Лекция 14. Обработка металлов давлением

Обработка металлов давлением – один из основных способов производства деталей машин. Давлением обрабатывают примерно 90% всей выплавляемой стали. Этот процесс отличается экономичностью, малым количеством отходов и высокой производительностью.

Обработка металлов давлением преследует две цели:

1) получение изделий сложной формы из простых заготовок;

2) улучшение кристаллической структуры исходного литого металла, что обеспечивает улучшение его физико-механических свойств.

Основными способами обработки металлов давлением являются:

- прокатка;

- волочение;

- прессование;

- свободная ковка;

- штамповка.

При обработке металлов давлением не происходит изменения массы и объема изделия. Обработка металлов давлением осуществляется как в холодном, так и в горячем состоянии. Чаще – в горячем состоянии. В этом случае заготовки нагревают в горнах, пламенных печах или электропечах.

Горн – это небольшая печь простейшей конструкции. Рабочее пространство горна – это корытообразное углубление, открытое сверху. В него засыпают топливо (кокс или уголь). Дутье подается сверху или сбоку. Нагреваемую заготовку закладывают прямо в уголь. Горны используются в кузницах или небольших мастерских. Их недостатком является маленькая производительность.

Пламенные печи делятся на камерные и методические.

Камерные печи имеют одинаковую температуру всего рабочего пространства, нагрев заготовок осуществляется периодически, загрузка и выгрузка деталей производится с одного конца.

Методические печи – это конструкции тоннельного типа. Температура в них возрастает от загрузочного конца к разгрузочному, металл нагревается постепенно, методически. Заготовки внутри печи перемещаются механическими толкателями в противотоке с горячим газом. Методические печи более экономичны, чем камерные, но сложнее и дороже. Их применяют при большом объеме производства.

К недостаткам пламенных печей можно отнести обезуглероживание поверхности заготовок и значительный угар массы металла (1,5-4,0%). Чтобы уменьшить угар используют печи с защитной атмосферой. Защитную атмосферу получают при неполном сжигании топлива при 50% расходе воздуха. Продуктами такого сжигания являются окись углерода и водород, которые препятствуют окислению стали.

Электронагрев имеет целый ряд преимуществ:

- позволяет осуществлять безокислительный нагрев в инертной атмосфере;

- производительность нагрева в 8-10 раз выше, чем в других печах;

- высокая точность регулирования температуры.

Электропечи также бывают камерные и методические.

Прокатное производство

Прокатка – это наиболее распространенный вид обработки металлов давлением. Более 80% стали проходит через прокатку. При прокатке происходит деформирование заготовки путем ее обжатия между вращающимися валками, в результате чего уменьшается поперечное сечение заготовки и увеличивается ее длина.

Основные виды прокатки:

- продольная;

- поперечная;

- винтовая.

При продольной прокатке заготовка под действием сил трения втягивается между валками, вращающимися в противоположных направлениях. Почти 90% проката обрабатывают этим способом, получая листовой прокат.

При поперечной и винтовой прокатке заготовка деформируется валками, вращающимися в одном направлении. Таким способом получают зубчатые колеса, звездочки для цепных передач.

При винтовой прокатке оси валков располагаются под некоторым углом, поэтому деформируемый металл кроме вращательного получает еще поступательное движение. В результате сложения этих двух видов движения каждая точка заготовки движется по винтовой траектории. Винтовую прокатку широко используют для производства труб и трубных заготовок.

Прокатку выполняют на специальном оборудовании – прокатных станах, главная часть которого – рабочая клеть. Рабочая клеть – это массивная станина, внутри которой смонтирован комплект прокатных валков, получающих вращение от мощных электродвигателей через систему передаточных механизмов.

Прокатные станы в зависимости от формы сечения изделия делятся на обжимные, листовые, трубопрокатные и специальные. По количеству валков станы делятся на двух (дуо), трех (трио), четырех (кварто) и многовалковые. Дуо-станы делят на реверсивные и нереверсивные. Нереверсивные имеют постоянное направление вращения валков и прокатка производится в одну сторону. На реверсивных станах прокатку можно проводить в двух направлениях.

Существуют также универсальные станы, которые имеют не только горизонтальные, но и вертикальные валки, которые придают гладкую поверхность боковым граням проката.

Обычно станы состоят из нескольких клетей. Наиболее совершенные и производительные – непрерывные станы, в которых клети расположены последовательно по ходу операций. Расстояние между клетями делают меньше длины прокатываемого металла, поэтому полоса прокатывается одновременно на нескольких клетях.

Самые мощные станы –блюминги и слябинги. Блюминг – это двухвалковый обжимной стан, в котором прокатывают слитки массой

5-15 т в заготовки (блюмы) сечением до 450х450 мм. Диаметр валков блюминга может достигать 1500 мм.

Слябинг – заготовочный стан, на котором слитки массой 7-25 т прокатывают в полосы (слябы) с максимально толщиной до 300 мм и шириной до 1800 мм. Блюмы и слябы – это полупродукты для получения готового изделия.