Технология конструкционных материалов

16.3.3.Технология производства основных видов проката

Взависимости от вида выпускаемой продукции применяют различные схемы расположения технологического оборудования. На рис. 16.15 приведена схема производства сортового проката. Исходную заготов­

ку — стальные слитки массой до 60 т — нагревают в нагревательных колодцах 1 и подают на слитковоз, который привозит и укладывает слиток 2 на приемный рольганг блюминга 3, после прокатки на ко­ тором получают полупродукт квадратного сечения (от 140 х 140 до 400 х 400 мм), называемый блюмом 4. Блюм, двигаясь по рольгангу, проходит машину огневой зачистки, где производится зачистка По­ верхностных дефектов, и подается к ножницам, где режется на мер­ ные заготовки. Далее блюм поступает, иногда после дополнительного нагрева, на заготовочный стан 5, где производится прокатка на блю­ мы 6 сечением от 50x50 до 150x150мм,и затем — непосредственно на сортопрокатный стан. Для получения требуемого профиля заго­ товка проходит ряд клетей. На рис. 16.15 представлено полунепре­ рывное расположение клетей сортопрокатного стана. В первой груп­ пе (7, 8, 9) заготовка прокатывается непрерывно, т. е. находится в них одновременно, а во второй группе (10,11) осуществляется последова­ тельная прокатка.

Рис. 16.15. Схема прокатного производства сортового проката

Полученный прокат требуемого профиля нарезают на заданную длину, охлаждают, правят в холодном состоянии, обрабатывают тер­ мически и удаляют поверхностные дефекты.

Схема технологического процесса прокатки листов приведена на рис. 16.16. Нагретый слиток 1 массой до 50 т подается на обжимной универсальный стан — слябинг 2 для прокатки в слябы 3, которые имеют прямоугольное сечение размером от 90 х 1000 до 250 х 1800 мм

322 Раздел IV. Обработка металлов давлением

Рис. 16.17. Схема прокатки бесшовныхтруб на трубопрокатной установке с пилигримовым станом:

а — прошивной стан; 6—пилигримовый стан; в —калибровочный стан

Рабочие валки 4 пилигримового стана вращаются в разные сто­ роны с одинаковой скоростью. При этом направление вращения валков противоположно направлению подачи заготовки 5. Валки имеют переменный профиль, вследствие чего сечение калибра не­ прерывно изменяется при каждом обороте валков. При максималь­ ном размере калибра заготовка с оправкой 6продвигается в валки на величину подачи. После того как валки сделают полный оборот и возвратятся в исходное положение, оправку с заготовкой поворачи­ вают на 90° и снова подают в валки для обжатия. Этот цикл повторя­ ется до получения трубы требуемого размера.

В современных условиях применяется многовалковый калибро­ вочный стан для одновременной калибровки и правки труб. Трубы после калибровки поступают на оборудование для отделки и контро­ ля качества. На установках с пилигримовым станом получают трубы различного назначения: бурильные, насосно-компрессорные, нефте-, газо- и паропроводные из углеродистых и низколегированных сталей.

Схема установки с автоматическим станом представлена на рис. 16.18. Прокатку заготовки 1, прошитой на прошивном стане вал­ ками 2 и иглой 3, производят на неподвижной оправке в круглых ка­ либрах 5. Толщина стенки трубы 4 зависит от просвета между калиб­ ром и оправкой 6. При получении требуемой толщины стенки наружный диаметр трубы уменьшается. Прокатку выполняют за два прохода

споворотом трубы на 90° после первого прохода. Для устранения не­ ровностей, рисок, овальности и неравномерной толщины стенок по­ лученную трубу обкатывают в валках 7обкатного стана и для получе­ ния заданных размеров пропускают через валки 8 калибровочного стана. На этой установке получают трубы диаметром 60...426 мм

столщиной стенки 4... 13 мм.

Собственно процесс сварки кромок сформованной трубной заго­ товки представляет собой процесс кузнечной сварки, заключающий­ ся в использовании способности к молекулярному сцеплению сдав­ ливаемых поверхностей металлов, нагретыхдо высокой температуры.

