Реферат по курсу - Обработка металлов давлением - файл n1.doc

Реферат по курсу - Обработка металлов давлением
скачать (10397.5 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc10398kb.30.05.2012 00:40скачать

n1.doc



МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКАРАНЫ

ПРИАЗОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ

КАФЕДРА ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ

Контрольная работа

ПО КУРСУ: «ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ»

Мариуполь

2006
СОДЕРЖАНИЕ
1. Условие постоянного объема и главные деформации при обработке металлов давлением

1.1. Закон постоянства объема, характеристики и соотношение деформаций

1.2. Главные деформации, инварианты тензора деформации

2. Свободная ковка. Сортамент и область применения. Схема процесса, основное оборудование, инструмент. Сравнить процессы свободной ковки и объемной штамповки, отметить достоинства и недостатки того и другого способа ОМД.

2.1. Свободная ковка. Сущность и процесс технологии свободной ковки

2.2 Оборудование для свободной ковки

2.3. Горячая объемная штамповка

3. Холодная прокатка листовой стали. Сортамент. Станы для холодной прокатки листов. Описать технологический процесс и нарисовать схему холодной прокатки листов.

4. Наклеп и рекристаллизация при ОМД. Горячая и холодная деформации металлов

4.1. Наклеп

4.2. Первичная и собирательная рекристаллизация

Перечень ссылок


1. УСЛОВИЕ ПОСТОЯННОГО ОБЪЕМА И ГЛАВНЫЕ ДЕФОРМАЦИИ ПРИ ОБРАБОТКЕ МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ

    1. Закон постоянства объема, характеристики и соотношение деформаций


Пластическая деформация практически не влияет на плотность металла. Только при первичной обработке литого металла плотность заметно изменяется, так как литой металл всегда содержит газовые пузыри, усадочные раковины, рыхлость, поры и т. п. Например, при прокатке на блюминге слитков кипящей стали плотность ее возрастает с 6,9 до 7,85. Дальнейшая обработка давлением мало влияет на плотность. Поэтому обычно принимают допущение: в процессах обработки давлением объем деформируемого металла не изменяется.




Это положение называют законом (условием) постоянства объема. Закон связывает размеры деформируемого тела до и после деформации. Например, для параллелепипеда высотой h, шириной b и длиной l




Здесь нуль в индексе относится к размерам до деформации, а единица – к размерам после деформации. Равенство (1) можно выразить иначе:
Деформацию принято оценивать следующими величинами (коэффициентами). Абсолютные деформации:

h0 — h1 = h – обжатие;

b1 – b0 = b – уширение;

l1 – l0 = l - удлинение.

Относительные деформации ():

и - относительное обжатие или относительная высотная деформация;

и - относительное уширение или относительная поперечная деформация;

и - относительное удлинение или относительная продольная деформация.

При анализе процессов обработки металлов давлением часто используется коэффициент, определяющий изменение длины обрабатываемого изделия:  = .

Этот коэффициент называют вытяжкой (коэффициентом вытяжки). Согласно закону постоянства объема вытяжку рассчитывают, как  = , где F0 и F1 – площади поперечного сечения тела до и после деформации.

Относительные величины , и т. д. характеризуют степень деформации, однако эта оценка является условной, так как зависит от того, к начальному или конечному размеру тела относится абсолютная величина деформации. Для точной оценки относительной деформации (степени деформации) необходимо рассматривать бесконечно малую деформацию в данный момент времени.




Пусть тело, длина которого в данный момент времени деформации равна l, удлиняется за время dt на величину dl. Тогда относи­тельная деформация в данный момент равна . Следовательно, относительная деформация ех тела при изменении его длины от l0 до l1:


Величины ех, еy, еz называют интегральной или логарифмической деформацией. Из выражений (1.2) и (1.3) следует:
ех + еy + еz = 0.
Рассмотрим, например, процесс осадки. Высота тела после деформации уменьшается, а его размеры по двум другим взаимно перпендикулярным осям увеличиваются. Следовательно, величина еz – отрицательная, а значения еx, еy – положительные. Из уравнения (1.4) видно, что всегда одна из интегральных деформаций имеет знак, противоположный знаку двух других степеней деформации и равна их сумме.

