Материаловедение и технология конструкционных материалов

валками 2, оси которых пересекаются под углом 6...12°. В вал­ ках такого стана заготовка 1 получает одновременно вращатель­ ное и поступательное движение. При этом в заготовке возникают радиальные растягивающие напряжения, вызывающие течение металла от ее центра к периферии, в результате чего металл в цен­ тре заготовки доводится до состояния разрыхления и заготовка сравнительно легко прошивается прошивнем (иглой) 3 с образо­ ванием трубной заготовки — гильзы, которая передается к пи­ лигримовым станам.

Рабочие валки 4 пилигримового стана вращаются в разные стороны с одинаковой скоростью. При этом направление враще­ ния валков противоположно направлению подачи заготовки 5. Валки имеют переменный профиль, вследствие чего сечение ка­ либра непрерывно изменяется при каждом обороте валков. При максимальном размере калибра заготовка с оправкой 6 продви­ гается в валки на величину подачи. После того как валки сделают полный оборот и возвратятся в исходное положение, оправку с заготовкой поворачивают на 90° и снова подают в валки для обжатия. Этот цикл повторяется до получения трубы требуемо­ го размера.

В современных условиях применяется многовалковый калиб­ ровочный стан для одновременной калибровки и правки труб. Трубы после калибровки поступают на оборудование для отделки

иконтроля качества. На установках с пилигримовым станом по­ лучают трубы различного назначения: бурильные, насосно-ком- прессо^даые, нефте-, газо- и паропроводные из углеродистых

инизколегированных сталей.

Схема установки с автоматическим станом представлена на рис. 17.20. Прокатку заготовки 1, прошитой на прошивном стане валками 2 и иглой 3, производят на неподвижной оправке в круг­ лых калибрах 5. Толщина стенки трубы 4 зависит от просвета между калибром и оправкой 6. При получении требуемой тол­ щины стенки наружный диаметр трубы уменьшается. Прокатку выполняют за два прохода с поворотом трубы на 90° после пер­ вого прохода. Для устранения неровностей, рисок, овальности и неравномерной толщины стенок полученную трубу обкатывают в валках 7 обкатного стана и для получения заданных размеров пропускают через валки 8 калибровочного стана. На этой уста­ новке получают трубы диаметром 60...426 мм с толщиной стен­ ки 4...13 мм.

Собственно процесс сварки кромок сформованной трубной заготовки представляет собой процесс кузнечной сварки, за­ ключающийся в использовании способности к молекулярному сцеплению сдавливаемых поверхностей металлов, нагретых до высокой температуры.

В ряде случаев применяют станы спиральной сварки труб, на которых трубы получаются посредством завивки штрипса по спирали и непрерывной сварки шва автоматической сварочной головкой.

f f i f l Ковка

Ковка — один из способов обработки металлов давлением, при котором инструмент оказывает многократное воздействие на нагретую заготовку, в результате чего она, деформируясь, по­ степенно приобретает заданную форму и размеры.

Мелкие поковки массой менее 50 кг и средние массой 50...400 кг в единичном и мелкосерийном производствах выполняют ковкой, поскольку их изготовление штамповкой экономически нецеле­ сообразно из-за высокой стоимости и длительности изготовле­ ния штампов. Для изготовления поковок используют слитки, блюмы и сортовой прокат.

Различают ковку ручнук^, применяемую иногда при мелких ремонтных работах и выполняемую с помощью наковальни

икувалды, и машинную, осуществляемую с помощью молотов

ипрессов.

17.4.1.Операции машинной ковки

Косновным операциям машинной ковки относятся осадка, протяжка, прошивка, гибка, сварка, скручивание, отрубка и рас­ катка (рис. 17.22).

Осадка — уменьшение высоты заготовки при увеличении площади ее поперечного сечения. Осадку производят бойками или осадочными плитами. Заготовки, у которых отношение вы­ соты к диаметру более 2,5, осаживать не рекомендуется во избе­ жание возможного продольного искривления. Осадка части заготовки называется высадкой. Более подробно этот процесс

f S "

Рис. 17.22. Схема основных операций машинной ковки:

а — осадка; б — протяжка; в — прошивка; г — гибка; д — сварка; е — скручивание; ж — отрубка; з — раскатка

рассмотрен ниже при штамповке на Горизонтально-ковочной машине (ГКМ).