Вряде случаев Применяют станы спиральной сварки труб, на кото­ рых трубы получаются посредством завивки штрипса по спирали и непрерывной сварки шва автоматической сварочной головкой.

16.4. Ковка

Ковка — один из способов обработки металлов давлением, при кото­ ром инструмент оказывает многократное воздействие на нагретую за­ готовку, в результате чего она, деформируясь, постепенно приобрета­ ет 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 нецелесооб­ разно из-за высокой стоимости и длительности изготовления штам­ пов. Для изготовления поковок используют слитки, блюмы и сорто­ вой прокат.

Различают ковку ручную, применяемую иногда при мелких ре­ монтных работах и выполняемую с помощью наковальни и кувалды,

имашинную, осуществляемую с помощью молотов и прессов.

16.4.1.Операции машинной ковки

К основным операциям машинной ковки относятся осадка, протяжка, прошивка, гибка, сварка, скручивание, отрубка и раскатка (рис. 16.20).

Осадка — уменьшение высоты заготовки при увеличении площади ее поперечного сечения. Осадку производят бойками или осадочны­ ми плитами. Заготовки, у которых отношение высоты к диаметру бо­ лее 2,5, осаживать не рекомендуется во избежание возможного про­ дольного искривления. Осадка части заготовки называется высадкой. Более подробно этот процесс рассмотрен ниже при штамповке на го- ризонтально-ковочной машине (ГКМ).

Течение металла при деформировании сопровождается скольже­ нием его частиц по поверхности инструмента. Врезультате между ин­

струментом и заготовкой возникают напряжения контактного тре­ ния х, направление которых противоположно течению металла. Нали­ чие трения вызывает увеличение усилия деформирования, повышает износ инструмента, является причиной неоднородной деформации.

Рис. 16.20. Схема основных операций машинной ковки:

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

Например, при осадке цилиндрическая заготовка приобретает боч­ кообразную форму, а различные части ее объема деформируются

сразной степенью деформации. Деформируемый объем при осадке

стрением можно разбить на три области (рис. 16.21). В области I де­ формация затруднена благодаря влиянию сил трения. Наиболее ин­ тенсивная деформация происходит в области II, в которой линии те­ чения расположены наивыгоднейшим образом к направлению дейст­ вующей силы. Области III получают меньшую степень деформации по сравнению с областью II, но большую, чем область I.

Протяжка — удлинение заготовки или ее части за счет уменьше­ ния площади поперечного сечения. Она осуществляется последова­ тельными обжатиями отдельных, примыкающих друг к другу участ­ ков заготовки при ее подаче вдоль оси. Сумма определенного числа обжатий, осуществляемых последовательно до определенной толщи­ ны заготовки, называется проходом. Два последовательных обжатия

спромежуточной кантовкой (поворотом) между ними на 90° называ­ ется переходом. Протяжку выполняют в верхнем и нижнем плоских, верхнем плоском и нижнем вырезном или в обоих вырезных бойках.

Рис. 16.21. Схема осадки с трением: 1 —боек; 2 — заготовка

Рис. 16.22. Схема протяжки закругленными бойками: I — бойки; 2 — заготовка

Силы трения могут оказывать значительное влияние и на про­ цесс протяжки. Например, при протяжке заготовки закругленными бойками (рис. 16.22) при одинаковой осадке АЛ вытяжка А/будет тем больше, чем меньше коэффициент трения. Силы трения пропор­ циональны длине контакта инструмент — металл, вдоль которого происходит течение металла. Это объясняет влияние ширины пло­ ских бойков на характер течения металла при протяжке. Течение ме­ талла наиболее интенсивно происходит перпендикулярно большей стороне бойка, так как силы трения в этом направлении значительно

меньше, чем силы трения, действующие вдоль большей стороны. Та­ ким образом, чтобы добиться наилучшей вытяжки, необходимо тя­ нуть металл узкими бойками.

Прошивка — получение полостей в заготовке за счет вытеснения 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 диа­ метра — полым прошивнем, применяя надставки в случае высокой заготовки. Часть металла, удаляемую в отход, называют выдрой.

Гибка — образование или изменение углов междучастями заготовки или придание ей криволинейной формы. Гибкуосуществляют с помо­ щью различных опор, приспособлений и в подкладных штампах.