Остановимся на понятии смещенного объема. Пусть в данный момент деформации параллелепипед имеет размеры h, b, l, площадь поперечного сечения F и обжимается по высоте на величину dh (рисунок 1.1). Смещенный объем в данный момент по оси z равен dVСМz = F dh.




Рисунок 1.1. К определению смещенного объема
Смещенный объем за время деформации по оси z: VСМz = .

Но F = , где V – объем тела.




Из выражений (1.3) и (1.5) видна связь между интегральными деформациями и смещенными объемами:




Тогда закон постоянства объемов можно сформулировать еще и в таком виде: сумма смещенных объемов по трем взаимно перпендикулярным осям равна нулю. Это следует из уравнений (1.4) и (1.6):

Объем, смещаемый в направлении уменьшения размера, считают отрицательным; объем, смещаемый в направлений увеличения размера, положительным. Иногда пользуются выражениями смещенного объема через относительные деформации. Например:


Выражения типа (1.7) являются, естественно, приближенными.

Важной характеристикой процесса деформации является скорость деформации.

Скорость деформации – изменение степени деформации в единицу времени:


где W – скорость деформации, сек -1 или ;

 — степень деформации в долях единицы или %;

t — время, сек.
Скорость деформации следует отличать от скорости движения деформирующего инструмента и скорости течения (смещения) металла при деформации. Для существующих в промышленности процессов обработки металлов давлением характерен диапазон скоростей деформации 10-1 — 103, сек-1.


    1. Главные деформации, инварианты тензора деформации


В любой точке деформируемого тела можно обнаружить такие три взаимно перпендикулярные оси, в системе которых отсутствуют угловые деформации и имеются изменения лишь продольных размеров. По аналогии с напряженным состоянием эти оси называются главными осями деформированного состояния, а относительные удлинения вдоль этих осей называются главными и обозначаются 1, 2, 3.

Тензор деформации в главных осях имеет только диагональные чле­ны:







Главные деформации могут быть определены при решении кубического уравнения

где I, I, I - инварианты тензора деформации, равные:

Главные удлинения обычно

Вполне естественно, что в изотропном упрочняющемся материале (с известным приближением и в металлах) должно иметь место совпадение направления главных напряжений и главных деформаций, ибо в этих условиях отсутствуют причины, при которых симметричная система одних только нормальных напряжений вызывала бы появление несимметричной деформации.

Если в главных направлениях отсутствуют деформации сдвига, то в плоскостях, проходящих через одно из главных направлений и делящих пополам прямой угол между двумя другими направлениями, относительные сдвиги принимают экстремальные значения. Они связаны с главными деформациями растяжения следующими соотношениями:

Не требуется специального доказательства того, что максимальная величина сдвига будет определяться разностью максимального и минимального относительных удлинений, т. е.


2. СВОБОДНАЯ КОВКА. СОРТАМЕНТ И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ. СХЕМА ПРОЦЕССА, ОСНОВНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ, ИНСТРУМЕНТ. СРАВНИТЬ ПРОЦЕССЫ СВОБОДНОЙ КОВКИ И ОБЪЕМНОЙ ШТАМПОВКИ, ОТМЕТИТЬ ДОСТОИНСТВА И НЕДОСТАТКИ ТОГО И ДРУГОГО СПОСОБА ОМД.

2.1. Свободная ковка. Сущность и процесс технологии свободной ковки
При свободной ковке горячий металл постепенно пластически деформируется ударами бойка молота или под нажимами бойка пресса и принимает форму заданной поковки. В процессе ковки металл неограниченно течет во все стороны в пространстве между бойками. Куют металл литой и катаный. В литом металле при ковке дендритная структура преобразуется в волокнистую, а в катаном уже существующая волокнистая структура может несколько улучшаться. Благодаря этому ковка обеспечивает повышение механических свойств металла. Изменение структуры и свойств металла при ковке зависят от его исходных свойств и структуры, от термического режима ковки и от степени его обжатия (уковки).

