Исходной заготовкой при прокатке служат слитки: стальные массой до 60 т, из цветных металлов и их сплавов обычно массой до 10 т. При производстве сортовых профилей стальной слиток массой до 15 т в горячем состоянии прокатывают на блюминге, получая заготовки квадратного (или близкого к нему) сечения (от 140X140 до 450x450 мм), называемые блюмами. Затем блюмы поступают на заготовочные станы для прокатки заготовок требуемых размеров или сразу на крупносортные станы для прокатки крупных профилей сортовой стали. На заготовочных и сортовых станах заготовка последовательно проходит через ряд калибров.
Разработку системы последовательных калибров, необходимых для получения того или иного профиля, называют калибровкой. Калибровка является сложным и ответственным процессом. Неправильная калибровка может привести не только к снижению производительности, но и к браку изделий. Чем больше разность в размерах поперечных сечений исходной заготовки и конечного изделия и чем сложнее профиль последнего, тем больше число калибров требуется для его получения. Число калибров может быть различным; например, при прокатке проволоки диаметром 6,5 мм их число достигает 21. После прокатки полосы режут на мерные длины, охлаждают, правят в холодном состоянии, термически обрабатывают, удаляют поверхностные дефекты.
При производстве листового проката стальной слиток массой до 50 т в горячем состоянии прокатывают на слябинге или блюминге, получая заготовку прямоугольного сечения (наибольшей толщиной - 350 и шириной - 2300 мм), называемую слябом.
В настоящее время вместо прокатанных заготовок широко применяют заготовки в виде слябов, полученные непрерывной разливкой. Слябы прокатывают большей частью на непрерывных станах горячей прокатки, состоящих из двух групп рабочих клетей - черновой и чистовой, расположенных друг за другом. Перед каждой группой клетей сбивают окалину в окалиноломателях. После прокатки полосу толщиной 1,2-16 мм сматывают в рулон. К отделочным операциям производства горячекатаного листа относятся резка, травление, термическая обработка и др.
Исходным материалом для холодной прокатки листа толщиной менее 1,5 мм обычно служат горячекатаные рулоны. На современных станах холодной прокатки производят листовую сталь с минимальной толщиной 0,15 мм и ленты с минимальной толщиной 0,0015 мм. Современным способом холодной прокатки является рулонный. Предварительно горячекатаный лист очищают травлением в кислотах с последующей промывкой. Прокатывают на одноклетьевых и многоклетьевых непрерывных четырех валковых станах, а также на многовалковых станах. После холодной прокатки материал проходит отделочные операции: отжиг в защитных газах, нанесение в случае необходимости покрытий, разрезку на мерные листы и др.
При прокатке бесшовных труб первой операцией является прошивка - образование отверстия в слитке или круглой заготовке. Эту операцию выполняют в горячем состоянии на прошивных станах. Наибольшее применение получили прошивные станы с двумя бочкообразными валками, оси которых расположены под небольшим углом (5-15°) друг к другу. Оба валка вращаются в одном и том же направлении, т. е. в данном случае используется принцип поперечно-винтовой прокатки. Благодаря такому расположению валков заготовка получает одновременно вращательное и поступательное движения. При этом в металле возникают радиальные растягивающие напряжения, которые вызывают течение металла от центра в радиальном направлении, образуя внутреннюю полость, и облегчают прошивку отверстия оправкой, устанавливаемой на пути движения заготовки.
Последующую прокатку прошитой заготовки в трубу требуемых диаметра и толщины стенки производят на раскатных станах. Например, при наиболее распространенном методе трубу прокатывают на короткой оправке в так называемом автоматическом двухвалковом стане. Валки образуют последовательно расположенные круглые калибры, зазор между закрепленной на длинном стержне оправкой и ручьями валков определяет толщину стенки трубы. Для устранения неравномерности толщины стенки по сечению и рисок после раскатки производят обкатку труб в обкатных станах, рабочая клеть которых по конструкции аналогична клети прошивного стана. Затем для получения заданного диаметра трубы прокатывают в калибровочном многоклетьевом стане продольной прокатки без оправки; а при необходимости получения труб диаметром менее 80 мм - еще и в редукционных непрерывных станах с рабочими клетями аналогичной конструкции.
Сварные трубы изготовляют из плоской заготовки - ленты (называемой штрипсом) или из листов, ширина которых соответствует длине (или половине длины) окружности трубы. Процесс изготовления сварной трубы включает следующие основные операции: формовка плоской заготовки в трубу, сварка кромок, уменьшение (редуцирование) диаметра полученной трубы. Для сварки чаще применяют следующие способы: печную сварку, сварку сопротивлением и дуговую под слоем флюса. При производстве труб печной сваркой ленту, размотанную с рулона, правят, нагревают в узкой длинной (до 40 м) газовой печи до температуры 1300-1350 °С и формируют в трубу в непрерывном прокатном стане (рис. 3.12). Стан состоит из 6-12 рабочих клетей, в которых валки образуют круглые калибры. При прокатке в калибрах прижимаемые одна к другой кромки, до полнительно нагретые до высокой температуры обдувкой кислородом, свариваются. Выходящую из стана трубу разрезают специальной пилой на куски требуемой длины и далее калибруют на калибровочном стане. Этим способом изготовляют трубы самой низкой стоимости из низкоуглеродистой стали (Ст2кп) диаметром 10-114 мм.
Электросваркой можно получать трубы большого диаметра (до 2500 мм) с тонкой стенкой (до 0,5 мм) из легированных сталей.
При производстве труб сваркой сопротивлением ленты или полосы свертывают в холодном состоянии в трубу в формовочных непрерывных станах. При выходе из формовочного стана трубная заготовка поступает на трубоэлектросварочный стан, где кромки трубы прижимаются друг к другу двумя парами вертикальных валков и одновременно свариваются роликовыми электродами. После сварки трубу калибруют, разрезают на части.
Дуговой сваркой под флюсом изготовляют, трубы с прямыми и спиральными швами. В первом случае подготовленный лист формуют на листогибочных валковых станах или на прессах, затем сваривают, причем швы накладывают снаружи и изнутри трубы. При получении труб со спиральным швом лента, разматываемая с рулона, сворачивается по спирали в трубу, а затем сваривается по кромкам.
Трубы с более тонкой стенкой, высокими качеством поверхности и точностью размеров получают на станах холодной прокатки труб различных типов, а также волочением. В качестве заготовки в этом случае применяют горячекатаные трубы.
Процессы получения специальных видов проката отличаются большим разнообразием. Причем некоторые из них осуществляют на металлургических предприятиях, а другие - на машиностроительных. Особенно большое значение имеет прокатка 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. На станках поперечно-винтовой прокатки получают не только периодические профили, но и заготовки шаров и сферических роликов подшипников качения (рис. 3). Валки 2 и 4 вращаются в одну и ту же сторону. Ручьи валков соответствующей формы сделаны по винтовой линии. Заготовка 1 при прокатке получает вращательное и поступательное движения; от вылета из валков она предохраняется центрирующими упорами 3. Производство других специальных видов проката, осуществляемых чаще на машиностроительных предприятиях.