Сварка — создание неразъемного соединения путем совместно­ го пластического деформирования предварительно нагретых заго­ товок.

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

Отрубка — полное отделение части заготовки по незамкнутому 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. Инструментами для рас­ катки служат плоский боек, оправка и люнет.

16.4.2. Оборудование для машинной ковки

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

Молоты — машины, деформирующие металл ударом за счет кине­ тической энергии падающих частей (штока, бабы, верхнего подвижно­ го бойка), накопленной к моменту соударения с заготовкой. Скорость движения рабочего инструмента в момент удара составляет 3...8 м/с,

328 Раздел IV. Обработка металлов давлением

время деформирования — сотые доли секунды. Основной характери­ стикой молота является масса падающих частей.

Взависимости от типа привода молоты бывают пневматическими, паровоздушными, механическими, гидравлическими, газовыми и др.

По принципу действия молоты подразделяются на две группы — простого и двойного действия. У молотов простого действия привод служит только для подъема ударных (падающих) частей, а их движе­ ние вниз осуществляется под действием силы тяжести. Привод моло­ тов двойного действия служит как для подъема ударных частей, так и для ихдвижения вниз. Кинетическая энергия падающих частей моло­ тов двойного действия вследствие этого больше, чем молотов просто­ го действия, при одинаковых их массах, поэтому молоты двойного действия нашли более широкое применение.

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

Ковочные молоты обладают следующими характеристиками: мас­ са ударных частей составляет 50... 150 кг, скорость работы соответст­ венно 225...95 ударов/мин. Применяют эти молоты для получения не­ больших поковок (0,5...20 кг) из сортового проката.

Пневматический молот двойного действия (рис. 16.23) оснащен двумя цилиндрами: компрессорным 5 и рабочим 2. Поршень 4 ком­ прессорного цилиндра получает возвратно-поступательное движение от кривошипно-шатунного механизма 6. Воздух, сжатый в компрес­ сорном цилиндре, подается по каналам 3 в верхнюю или нижнюю часть рабочего цилиндра, перемещая соответственно вниз или вверх поршень рабочего цилиндра 1, изготовленный заодно со штоком 11, на котором закреплен верхний боек 10. Нижний боек Скрепится к по­ душке 8, установленной на шаботе 7. Масса шабота превышает массу падающих частей в 10...15 раз.

Паровоздушные молоты двойного действия являются основным ви­ дом молотов для ковки. Масса падающих частей молотов составляет 1100...8000 кг, а скорость работы — соответственно 71...34 ударов/мин. Данные молоты предназначены для изготовления средних по массе поковок (20...350 кг). Паровоздушные молоты приводятся в дейст­

вие паром, поступающим по трубопроводу от котла под давлением 700...900 кПа, или сжатым воздухом, который подается от компрессо­ ра под давлением до 700 кПа. По типу станин паровоздушные молоты бывают одно- и двухстоечными. Двухстоечные молоты выпускаются арочного и мостового типов.

3

Схема паровоздушного ковочного молота двойного действия пред­ ставлена на рис. 16.24. Энергоноситель (пар или воздух) поступает из сети через паровоздухораспределительное устройство в верхнюю или нижнюю часть рабочего цилиндра 1. При этом поршень 2, соединен­ ный со штоком 3, бабой 4 и верхним бойком 5, соответственно опуска­ ется вниз или поднимается вверх. Нижний боек 6закреплен на подуш­ ке 7, установленной на шаботе 8.

Общий вид паровоздушного молота арочного типа изображен на рис. 16.25. На стойках 4 арочного типа смонтирован рабочий ци­ линдр 5. При нажатии рукоятки управления 6 сжатый пар или воздух поступает в верхнюю полость цилиндра 5 и давит на поршень, кото­ рый соединен с подвижными частями 3. При этом падающие части вместе с верхним бойком 2 перемещаются вниз и деформируют заго­ товку, уложенную на нижний боек 7, который неподвижно закреплен на массивном шаботе 7. При подаче сжатого пара в нижнюю полость цилиндра 5 падающие части 3 поднимаются в верхнее положение.