Течение металла при деформировании сопровождается сколь­ жением его частиц по поверхности инструмента. В результате между инструментом и заготовкой возникают напряжения кон­ тактного трения т, направление которых противоположно тече­ нию металла. Наличие трения вызывает увеличение усилия дефор­ мирования, повышает износ инструмента, является причиной неоднородной деформации. Например, при осадке цилиндриче­ ская заготовка приобретает бочкообразную форму, а различные части ее объема деформируются с разной степенью деформации. Деформируемый объем при осадке с трением можно разбить на три области (рис. 17.23). В области I деформация затруднена благодаря влиянию сил трения. Наиболее интенсивная деформа­ ция происходит в области II, в которой линии течения располо­ жены наивыгоднейшим образом к направлению действующей силы. Области III получают меньшую степень деформации по сравнению с областью II, но большую, чем область I.

Протяж ка — удлинение заготовки или ее части за счет уменьшения площади поперечного сечения. Она осуществляется последовательными обжатиями отдельных, примыкающих друг к другу участков заготовки при ее подаче вдоль оси. Сумма оп­ ределенного числа обжатий, осуществляемых последовательно

ния пропорциональны длине контакта инструмент — металл, вдоль которого происходит течение металла. Это объясняет влияние цгарины плоских бойков на характер течения металла при протяжке. Течение металла наиболее интенсивно происхо­ дит перпендикулярно большей стороне бойка, так как силы тре­ ния в этом направлении значительно меньше, чем силы трения, действующие вдоль большей стороны. Таким образом, чтобы до­ биться наилучшей вытяжки, необходимо тянуть металл узкими бойками.

Прошивка — получение полостей в заготовке за счет вытесне­ ния материала. Она может использоваться как самостоятельная операция для образования отверстия либо как подготовительная операция для последующей раскатки или протяжки заготовки на оправке.

Отверстия диаметром до 500 мм пробивают сплошным прошив­ нем с применением подкладного кольца, а отверстия большего диаметра — полым прошивнем, применяя надставки в случае высокой заготовки. Часть металла, удаляемую в отход, называют

выдрой.

Гибка — образование или изменение углов между частями заготовки или придание ей криволинейной формы. Гибку осуще­ ствляют с помощью различных опор, приспособлений и в под­ кладных штампах.

Сварка — создание неразъемного соединения путем совмест­ ного пластического деформирования предварительно нагретых заготовок.

Скручивание — поворот части заготовки вокруг продольной оси. Осуществляют ее с помощью крана, например, при разво­ роте колен коленчатых валов.

Отрубка — полное отделение части заготовки по незамкну­ тому контуру путем внедрения в заготовку деформирующего инструмента. Отрубку, топорами осуществляют для удаления прибыльной и донной частей слитка, лишних концов поковки или для разделения длинной поковки на более короткие части.

Раскатка — увеличение диаметра кольцевой заготовки за счет уменьшения ее толщины с помощью бойка и оправки. При раскатке ширина кольца несколько увеличивается. Инструмен­ тами для раскатки служат плоский боек, оправка и люнет.

17.4.2. Оборудование для машинной ковки

Операции машинной ковки выполняют на различных типах молотов и гидравлических прессах.

Молоты — машины, деформирующие металл ударом за счет кинетической энергии падающих частей (штока, бабы, верхнего подвижного бойка), накопленной к моменту соударения с заго­ товкой. Скорость движения рабочего инструмента в момент удара составляет 3...8 м/с, время деформирования — сотые доли секун­ ды. Основной характеристикой молота является масса падающих частей.

В зависимости от типа привода молоты бывают пневматиче­ скими, паровоздушными, механическими, гидравлическими, газовыми и др.

По принципу действия молоты подразделяются на две груп­ пы — простого и двойного действия. У молотов простого действия привод служит только для подъема ударных (падающих) частей, а их движение вниз осуществляется под действием силы тяжести. Привод молотов двойного действия служит как для подъема удар­ ных частей, так и для их движения вниз. Кинетическая энергия падающих частей молотов двойного действия вследствие этого больше, чем молотов простого действия, при одинаковых их массах, поэтому молоты двойного действия нашли более широ­ кое применение.

Пневматические молоты нашли широкое применение в кузни­ цах небольших заводов и мастерских на участках ручной ковки. Это объясняется их низкой стоимостью, простотой обслуживания и высокой надежностью. Достоинством пневматических молотов является использование электрической энергии, а не пара или сжатого воздуха, применение которых дороже и сложнее.