Коэффициент уковки  определяют по формуле


где F1 – большая,

F2 – меньшая площадь сечения поковки соответственно до ковки и после нее.
Но при осадке F1 – площадь после ковки (большая), а до F2 – ковки (меньшая). При протяжке, наоборот, F1 – площадь сечения до ковки (большая), а F2 – после ковки (меньшая). Величину коэффициента уковки при ковке ответственных поковок принимают равной 3—5, а иногда и больше.

Допускаемые максимальная и минимальная температуры ковки для каждого металла (для стали каждой марки) строго регламен­тированы, а степень деформации при ковке не должна быть близка к критической.

Свободной ковкой изготовляют небольшие партии поковок или единичные поковки различных форм и размеров (рисунок 2.1, а) весом от нескольких сот граммов до 350 т (3,5 Мн), а иногда и более.

Различают ручную и машинную ковку. Ручную ковку приме­няют относительно редко для изготовления небольших поковок в отдельных ремонтных мастерских. Во всех остальных случаях пользуются машинной ковкой.

Вручную куют поковки на наковальнях весом 150 кг (1500 н) и более (рисунок 2.2). При этом поковку держат клещами на наковальне 1 и ручником 2 указывают, куда следует наносить удары кувалдой 3 весом 10—20 кг (100—200 н).





Рисунок 2.1. Поковки, изготовленные свободной ковкой а, и построение чертежа поковок б




Рисунок 2.2. Инструмент для ручной ковки

При ручной ковке применяют подкладной инструмент (рисунок 2.2): пробойники-бородки 4 – для пробивки отверстий, зубила 5 – для разрубки металла, гладилки 6 – для выравнивания плоских поверхностей, обжимки 7 – для обработки цилиндрических поверхностей и др.

Машинную ковку выполняют на ковочных молотах и прессах. Ее применяют, если изготовление поковок более совершенным методом – штамповкой – экономически невыгодно или технически неприемлемо, например когда количество поковок невелико или их вес и размеры весьма значительны.

При машинной ковке заготовку кладут на нижний неподвижный боек молота или пресса и деформируют ее верхним подвижным бойком непосредственно, или с применением подкладного инструмента и простейших приспособлении. Бойки могут быть плоскими или фасонными (рисунок 2.3, а). Подкладным инструментом служат: обжимки (рисунок 2.3, б) – для отделки цилиндрических и граненых поверхностей, пережимки (рисунок 2.3, е) – для образования различных углублений, раскатки г – для местной вытяжки и создания мелких углублений, топоры д – для рубки металла, прошивки е – для пробивки и калибровки отверстий и т. п. Для перемещения, поддерживания и перевертывания поковок применяют разные клещи ж.

Узкие углубления, пазы, канавки, отверстия малых диаметров и т. п. при ковке получить трудно или невозможно. Поэтому их обычно не делают, а оставляют в соответствующих местах поковок излишки металла – напуски (см. рисунок 2.1).

Размеры поковок по сравнению с размерами готовых деталей увеличивают на величину припусков (см. рисунок 2.1), срезаемых затем обработкой резанием. Величины припусков устанавливают такими, чтобы после удаления поверхностного слоя металла, поврежденного при ковке, обеспечить необходимую точность, чистоту и качество поверхностей изготовляемой детали.

Основные операции свободной ковки:

Осадка (рисунок 2.3, з) – увеличение площади поперечного сечения заготовки за счет уменьшения ее высоты. Осадку выполняют ударами молота по торцу заготовки и применяют при ковке дисков, поковок для шестерен и т. п. Во избежание изгиба длину осаживаемой заготовки принимают примерно не более 2,5 ее диаметра. Осадку части заготовки называют высадкой (рисунок 2.3, и). Высаживать можно головки болтов и т. п.

Протяжка (рисунок 2.3, к) – увеличение длины заготовки за счет уменьшения площади ее поперечного сечения. Протяжку осу­ществляют последовательным обжатием заготовки с постепенной подачей ее вдоль оси и поворотом вокруг этой же оси на 90° после каждого обжатия. Протяжку применяют при ковке длинных по­ковок.

Расплющивание (рисунок 2.3, л) – увеличение ширины сечения заготовки за счет уменьшении я его высоты при горизонтальном положении заготовки на нижнем бойке молота. Расплющивание применяют для получения из круглых заготовок поковок вида пластин и т. п.