Рис. 3. Схема прокатки шаров в стане поперечно-винтовой прокатки
5.2 Механический цех
Одна из главных задач машиностроения - дальнейшее развитие, совершенствование и разработка новых технологических методов обработки заготовок деталей машин, применение новых конструкционных материалов и повышение качества обработки деталей. Особенно большое внимание уделяется чистовым и отделочным технологическим методам обработки, объем которых в общей трудоемкости обработки деталей постоянно возрастает. Наряду с механической обработкой резанием применяют методы обработки пластическим деформированием, с использованием химической, электрической, световой, лучевой и других видов энергий. Весьма прогрессивны комбинированные методы обработки.
Обработка металлов резанием - это процесс срезания режущим инструментом с поверхности заготовки слоя металла в виде стружки для получения необходимой геометрической формы, точности размеров, взаиморасположения и шероховатости поверхностей детали. Чтобы срезать с заготовки слой металла, необходимо режущему инструменту и заготовке сообщить относительные движения. Инструмент и заготовку устанавливают и закрепляют в рабочих органах станков, обеспечивающих эти относительные движения: в шпинделе, на столе, в револьверной головке. Движения рабочих органов станов подразделяют на движения резания, установочные и вспомогательные. Движения, которые обеспечивают срезание с заготовки слоя металла или вызывают изменение состояния обработанной поверхности заготовки, называют движениями резания. К ним относят главное движение и движение подачи.
За главное принимают движение, определяющее скорость деформирования и отделения стружки, за движение подачи - движение, обеспечивающее врезание режущей кромки инструмента в материала заготовки. Эти движения могут быть непрерывными или прерывистыми, а по своему характеру вращательными, поступательными, возвратно-поступательными. Скорость главного движения обозначают v, величину подачи -s.
Движение, обеспечивающие взаимное положение инструмента и заготовки для срезания с нее определенного слоя материала, называют установочными. К вспомогательным движениям относят Транспортирование заготовки, закрепление заготовок и инструмента, быстрые перемещения рабочих органов станка и др.
Режущие инструменты в данном производстве работают в условиях больших силовых нагрузок, высоких температур и трения. Поэтому инструментальные материалы должны удовлетворять ряду особых эксплуатационных требований. Материал рабочей части инструмента должен иметь большую твердость и высокие допустимые напряжения на изгиб, растяжение, сжатие, кручение. Твердость материала рабочей части инструмента должна значительно превышать твердость материала заготовки.
Высокие прочностные свойства необходимы, чтобы инструмент обладал сопротивляемостью соответствующим деформациям в процессе резания, а достаточная вязкость материала инструмента позволяла воспринимать ударную динамическую нагрузку, возникающую при обработке заготовок из хрупких материалов и заготовок с прерывистой поверхностью. Инструментальные материалы должны иметь высокую красно стойкость, т. е. сохранять большую твердость при высоких температурах нагрева. Важнейшей характеристикой материала рабочей части инструмента является износостойкость. Чем выше износостойкость, тем медленнее изнашивается инструмент. Это значит, что разброс размеров деталей, последовательно обработанных одним и тем же инструментом, будет минимальным.
В основу классификации металлорежущих станков, принятой в нашей стране, положен технологический метод обработки заготовок. Классификацию по технологическому методу обработки проводят в соответствии с такими признаками, как вид режущего инструмента, характер обрабатываемых поверхностей и схема обработки. Станки делят на токарные, сверлильные, шлифовальные, полировальные и доводочные, зубообрабатывающие, фрезерные, строгальные, разрезные, протяжные, резьбообрабатывающие и т. д.
Классификация по комплексу признаков наиболее полно отражается в общегосударственной Единой системе условных обозначений станков. Она построена по десятичной системе; все металлорежущие станки разделены на десять групп, группа - на десять типов, а тип - на десять типоразмеров. В группу объединены станки по общности технологического метода обработки или близкие по назначению (например, сверлильные и расточные). Типы станков характеризуют такие признаки, как назначение, степень универсальности, число главных рабочих органов, конструктивные особенности. Внутри типа станки различают по техническим характеристикам.
В соответствии с этой классификацией каждому станку присваивают определенный шифр. Первая цифра шифра определяет группу станков, вторая тип, третья (иногда третья и четвертая) показывает условный размер станка. Буква на втором или третьем месте позволяет различать станки одного типоразмера, но с разными техническими характеристиками. Буква в конце шифра указывает на различные модификации станков одной базовой модели. Например, шифром 2Н135 обозначают вертикально-сверлильный станок (группа2, тип 1), модернизированный (Н), с наибольшим условным диаметром сверления 35 мм (35).
Различают станки универсальные, широкого применения, специализированные и специальные. На универсальных станках выполняют самые разнообразные работы, используя заготовки многих наименований. Примерами таких станков могут быть токарно-винторезные, горизонтально-фрезерные консольные и др. Станки широкого назначения предназначены для выполнения определенных работ на заготовках многих наименований (многорезцовые, токарно-отрезные станки). Специализированные станки предназначены для обработки заготовок одного наименования, но разных размеров (например, станки для обработки коленчатых валов). Специальные станки выполняют определенный вид работ на одной определенной заготовке.
6. БЕЗОПАСНОСТЬ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
Снижение производственной опасности осуществляется выполнением соответствующих инструкций:
№013- Для работающих на токарных станках, автоматах и полуавтоматах с ЧПУ (2000 год).
№029- Для работающих на металлорежущих станках (2002 год).
6.1 Общие требования безопасности
К обслуживанию механизмов могут быть допущены только те рабочие, которые изучили их устройство и инструкцию по эксплуатации. Перед включением следует удостовериться в исправности механизма и в том, что пуск его никому не угрожает опасностью. Обнаружив во время осмотра какие-либо неисправности в механизме или его предохранительных устройствах, рабочий должен сообщить об этом мастеру и до их устранения к работе не приступать.
Запрещается оставлять работающий механизм без присмотра. Даже при кратковременном отсутствии на рабочем месте следует остановить механизм и сообщить мастеру о своем уходе. Запрещается касаться движущихся частей механизма и облокачиваться на него; брать или передавать через работающий механизм предметы; чистить, смазывать, ремонтировать механизм на ходу. Недопустимо пользоваться перчатками и рукавицами при выполнении работ, если имеется опасность захвата их вращающимися частями. Если во время работы в механизм попал какой-либо предмет, доставать его, не отключив механизм, запрещается. Надо остановить механизм и медленно, вращая его вручную, освободить попавший в него предмет.
Не разрешается допускать на свое рабочее место лиц, не имеющих отношения к выполняемой работе, а также доверять работающий механизм другому рабочему.
6.2 Монтаж и демонтаж оборудования.
Станки, прессы и другое оборудование должны устанавливаться на прочных основаниях или фундаментах, тщательно выверяться и надежно закрепляться. В конструкции оборудования (станка, пресса и т. д.) и отдельных его частей необходимо предусматривать специальные рамы, болты, окна, кронштейны и другие устройства для быстрой, удобной и надежной строповки и безопасного перемещения во время погрузки, демонтажа и ремонта оборудования.
Устройства для строповки должны располагаться с учетом центра тяжести переносимого груза и при подъеме не должны повреждаться натянутыми цепями или тросами. Рым-болты, приливы, кронштейны, стенки, в, которых имеются окна под строповку, должны быть рассчитаны на прочность с учетом массы поднимаемого груза и возникающей во время транспортирования перегрузки.
