Введение

Большинство процессов обработки металлов давлением (ОМД) осуществляется с нагревом, как и весь процесс производства металлических изделий от добычи руды до производства готовых изделий.

Технология производства стали предусматривает следующие этапы:

1. руда − добыча → обогащение (нагрев);

2. доменный процесс − плавка, → чугун (нагрев);

3. плавка стали → слиток (нагрев);

4. прокат слитков → блюмс, сляб (нагрев);

5. блюмс → прокатка сортового металла (нагрев);

6. сляб → прокатка листового металла (нагрев);

7. ковка крупных поковок из слитков (нагрев);

8. заготовки → штамповка поковок (нагрев).

Нагреваемые поковки и слитки имеют массу до 100...250 т (уникальные до 500 т), т.е. они массивны и требуют учета температурных напряжений. Поэтому тепловые процессы очень трудно форсируются и существенно влияют на качество изделий (поковок).

Расчет режимов нагрева и температурных полей очень сложен и основан на значительных допущениях, что снижает их точность и качество нагреваемого металла. При этом на машиностроительных заводах до 30% всего топлива (энергии) потребляют кузнечные цеха. Ресурсы экономии топлива велики, но тенденция большой доли сохраняется.

Пути совершенствования и повышения экономичности процессов нагрева:

− оптимизация процессов;

− автоматизация управления ими;

− улучшение теплообмена в процессе нагрева;

− улучшение условий сжигания топлива и т.д.

Кроме большого расхода топлива, около 10% производимого металла идет в угар (окалину). Угар, это явление сопутствующее нагреву.

Пример:

производимый прокат > 40млн. т в год;

доля последующей обработки ковкой и штамповкой > 15%, т.е. ~ 6,0 млн.т.;

использование повторного нагрева при прокатке до 10...12 раз (в среднем 3 раза);

угар разовый 0,03.

Итого потери в угар составят:

40 млн. т * 0,03 * 3,15 = 3,78 тыс. (~10%).

Расход топлива (энергии) при этом колеблется от 5 до 50% массы нагреваемого металла (в среднем 25%).

40 млн. т * 0,25 = 10 млн. т. топлива.

В тоже время нагрев − неизбежная операция ОМД т.к. при нагреве снижается на порядок напряжение текучести металла (δ_т) и усилие деформирования, но имеют место и другие процессы, в том числе негативные:

− изменяются (снижаются) механические свойства стали;

− изменяются тепло - и электропроводность;

− происходят химические превращения в верхнем слое нагреваемого металла приводящие к браку поковок (перегрев, пережег, оплавление, обезуглераживание).

Особенности работы кузнечно-прессовых цехов (КПЦ) и роль нагревательных устройств (НУ) в организации их работы

Особенности работы цехов:

1. Мелкосерийность;

2. Уникальность производства;

3. Дискретность (нестабильность) материальных потоков.

Роль и задачи НУ:

Печи служат для нагрева и создания резерва (задела) нагретых заготовок.

Характеристика процесса нагрева

Рассмотрим все составляющие процесса

нагрева заготовок для ковки – штамповки.

Рис. 1.Схема нагрева заготовок в камерной печи.

Основные компоненты:

1) печь; 2) тело; 3) топливо + воздух;4) топливосжигающее устройство;

5) продукты горения + теплообменное устройство; 6 рабочее пространство печи (Р.П.); 7) устройство для удаления продуктов горения.

Различают нагрев:

1. слитков полученных:

1.1 периодическим заполнением металлических форм;

1.2 непрерывным литьем;

1.3 переплавом (электро − шлаковым или вакуумно − дуговым);

2. заготовок и поковок:

2.1 общего назначения;

2.2 специального назначения;

2.3 уникальные поковки (до 100...230 т).

При создании технологии штамповки необходимо также учитывать следующее:

1. Многообразие марок сталей;

2. Режимы термической обработки;

3. Размеры нагреваемых тел;

4. Размеры садок (число одновременно нагреваемых заготовок).