Рисунок 2.3. Инструмент, приемы и технологии свободной ковки
Раскатка (рисунок 2.3, м) – увеличение диаметра кольцевой заготовки за счет уменьшения толщины ее стенок. Раскатку осуществляют обжатием кольца на оправке при непрерывном его поворачивании.

Гибку (рисунок 2.3, н) выполняют в подкладном штампе с применением подкладной раскатки или, зажав заготовку между бойками молота, изгибают ее ударами кувалды.

Рубку (рисунок 2.3, о) обычно осуществляют в два приема. Сначала заготовку надрубают топором, а затем, перевернув на 180°, квадратом отсекают надрубленную часть.

Прошивку (рисунок 2.3, п) выполняют в три приема. Сначала ударами молота глубоко вгоняют в поковку прошивень. Затем поковку с прошивнем перевертывают, кладут на подкладное кольцо и легким ударом удаляют прошивень из отверстия. Это глухое отверстие называют наметкой, а оставшийся слой металла – пленкой. Затем прошивнем удаляют и оставшийся слой металла – пленку. Образующийся при этом отход металла называют выдрой.

Передача (рисунок 2.3, р) – смещение одной части заготовки относительно другой. При передаче заготовку сначала надрубают, а затем, пользуясь подкладками, смещают одну ее часть относи­тельно другой.

Кроме рассмотренных, при ковке применяют и некоторые иные операции.

Материалом для мелких и небольших поковок служит прокат круглого или прямоугольного сечения. Крупные поковки весом в несколько сот кг (несколько кн) куют из специальных катаных кузнечных заготовок. Наиболее тяжелые поковки куют из стальных слитков.

Вес заготовки для средней поковки определяют, суммируя веса: обработанной детали, припусков, напусков, технологических отходов (выдра и т. д.) и угара металла (от 1,5 до 3,0%). Если поковку изготовляют главным образом осадкой (диски, поковки для шестерен и т. п.), то заготовку можно выбрать цилиндрической. По весу определяют ее объем, а затем вычисляют диаметр и Длину, полагая, что соотношение диаметра к длине должно быть примерно 1:2,5.

Для поковок с длинной осью, изготовляемых главным образом протяжкой, заготовку также можно выбрать цилиндрической. Диаметр такой заготовки упрощенно определяют, полагая, что максимальная площадь сечения поковки с припусками и напусками равновелика площади сечения заготовки. Зная диаметр и объем заготовки, определяют ее длину.

Технология изготовления средних поковок свободной ковки из круглого проката следующая: рубка проката на заготовки при диаметре примерно до 80 мм (для мягкой стали) на мощных прессножницах в холодном состоянии, а при большем диаметре – с подогревом на прессножницах или в горячем состоянии на молотах; нагрев заготовок до температуры ковки в камерной печи или в ином нагревательном устройстве; ковка в нескольких переходах и, если необходимо, термическая обработка для получения заданной структуры и свойств металла. Переходы ковки, например при ковке кольца из круглого проката, могут быть следующими (рисунок 2.3): осадка заготовки 1, обкатка по диаметру 2, прошивка отверстия 3, раскатка на оправке 4.

Молот, необходимый для ковки заданных поковок, выбирают по весу падающих частей G. Этот вес устанавливают в зависимости от материала поковки, ее веса и сложности формы (по справочным таблицам) или определяют ее расчетом. Наиболее просто величину G можно определить по формуле.


где Н – условная величина удельного сопротивления металла деформированию при температуре окончания процесса ковки, н/м2 (кГ/см2),

F – площадь проекции поковки на плоскость бойка в конце ковки, м2 (см2).

Если ковку выполняют на прессе, то необходимое усилие пресса выбирают примерно равным весу падающих частей молота в кн(т), умноженному на 1000.
2.2 Оборудование для свободной ковки
Мелкие поковки обычно куют на пневматических молотах, крупные – на паровоздушных ковочных молотах, а очень крупные и тяжелые на гидравлических прессах.

Пневматический молот (рисунок 2.4) имеет два цилиндра: компрессорный 1 и рабочий 2. Поршень компрессорного цилиндра 14 нагнетает воздух, приводящий в движение рабочий поршень 12, который одновременно служит и бабой молота. Возвратно-поступательное движение поршня компрессорного цилиндра осуществляется кривошипно-шатунным механизмом 13, связанным с электродвигателем 10 через редуктор 11.

Оба цилиндра молота соединены воздушными каналами так, чтобы сжатый воздух поступал в рабочий цилиндр попеременно снизу и сверху, заставляя бабу молота двигаться вверх или вниз.

Управление молотом осуществляется воздушными кранами 3, установленными в каналах, соединяющих цилиндры 4. Краны открываются и закрываются с помощью ножной педали 9 или рукояткой. Крановое воздухораспределение обеспечивает работу молота единичным и или несколькими ударами, автоматически следующими один за другим, а также позволяет удерживать бабу на весу, прижимать поковку к нижнему бойку, удерживать бабу неподвижно в верхнем положении при работающем компрессоре.

Верхний боек 5 молота хвостовиком формы ласточкина хвоста и клином прикрепляется к бабе молота, а нижний 6 – к подушке 7, устанавливаемой на массивном металлическом основании – шаботе 8. Шабот со станиной молота не связан.

Пневматические молоты изготовляют с весом падающих частей (суммарный вес поршня-бабы и верхнего бойка) от 50 кг (0,5 кн) до 1 т (10 кн), а иногда и более. Вес шабота должен быть в 15 – 20 раз больше веса падающих частей молота. Число ударов молота в минуту может достигать 250.

Паровоздушные молоты приводятся в действие паром или сжатым воздухом. Их подразделяют на молоты простого и двойного действия. У молотов простого действия пар или воздух применяют только для подъема бабы, у молотов двойного действия – как для подъема бабы, так и для дополнительного надавливания на поршень при движении бабы вниз. Это дает возможность существенно увеличивать энергию удара молота.

У двухстоечного ковочного паровоздушного молота двойного действия (рисунок 2.5) поршень 1 связан штоком 2 с; бабой 3, к которой прикреплен верхний боек 4. Нижний боек 5 установлен на подушке 6, прикрепленной к шаботу 7.





Рисунок 2.4. Пневматический молот и схема его работы




Рисунок 2.5. Двухстоечный ковочный, паровоздушный молот двойного действия арочного типа

Пар через золотник 10 поступает попеременно в верхнее или нижнее рабочее пространство цилиндра 9. Управление золотником 10 осуществляется рукояткой 8, которой манипулирует машинист молота по команде кузнеца. Стойки молота и шабот устанавливают на отдельных фундаментах.

Такие молоты, как и пневматические, могут работать единичными удара­ми, повторять удары автоматически, зажимать поковку между бойками, удерживать бабу в верхнем положении.

Для удобства работы кузнеца направляющие бабы двухстоечного молота для свободной ковки сделаны короткими и между бойками и ниж­ними частями стоек 11 оставлено достаточное пространство.

Изготовляемые паровоздушные ковочные молоты могут иметь вес падающих частей (поршня, штока, бабы, верхнего бойка) от 0,5 т (5 кн) до 5 т (50 /да), а реже и более. Пар или сжатый воздух, подаваемый в молот, имеет давление 6 – 8 кГ/см2 (600 – 800 км/м2).

Большую часть энергии удара молота воспринимает шабот. Поэтому вес шабота превышает вес падающих частей молота в 15 – 20 раз. Шабот молота устанавливают на массивном и глубоком железобетонном фундаменте. Вес фундамента молота превышает вес его падающих частей примерно в 100 раз. Устройство таких фундаментов очень трудоемко, сложно и дорого.

Несмотря на применение тяжелых шаботов и устройство массивных фундаментов, удары кузнечных молотов вызывают значительные сотрясения грунта, которые вредно влияют на работающих, на состояние зданий и сооружений, нарушают точность работы других машин, приборов и т. д. Это один из основных недостатков работы кузнечных молотов.

Для устранения этого недостатка шаботы кузнечных молотов теперь устанавливают на фундаментах с подпружиниванием. Часть такого фундамента, поддерживающая шабот, подвешивается или устанавливается на специальном пружинном устройстве. Будучи достаточно массивной и имея возможность несколько колебаться за счет подрессоривания пружин, она практически поглощает сотрясения, возникающие при работе молота.