При монтаже, демонтаже и ремонте оборудования; его узлов и агрегатов высотой более 1,5 м от уровня пола или рабочей площадки устраивают прочные и устойчивые подмости, леса и т. п. для безопасной работы на высоте. Рабочие места ремонтных слесарей должны быть оборудованы шкафами, верстаками, стеллажами.
Перед ремонтом оборудование отключают от электросети, а на пусковых устройствах вывешивают плакат с надписью «Не включать - работают люди».
7. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛИ
Технико-экономическое обоснование выбора заготовки для обрабатываемой детали производят по нескольким направлениям металлоемкости, трудоемкости и себестоимости, учитывая при этом конкретные производственные условия. Технико-экономическое обоснование ведется по двум или нескольким выбранным вариантам. При экономической оценке определяют металлоемкость, себестоимость или трудоемкость каждого варианта изготовления заготовки, а затем их сопоставляют.
Технико-экономический расчет изготовления заготовки производят в следующем порядке:
1. Устанавливают метод получения заготовки согласно типу производства, конструкции детали, материалу и другим техническими требованиям на изготовление детали.
2. Назначают припуски на обрабатываемые поверхности детали согласно выбранному методу получения заготовки по нормативным таблицам или производят расчет аналитическим методом;
3. Определяют расчетные размеры на каждую поверхность заготовки;
4. Назначают предельные отклонения на размеры заготовки по нормативным таблицам в зависимости от метода получения;
Технико - экономические показатели изготовления детали.
Материал:
· Размер: М20
· Марка стали: Ст25
· Вес заготовки одной штуки = 0,313 кг
· Цена за 1 кг = 23-00 (руб.)
· Стоимость за единицу = 7-20 (руб.)
1.3аработная плата рабочего за единицу продукции составляет 5-72 (руб.).
2. Дополнительная заработная плата рабочего на единицу продукции составляет 1-43 (руб.).
3. Отчисление на социальное страхование составляет 1-99 (руб.).
4. Спецрасходы составляют 1-14 (руб.).
5. Цеховые расходы составляют 17-16 (руб.)
6. Общезаводские расходы составляют 11-44 (руб.)
7. Итоговая заводская себестоимость детали равна 46-08 (руб.)
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Основной целью проектирования технологического процесса является снижение себестоимости изделия и повышение производительности труда. Решение этой задачи должно производиться в соответствии с заданным типом производства. Проектирование нового технологического процесса должно включать в себя анализ исходных данных (определение служебного назначения изделия, анализ технических условий и технологичности конструкций), определение класса и группы детали, количественная оценка групп изделий, выбор исходной заготовки и метода ее изготовления, выбор технологических баз, составление технологического маршрута обработки, разработка технологических операций.
Технологический процесс для данной детали (винта) составлен наиболее рационально. Форма детали достаточно проста для обработки, для выполнения своих функций, рассматриваемая деталь получена с экономической точки зрения рационально.
Итоговая заводская себестоимость винта не велика.
Припуски определены расчетно-аналитическим методом, что дает получить экономию металла, уменьшить трудоемкость обработки и снизить себестоимость выпускаемой продукции.
Выбраны оптимальные режимы резания, что обеспечивает наибольшую производительность труда при наименьшей себестоимости операции при требуемом качестве обработки.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Курсовое проектирование по предмету “Технология машиностроения”, Добрыднев И.С., М.: Машиностроение 1985.
2. Технология конструкционных материалов, Дальский А.М., М.: Машиностроение 1985.
3. Охрана труда в машиностроении, Мазов В.А. М.: Машиностроение 1983.
Исходной заготовкой при прокатке являются слитки: стальные массой до 60 т, из цветных металлов и их сплавов обычно массой до 10 т. При прокатке сортовых профилей стальной слиток массой до 12 т в горячем состоянии прокатывается на крупных обжимных дуо-станах - блюмингах. Получающиеся после прокатки на блюмингах заготовки, чаще квадратного сечения, называются блюмами, они являются полуфабрикатом для дальнейшей прокатки сортовых профилей. Размеры блюмов от 450 х 450 до 150 х 150 мм. Блюмы затем прокатывают на сортовых станах, в которых заготовка последовательно проходит через ряд калибров. Разработку системы последовательных калибров, необходимых для получения того или иного профиля, называют калибровкой. Калибровка является сложным и ответственным процессом. Неправильная калибровка может привести не только к снижению производительности, но и к браку изделий. Чем больше разница в размерах поперечных сечений исходной заготовки и конечного изделия и чем сложнее профиль последнего, тем большее количество калибров требуется для его получения. В зависимости от стадии процесса прокатки различают калибры обжимные (уменьшающие сечение заготовки), черновые (приближающие сечение заготовки к заданному профилю) и чистовые (дающие окончательный профиль).
При прокатке толстых листов стальной слиток массой до 45 т в горячем состоянии прокатывают на крупном обжимном универсальном стане - слябинге или на блюминге. Получаемый полуфабрикат - сляб имеет приближенно прямоугольное сечение толщиной 65-300 мм и шириной 600-1600 мм. Сляб прокатывают (после второго нагрева) в толстый лист большей частью на станах с двумя рабочими клетями (черновой и чистовой), расположенными друг за другом. Перед черновой клетью сбивают окалину. Чистовая клеть кварто имеет рабочие валки меньшего диаметра, чем черновая. После прокатки листы правят и обрезают на заданные размеры.
Тонкие листы прокатывают в горячем и холодном состояниях. Современными станами для горячей прокатки тонколистовой стали являются непрерывные станы, состоящие из двух групп рабочих клетей - черновой и чистовой. Нагретые слябы подают по рольгангу к окалиноломателю, в котором окалина дробится при деформировании в валках с небольшими обжатиями, а затем сбивается водой под давлением до 12 Мн/м 2 . В черновых клетях листы прокатывают с максимальными обжатиями до толщины 15-35 мм. Для получения точного по толщине листа важно соблюдать постоянство температуры прокатки в чистовых клетях. Поэтому после черновых клетей устанавливают воздушное охладительное устройство, понижающее при необходимости температуру листа. Затем лист проходит через чистовой окалиноломатель и поступает в чистовую группу клетей, где может прокатываться до минимальной толщины (1,2 мм). Выходящий из чистовых клетей лист сматывается в рулоны.
Горячекатаные тонкие листы в рулонах поступают на дальнейшую холодную прокатку или передаются на отделочные операции (правку, разрезку и др.), если дальнейшей холодной прокатки не требуется.
Листы тоньше 2 мм в горячем состоянии прокатывать сложно из-за их быстрого остывания: такие листы, как правило, получают холодной прокаткой, которая обеспечивает высокое качество их поверхности и большую точность по толщине. Чаще всего холодную прокатку ведут рулонным способом. Предварительно горячекатаный лист очищают от окалины травлением в кислотах с последующей промывкой. Прокатывают на непрерывных станах кварто и на многовалковых станах; после холодной прокатки материал проходит отделочные операции: отжиг в защитных газах, обрезку кромок, разрезку на мерные листы, полирование и др.
Все большее развитие получает бесслитковая прокатка - получение проката непосредственно из жидкого металла, минуя операции отливки слитков и их горячей прокатки, а также целый ряд вспомогательных операций. В этом случае расплавленный в плавильной печи металл заливают в миксер, откуда он по наклонному закрытому желобу поступает в распределительную коробку, установленную перед валками прокатной клети. Распределительная коробка обеспечивает непрерывное, равномерное поступление жидкого металла в щель между валками-кристаллизаторами, где он кристаллизуется, обжимается и выходит в виде заданного профиля. Таким способом получают, например, алюминиевую ленту толщиной 8-12 мм.
