Инструментом для прокатки являются валки.
Прокатные валки (рис. 3.5) состоят из рабочей части или бочки 1, опорных частей или шеек 2 и соединительной части 3.
Прокатка листов и лент производится на валках с гладкой бочкой, имеющей цилиндрическую, слегка выпуклую или вогнутую поверхность (3.5, а).
Сортовую прокатку производят в калиброванных валках, на бочке которых вытачивают вырезы 4 (3.5, б). Вырез, сделанный на одном валке, называют ручьем.
Вырезы двух валков и зазор между ними образуют калибр.
Калибр может быть открытым (13.5, б) или з акрытым (13.5, в).
Валки изготавливают из чугуна, литой и кованой углеродистой и легированной стали и твердых сплавов. Число валков, диаметр и длина бочки рабочего валка являются основными параметрами прокатного стана.
Рис. 13.5. Прокатные валки: а - с гладкой бочкой; б - ручьевые с открытым калибром; в - ручьевые с закрытым калибром; 1 - рабочая часть (бочка); 2 - опорная часть (шейка); 3 - соединительная часть; 4 - ручей верхнего валка; 5 - ручей нижнего валка; 6 – калибр.
Прокатка производится на прокатных станах. Прокатный стан (рис. 13. 6) состоит из рабочей клети, соединительных шпинделей, шестеренной клети, муфт, редуктора, маховика, двигателя.
Рис. 3.6. Прокатный стан: 1- рабочая клеть; 2 - соединительные шпиндели; 3 – шестеренная клеть; 4, 7 – муфты; 5 – редуктор; 6 – маховик; 8 – двигатель; P – усилие прокатки.
Прессование.
Прессование - выдавливание металла из замкнутой полости через отверстие в инструменте. Основные методы:
1.прямой;
2.обратный.
При прямом прессовании (3.7, а) металл заготовки 3 выдавливается пуансоном 2 и пресс-шайбой 5 через отверстие матрицы 4. При получении полого профиля прямым прессованием (3.7, б) металл выдавливается через зазор, образованный отверстием в матрице и иглой 6.
При обратном прессовании усилие пресса передается через пуансон (13.7, в) на матрицу. Матрица перемещается относительно стенок контейнера. Металл заготовки выдавливается через отверстие матрицы, образуя изделие 7. Аналогично осуществляется обратное прессование полого профиля.
Рис. 3.7. Схемы прессования: а - прямое прессование сплошного профиля; б - прямое прессование полого профиля; в - обратное прессование сплошного профиля; 1 - контейнер; 2 - пуансон; 3 - заготовка; 4 - матрица; 5 - пресс-шайба; 6- игла; 7 - прессованное изделие; P – усилие прессования.
При прямом прессовании направление движения пуансона и выдавливаемого металла совпадают. Отличительной особенностью прямого метода прессования является перемещение металла заготовки относительно стенок контейнера 1. Благодаря трению о стенки контейнера центральные слои металла опережают внешние. Это явление еще больше усиливается при охлаждении внешних слоев стенками контейнера. На некотором этапе прессования по центру со стороны пуансона (пресс-шайбы) образуется воронка, через которую в центральную часть изделия втягиваются поверхностные загрязненные окислами и смазкой слои, образуя так называемую пресс-утяжину. Наличие пресс-утяжины в изделии недопустимо. Поэтому прессование на этой стадии прекращают, годное изделие отделяют, а оставшийся в контейнере металл (пресс-остаток) направляется в переплавку.
При обратном прессовании направление движения выдавливаемого металла и пуансона противоположны. Относительное перемещение металла заготовки и стенок контейнера, следовательно, контактное трение между металлом и стенками контейнера практически отсутствует.
При обратном прессовании течение металла более равномерно, чем при прямом, из-за сокращения потерь на трение усилие меньше прессования уменьшается на 25…30%, уменьшается величина пресс-остатка, но конструктивное оформление рабочего инструмента (матрицы, пуансона) при обратном прессовании сложнее, чем при прямом.
Продукция. Прессованием получают:
1. прутки диаметром 3…250 мм,
2.проволоку диаметром 1…6 мм,
3.трубы диаметром 20...600 мм с толщиной стенки 1,0…1,5 мм и более,
4.сплошные и полые профили.
Сплавы. Прессованию подвергают цинк, олово, свинец, алюминий и алюминиевые сплавы, магний и магниевые сплавы, медь и медные сплавы, никель и никелевые сплавы, углеродистые и легированные стали, титан и титановые сплавы.