Ковочный гидравлический пресс (рисунок 2.6, а) имеет рабочий (главный) цилиндр 1, установленный в верхней (неподвижной) поперечине 3, называемой иначе архитравом. Эта поперечина соединена колоннами 5 с нижней поперечиной 6 пресса, установленной на фундаменте. Рабочий (главный) плунжер 2 пресса соединен с подвижной поперечиной (траверсой) 4, которая может двигаться по колоннам. На подвижной и нижней поперечинах соответственно установлены нижний и верхний бойки пресса 11 и 12.

Рабочее движение подвижной поперечины 4 осуществляется под нажимом главного плунжера 2, а обратное движение благодаря действию подъемных цилиндров 8 с возвратными плунжерами 7, связанными с поперечиной тягами 9 и 10.

Мощные гидравлические прессы имеют несколько рабочих цилиндров.




Рисунок 2.6. Гидравлический ковочный пресс и схема
Гидравлический пресс обеспечивает: поддерживание подвижной траверсы на весу при установке или перемещении заготовки, холостой ход траверсы вниз под действием жидкости низкого давления – до соприкосновения верхнего бойка с заготовкой, рабочий ход (деформирование заготовки) при действии на плунжер жидкости высокого давления и обратный ход траверсы. Гидравлический пресс позволяет осуществлять максимальное давление на заготовку при любом положении бойка.

Гидравлические прессы работают без ударов и сотрясений. Их рабочие усилия не передаются на фундамент и воспринимаются ко­лоннами. Поэтому для них не нужен шабот и тяжелый фундамент.

Гидравлические прессы могут иметь индивидуальную насосную установку для подачи жидкости высокого давления или получать эту жидкость от насосно-аккумуляторной установки, обслуживаю­щей несколько прессов. При индивидуальном насосном устройстве рабочая жидкость — вода или эмульсия под давлением 200 – 400 кг/см2 (20 – 40 Мн/м2) и более поступает из насоса высокого дав­ления 1 (рисунок 2.6, б) через аккумулятор 2 в рабочий цилиндр 3 пресса 4. Во время пауз в работе пресса 4 рабочая жидкость, по­ступающая из насоса, накапливается в аккумуляторе и затем может расходоваться в количествах больших, чем подает насос. Управление работой пресса осуществляется при помощи распреде­лительного устройства 5.

Номинальное усилие ковочных гидравлических прессов может равняться от 300 – 600 т (3 – 6 Мн) до 35 тыс. т (350 Мн) и более.

Современные гидравлические ковочные прессы оснащаются выдвижным столом с нижним бойком, что позволяет значительно легче вводить заготовку в рабочую зону пресса. Ковочные гидравлические прессы теперь оснащают устройствами для автомати­ческой ковки по заданной программе.

2.3. Горячая объемная штамповка
Под объемной штамповкой понимают процесс, при котором металл заготовки деформируется с изменением всех размеров заготовки, принимая форму рабочей поверхности специального инструмента – штампа. Горячую штамповку ведут в интервале температур, обеспечивающих снятие упрочнения.

Преимущества объемной штамповки перед свободной ковкой – прежде всего в значительно более высокой производительности и точности размеров, а также в лучшем качестве поверхности изделий. При этом резко сокращается дальнейшая чистовая обработка резанием. Штамповкой получают детали исключительно сложной формы. Однако необходимо учитывать, что штамп го­ден только для изготовления той поковки, для которой он спроектирован, в отличие от универсального инструмента свободной ковки.

Штампы представляют собой массивные толстостенные детали, в которых выполнены рабочие полости – гравюры, формообразующие поковку. Штамп состоит минимум из двух частей – половин. Поверхность совпадения частей штампа называют по­верхностью разъема. Штамп, состоящий из нескольких частей, каждая из которых имеет часть общей гравюры, называют многоразъемным.