При прокатке бесшовных труб первой операцией является прошивка - образование отверстия в слитке или круглой заготовке. Эту операцию выполняют в горячем состоянии на прошивных станах. Наибольшее применение получили прошивные станы с двумя бочкообразными валками, оси которых расположены под небольшим углом (4-14 °) друг к другу. Оба валка вращаются в одном и том же направлении, т. е. в данном случае используется принцип поперечно-винтовой прокатки. Благодаря такому расположению валков заготовка получает одновременно вращательное и поступательное движения. При этом в металле возникают радиальные растягивающие напряжения, которые вызывают течение металла от центра в радиальном направлении и облегчают прошивку отверстия оправкой, устанавливаемой на пути движения заготовки. Во входном конусе прошивают заготовку, а в выходном конусе раскатывают металл между оправкой и валками и формируют окончательный размер изделия (гильзы).
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
Трубопрокатные 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 калибра 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 применяют 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.
Технологии 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.
На 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.
ПРЕССОВАНИЕ
Прессование-это вид обработки металлов давлением, позволяющий изготавливать разнообразные профили из черных и цветных металлов постоянного поперечного сечения по длине (рис. 3.31). При прессовании металл заготовки деформируется с помощью инструментальной оснастки, состоящей из матрицы, пуансона и контейнера (рис. 3.32). Прессование заключается в продавливании с помощью пуансона 1 через отверстие в матрице 4 заготовки 3, находящейся в замкнутой полости (контейнере) 2. Форма и размеры прессованного профиля определяются конфигурацией отверстия матрицы.
Прессование называют также выдавливанием. Процесс прессования, выполняемый по схеме, представленной на рис. 3.32, называется прямым. В этом случае направление выхода металла через отверстие матрицы совпадает с направле нием движения пуансона.
При обратном прессовании (рис. 3.33) металл заготовки 3 вытекает в направлении, обратном перемещению пуансона 5. Для этого матрицу 4 устанавливают в конце полого пуансона, а заготовку 3 помещают в глухой контейнер 2, запирают упорной шайбой 1 и при прессовании остается неподвижной. Трение металла о поверхность контейнера снижается, в связи с чем обратное прессование, которое называют еще встречным, требует меньших усилий.
Прессованием изготовляют не только сплошные профили, но и полые (рис. 3.34). В этом случае заготовка 4, размещенная в контейнере 2, сначала прошивается иглой 6, проходящей через полый пуансон 1. При дальнейшем перемещении пуансона 1металл выдавливается в виде трубы через кольцевой зазор между стенками отверстия в матрице 5 и иглой 6.
В последнее время находит применение гидравлический метод прессования, который называют еще гидроэкструзией (рис. 3.35). Заготовка 5, помещенная в контейнере 3, плотно заходит в конус матрицы 7. Контейнер закрывают крышкой 1 с затвором 2 и уплотняют прокладками 8. Через отверстие 4 в контейнер нагнетается жидкость 6 под высоким давлением, которая выдавливает заготовку через матрицу. В данном случае металл заготовки находится в состоянии всестороннего сжатия жидкостью и деформируется с минимальными потерями на трение. Этот способ позволяет обрабатывать очень хрупкие сплавы.
Исходной заготовкой при прессовании обычно является слиток или прокат. Для повышения качества поверхности изделия и снижения величины трения заготовку предварительно обтачивают на станке, а после нагрева поверхность очищают от окалины.
При прессовании металл подвергается всестороннему неравномерному сжатию. При такой схеме деформирования металл наиболее пластичен. Степень деформации при прессовании характеризуется коэффициентом вытяжки. Он определяется как отношение площади сечения заготовки к площади сечения прессуемого профиля. Вытяжка при прессовании составляет 10 … 50. Прессованием обрабатывают как пластичные, так и малопластичные сплавы: медные, алюминиевые, магниевые, титановые, углеродистые и легированные стали и т.п. Первые из них деформируют без нагрева, вторые в горячем состоянии.
Сортамент прессованных профилей очень разнообразен. Среди прочего таким способом изготавливают проволоку диаметром 5 … 10 мм, прутки диаметром 3 … 250 мм, трубы диаметром 20 … 400 мм со стенкой толщиной 1,5 … 12 мм, профили с полкой толщиной 2 … 2,5 мм и линейными размерами поперечных сечений до 200 мм.
К числу главных преимуществ, которыми отличается процесс прессования, следует отнести следующие.
1) Точность изделий выше, чем при прокатке, что позволяет использовать их без дальнейшей механической обработки.
2) Высокая производительность процесса (скорость выдавливания изделия из отверстия матрицы в некоторых случаях может достигать 20 м/с).
3) Возможность получения сложных профилей, которые невозможно получить другими видами обработки металлов давлением.
4) Прессованием можно обрабатывать такие сплавы, которые ввиду низкой пластичности другими видами обработки давлением деформировать невозможно или затруднительно.
5) Гибкость процесса и легкость переналадки на изготовление другого профиля, т.к. для этого требуется только замена матрицы.
6) Достаточно высокое качество поверхности при холодном прессовании, что позволяет отказаться от отделочных операций.
Прессование имеет и недостатки.
1) наличие отходов металла, так как весь он не может быть выдавлен из контейнера и в нем остается так называемый пресс-остаток, который после окончания прессования отрезается от полученного профиля. Масса пресс – остатка обычно составляет 8 … 12%, но в некоторых случаях может быть и очень большой. Так при прессовании труб большого диаметра масса пресс – остатка может достигать 40% массы исходной заготовки.
2) Большой износ инструмента, т. к. работает он в исключительно тяжелых условиях, испытывая кроме больших давлений действие высоких температур.
3) Высокая стоимость инструмента для прессования, т.к. изготавляют его из высококачественных инструментальных сталей и жаропрочных сплавов.
ВОЛОЧЕНИЕ
Волочение это вид обработки металлов давлением, при котором формоизменение заготовки 2 осуществляется за счет ее протягивания через постепенно сужающееся отверстие в специальном инструменте, называемом волочильной матрицей 1 (рис. 3.36). При этом уменьшается площадь поперечного сечения заготовки и увеличивается ее длина. Изделие приобретает профиль, соответствующий конфигурации отверстия матрицы.
Волочением обрабатывают катанные и прессованные заготовки из стали, цветных металлов и их сплавов как в горячем виде, так и в холодном. В результате получают самые разнообразные профили (рис. 3.37). В отличие от прессования волочением невозможно получить пустотелый профиль (трубу) из заготовки сплошного поперечного сечения. В этом случае необходимо иметь пустотелую заготовку. Волочением труб по схеме, указанной на рис. 3.36 (т.е. с помощью только матрицы), не удается изменить толщину стенки изделия. При необходимости деформирования стенки пустотелой заготовки внутрь ее помещают дополнительный инструмент – оправку. Оправки бывают подвижными (недеформируемыми и деформируемыми) (рис. 3.38 а, б), закрепленными (рис. 3.38 в) и самоустанавливающимися (рис. 3.38 г). Применение оправок позволяет также повысить качество внутренней поверхности трубы.
