Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Uchebnoe_posobie_TPM.doc
Скачиваний:
441
Добавлен:
14.02.2015
Размер:
18.97 Mб
Скачать

3.3. Виды обработки металлов давлением

В

Рис. 3.11. Схема прокатки:

1- валки, 2- заготовка

настоящее время выделяют шесть основных видов обработки металлов давлением: прокатку, прессование, волочение, ковку, объемную штамповку и листовую штамповку.

Прокатка -деформирование металла вращающимися валками, для изменения формы, размеров поперечного сечения и увеличения длины заготовки (рис. 3.11). Прокатка заключается в обжатии заготовки 2 между вращающими валками 1. Силами трения Ртрзаготовка втягивается между валками, а силы Р,нормальные к поверхности валков, уменьшают поперечные размеры заготовки и увеличивают ее длину.

П

Рис. 3.12. Схема прессования:

1- пуансон, 2- контейнер, 3- заготовка, 4- матрица

рессование -формоизменение металла заготовки с помощью инструментальной оснастки, состоящей из матрицы, пуансона и контейнера (рис. 3.12). Прессование заключается в продавливании заготовки 3, находящейся в замкнутой полости (контейнере) 2, через отверстие в матрице 4 с помощью пуансона 1. Форма и размеры отверстия матрицы определяют форму и размеры поперечного сечения изделия, длина же его пропорциональна отношению площадей поперечного сечения исходной заготовки и изделия.

В

Рис. 3.13. Схема волочения:

1- волочильная матрица, 2- заготовка

олочение– деформирование заготовки с помощью специального инструмента - матрицы (рис. 3.13). Процесс волочения заключается в протягивании заготовки 2 через сужающееся отверстие волочильной матрицы 1. Площадь поперечного сечения заготовки уменьшается. Изделие приобретает профиль, соответствующий конфигурации отверстия матрицы.

Ковка- формоизменение нагретой заготовки рабочими поверхностями универсального инструмента (бойков) при свободном течении металла в стороны (рис. 3.14). Ковкой изменяют форму и размеры заготовки 1 за счет многократного последовательного воздействия бойками 2 на отдельные участки заготовки.

О

Рис. 3.14. Схема ковки:

1-заготовка, 2- бойки

Рис. 3.15. Схема объемной штамповки:

1- заготовка, 2,3- верхняя и нижняя части штампа

Рис. 3.16. Схема листовой штамповки:

1- заготовка, 2- пуансон, 3- матрица

бъемная штамповка
– деформирование заготовки с помощью специального инструмента — штампа (рис. 3.15). Штамп изготовляют для каждой детали индивидуально. При объемной штамповке металл заполняет полость штампа, приобретая ее форму и размеры. Для этого части штампа 2, 3 раздвигают, в полость помещают заготовку, после чего штамп закрывают усилием Р, формируя при этом изделие 1, называемое поковкой.

Листовой штамповкойполучают плоские и пространственные полые детали из заготовок, у которых толщина значительно меньше размеров в плане (лист, лента, полоса) (рис. 3.16). Обычно заготовка 1 деформируется с помощью пуансона 2 и матрицы 3.

3.3.1. Прокатное производство

Вид обработки металлов давлением, называемый прокаткой, заключается в деформировании металла вращающимся инструментом (валками). Металл при этом может быть нагретым или холодным. Валки бывают гладкими (для прокатки листов и лент), а также калиброванными. Во втором случае на рабочей поверхности валков имеются вырезы в соответствии с требуемой формой (профилем) прокатываемого изделия. Взаимное расположение валков и заготовки, форма и число валков могут быть различными. Прокатка позволяет увеличить длину и ширину заготовки, а также изменить форму и размеры ее поперечного сечения.

В настоящее время до 80% всей выплавляемой стали и большую часть цветных металлов прокатывают. Продукцией прокатного производства являются заготовки для машиностроения, строительства и других отраслей промышленности. Основными достоинствами технологического процесса прокатки являются высокая производительность, высокое качество поверхности при холодной обработке металла, возможность прокатывания изделий широкого диапазона, как по форме поперечного сечения, так и по массе.

3.3.1.1 ВИДЫ И ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРОКАТКИ

Выделяют три основных вида прокатки: продольную, поперечную и поперечно-винтовую (косую) (рис. 3.17).