Оборудование. При прессовании наибольшее распространение получили специализированные гидравлические горизонтальные и вертикальные прессы. Вертикальные прессы с номинальным усилием до 30 МН применяют, главным образом, при производстве труб, горизонтальные прессы изготавливают с номинальным усилием до 100 МН.
Инструмент. К прессовым инструментам относятся: игла, матрица, контейнер, пресс-шайба (в порядке повышения температуры при эксплуатации). Температура заготовки на поверхности контакта с инструментом при прессовании легких сплавов достигает 500°С, меди и медных сплавов - 900°С, сталей, никеля и титана - 1250°С.
Для изготовления инструмента применяют жаропрочные штамповые стали типа 3Х2В8, 4ХВС, 5ХВС и др. Для увеличения стойкости матриц иногда применяют вставки из твердых сплавов. Большое влияние на силу прессования и стойкость матриц оказывает профиль рабочей части матрицы. Обычно применяют конические матрицы с оптимальным для данных условий углом наклона.
Прессование, как правило, производится в условиях горячей деформации.
Исходной заготовкой обычно служит слиток цилиндрической формы или многогранник, полученный непрерывным литьем, реже применяется катаная заготовка.
Перед прессованием рабочие части инструмента покрываются технологической смазкой. Применяют также плакирование (покрытие) заготовок пластичными металлами.
Преимущества прессования:
1.Возможность получения сплошных и полых профилей сложного сечения, которые не могут быть получены другими методами.
2. Переналадка пресса на новый профиль производится значительно быстрее, чем при прокатке, точность размеров профиля при прессовании выше, шероховатость поверхности меньше.
3.Возможность получения тонкостенных бесшовных труб большого диаметра с малой разностенностью.
4.Возможность обработки давлением металлов и сплавов с пониженной пластичностью (высокопрочные алюминиевые сплавы, бронзы, жаропрочные стали и сплавы и др.).
5. Возможность высоких степеней деформации (92 % по сечению и более), что обеспечивает высокие механические свойства, в том числе вибропрочность и сопротивление усталости.
Недостатки прессования:
1. Значительный износ инструмента, матриц и особенно игл, из-за больших контактных напряжений и температур, особенно при прессовании никелевых сплавов, сталей и жаропрочных сталей и сплавов
2. Высокая стоимость инструмента.
3. Неравномерность механических свойств по длине прессованного изделия из-за неравномерности течения металла.
4. Большие технологические отходы, особенно при прессовании труб большого диаметра.(при прямом методе 12…15 %, при обратном – 5…6 % от массы заготовки).
Волочение.
Волочение - процесс протягивания обрабатываемой заготовки через постепенно суживающееся отверстие инструмента (волоки).
При волочении площадь поперечного сечения уменьшается, приобретая постоянное сечение по всей длине. Приложение растягивающего усилия уменьшает пластичность и ограничивает величину деформации за одну протяжку.
Рис. 3.8. Схемы волочения:
а – волочение проволоки, прутка, сплошного профиля;
б – волочение трубы на оправке;
1- заготовка; 2 – волока; 3 – оправка; 4 – обойма (бандаж); P – усилие волочения.
Продукция. Волочением получают:
1 .проволоку (13.8, а) диаметром от 6 до 0,008 мм;
прутки;
2. сплошные и полые профили;
3. трубы (13.8, б) с наружным диаметром 1…360 мм и толщиной стенки 10...0,1 мм, имеющие точные по размерам сечения и низкую шероховатость поверхности.
Заготовку для волочения получают прокаткой или прессованием; заготовка должна иметь форму сечения, подобную форме сечения готового изделия.
Исходные материалы для волочения:
1. проволоки - проволока-катанка и прессованная проволока диаметром 5…9 мм;
2. прутков и профилей - сортовой прокат и прессованные профили диаметром 5…150 мм;
3. труб - трубы сварные диаметром 6…200 мм, бесшовные катаные диаметром 40…200 мм и прессованные диаметром 20…400 мм.
Волочение производят, как правило, в условиях холодной деформации. Волочение проволоки из вольфрама, молибдена, нихрома и цинка производят в горячем состоянии.
Особое внимание уделяется повышению пластичности исходной заготовки и снижению усилия волочения. Это достигается применением термообработки (отжига) для снятия упрочнения, высоким качеством поверхности заготовки, применением высокоэффективных смазочных материалов, оптимальным профилем и малой шероховатостью поверхности рабочих участков инструмента.
Оборудование. Волочильные станы:
1. прерывистого типа – цепные;
2. непрерывного типа – барабанные.
Инструмент. Волока из твердого сплава и алмаза (волочение тонкой проволоки).
Сплавы.
Преимущества волочения:
Недостатки волочения: