Прокатка, волочение и прессование металлов

Рассматриваемые виды ОМД применяются для получения, как длинномерной полуфабрикатной продукции, так и готовых изделий небольшой длины.

Прокатка является самым распространённым способом обработки металлов давлением. Прокатке подвергается более 80% всей получаемой стали и около 50% цветных металлов. Прокатка выполняется в основном непосредственно на металлургических заводах. Количество выпускаемого металлургическими заводами прокатного металла служит одним из важнейших показателей уровня развития металлопроизводства в стране.

Сущность процесса прокатки заключается в деформации (обжатии) металла между вращающимися валками с зазором между ними меньше толщины обжимаемой заготовки. В результате обжатия толщина заготовки уменьшается, а длина соответственно увеличивается (рис. 3.1, а). Заготовка толщиной H захватывается валками и за счёт сил трения P_тр втягивается в зазор между ними. После прокатывания заготовки её толщина уменьшается до величины h. Разность между начальным H и конечным h размерами заготовки называется абсолютным обжатием, а отношение - степенью обжатия (деформации), или относительным обжатием. Обычно величина относительного обжатия за один проход не превышает даже для горячего металла 70-80%, поэтому получение окончательного профиля осуществляется многократным прокатываем заготовки между валками при постепенном уменьшении зазора между ними. При каждом пропуске площадь поперечного сечения уменьшается, а его форма и размеры постепенно приближаются к требуемому профилю.

Продукция прокатного производства называется прокатом. Он различается по размерам и форме сечения – профилю. Совокупность профилей с различным сечением называется сортаментом проката.

Сортамент прокатки делят на пять основных групп:

1) сортовой прокат – простой формы (квадрат, круг, шестигранник и т.д.), сложной - фасонной формы (уголки, тавры, двутавры, швеллера, рельсы и т.д.);

2) листовой прокат – листовая сталь толщиной 4-160 мм, тонколистовая 0,2-4 мм, фольга менее 0,2 мм;

3) трубы стальные – бесшовные диаметром 30-650 мм, сварные 10-1420 мм;

4) периодический прокат;

5) специальный прокат – колёса, кольца, шары, шестерни и т.д.

Сортамент некоторых изделий, полученных прокаткой, показан на рис. 3.4.

а)

б)

Рис. 3.4 Сортамент изделий полученных прокаткой

а – прокат простого профиля, б – прокат сложного профиля, в – прокат специального профиля, г – прокат периодического профиля.

Оборудованием для прокатки является прокатный стан, который состоит из привода, редуктора, шестерёнчатой и рабочей клетей.

Прокатные станы в зависимости от числа и расположения валков делят на дуо, трио, кварто, многовалковые и универсальные с вертикальными и горизонтальными валками. Валки могут иметь различную форму в зависимости от прокатываемого профиля (гладкие, ступенчатые, ручьевые и т.д.). Ручьём валка называют вырез на боковой поверхности валка. Совокупность двух ручьёв пары валков образуют калибр. На каждой паре валков может быть несколько калибров – обжимные, вытяжные, черновые, чистовые. Валки с нажимным механизмом устанавливаются на станине, образуя рабочую клеть.

Прокатные станы по назначению подразделяют на следующие:

- обжимные для прокатки слитков (2-25) т в крупные заготовки (блюмы и слябы);

- заготовочные для прокатки блюмов в заготовки меньших разменов (60х60, 150х150) мм;

- сортовые рельсобалочные, мелко, средне и крупносортовые;

- полосовые (получают ленту шириной 200-1050 мм);

- проволочные для получения катанки Ø 6-10 мм;

- листовые станы горячей прокатки листов толщиной 1,25-60 мм и шириной 1500-2600 мм;

- листовые станы холодной прокатки листов.

Технология производства проката. Исходной заготовкой для получения проката являются слитки из стали массой до 60 т и цветных металлов массой до 10 т.

При прокатке сортовых профилей, стальной слиток массой до 25 т прокатывается на блюминге в заготовку (размерами 450х450-150 мм), называемую блюмом. Затем блюмы прокатываются на сортовых станах, при этом заготовка проходит последовательно через ряд калибров (обжимные, черновые, чистовые). Число калибров может быть различным (от 9 до 19).

При прокатке толстых листов стальной слиток массой до 45 т в горячем состоянии прокатывают на слябинге или блюминге. Полученную заготовку (сляб) прямоугольного сечения (h = 65-300 мм, b = 600-1600 мм) прокатывают в лист на станах с двумя рабочими клетями (черновой и чистовой).

Тонкие листы прокатывают в горячем и холодном состояниях на непрерывных станах. Листы тоньше 2 мм в горячем состоянии прокатывать сложно из-за быстрого остывания.