Рис. 3.17. Виды прокатки:

1 – валок, 2- заготовка,

а – схема продольной прокатки, б – схема поперечной прокатки,

в – схема поперечно-винтовой (косой) прокатки

При продольной прокатке(рис. 3.17, а)заготовка 2 деформируется между двумя валками 1, вращающимися в разные стороны, и перемещается при этом перпендикулярно к осям валков.

При поперечной прокатке(рис. 3.17, б)валки 1 вращаются в одном направлении и оси их параллельны. Заготовка 2 размещается параллельно осям валков в зазоре между ними. Это вызывает вращение заготовки и ее деформирование. Длина заготовки должна быть меньше длины валков.

При поперечно-винтовой (косой) прокатке(рис. 3.17, в) оси валков 1 скрещиваются (располагаются под углом друг к другу). Вращаются валки в одном направлении. Заготовка 2 подается вдоль осевого раствора валков. В этой связи заготовке при деформировании сообщается вращательное и поступательное движения. Длина заготовки в этом случае может быть больше длины валков.

При любом виде прокатки металл непрерывно втягивается в зазор между валками под действием сил трения. Для осуществления процесса прокатки необходимо наличие определенной величины этих сил трения. Зависят же они от величины зазора между валками, их диаметра, типа материала заготовки и температуры процесса.

При прокатке уменьшается толщина заготовки при одновременном увеличении ее длины и ширины. Площадь поперечного сечения заготовки в процессе прокатки также уменьшается. Величина изменения площади является одной из основных характеристик процесса прокатки и называется вытяжкой. Таким образом, вытяжка является показателем деформации при прокатке.

,

где lН,FH- первоначальные длина и площадь поперечного сечения заготовки;lК, иFКте же величины после прокатки.

Вытяжка при прокатке обычно составляет 1,1 … 1,6 за проход, но может быть и больше.

3.3.1.2. ПРОДУКЦИЯ ПРОКАТНОГО ПРОИЗВОДСТВА

В прокатном производстве совокупность форм и размеров поперечных сечений изделий называют сортаментом, саму же форму поперечного сечения называютпрофилем.В настоящее время почти весь сортамент проката изготовляется в соответствии с государственным стандартом (ГОСТом). В этом случае площадь поперечного сечения, его размеры, масса 1 м длины профиля и допустимые отклонения от номинальных размеров строго заданы. В сортаменте продукции прокатного производства выделяют четыре основные группы: сортовой прокат, листовой прокат, трубы и специальные виды проката.

С

Рис. 3.18. Профили сортового проката

ортовой прокат (рис. 3.18) делят на профили простой геометрической формы (квадрат, круг, шестигранник, прямоугольник) и фасонные профили (швеллер, рельс, угловой и двутавровый профили и т.д.). Круглую и квадратную сталь прокатывают соответственно с диаметром или стороной квадрата 5 … 250 мм; шестигранную - с диаметром вписанного круга 6 … 100 мм; полосовую — шириной 10 … 200 мм и толщиной 4 … 60 мм.

Цветные металлы и их сплавы прокатывают преимущественно на простые профили - круглый, квадратный, прямоугольный.

Листовую сталь разделяют на толстолистовую (толщиной 4 … 160 мм) и тонколистовую (толщиной менее 4 мм). Листы толщиной менее 0,2 мм называют фольгой. Листовую сталь делят в зависимости от ее назначения на автотракторную, электротехническую, судостроительную и т. д. Листовая сталь может также изготавливаться с оловянным, цинковым, алюминиевым и пластмассовым покрытиями. Изделия из холоднокатаной стали имеют более высокую точность и менее шероховатую поверхность, чем из горячекатаной.

Т

Рис. 3.19. Специальные виды проката

рубы разделяют на бесшовные и сварные. Бесшовные трубы прокатывают диаметром 30 … 650 мм с толщиной стенки 2 … 160 мм из углеродистых и легированных сталей, а сварные — диаметром 5 … 2500 мм с толщиной стенки 0,5 … 16 мм из углеродистых и низколегированных сталей.

Специальные виды проката (рис. 3.19) — колеса, кольца, оси, втулки, шары, сверла, зубчатые колеса, винты с крупной резьбой, профили с периодически изменяющейся формой и площадью поперечного сечения вдоль оси заготовки и т. п. — получают на деталепрокатных станах, при этом достигается большая производительность при экономном расходовании металла.