Особенностью процесса волочения является приложение постоянного растягивающего усилия к части заготовки, вытягиваемой из матрицы. Для предотвращения ее обрывов необходимо создать условия, при которых формоизменение заготовки будет происходить только в зоне деформации, расположенной внутри матрицы. Пластическая деформация переднего конца изделия должна быть исключена. Это достигается конструкцией отверстия матрицы, выбором размеров заготовки и подбором смазки. Для того, чтобы заготовку не оборвало, необходимо добиться, чтобы растягивающие напряжения в ней не превышали величины 0,6 σ В (временного сопротивления) материала заготовки. Количественно деформацию при волочении можно оценить коэффициентом вытяжки - отношением площади исходного попереч ного сечения к конечному.
В связи с тем, что на выходящем из волочильной матрицы конце изделия пластическая деформация недопустима, величина коэффициента вытяжки ограничена, и при обработке в холодном состоянии не должна превышать за один проход значения 1,05 … 1,5. В связи с низким коэффициентом вытяжки обычно для получения необходимых размеров профилей процесс волочения повторяют многократно через ряд постепенно уменьшающихся отверстий, а для восстановления пластичности металл, упрочненный волочением, подвергают промежуточному рекристаллизационному отжигу после одного - двух переходов.
Сортамент изделий, изготовляемых волочением, очень разнообразен. Это проволока диаметром 0,002 … 10 мм, разнообразные фасонные профили, примеры которых показаны на рис. 3.37, прутки диаметром 3 … 150 мм, трубы диаметром от капиллярных до 500 мм и с толщиной стенки 0,1 … 10 мм, сегментные, призматические и фасонные шпонки, шлицевые валики.
Инструментом для волочения являются волочильные матрицы и оправки. Их изготавливают из инструментальных сталей, металлокерамических и минералокерамических сплавов и технических алмазов (для волочения проволоки диаметром менее 0,2 мм).
Волочение производят на волочильных станах. Они бывают периодического и непрерывного действия. Из станов периодического действия наиболее распространены цепные станы (рис. 3.39). Конец заготовки 7 пропускается через отверстие в матрице 8и захватывается клещами 6, которые закреплены на каретке 5. Перемещение каретки по станине 1 происходит при зацеплении крюка 2 за ось бесконечной пластинчатой цепи 3, приводимой в движение от электродвигателя. Когда изделие выходит из матрицы, натяжение между крюком и цепью уменьшается и противовес 4 поднимает крюк и отсоединяет его от цепи.
Станы периодического действия просты в устройстве и эксплуатации, однако длина обрабатываемой здесь заготовки невелика (6 … 7 метров), а скорость процесса небольшая - 10 … 20 м/мин.
Станы непрерывного действия более быстроходны и позволяют обрабатывать заготовки длиной десятки тысяч метров.
Из непрерывных станов чаще всего встречаются барабанные (рис. 3.40). Такие станы обрабатывают заготовку 1, свернутую в бухту. Бухту размещают на размоточном столе 2, передний конец заготовки пропускают через волочильную матрицу 3 и закрепляют на барабане 4, который приводится в движение с помощью электродвигателя 6 через привод 5. Стан включают и осуществляют процесс волочения, причем изделие также сматывается в бухту на барабане. Это обеспечивает компактность обрабатываемого материала, что очень важно при транспортировке, хранении и термообработке. Кроме этого снижаются технологические отходы, а скорость процесса увеличивается в среднем до 10 м/с (известны барабанные станы для волочения тонкой проволоки, осуществляющие процесс со скоростью до 40 м/с). Кроме однобарабанных станов, существуют многобарабанные конструкции (рис. 3.41). Их называют также станами многократного волочения. Здесь заготовка 4 последовательно проходит через несколько (до 20) волочильных матриц 5. Заготовка после прохождения через отверстия каждой матрицынаматывается на промежуточные тянущие барабаны 3, а затем на приемный барабан (на схеме не показан). Скорость вращения каждого последующего барабана возрастает пропорционально удлинению заготовки.
Технологический процесс волочения включает следующие основные операции.
1) Предварительная термическая обработка - рекристаллизационный отжиг, с целью повышения пластичности металла.
2) Очистка заготовки от окалины (металл протравливают в растворах кислот и затем последовательно промывают горячей и холодной водой).
3) Покрытие поверхности заготовки тонким слоем гидрата окиси железа или медью, фосфатом, известью для удержания смазки на поверхности металла.
4) Заострение концов заготовки для удобства протягивания ее через отверстие и захвата клещами волочильного стана.
5) Волочение в один или несколько проходов в зависимости от требуемой степени деформации.
6) Межоперационная термическая обработка для снятия наклепа (после термической обработки - очистка заготовки и нанесение подсмазочного слоя).
7) Отделка готовой продукции.
Процесс волочения имеет следующие достоинства.
1) Высокая точность геометрических размеров изделия, определяемая только размерами отверстия матрицы (допуск 0,02 мм).
2) Высокое качество поверхности соизмеримое со шлифованием при обработке резанием.
3) Высокая производительность. Скорость волочения проволоки на станах непрерывного действия достигает 10 м/с, а для тонкой проволоки – 40 … 50 м/с.
4) Повышение прочности изделия за счет наклепа при холодной обработке.
5) Малая стоимость инструмента и оборудования.
6) Возможность получения длинномерных профилей (десятки тысяч метров), которые не удается получить другими способами.
7) Малые технологические отходы металла.
Недостатки процесса.
1) Сортамент изделий, получаемых волочением, ограничен, как и размеры профилей.
2) При обработке стали требуются неоднократные отжиги и травление поверхности для удаления окалины.
КОВКА
Ковка является одним из важнейших способов получения заготовок в машиностроении. Эти заготовки называют коваными поковками, или просто поковками. Ковкой получают разнообразные по форме и размерам поковки массой от 0,1 кг до 300 тонн. При последующей обработке на металлорежущих станках из поковок получают готовые изделия. Исходными заготовками для ковки являются металлические слитки и прокат. Особенностью ковки является нагрев заготовки перед ее деформированием.
Ковка заключается в формоизменении нагретой заготовки рабочими поверхностями универсального инструмента (бойками) при свободном течении металла в стороны. Ковкой изменяют конфигурацию заготовки за счет многократного последовательного воздействия бойками на отдельные ее участки, в результате чего заготовка, деформируясь, постепенно приобретает заданную форму и размеры.
Воздействие на заготовку может быть ударным, если она обрабатывается на молоте, или статическим – при обработке на прессе.
Для выполнения операций ковки используют основной технологический, поддерживающий (вспомогательный) и контрольно-измерительный инструменты. К основному инструменту относят бойки (плоские и вырезные), топоры, раскатки, прошивни, оправки, подкладные штампы и т.п. Поддерживающий инструмент- это клещи, патроны, консольные поворотные краны, ковочные манипуляторы. Контроль размеров поковок осуществляют с помощью линеек, штангенциркулей, скоб, шаблонов и т.п. Используемые для ковки инструменты считаются универсальными по той причине, что они оказываются пригодными для изготовления различных по конфигурации поковок.
Хотя ковка и уступает горячей объемной штамповке по производительности и точности поковок, однако имеет свою рациональную область применения. Это прежде всего выпуск малых серий поковок небольшой и средней массы (100…200 кг), когда изготовление дорогостоящих штампов для горячей объемной штамповки экономически нецелесообразно. В таких случаях более экономична ковка на молотах универсальным инструментом - бойками. Крупные поковки (особенно массой десятки и сотни тонн) удается изготовлять только ковкой на гидравлических прессах. В общем выпуске поковок, производимых в нашей стране, в среднем 30% приходится на кованые поковки, а 70%- на штампованные. Однако, например, в тяжелом машиностроении число кованых поковок достигает 70%.
