Глава 8 Обрабртка давлением
Обработкой давлением называют процессы получения заготовок или деталей машин методами пластического деформирования материалов. Деформирование осуществляют силовым воздействием соответствующего инструмента на исходную заготовку из пластичного материала. В самой идее пластического деформирования, которая состоит в преобразовании заготовки простой формы в деталь более сложной формы того же объема, заложено экономное использование обрабатываемого материала. Обработкой давлением получают не только заданную форму и размеры, но и определяют требуемое качество изделий, надежность их работы. Высокая производительность процессов обработки давлением, низкая себестоимость и высокое качество продукции привели к широкому применению этих прогрессивных процессов.
8.1. Виды обработки давлением и типы применяемого оборудования
В зависимости от материала заготовки, формы и размеров деталей, типа производства применяют следующие виды обработки давлением: прокатку, волочение, прессование, ковку, штамповку. Основная масса выплавляемой в сталеплавильных цехах стали поступает в прокатные цехи в виде слитков (рис. 27, а) квадратного или прямоугольного сечения.
8.1.1. Прокатка
Прокатка – деформирование металла вращающимися валками для изменения формы и размеров поперечного сечения и увеличения длины, предварительно нагретых или холодных заготовок (рис. 27, б). Валки бывают гладкие, для прокатки листов и лент (рис. 27, ж) и калиброванные, имеющие на рабочей поверхности вырезы (ручьи) в соответствии с требуемой формой (профилем) прокатываемого изделия (рис. 27, и). Совокупность двух ручьев пары валков образует калибр. Обычно прокатка производится за несколько пропусков заготовки, между валками, с постепенным приближением ее сечения к форме и размерам требуемого профиля. Необходимое число калибров и их правильную конфигурацию (калибровка валков) устанавливают на основе анализа пластического течения металла при прокатке с учетом технико-экономических показателей процессов. Оптимальные варианты решений рассчитывают с помощью ЭВМ.
Рис. 27. Способы получения заготовок давлением
Прокатку слитков производят на мощных обжимных станах – слябингах и блюмингах с валками диаметром 800÷1400 мм, а более мелких заготовок – на заготовочных станах 2 (рис. 27, в). На блюмингах и слябингах после каждого пропуска (их бывает 12÷18) верхний валок автоматически опускается на величину обжатия заготовки, производимого при следующем пропуске. Автоматическая схема управления блюмингом включает в себя электронное устройство для счета рабочих ходов металла через валки и следящую систему с датчиком положения верхнего валка и устройством для программирования обжатий заготовки.
Технологические процессы прокатки обычно состоят из прокатки слитка в полупродукт и прокатки полупродукта в готовый прокат. Полупродуктом являются слябы (рис. 27, г) с размерами S=65÷300 мм и В=6ОО÷1600 мм, блюмы (рис. 26, д) с размерами В X В=200 X 200-450 X 450 мм, а также более мелкие заготовки (рис. 27, е), получаемые из блюмов на заготовочных станах. Готовый прокат, полученный из полупродукта, применяют либо непосредственно в конструкциях, либо в качестве заготовок для последующей ковки, штамповки, сварки и для изготовления деталей обработкой резанием. Совокупность различных профилей проката разных размеров называется сортаментом. Сортамент прокатываемых профилей делят на четыре группы: листовой прокат, сортовой прокат, трубы и специальные виды проката.
Листовой прокат (рис. 27, ж) получают прокаткой слябов на листовых станах. Листы толщиной 4÷160 мм относят к толстым листам, а толщиной 0,2÷4 мм – к тонким. Листы толщиной менее 0,2 мм называют фольгой. Листовую сталь делят также в зависимости от ее назначения, например, на электротехническую, автотракторную, судостроительную и т. д. Листы из холоднокатаной стали имеют большую точность по толщине и лучшую поверхность, чем точность и поверхность листов из горячекатаной. В процессе высокоскоростной прокатки бесконтактные (например, радиоизотопные) приборы измеряют толщину полосы и подают соответствующие сигналы в систему ее автоматического регулирования.
Сортовой прокат – простой (в сечении квадрат, круг, прямоугольник, шестигранник) и сложной – фасонной формы (двутавровые балки, швеллеры, рельсы, уголки и т. п.) прокатывают на сортовых станах из блюмов или заготовок, пропуская их через ряд (9÷15) соответствующих калибров (рис. 26, з, и). Чем сложнее профиль готового проката и чем больше его размеры отличаются от профиля и размеров исходной заготовки, тем больше калибров требуется.
Трубы получают сваркой заготовок (рис.26, к), свернутых из полосы (сварные трубы диаметром 10÷1420 мм), или прокаткой на автоматических трубопрокатных станах из заготовок круглого сечения (бесшовные трубы диаметром 30÷650 мм). Специальные виды проката: колеса и бандажи для железнодорожного транспорта, зубчатые колеса, шары, периодические профили (с периодически изменяющейся формой и площадью поперечного сечения вдоль оси заготовки) и т. д. получают на прокатных станах специальных конструкций.
Для прокатного производства характерны принципы непрерывности технологических операций, комплексная механизация и автоматизация на базе ЭВМ, позволяющих автоматически вести технологические процессы на наивыгоднейших режимах.