3.3.1.3. ИНСТРУМЕНТ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПРОКАТКИ

Основным инструментом для прокатки являются валки, которые в зависимости от прокатываемого профиля могут быть гладкими (рис. 3.20, а),калиброванными (ручьевыми) (рис. 3.20, б) и специальными. Гладкие валки применяют при прокатке листов, полос и т. п. На калиброванных валках прокатывают все виды сортового проката. Специальные валки используются при производстве специальных видов проката.

Валки имеют рабочую часть (бочку) 1, две шейки 2 для установки в подшипниках и крестообразные концы (трефы) 3 для соединения валка с приводом (рис. 3.20).

На рабочей (боковой) поверхности калиброванных валков имеются канавки - ручьи. Совокупность ручьев пары валков называется калибром.На каждой паре валков обычно размещается несколько калибров. Калибры могут быть открытыми (рис. 3.20, в) и закрытыми (рис. 3.20, г).

В

Рис. 3.20. Прокатные валки и типы калибров:

1— гладкая бочка, 2— шейка, 3— треф, 4— бочка с ручьями,

а -гладкий валок, б — ручьевой валок, в — открытый калибр, гзакрытый калибр

алки шейками опираются на подшипники, установленные в станине. С помощью специального нажимного механизма расстояние между валками может регулироваться. Комплект прокатных валков со станиной называют рабочей клетью. Прокатный стан состоит из одной или нескольких рабочих клетей и привода, включающего электродвигатель и передаточный механизм (рис. 3.21).

В зависимости от конструкции и расположения валков рабочие клети прокатных станов подразделяют на шесть групп (рис. 3.22): дуо, трио, кварто, многовалковые, универсальные и специальной конструкции.

К

Рис. 3.21. Устройство прокатного стана:

1- рабочая клеть, 2- валок, 3- нажимной механизм, 4- трефовые муфты, 5- шпиндели, 6- шестеренная клеть, 7- редуктор, 8- электродвигатель

лети дуо (двухвалковые) бывают реверсивные (прокатка ведется в обе стороны) и нереверсивные (прокатка ведется в одну сторону). Клети трио (трехвалковые) чаще всего нереверсивные. Прокатка на таких станах ведется вперед между нижним и средним валком и назад между верхним и средним. Клети кварто (четырехвалковые) имеют четыре валка, расположенные друг над другом, из них два рабочих валка меньшего диаметра и два опорных - большего диаметра. Благодаря жесткости и относительно малому прогибу опорных валков на этих клетях производится холодная прокатка тонких полос и узких лент с малым допуском по толщине. Универсальные клети имеют горизонтальные и вертикальные валки: последние обеспечивают обжатие металла в поперечном направлении. Вертикальные валки располагаются, как правило, с передней стороны. К клетям специальной конструкции относятся клети прокатных станов узкого назначения: колесопрокатных, бандажепрокатных, кольцепрокатных, шаропрокатных, станов для прокатки профилей переменного сечения.

П

Рис. 3.22. Типы рабочих клетей прокатных станов:

а- дуо, б- трио, в- кварто, г- многовалковые, д- универсальные, г- специальные

о роду выпускаемой продукции прокатные станы классифицируют на следующие основные типы: обжимные, заготовочные, рельсобалочные, сортовые, проволочные, листопрокатные, трубопрокатные и станы специального назначения.

Обжимные станыпредназначены для обжатия стальных слитков в крупные заготовки. К обжимным станам относятся блюминги, производящие заготовки квадратного профиляблюмы и слябинги, производящие прямоугольный прокатслябы.

Заготовительные станыиспользуют для прокатки блюмов в сортовые заготовки, преимущественно квадратного сечения, которые в дальнейшем используются для проката на сортовых станах.

Рельсо-балочные станыслужат для получения из блюмов рельсов, крупных балок, швеллеров и других профилей.

Сортовые станы,применяют для изготовления сортового проката простого и фасонного профиля.

Проволочные станыпредназначены для прокатки проволоки диаметром 5 … 10 мм.

Листопрокатные станы,подразделяют на толстолистовые и тонколистовые. Толстолистовые станы прокатывают лист толщиной более 6 мм. Заготовкой являются слябы.

