увеличение поперечного сечения заготовки за счет уменьшения ее высоты;

2)высадка - это осадка части заготовки. Высадку применяют, например, для формирования головок очень крупных болтов;

3)вытяжка (или протяжка) - увеличение длины заготовки за счет уменьшения ее поперечного сечения - операция, обратная осадке;

4)прошивка —формирование сквозных и глухих (несквозных) отверстий;

5)раскатка - утонение стенок трубных заготовок;

6)рубка - разделение исходной заготовки на части.

Кроме перечисленных операций в процессе ковки могут приме­ нять и другие, более сложные операции: гибку, скручивание, раскат­ ку, разгонку, правку, кузнечную сварку и др.

Особенности технологии ковки. Ковка является горячей обра­ боткой. Температурный интервал ковки, в первую очередь, зависит от химического состава материала. Для различных металлов и спла­ вов его определяют по соответствующим диаграммам состояния. В табл. 17.1 приведены температурные интервалы ковки для углеро­ дистых и легированных сталей.

Размеры поковки. Линейный размер поковки должен быть боль­ ше соответствующего номинального размера (размера в чертеже) на величину припуска и величину напуска, кроме того, учитывать до­ пуск на размер:

Тцок I'roM АТпртт ALmn ^ А1доп.

Припуск - это превышение номинального размера поковки, учитывающее наличие дефектного поверхностного слоя и неров­ ности поверхности. Величина припуска зависит от размеров поковки - на мелких поковках припуск не превышает 3 мм, на сред­ них припуск составляет 5...7 мм, а на крупных поковках припуск может изменяться от 15 до 40 мм.

Напуском называют слой металла сверх припуска, необходимый для упрощения конфигурации поковки. Допуск - допустимое отклонение размеров поковки от номинального.

Масса заготовки должна превышать массу готовой поковки на величину угара (окисления) и величину металла под припуски. Угар составляет 2...3 % от массы поковки, масса металла под припуски колеблется от 5 до 20 % от массы поковки, поэтому масса заготовки должна быть больше массы готовой поковки на величину угара и ве­ личину массы металла под припуски:

^заг ^пок ^7угар ^прип*

Режим охлаждения после ковки. Ускоренное охлаждение после ков­ ки может привести к образованию трещин, особенно в сталях с высоким содержанием углерода и легирующих элементов, поэтому охлаждению на воздухе подвергают только нелегированные или низколегированные стали с содержанием углерода не выше 0,50 %. Высокоуглеродистые не­ легированные, а также среднеуглеродистые среднелегированные стали охлаждают в специальных подогреваемых ямах (копильниках). Высоко­ легированные стали и сплавы охлаждают вместе с печью.

Штамповка. Следует различать объемную и листовую штам­ повку. Объемную штамповку можно считать разновидностью ковки с той лишь разницей, что при штамповке пластическое течение ме­ талла в горизонтальной плоскости ограничено стенками инструмента (штампа). Штамп состоит из двух половин: верхней и нижней. В ка­ ждой из половин штампа вырезан контур половины получаемой де­ тали - так называемый ручей. В завершающий момент штамповки ручьи верхней и нижней половин штампа образуют замкнутый объ­ ем, по форме и размерам соответствующий получаемой детали.

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 это­ го шабот штамповочного молота жестко связан с его станиной, а для фиксированного перемещения бабы молота предусмотрены специаль­ ные направляющие. Кроме штамповочных молотов для штамповки применяют кривошипные прессы, горизонтально-ковочные машины, гидравлические прессы.

Листовая штамповка - это процесс получения пространствен­ ных тонкостенных изделий из листовой заготовки. Листовая штам­ повка, как правило, является холодной деформацией.

Основными технологическими операциями листовой штамповки являются: отрезка, вырубка, гибка, свертка, вытяжка, формовка и др. (рис. 17.18).

Отрезка - отделение части листа требуемых размеров. Выпол­ няют на ножницах с параллельными или наклонными режущими кромками.

Вырубка - отделение части листа по замкнутому контуру. Осу­ ществляют в штампах с помощью пуансона и матрицы.

Рис. 17.18. Схемы основных операций холодной листовой штамповки: а - гибка; б - свертка; в - свертка с прижимом; г - вытяжка без утонения стенки; д - вытяжка без утонения стенки с прижимом; е - вытяжка с утонением стенки; ж - отбортовка; з - обжим; и- раздача

Гибка - придание листовой заготовке криволинейной формы или формирование углов.

Свертка - придание исходной листовой заготовке в форме диска определенного диаметра формы стакана.

Вытяжка без утонения - увеличение высоты стакана и умень­ шение его диаметра без изменения толщины стенки.

Вытяжка с утонением - увеличение высоты стакана с одновре­ менным уменьшением толщины его стенки при постоянном внут­ реннем диаметре.

Отбортовка - формирование бортика по внешнему или внут­ реннему контуру предварительно пробитой заготовки.

Обжим - операция уменьшения диаметра полой заготовки на определенном участке по длине заготовки.

Раздача - увеличение диаметра полой заготовки на определен­ ной ее длине.

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

Вопросы для самоконтроля

1.Назовите известные вам способы обработки металлов давлением.

2.Что такое нормальные и касательные напряжения?

3.Что такое коэффициент мягкости напряженного состояния?

4.Дайте характеристику схем объемного напряженного состояния.

5.Сколько вы знаете схем деформированного состояния?

6.Что такое наклеп и рекристаллизация?

7.Объясните различие между холодной и горячей деформацией.

8.При каких температурах осуществляются холодная и горячая обработка давлением?

9.Как изменяют степень деформации в процессе ОМД?

10.Дайте характеристику двум основным технологическим схе­ мам производства проката.

11.Назовите основные виды прокатки.

12.Какие виды прокатной продукции вы знаете?

13.Какой прокат называют сортовым, фасонным?

14.Какие способы разделки проката на штучные заготовки вам известны?

15.Какой способ обработки металлов давлением называют прес­ сованием?

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

17.В чем принципиальное отличие волочения от прессования?

18.В каких случаях для получения заготовок целесообразно ис­ пользовать ковку, в каких горячую объемную штамповку?