Различают открытые и закрытые штампы. В простейшем случае открытый штамп (рисунок 2.7, а) для цилиндрической детали имеет гравюру в одной половине, а вторая половина является плоским бойком. Если объем заготовки в точности равен объему полости гравюры (поковки), то заполнение гравюры будет идеальным (см. рисунок 2.7, б, в). Однако практически трудно получить заготовку точного объема, поэтому ее выполняют не­сколько большей, чтобы гарантировать заполнение гравюры, как показано на рисунок 2.7, г-е. Избыток металла вытекает в разъем штампа в виде облоя (заусенца). Такую штамповку называют облойной, а штамп – облойным. Облой является отходом и подлежит удалению.

Поковка, упруго разжимая штамп в момент штамповки, сильно охватывается им после снятия нагрузки. Чтобы легче извлечь поковку из штампа его стенки делают наклонными к разъему. Штамповочный уклон а остается в виде напуска на теле поковки.

Закрытые штампы отличаются тем, что гравюра выполняется в одной из половин штампа, а вторая половина входит в первую, запирая ее. В таком штампе весь объем металла заготовки остается в поковке. Выход для облоя не предусмотрен. Штамп и штамповку называют безоблойными. Штампы подвергают чрезвычайно высоким нагрузкам – механическим и тепловым. При штамповке стали удельные усилия на поверхности гравюры достигают 1 Гн/м* (100 кГ/мм*), а темпера­тура на контакте с поковкой составляет 700—800° С. Поэтому штампы изготовляют из закаленной- и отпущенной штамповой стали, легированной хромом, никелем, вольфрамом, молибденом, ванадием и т. п. Стойкость горячих штампов невелика – 3000 – 10000 шт. поковок. Учитывая высокую стоимость штампа,


Рисунок 2.7. Штамповка в открытых (I) и в (II) штампах:
следует отметить, что горячая штамповка выгодна только для достаточно больших партий деталей (тысяч и десятков тысяч штук);

Штамповку производят на различных машинах: штамповочных молотах, кривошипных горячештамповочных прессах, гидравлических и фрикционных прессах, горизонтально-ковочных и горизонтально-гибочных машинах, ковочных вальцах и др.

Из штамповочных молотов наибольшее применение получили паровоздушные молоты двойного действия и приводные фрикцион­ные молоты простого действия.

Паровоздушные штамповочные молоты имеют аналогичный ковочным молотам принцип действия. Они отличаются от ковочных молотов наличием двухстоечной станины непосредственно на шаботе, а также усиленными регулируемыми направляющими для движения бабы, что обеспечивает необходимую точность соударения штампов. Масса падающих частей паровоздушных штамповочных молотов обычно не превышает 20 – 30 т. Молоты – относительно дешевое оборудование.

Приводные фрикционные молоты имеют ряд конструктивных разновидностей. Наибольшее распространение получили фрикционные молоты с доской, имеющие массу I падающих частей до 5 т. Схема фрикционного молота показана на рисунок 2.8. Баба 1 прикреплена к деревянной доске 2. Верхняя часть доски входит в зазор между двумя чугунными роликами 3, которые получают вращение от электродвигателя через какую-либо передачу. Ось одного ролика закреплена неподвижно, а ось другого ролика с помощью специального механизма получает возвратно-поступательное движение. Таким образом, подвижный ролик может прижимать доску к ролику с неподвижной осью. Ролики зажимают доску с силой, достаточной для возникновения силы трения, большей, чем масса падающих частей. Поэтому при сведенных роликах доска вместе с бабой перемещаются вверх. Ролики разводятся при подходе доски к крайнему верхнему положению, после чего падающие части ее перемещаются по инерции до крайнего верхнего положения, затем движутся вниз. Молот имеет тормозной механизм с двумя колодками 4, которым штамповщик управляет с помощью педали 5. Когда педаль отпущена, колодки 4 заклинивают доску и баба может удерживаться на весу. При непрерывно нажатой педали молот автоматически наносит удары через равные промежутки времени.

Фрикционные молоты имеют более низкую производительность, чем паровоздушные. Их конструкция, кроме того, не позволяет регулировать энергию удара в процессе штамповки, что очень важно, если поковка сложной формы. Поэтому фрикционные молоты получили меньшее распространение, чем паровоздушные.