ОСНОВНЫЕ ОПЕРАЦИИ КОВКИ
Ковка может быть машинной на молотах и прессах и ручной. Ручная ковка применяется для изготовления художественных изделий, а также используется в ремонтном деле для мелких работ.
Процесс ковки состоит из чередования в определенной последовательности основных и вспомогательных операций.
Операция – это часть технологического процесса, которая выполняется на одном рабочем месте с использованием определенной группы инструмента и включает в себя последовательность действий над заготовкой с целью получения поковок требуемой формы и заданных свойств. Операция состоит из серии переходов. Переход – это часть операции, в процессе которой обрабатывается один участок заготовки одним и тем же инструментом на одном рабочем месте.
Таким образом, каждая операция определяется характером деформирования и применяемым инструментом. К основным операциям ковки относятся: осадка, протяжка, прошивка, отрубка, гибка, скручивание, сварка, штамповка в подкладных штампах.
Осадка - операция, заключающаяся в увеличении площади поперечного сечения заготовки при уменьшении ее высоты (рис. 3.42). Осадку производят бойками или осадочными плитами. Для получения качественной поковки рекомендуется исходную цилиндрическую заготовку выбирать с отношением ее высоты h заг к диаметру d заг не более 2,5, во избежание возможного продольного искривления изделия. Торцы заготовки должны быть ровными и параллельными. Разновидностью осадки является высадка , при которой металл осаживают лишь на части длины заготовки 1 за счет использования подкладного инструмента 2, в результате чего формируется местное утолщение поковки (рис. 3.43).
Протяжка - операция, заключающаяся в уменьшении площади поперечного сечения заготовки или ее части за счет удлинения заготовки. Протяжка осуществляется последовательными ударами или обжатиями отдельных, примыкающих друг к другу участков заготовки при ее подаче вдоль своей оси (рис. 3.44). Сумма определенного числа ударов или обжатий, выполняемых осуществляемых последовательно до определенной толщины заготовки, называется проходом. Два последовательных обжатия с промежуточной кантовкой (поворотом) поковки на 90° называются переходом.
Протяжку выполняют плоскими или вырезными бойками. Ковка в вырезных бойках (рис. 3.45) позволяет избежать ковочных трещин (особенно в случае протяжки осесимметричных заготовок) при ковке низко-пластичных сталей и сплавов и получить более точные размеры поковки.
Деформация при протяжке выражается величиной уковки, и характеризуется отношением площади поперечного сечения исходной заготовки F H к площади конечного поперечного сечения F K .
Чем больше уковка, тем лучше структура металла и выше его механические свойства. Поэтому протяжку применяют не только для получения поковок требуемой формы, но и для повышения качества металла.
Существует ряд разновидностей протяжки.
Разгонка - операция увеличения ширины части заготовки за счет уменьшения ее толщины в этом месте (рис. 3.46).
Протяжка с оправкой - операция уменьшения толщины стенок заготовки с отверстием при сопутствующем увеличении длины поковки (рис. 3.47). Протяжку выполняют в вырезных бойках (или нижнем вырезном 3 и верхнем плоском 2) на слегка конической оправке 1. Для облегчения удаления оправки из поковки куют в направлении к расширяющемуся концу оправки.
Раскатка на оправке - операция уменьшения толщины стенок кольцевой заготовки при увеличении наружного и внутреннего ее диаметров (рис. 3.48). Кольцевая заготовка 1 опирается внутренней поверхностью на цилиндрическую оправку 2, устанавливаемую концами на подставках (люнетах) 3, и деформируется между оправкой и узким длинным плоским бойком 4. После каждого удара или нажатия заготовку поворачивают относительно оправки. При раскатке на оправке ширина кольца несколько увеличивается.
Прошивка - операция получения сквозных или глухих полостей в заготовке за счет вытеснения металла из зоны его контакта с инструментом (рис. 3.49). Прошивка является самостоятельной операцией, служащей для образования углублений или отверстия в поковке либо подготовительной операцией для последующей протяжки или раскатки заготовки на оправке. Инструментом для прошивки являются прошивни, сплошные и пустотелые (рис. 3.50). Отверстия диаметром до 500 мм пробивают сплошным прошивнем с применением подкладного кольца, а отверстия большего диаметра прошивают полым прошивнем. Диа метр прошивня должен быть не более 1/2-1/3 наружного диаметра заготовки. При большем диаметре прошивня форма поковки значительно искажается. В высоких поковках сначала прошивают отверстие с одной стороны (примерно на 3/4 глубины), а затем этим же прошивнем заканчивают прошивку с другой стороны, перевернув поковку на 180 0 . При сквозной прошивке тонких поковок 1 применяют подкладные кольца 2. Прошивка сопровождается отходом части металла 3, которую называют выдрой (рис. 3.51).
Отрубка - операция полного отделения части заготовки по незамкнутому контуру путем внедрения в заготовку деформирующего инструмента (рис. 3.52). Инструментом для рубки служат прямые и фигурные топоры и зубила (рис. 3.53). Отрубку топорами осуществляют для удаления прибыльной и донной частей слитка, излишков металла на концах поковок или для разделения длинной заготовки на более короткие части. Разновидностью отрубки является надрубка, служащая для образования в поковке уступов, заплечиков.
Гибка - операция образования или изменения углов между частями заготовки или придания заготовке изогнутой формы по заданному контуру (рис. 3.54). Гибку осуществляют с помощью различных опор, подкладок, приспособлений и в подкладных штампах. Этой операцией получают угольники, скобы, крюки, кронштейны и т. п. При выборе исходной заготовки следует учитывать искажение первоначальной формы и уменьшение площади поперечного сечения поковки в зоне изгиба, называемое утяжкой. Для компенсации утяжки в зоне изгиба заготовке придают увеличенные поперечные размеры. При гибке возможно образование складок по внутреннему контуру и трещин по наружному. Во избежание этого явления по заданному углу изгиба подбирают соответствующий радиус скругления.
Скручивание - операция, в ходе которой обеспечивается поворот одной части заготовки относительно другой на заданный угол вокруг продольной оси (рис. 3.55). Скручивание применяется при изготовлении коленчатых валов, сверл и т. п. При скручивании используют ключи, воротки, лебедки, кран-балки.
Сварка - операция образования неразъемного соединения путем совместного пластического деформирования предварительно нагретых заготовок (рис. 3.56).
Штамповка в подкладных штампах – ковочная операция, позволяющая изготавливать достаточно сложные по конфигурации поковки (рис. 3.57). Используется при изготовлении небольшой партии таких поковок, как головки гаечных ключей, головки болтов, диски со ступицей, втулки с буртом и т.п. Подкладной штамп может состоять из одной или двух частей, в которых имеется полость с конфигурацией поковки или ее отдельного участка.
При изготовлении конкретной детали операции ковки чередуются в определенной последовательности.
Примером работ, выполняемых свободной ковкой, служит ковка рычага с вилкой (рис. 3.58, а).
Заготовкой для ковки служит пруток прямоугольного сечения. Нагретую заготовку протягивают на прямоугольник требуемого размера, после чего трехгранными призмами ее надрубают (рис. 3.58, б).
