ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 29

1. Прокатный профиль

Прокатке подвергают до 90 % всей выплавляемой стали и ббльшую часть цветных металлов. При прокатке металл пластически деформируется вращающи-

мися валками. Взаимное расположение валков и заготовки, форма и число валков могут быть различными. Кроме наиболее распространенного вида прокатки - про­дольной (рис. 3.7, б) - выделяют еще два вида: поперечную и поперечно-винтовую.

При поперечной прокатке (рис. 3.9, а) валки /, вращаясь в одном направле­нии, придают вращение заготовке 2 и де­формируют ее. При поперечно-винтовой прокатке (рис. 3.9, б) валки I расположены под углом и сообщают заготовке 2 при деформировании вращательное и посту­пательное движения.

Инструментом для прокатки являют­ся валки, которые в зависимости от про­катываемого профиля могут быть гладки-

Рис. 3.9. Схемы поперечной (а) и поперечно- винтовой (6) прокатки: 14 валки; 2 ~ заготовка; 3 - оправка

ми (рис. 3.10, а), применяемыми для про­катки листов, лент и т.п.; ступенчатыми, например для прокатки полосовой стали, и ручьевыми (рис. 3.10, 6) для получения сортового проката. Ручьем называют вырез на боковой поверхности валка, а совокупность двух ручьев образует по­лость, называемую калибром (рис. 3.10, в). Каждая пара ручьевых валков обычно образует несколько калибров. Валки со­стоят из рабочей части - бочки /, шеек 2 и трефы 3. Шейки валков вращаются в подшипниках, которые у одного из валков 5 (рис. 3.10, г) могут перемещаться специ­альным нажимным механизмом 4 для из­менения расстояния между валками и ре­гулирования взаимного расположения их осей. Комплект прокатных валков со ста­ниной называют рабочей клетью, которая вместе со шпинделем для привода валков 6_У шестеренной клетью 7 для передачи вращения с одного на два валка, редукто­ром 8, муфтами и электродвигателем 9 образует рабочую линию стана.

Рис. 3.10. Валки и схема их привода в рабочей линии прокатного стана: а - гладкий валок; б - ручьевой валок; в - открытый и закрытый калибры; г - схема рабочей линии прокатного стана

которых также два валка рабочие, а ос­тальные опорные. Использование опор­ных валков позволяет применять рабочие валки малого диаметра, благодаря чему увеличивается вытяжка и снижаются де­формирующие силы.

Прокатные станы могут быть одно- клетьевые (с одной рабочей клетью) и многоклетьевые.

Наиболее совершенные многоклеть­евые станы - непрерывные, у которых рабочие клети располагают последова­тельно одну за другой. Прокатываемая полоса через каждую клеть проходит только один раз, т.е. число рабочих клетей этих станов равно требуемому числу про­ходов полосы. Расстояние между клетями обычно меньше длины прокатываемой полосы, следовательно, она прокатывает­ся одновременно в нескольких клетях. На непрерывных станах достигается высокая производительность при полном исклю­чении ручного труда.

По назначению прокатные станы подразделяют на станы для производства полупродукта и станы для выпуска гото­вого проката. К первой группе относят обжимные станы для прокатки слитков в полупродукт крупного сечения (блюмин­ги, дающие заготовку для сортового про-

ката, и слябинги, дающие заготовку для листового проката) и заготовочные - для получения полупродукта более мелкого сечения.

К станам для производства готового проката относят сортовые, листовые, трубные и специальные. Размер блюмин­гов, слябингов, заготовочных и сортовых станов характеризуется диаметром бочки валков (например, блюминг 1300; сорто­вой стан 350); размер листовых станов - длиной бочки (например, стан 3600), а размер трубопрокатных станов - наруж­ным диаметром прокатываемых труб.

Исходной заготовкой при прокатке служат слитки: стальные массой до 50 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 140 х х 140 до 450 х 450 мм), называемые блю­мами. Блюмы поступают на заготовоч­ные станы для прокатки заготовок тре­буемых размеров или сразу на 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 большее число калибров требуется для его получения. В качестве примера на рис. 3.12 показана система из девяти калибров для получения рельсов. Число калибров может быть различным; например при прокатке проволоки диаметром 6,5 мм их число достигает 21.