Трубопрокатные станыприменяют для производства бесшовных и сварных труб.

Специальные станыпредназначены для получения заготовок специального и периодического профилей. На специальных станах прокатывают шарики, ребристые трубы, вагонные оси, зубчатые колеса и много других изделий сложной конфигурации.

3.3.1.4. ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА ОСНОВНЫХ ВИДОВ ПРОКАТА

Основным оборудованием прокатных цехов являются прокатные станы. Заготовку в прокатном производстве называют полосой.

Схема расположения технологического оборудования прокатного стана зависит от вида выпускаемой продукции. На рис. 3.23 приведена схема производства изделий сортового проката. Исходной заготовкой в этом случае является стальной слиток массой до 60 т. Слиток нагревают в нагревательных колодцах 1 и подают на слитковоз, который привозит и укладывает слиток 2 на приемный рольганг блюминга 3. После прокатки на блюминге получают полупродукт квадратного сечения (от 140х140 до 400х400 мм), называемый блюмом 4. Блюм, двигаясь по рольгангу, проходит машину огневой зачистки, где производится зачистка поверхностных дефектов, и подается к ножницам, где режется на мерные заготовки. Далее блюм поступает (иногда после дополнительного нагрева) на заготовочный стан 5, где производится прокатка на блюмы сечением от 50х50 до 150х150 мм, и затем - непосредственно на сортопрокатный стан. Для получения требуемого профиля заготовка проходит ряд клетей с калиброванными валками. На рис. 3.23 представлено полунепрерывное расположение клетей сортопрокатного стана. В первой группе (6, 7, 8) заготовка прокатывается непрерывно, т.е. находится в них одновременно, а во второй группе (9, 10) осуществляется последовательная прокатка.

На сортовых станах заготовка последовательно проходит через ряд калибров. Разработка системы последовательных калибров, необходимых для получения того или иного профиля, является сложной задачей. Число калибров зависит от сложности профиля и разности размеров поперечных сечений исходной заготовки и конечного изделия. Так для получения рельсов необходимо пропустить полосу через систему из девяти калибров (рис. 3.24).

Рис. 3.23. Схема производства сортового проката:

1- нагревательный колодец, 2- слиток, 3- блюминг, 4- блюм, 5- заготовочный стан, 6,7,8,9,10- клети сортопрокатного стана

Полученный прокат требуемого профиля разрезают на заданную длину, охлаждают, правят в холодном состоянии, обрабатывают термически и удаляют поверхностные дефекты.

Технология производства листового проката аналогична. Нагретый слиток прямоугольного сечения обрабатывают на обжимных и заготовительных станах. Далее полосу прокатывают в многовалковых клетях листопрокатных станов.

Рис. 3.24. Калибры для прокатки рельсов

Т

Рис. 3.25. Схема прошивки заготовки:

1- валки; 2- заготовка; 3- оправка

рубопрокатные станы применяют для производства бесшовных и сварных труб. Прокатка бесшовных труб включает две стадии: получение пустотелой гильзы из круглого проката и из пустотелой гильзы готовой трубы. Пустотелые гильзы получают на прошивном стане, а для труб большого диаметра - центробежным литьем. Прошивной стан (рис. 3.25) работает по принципу поперечно- винтовой прокатки. Он имеет два бочкообразных рабочих валка, расположенных под углом 4 … 6° относительно друг друга. Валки вращаются в одном направлении. Для удержания заготовки между рабочими валками имеются направляющие линейки или холостые валки. При вращении рабочих валков заготовка втягивается в зону деформации. По мере продвижения заготовки зазор между валками уменьшается, а окружная скорость на ее поверхности возрастает. Это приводит к скручиванию заготовки, уменьшению ее диаметра и появлению в металле больших внутренних напряжений. Металл в центре заготовки становится рыхлым и сравнительно легко прошивается оправкой.