Рис. 3.58. Последовательность ковки рычага с вилкой:
а- деталь, б- надрубка, в, г, д - протяжка и надрубка, е- гибка, ж- протяжка
Протянув концы заготовки до толщины головки, делают новые надрубки (рис. 3.58, в), и протягивают каждый конец до требуемого размера (рис. 3.58, г, д). Далее заготовку изгибают и, заложив в середину вилки вкладыш, выглаживают ее. Затем надрубают конец вилки (рис. 3.58, е) и протягивают призмой (рис. 3.58, ж). После этого придают окончательный вид концу вилки с тем, чтобы получить заданную форму поковки.
Оборудование для ковки
Операции ковки выполняют на ковочных молотах и ковочных гидравлических прессах.
Молоты - машины ударного действия, в которых деформирование металла заготовки происходит за счет кинетической энергии подвижных частей, накопленной к моменту соударения с заготовкой. Скорость движения рабочего инструмента в момент удара составляет 3 … 8 м/с, время деформирования - сотые доли секунды. Основной характеристикой молота является масса подвижных (чаще всего пáдающих) частей.
В зависимости от типа привода молоты бывают пневматическими, паровоздушными, механическими, гидравлическими, газовыми, взрывными и др.
По принципу работы молоты бывают простого и двойного действия. У молотов простого действия привод служит только для подъема ударных (падающих) частей, а их движение вниз осуществляется под действием сил тяжести. Привод молотов двойного действия служит как для подъема ударных частей, так и для их движения вниз. Кинетическая энергия падающих частей молотов двойного действия вследствие этого больше, чем молотов простого действия, при одинаковых их массах.
Из приводных молотов наибольшее применение получили пневматические. Подвижными, или в данном случае пáдающими частями являются поршень, его шток и верхний боек. В пневматическом молоте подъем и опускание поршня, к штоку которого крепится верхний боек, совершается с помощью сжатого воздуха давлением 0,2 … 0,3 МПа. Сжатый воздух поступает в рабочий цилиндр от поршневого компрессора, приводимого в движение кривошипно-ползунным механизмом от отдельного электродвигателя. Рабочий и компрессорный цилиндры расположены на одной станине. Пневматические молоты имеют массу падающих частей 50 … 1000 кг и применяются для ковки мелких поковок (до 20 кг).
Пневматические молоты нашли широкое применение в кузницах небольших заводов и мастерских на участках ручной ковки. Это объясняется их низкой стоимостью, простотой обслуживания и высокой надежностью. Достоинством пневматических молотов также является использование электрической энергии, а не пара или сжатого воздуха, применение которых дороже и сложнее (как в случае использования паровоздушных молотов).
Ковочные пневматические молоты обладают следующими характеристиками: масса ударных частей составляет 50 … 150 кг, число ударов - соответственно 225 … 95 в мин. Применяют эти молоты для получения небольших поковок (0,5 … 20 кг) из сортового проката.
Пневматический молот двойного действия (рис. 3.59) оснащен двумя цилиндрами: компрессорным 5 и рабочим 2. Поршень компрессорного цилиндра 4 получает возвратно-поступательное движение от кривошипно-ползунного механизма 6. Воздух, сжатый в компрессорном цилиндре, подается по каналам 3 в верхнюю или нижнюю часть рабочего цилиндра, перемещая соответственно вниз или вверх поршень рабочего цилиндра 1, изготовленный заодно со штоком 11. На штоке закреплен верхний боек 10. Нижний боек 9 крепится к подушке 8, установленной на шаботе 7. Масса шабота превышает массу падающих частей в 10 … 15 раз.
Внешний вид пневматического молота представлен на рис. 3.60.
Основным видом молотов для ковки являются паро-воздушные молоты двойного действия. Масса падающих частей таких молотов составляет 1000 … 8000 кг, а число ударов - соответственно 71 … 34 в мин. Данные молоты предназначены для изготовления средних по массе поковок (20 … 350 кг). Паро-воздушные молоты приводятся в действие паром, поступающим по трубопроводу от котла под давлением 0,7 … 0,9 МПа, или сжатым воздухом, который подается от компрессора под давлением до 0,7 МПа. По типу станин паро-воздушные молоты бывают одно- и двухстоечными. Двухстоечные молоты выпускаются арочного и мостового типов.
- " onclick="window.open(this.href," win2 return false >Печать
Сортовой прокат
В машиностроении, строительстве, на транспорте широко применяется металлический прокат : листы, полосы, ленты, рельсы, балки и т. д. Его получают в результате обжатия слитка металла в горячем или холодном состоянии между вращающимися валками прокатного стана. Таким образом обрабатывают сталь, цветные металлы и их сплавы.
Профиль проката (форма его поперечного сечения ) зависит от формы валков. На рисунках показаны основные профили продукции прокатного производства, называемой сортовым прокатом.
Различают следующие профили сортового проката : простые (круг, квадрат, шестиугольник, полоса, лист ); фасонные (рельс, балка, швеллер, тавр и др.); специальные (колеса, арматурная сталь и др.).
Чаще всего сортовой прокат используется в качестве заготовок для различных деталей. Например, из шестигранного прутка делают болты, гайки. Из круглого проката вытачивают цилиндрические детали на токарных станках. Уголковый прокат применяется в производстве рам, каркасов, стеллажей и т. д.
Прокаткой можно придать заготовке форму готовой детали, тем самым избежать дополнительной обработки и, следовательно, уменьшить отходы металла, сэкономить время.
Ниже представлены несколько образцов распространённых видов проката: труба, арматура, балка, швеллер, лист, уголок, полоса и т.д.
Сортовой прокат
- один из видов полуфабрикатов
. Так называют продукт труда, предназначенный для дальнейшей обработки и получения готовых изделий.
С некоторыми видами полуфабрикатов вы уже знакомы - это пиломатериалы, фанера, проволока.
Листовой прокат
подразделяется на тонколистовой
(до 4 мм) и толстолистовой
(свыше 4 мм
Виды и свойства стали
Сталь
- это сплав железа с углеродом
(до 2%) и другими химическими элементами. Она широко применяется в машиностроении, на транспорте, в строительстве, быту.
В зависимости от состава различают углеродистую
и легированную
сталь. В углеродистой стали содержится 0,4...2% углерода. Углерод
придает стали твердость, но увеличивает хрупкость, снижает пластичность. При добавлении в сталь во время плавки других элементов: хрома, никеля, ванадия
и др. - изменяются ее свойства. Одни элементы повышают твердость, прочность, другие - упругость, третьи придают антикоррозийность, жаропрочность и др. Стали, в которых есть эти элементы, называются легированными. В марках легированной стали добавки обозначают буквами: Н
- никель
, В
- вольфрам
, Г
- марганец
, Д
- медь
, К
- кобальт
, Т
- титан
.
По назначению различают конструкционную, инструментальную и специальные
стали.
Конструкционная углеродистая
сталь бывает обыкновенного качества и качественная. Первая
- пластичная, но обладает невысокой прочностью. Применяется для изготовления заклепок, шайб, болтов, гаек, мягкой проволоки, гвоздей. Вторая
отличается повышенной прочностью. Из нее изготавливают валы, шкивы, ходовые винты, зубчатые колеса.