После прокатки профили режут на мерные длины, охлаждают, правят в хо­лодном состоянии, термически обрабаты­вают, удаляют поверхностные дефекты.

Все более широкое распространение находит бесслитковая прокатка - полу­чение проката непосредственно после непрерывного литья, минуя операции от­ливки слитков в изложницы, их предвари­тельной обработки в обжимных прокат­ных станах или ковкой, а также ряд вспо­могательных операций. В этом случае из плавильной печи жидкий металл заливают в ковш, а из него на агрегате непрерывно­го литья и прокатки металл поступает в кристаллизатор. Кристаллизатор и сле­дующие за ним поддерживающие и по­дающие ролики обеспечивают непреры⁰' ное, равномерное поступление металла п рабочие клети прокатного стана. Таким способом получают стальную проволоку диаметром 8 мм, алюминиевую ленту толщиной 8... 12 мм.

При производстве листового прока­та стальной слиток массой до 50 т в горя­чем состоянии прокатывают на слябинге или блюминге, получая заготовку прямо­угольного сечения с наибольшей толщи­ной 350 и шириной 2300 мм, называемую слябом.

В настоящее время вместо прокатан­ных заготовок широко применяют заго­товки в виде слябов, полученных 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 и ленты с ми­нимальной толщиной соответственно 0,15 и 0,0015 мм. Современным способом хо­лодной прокатки является рулонный. Предварительно горячекатаный лист очищают травлением в кислотах с после­дующей промывкой, прокатывают на од- ноклетьевых и многоклетьевых непре­рывных четырехвалковых 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 (см. рис. 3.9, б). Оба валка / вращаются в одном направлении, т.е. в данном случае используется принцип поперечно- винтовой прокатки. Благодаря такому расположению валков заготовка 2 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 5, устанавливаемой на пути движения заго­товки.

Последующую прокатку прошитой заготовки в трубу требуемых диаметра и толщины стенки проводят на раскатных станах. Например, при наиболее распро­страненном методе трубу прокатывают на короткой оправке 2 в так называемом ав­томатическом двухвалковом стане (рис. 3.13). Валки 1 образуют последовательно расположенные круглые калибры, зазор между закрепленной на длинном стержне оправкой 2 и ручьями валков определяет толщину стенки трубы. Для устранения неравномерности толщины стенки по се­чению и рисок после раскатки проводят обкатку труб в обкатных станах, рабочая клеть которых по конструкции аналогич­на клети прошивного стана. Затем для получения заданного диаметра трубы прокатывают в калибровочном много- клетьевом 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

ста, изготовляют метизные изделия (вин­ты, болты, шпильки), причем и резьбу получают на автоматах обработкой давле­нием - накаткой.

Штамповка на холодновысадочных автоматах высокопроизводительна: 20- 400 деталей в минуту (ббльшая произво­дительность для деталей меньших разме­ров). Штамповка на холодновысадочных автоматах характеризуется высоким ко­эффициентом использования металла. Средний коэффициент использования металла 95 % (только 5 % металла идет в отходы).

Холодная штамповка в открытых штампах заключается в придании заго­товке формы детали путем заполнения полости штампа металлом заготовки. Схема холодной штамповки аналогична схеме горячей объемной штамповки, по­казанной на рис. 3.28, а

Холодная объемная штамповка тре­бует значительных удельных сил вследст­вие высокого сопротивления металла де­формированию в условиях холодной де­формации и интенсивного упрочнения металла в процессе деформирования. Уп­рочнение сопровождается и уменьшением пластичности. Для уменьшения вредного влияния упрочнения и облегчения про­цесса деформирования при холодной штамповке оформление детали обычно расчленяют на переходы, между которы­ми заготовку подвергают рекристаплиза- ционному отжигу. Отжиг снижает удель­ные силы при штамповке последующих переходах и повышает пластичность ме­талла, что уменьшает опасность разруше­ния заготовки в процессе деформирования и увеличивает допустимую степень де­формации.