Для получения из пустотелой гильзы готовой трубы ее прокатывают на пилигримовом стане (рис. 3.26, а). Рабочие валки 3 пилигримового стана вращаются в разные стороны с одинаковой скоростью. При этом направление вращения валков противоположно направлению подачи заготовки 1. Профиль валков переменный, вследствие чего сечение калибра, имеющего форму окружности, непрерывно изменяется при каждом обороте валков. При максимальном размере калибра заготовка с оправкой 2 продвигается в валки на величину подачи. Зев к

Рис. 3.26. Схема прокатки труб на пилигримовом стане:

1- заготовка; 2- оправка; 3- валки;

а- подача гильзы; б- обжатие гильзы

алибра валков 3 захватывает часть гильзы и обжимает ее своей рабочей частью (рис. 3.26, б). 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. Процесс продолжается до тех пор, пока не будет прокатана вся гильза. Дальше трубы обрабатывают на специальной машине для устранения овальности и разностенности, а затем прокатывают на калибровочном стане для получения окончательных размеров.

Существуют и другие способы прокатки труб, в частности автоматический трубопрокатный стан.

Сварные трубы, диаметр которых достигает 2500 мм, значительно дешевле бесшовных, но менее прочны и долговечны. Для изготовления сварных труб используют плоские горячекатаные полосы (штрипсы), свернутые в рулон 1 (рис. 3.27). Для обеспечения непрерывности процесса передний конец штрипса сваривается с задним концом предыдущего рулона.

Рис. 3.27. Схема производства труб непрерывной печной сваркой:

1- рулон заготовки, 2- правúльная машина, 3- нагревательная печь, 4- формовочно- сварочный стан, 5,6- обжимные клети

Процесс состоит из операций свертывания заготовки в трубу, сварки, калибровки, отделки и правки. Подача концов штрипсов к месту сварки производится при помощи тянущих роликов листоправильной машины 2. Непрерывный штрипс проходит через нагревательную печь тоннельного типа 3, где нагревается до температуры 1320 … 1400 °С. По выходе из печи с поверхности штрипса удаляют окалину (сжатым воздухом). Непосредственно за печью устанавливают многоклетьевой формовочно - сварочный стан 4, в клетях которого штрипс сворачивается в полный круг по схеме показанной на рис. 3.28. Затем кромки сжимаются и свариваются. В последующих клетях 5,6 происходит обжатие трубы до требуемого размера. Для сварки труб п

Рис. 3.28. Последовательность процесса свертывания полосы в трубу в шести клетях непрерывного стана

рименяют печной, электрический и газовый нагрев кромок полосы. Собственно процесс сварки кромок сформованной трубной заготовки представляет собой процесс кузнечной сварки, заключающейся в использовании способности к межатомному сцеплению сдавливаемых поверхностей металлов, нагретых до высокой температуры. Трубы большого диаметра изготовляют преимущественно с применением автоматической дуговой сварки под флюсом.

В настоящее время большое распространение получил также способ изготовления труб свертыванием полосы по спирали.

Т

Рис. 3.29. Схема прокатки периодического профиля:

1- щуп; 2- копировальная линейка; 3- каретка натяжного устройства; 4- валки; 5- заготовка

ехнологии изготовления специальных видов проката разнообразны. Наиболее часто используют прокатку периодических профилей, которые применяют как фасонную заготовку для последующей штамповки и как заготовку под окончательную механическую обработку. Периодические профили в основном изготовляют поперечной и поперечно-винтовой прокаткой. Используют также специальные станы, одна из схем которых приведена на рис. 3.29. Здесь заготовка деформируется тремя валками, вращающимися в одном направлении. Валки по мере движения копировальной линейки сближаются или расходятся, изменяя диаметр прокатываемой заготовки по длине.

Н

Рис. 3.30. Схема прокатки шаров в стане поперечно-винтовой прокатки:

1- заготовка; 2,4- валки; 3- центрирующие упоры

а станах поперечно-винтовой прокатки изготавливают также заготовки шаров и сферических роликов подшипников качения (рис. 3.30). Валки 2 и 4 здесь вращаются в одну и ту же сторону. Ручьи валков, образующих калибры соответствующей формы, выполнены по винтовой линии. Заготовка 1 при прокатке получает вращательное и поступательное движения. Удерживается она в зоне деформации с помощью центрирующих упоров 3.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Калькулятор

Сервис бесплатной оценки стоимости работы

  1. Заполните заявку. Специалисты рассчитают стоимость вашей работы
  2. Расчет стоимости придет на почту и по СМС

Нажимая на кнопку, вы соглашаетесь с политикой конфиденциальности и на обработку персональных данных.

Номер вашей заявки

Прямо сейчас на почту придет автоматическое письмо-подтверждение с информацией о заявке.

Оформить еще одну заявку