Холодную прокатку листов ведут рулонным способом. Предварительно горячекатаный лист очищают от окалины травлением в кислотах с последующей промывкой. После холодной прокатки лист отжигают в защитной атмосфере, обрезают, полируют и т.д.

Получает развитие бесслитковая прокатка, т.е. получение проката из жидкого металла. Таким способом получают прокат простого профиля, как из черного, так и из цветного металла.

При прокатке бесшовных труб вначале из слитка или круглой заготовки методом поперечно-винтовой прокатки получают гильзу. Затем гильзу раскатывают до требуемого размера на непрерывных или пилигримных станах.

Сварные трубы получают из полосовых заготовок (штрипсов), лент или листов. Вначале плоскую заготовку формуют в трубу, затем производят автоматическую сварку, отделку и правку. При получении труб со спиральным швом, лента сворачивается по спирали в трубу, а затем сваривается.

Специальные виды проката получают как на металлургических так и на машиностроительных заводах. Широко применяется поперечная и поперечно-винтовая прокатки периодических профилей (шаров, колёс, шнеков, роликов, шестерён и т.д.). Сочетание операций ковки и прокатки даёт возможность получать изделия сложной формы.

Разновидностью прокатки также является производство гнутых профилей, которое заключается в профилировании листового металла в холодном состоянии.

Сущность профилирования состоит в постепенном изменении формы сечения плоской заготовки до требуемой конфигурации путём деформирования вращающимися фигурными роликами на профилегибочных станах. При этом площадь поперечного сечения не меняется, т.е. происходит только гибка.

Получаемые фасонные тонкостенные профили (δ = 2-3 мм) лёгкие, жесткие могут иметь сложную конфигурацию и большую длину (рис. 3.6).

Указанным способом получают большое число изделий для машиностроения, автомобильной, авиационной промышленности, для строительных конструкций. Большим преимуществом гнутых профилей является то, что они на 25-30% легче горячекатаных фасонных профилей.

РРис. 3.6 Последовательность профилирования на профилегибочном стане (а) и примеры гнутых профилей (б).

Волочение - процесс, заключающийся в протягивании заготовки через постепенно сужающиеся отверстие в волоке (рис. 3.2 в). Волочение металлов осуществляется в холодном состоянии, за исключением, таких как W, Mo, Zn. Волочением получают проволоку, тонкостенные трубы, фасонные профили, шпонки, спицы и т.д.

Процесс деформации при волочении характеризуется коэффициентом вытяжки µ = l/l₀ = F₀/F и обжатия ψ =. Величины µ = 1,15-1,3, ψ = 30-35%. Максимальное уменьшение диаметра или толщины при волочении за один проход составляет 5-14%. Скорость волочения 5-10 м/с. Инструментом для волочения является волока (рис. 3.2), отверстие которой имеет определённую форму, обеспечивающую оптимальные условия деформирования. Волоки изготавливают из инструментальных сталей, твёрдых сплавов и технического алмаза. Для уменьшения трения при волочении применяют различные смазки и покрытия. Оборудованием для волочения являются волочильные станы. Они подразделяются на группы в зависимости от типа тянущего устройства (цепные, барабанные, реечные, винтовые). Цепные служат для протягивания профилей в виде длинных штанг (5-8 м и более). Барабанные станы применяют для волочения проволоки, тонких труб, наматываемых в бунты. Они могут быть однократного и многократного волочения (до 25 протяжек). В волочильных станах предусмотрена возможность проведения межоперационного отжига заготовок для снятия наклёпа.

Прессование металлов. Сущность прессования состоит в выдавливании металла из замкнутой полости матрицы через отверстие, соответствующее сечению прессуемого профиля (рис. 3.1, б). Исходным материалом являются слитки или прокат из цветных металлов и сплавов (Al, Cu, Pb и др.) и специально подготовленные стальные заготовки.

Процесс прессования проводят при температуре горячей обработки давлением на гидравлических прессах. Существует прямой и обратный методы прессования. При обратном прессовании отход металла (пресс-остаток) уменьшается до 5-6% (прямой – 18-20%) и снижаются усилия прессования на 25-30%. Однако обратный метод ограничен из-за сложной конструкции пресса.

Процесс деформации при прессовании характеризуется коэффициентом вытяжки µ = 8-50 и более и степенью обжатия ε до 90%. Схема всестороннего сжатия при прессовании приводит к высоким удельным усилиям и износу инструмента. Для уменьшения их применяют различные смазки (графит, жидкое стекло и др.). Основными достоинствами прессования являются высокая точность профилей и производительность процесса.

Дата добавления: 2014-01-07