Каждый последующий переход осу­ществляют в специальном штампе, хотя иногда несколько переходов выполняют в одном штампе, В последнем случае между переходами обрезают облой для умень­шения силы деформирования и повыше­ния точности размеров штампованных деталей. Холодную объемную штамповку обычно осуществляют в открытых штам­пах, так как при этом удельные силы меньше, чем при штамповке в закрытых штампах (возможность вытекания метал­ла в облой облегчает деформирование). В закрытых штампах в условиях холодной деформации штампуют реже и главным образом из цветных металлов.

Холодной объемной штамповкой можно изготовлять пространственные детали сложных форм (сплошные и с от­верстиям и). Холодная объемная штампов­ка обеспечивает также получение деталей со сравнительно высокими точностью размеров и качеством поверхности. Это уменьшает объем обработки резанием или даже исключает ее, Так как штампуют обычно за один ход ползуна пресса, то холодная штамповка (даже при использо-

вании нескольких переходов со своими штампами) характеризуется большей про­изводительностью по сравнению с обра­боткой резанием. Однако, учитывая, что изготовление штампов трудоемко и доро­же изготовления инструмента, используе­мого при обработке резанием, холодную штамповку следует применять лишь при достаточно большой серийности произ­водства.

Рекомендации по конструированию деталей применительно к изготовлению их холодной штамповкой сходны с реко­мендациями, приведенными для ранее рассмотренной горячей объемной штам­повки. Отметим, что допустимые углы наклона и радиусы скруглений обычно меньше, чем углы наклона и радиусы скруглений при горячей штамповке.

В будущем ожидается расширение области применения холодной объемной штамповки путем снижения удельных сил и применения более стойких инструмен­тальных сталей для пуансонов и матриц.

5. Нагрев металлов при обработке давлением

Повышение температуры приводит к увеличению пластичности металла и снижению его сопротивления деформированию, что часто используют, применяя нагрев заготовок перед обработкой давлением.

Так как в равномерном температурном поле ско­рость роста зерен по всем направлениям одинакова, то новые зерна, появляющиеся взамен деформированных, имеют при­мерно одинаковые размеры по всем нап­равлениям.

Явление зарождения и роста новых равноосных зерен взамен деформирован­ных, вытянутых, происходящее при опре­деленных температурах, называется ре­кристаллизацией. Для чистых метал­лов рекристаллизация начинается при абсолютной температуре, равной 0,4 аб­солютной температуры плавления метал­ла. Рекристаллизация протекает с оп­ределенной скоростью, причем время, требуемое для рекристаллизации, тем меньше, чем выше температура нагрева деформированной заготовки.

При температурах ниже температуры начала рекристаллизации наблюдается явление, называемое возвратом. При возврате (отдыхе) форма и размеры де­формированных, вытянутых зерен не из­меняются, но частично снимаются оста­точные напряжения. Эти напряжения воз­никают из-за неоднородного нагрева или охлаждения (при литье и обработке дав­лением), неоднородности распределения деформаций при пластическом деформи­ровании и т.д. Остаточные напряжения создают системы взаимно уравновеши­вающихся сил и находятся в заготовке, не нагруженной внешними силами. Снятие остаточных напряжений при возврате почти не изменяет механические свойства металла, но влияет на некоторые его фи­зико-химические свойства. Так, в резуль­тате возврата значительно повышаются электрическая проводимость, сопротивле­ние коррозии холоднодеформированного металла.

Формоизменение заготовки при тем­пературе выше температуры рекристалли­зации сопровождается одновременным протеканием упрочнения и рекристалли­зации.

Горячей деформацией называют де­формацию, характеризующуюся таким соотношением скоростей деформирования и рекристаллизации, при котором рекри­сталлизация успевает произойти во всем объеме заготовки и микроструктура после обработки давлением оказывается равно­осной, без следов упрочнения (рис. 3.1, б).

Чтобы обеспечить условия протека­ния горячей деформации, приходится с увеличением ее скорости повышать тем­пературу нагрева заготовки (для увеличе­ния скорости рекристаллизации).