Сталь инструментальная
обладает большей твердостью, прочностью, чем конструкционная, и применяется для изготовления зубил, молотков, резьбонарезных инструментов, сверл, резцов.
Специальные стали
- это стали с особыми свойствами: жаропрочные, износостойкие, нержавеющие и др.
Все виды сталей маркируются определенным образом. Так, конструкционная сталь
обыкновенного качества обозначается буквами Ст
. и порядковым номером от 0
до 7
(Ст. О
, Ст. 1
и т. д.- чем выше номер стали, тем выше содержание углерода и предел прочности), качественная
- двумя цифрами 05
, 08
, 10
и т. д., показывающими содержание углерода в сотых долях процента. По справочнику можно определить химический состав стали и ее свойства.
Свойства стали можно изменять с помощью теплового воздействия - термической обработки (термообработки). Она заключается в нагреве до определенной температуры, выдержке при этой температуре и последующем быстром или медленном охлаждении. Диапазон температур может быть широким в зависимости от вида термообработки и содержания углерода в стали.
Основные виды термообработки
- закалка, отпуск, отжиг, нормализация
.
Для повышения твердости стали применяют закалку
- нагревание металла до определенной температуры (например, до 800 °С) и быстрое охлаждение в воде, масле или других жидкостях.
При значительном нагревании и быстром охлаждении сталь становится твердой и хрупкой. Хрупкость после закалки можно уменьшить с помощью отпуска
- остывшую закаленную стальную деталь вновь нагревают до определенной температуры (например, 200...300°С), а затем охлаждают на воздухе.
У некоторых инструментов закаливают только их рабочую часть. При этом повышается долговечность всего инструмента.
При отжиге
заготовку нагревают до определенной температуры, выдерживают при этой температуре и медленно
(в этом главное отличие от закалки) охлаждают
. Отожженная сталь становится мягче и поэтому лучше обрабатывается.
Нормализация
- разновидность отжига, только охлаждение происходит на воздухе
. Этот вид термообработки способствует повышению прочности стали.
Термическую обработку стали на промышленных предприятиях выполняют рабочие-термисты . Термист должен хорошо знать внутреннее строение металлов, их физические, технологические свойства, режимы термообработки, умело пользоваться термическими печами, строго соблюдать правила безопасности труда.
Важнейшие механические свойства стали - твердость и прочность . На твердость сталь испытывают при помощи специальных приборов-твердомеров . Метод измерения основан на вдавливании в образец более твердого материала: шарика из твердой стали, алмазного конуса или алмазной пирамиды.
Значение твердости НВ определяют делением нагрузки на площадь поверхности отпечатка, оставляемого в металле (метод Бринелля ) (рис. справа, а ),
или по глубине погружения в металл алмазного острия, стального шарика (метод Роквелла ) (рис. 6 ).
Прочность стали определяют на разрывных машинах испытанием образцов специальной формы, растягивая их в продольном направлении вплоть до разрыва (рис. слева). Определяя прочность, делят наибольшую нагрузку, которая предшествовала разрыву образца, на площадь его первоначального поперечного сечения.
ТРАДИЦИОННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ
ВЫПЛАВКА
КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ /СЛИТКА в МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ФОРМЕ
ПРОКАТКА СЛИТКА
Различные способы получения проката из нержавеющей стали.
НОВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ
ВЫПЛАВКА
ПОЛУЧЕНИЕ ГРАНУЛ
ПРЕССОВАНИЕ
СПЕКАНИЕ В ПЕЧИ
ПРОКАТКА "ЗАГОТОВКИ
областях может быть достаточна для образования химических соединений.
Таким образом, границы зерен в нержавеющей стали часто представляют собой своеобразные прослойки с отличным от тела зерна химическим составом, а стало быть, и свойствами. Во многих случаях эти прослойки оказываются потенциальными источниками коррозии.
Поэтому очищение нержавеющей стали от вредных примесей - важнейший резерв повышения ее качества, продления срока службы, а следовательно, и экономии дефицитных легирующих элементов. Вот почему металлурги взяли на вооружение разнообразные средства рафинирования стали, включая глубокий вакуум, применение «чистых» источников тепла для плавления (например, плазма, электронный и лазерный лучи), продувка инертными газами и т. д.
Вот один пример, который дает представление о пользе рафинирования. Уже давно известно, что нержавеющие стали, содержащие 20-30% хрома, наделены высокой коррозионной стойкостью. Однако использование их в качестве конструкционного материала весьма ограничено из-за большой хрупкости, которую проявляют эти материалы и их сварные соединения. Хрупкость возникает из-за присутствия в стали углерода и азота, содержание которых в сумме составляет примерно 0,10-0,1б%- Металловеды установили: сиижение содержания этих примесей до уровня 0,01% ликвидирует хрупкость. Особо чистая сталь с 28% хрома может использоваться вместо хромоникеле-
вых сталей при производстве азотной кислоты, каустической соды в установках по опреснению воды и получению минеральных удобрений! Особо чистые хромистые стали по стойкости к коррозионному растрескиванию не уступают хромоникеле-вым, содержащим 30-40% дефицитного никеля.
Очистка нержавеющей стали от примесей - не единственный технологический прием, который позволяет повышать ее качества. Не меньшую роль играет и технология изготовления литой заготовки, которая потом идет на ковку или прокатку.
Оказывается, при кристаллизации жидкого металла в нем неизбежно возникают процессы ликвации, то есть разделение на объемы большей или меньшей величины, отличающиеся ДРУГ От друга по химическому составу. Это явление вполне закономерно и хорошо описывается законами кристаллизации твердых тел из жидкого состояния. Большей легированности, как правило, соответствует и большая степень ликвации. В достаточно крупном слитке разница по содержанию элементов в различных его точках может достигать 2-3%. Ликвационная неоднородность наследуется сталью и при последующем переделе, сохраняясь в изделиях. Химическая неоднородность ведет к неоднородности по свойствам, а это уже далеко не всегда допустимо.
Как же избавиться от этого дефекта, казалось бы, внутренне присущего сплавам?
И здесь на помощь пришла принципиально новая технология.
Для того чтобы произошла ликва
ция, легирующие элементы должны во время перехода стали из жидкого в твердое состояние пройти опре деленный путь. Как можно сокра тить протяженность этого пути? Очевидно, надо максимально уменьшить время кристаллизации. Этого можно достигнуть значительным уменьшением кристаллизующегося объема при высокой скорости его охлаждения. Если сократить кристаллизующий объем до размеров капли, охлаждаемой проточным инертным газом, то степень ликва ционной неоднородности будет в ней гораздо меньше, чем в крупном медленно затвердевающем слитке. Удалось установить, что ликвация практически не успевает развиться, если кристаллизация происходит в объеме гранул диаметром 20 -50 мк. На этом принципе основана развивающаяся сейчас новая техно логия изготовления высоколегированных сталей, в том числе нержавеющих.
Применение нержавеющих сталей насчитывает всего семьдесят лет, но их появление сыграло огромную роль в развитии мировой промышленности XX века. Ведь без них были бы невозможны те колоссальные успехи, которые достиг нуты в атомной энергетике, в авиационной и космической технике и во многих других областях современного хозяйства. И по тому, что сейчас продолжают совершенство ваться как сами нержавеющие ста ли, так и технология их произвол ства, нетрудно предугадать: этим материалам предстоит не раз ска зать решающее слово в грядущем научно-техническом прогрессе.