Ковочные молоты обладают следующими характеристиками: масса ударных частей составляет 50... 1000 кг, скорость работы соответственно 225...95 ударов/мин. Применяют эти молоты для получения небольших поковок (0,5...20 кг) из сортового проката.

На рис. 17.25 показан пневматический молот наиболее рас­ пространенной конструкции. Его основными частями являются рабочий цилиндр 8 с поршнем 7, штоком 6 и верхним бойком 5, а также компрессорный цилиндр 13 с поршнем 12. Привод ком­ прессорного цилиндра состоит из электродвигателя 18, ременной передачи 17, редуктора 16, кривошипного вала 15 и шатуна 14.

2

1

Рис. I 7.25. Схема пневматического молота

Рабочий и компрессорный цилиндры соединены друг с другом верхним и нижним воздушными каналами с кранами управле­ ния 9, 10 и 11. Краны поворачиваются с помощью рукоятки ручного управления. На молотах с массой ударных частей до 250 кг дополнительно устанавливают педаль ножного управле­ ния. Нижний боек 4 крепится на шаботе 2, установленном на фундаменте на деревянных брусьях 1. Детали молота располо­ жены в литой чугунной станине 19, а шабот фиксируется в окне станины с помощью деревянных клиньев 3.

В исходном положении поршень 7 рабочего цилиндра зани­ мает крайнее нижнее положение, а поршень 12 компрессорного цилиндра — крайнее верхнее. Верхний боек 5 лежит на ниж­ нем 4 или на заготовке. При включении электродвигателя 18 кривошипный вал 15 начинает вращаться и перемещает пор­ шень 12 компрессорного цилиндра вниз. Под поршнем 12 воздух сжимается, через канал в нижнем кране 9 попадает в нижнюю часть рабочего цилиндра и давит снизу вверх на поршень по­ следнего — в этот момент верхняя полость рабочего цилиндра через краны 10 и 11 соединяется с атмосферой. Вследствие того что в этой полости нет избыточного давления, йоршень рабочего цилиндра начинает подниматься.

Когда поршень компрессорного цилиндра займет крайнее нижнее положение, поршень рабочего цилиндра будет по инер-

дни продолжать свое движение вверх. По пути к верхней край­ ней точке он перекроет верхний канал, связывающий полость с атмосферой, сожмет остатки воздуха и достигнет верхнего по­ ложения. После этого под действием сжатого воздуха в верхней полости рабочего цилиндра поршень последнего начнет дви­ гаться вниз. Эта стадия совпадает с началом движения поршня компрессорного цилиндра вверх и возникновения высокого дав­ ления в верхней полости этого цилиндра.

При движении вниз поршня рабочего цилиндра откроется воздушный верхний канал, и сжатый воздух поступит из ком­ прессорного цилиндра в верхнюю полость рабочего. Под дейст­ вием силы тяжести и давления воздуха подвижные (ударные) части молота с ускорением движутся вниз и наносят удар по за­ готовке.

При каждом обороте кривошипного вала поршень компрес­ сорного цилиндра совершает один ход (вверх — вниз), а поршень рабочего — один рабочий ход. Таким образом, число ходов бойка пневматического молота равно числу оборотов кривошипного вала или числу оборотов электродвигателя, разделенному на об­ щее передаточное число редуктора и ременной передачи.

Паровоздушные молоты двойногс/действия являются основ­ ным видом молотов для ковки. Масса падающих частей молотов составляет 1100...8000 кг, а скорость работы — соответственно 71...34 ударов/мин. Данные молоты предназначены для изготов­ ления средних по массе поковок (20...350 кг). Паровоздушные молоты приводятся в действие паром, поступающим по трубо­ проводу от котла под давлением 700...900 кПа, или сжатым воздухом, который подается от компрессора под давлением до 700 кПа. По типу станин паровоздушные молоты бывают одно-

иДвухстоечными. Двухстоечные молоты выпускаются арочного

имостового типов.

Схема паровоздушного ковочного молота двойного действия представлена на рис. 17.26. Энергоноситель (пар или воздух) поступает из сети через паровоздухораспределительное устрой­ ство в верхнюю или нижнюю часть рабочего цилиндра 1. При этом поршень 2, соединенный со штоком 3, бабой 4 и верхним бойком 5, соответственно опускается вниз или поднимается вверх. Нижний боек 6 закреплен на подушке 7, установленной на шаботе 8.