Как правило, молотовые штампы делают монолитными с одной поверхностью разъема и без выталкивателей. Обе поло­вины штампа закреплены в подушке и бабе забивными клиньями. Обычная штам­повка на молоте – облойная ввиду отсутствия выталкивателей и ведется за несколько ударов.

Когда поковка несложной формы, ее штампуют сразу из проката (квадрат, круг, полоса). Для поковок сложной формы исходную заготовку изготовляют специально, чтобы получить максимальное подобие конфигурации заготовки и поковки. Эти операции производят свободной ковкой или штамповкой. Часто применяют многоручьевые штампы, имеющие несколько полостей (ручьев) для последовательной деформации заготовки. Технология штамповки может предусматривать последовательное использование ряда штампов, установленных на нескольких молотах или нескольких различных машинах: молотах и прессах, молотах и ковочных вальцах и т. д. В многоручьевых штампах, применяемых для получения заготовки, встречаются следующие основные виды ручьев: штамповочные, заготовительные и отрубной (нож).

Штамповочные ручьи бывают окончательными (чистовыми) и предварительными (черновыми).

Заготовительные ручьи предназначены для перераспределения массы заготовки по гланым осям поковки согласно распределению массы в поковке. К ним относятся формовочный, пережимной, подкатной, протяжной, гибочный ручьи.

Окончательный ручей, обязательный для любого штампа, предназначен для штамповки уже готовой поковки (с облоем).

Деформация в нем невелика, что позволяет повысить точность размеров поковки. Остальные ручьи применяют в различных сочетаниях в зависимости от формы поковки.

Предварительный ручей применяют при штамповке поковок сложной формы для уменьшения износа окончательного ручья. Основная деформация, необходимая для получения конечной формы поковки, происходит в




Рисунок 2.8. Схема фрикционного штамповочного молота с доской


Рисунок 2.9. Многоручьевой штамп для штамповки поковки шатуна

предварительном ручье, повторяющем по форме окончательный ручей, но с большими радиусами закруглений и без канавки для заусенца.

В формовочном ручье заготовке придается форма, приближающаяся к форме поковки в плоскости разъема штампов. При этом площадь поперечного сечения заготовки изменяется незначительно.

Пережимной ручей предназначен для уширения заготовки без ее заметного удлинения. В формовочный и пережимной ручьи заготовка поступает чаще без предварительной обработки, реже – после протяжного ручья. После обработки в формовочном и пережимном ручьях заготовка попадает в штамповочный ручей (предварительный или окончательный).

Подкатной ручей позволяет перераспределять объем металла вдоль оси заготовки в соответствии с формой поковки, т. е. увеличивать одни поперечные сечения за счет уменьшения других. Заготовка поступает в подкатной ручей либо без предварительной обработки, либо из протяжного ручья. После каждого удара в подкатном ручье заготовку кантуют. После подкатного ручья заготовка попадает чаще всего в штамповочный ручей, реже – в гибочный или формовочный.

В протяжном ручье площади поперечных сечений отдельных участков заготовки уменьшаются за счет протяжки. В этом ручье обычно производится первая штамповка, после чего заготовка передается в любой другой ручей.

Гибочный ручей придает заготовке форму, соответствующую форме поковки в плоскости разъема штампов, путем гиба. Гибочный ручей может применяться в любой последовательности среди заготовительных ручьев.

Отрубной ручей применяется тогда, когда поковка штампуется от прутка, т. е. одна заготовка (пруток) служит для последовательной штамповки нескольких поковок. В этом случае готовую поковку отрубают от прутка на отрубном ноже.

Многочисленный класс кузнечных машин составляют кривошипные горячештамповочные прессы (КГШП). Рабочей частью таких прессов служит ползун, совершающий возвратно-поступательное движение (вниз и вверх) при полном повороте кривошипного вала. Электродвигатель 1 передает вращение промежуточному валу 3 через клиноременную передачу 2 Зубчатая передача 4 – 5 служит для передачи вращения от промежуточного вала 3 кривошипному валу 6. Фрикционная дисковая муфта 7 с пневматическим зажимом служит для сцепления зубчатого колеса 5 с кривошипным валом 6. Тормоз 8 останавливает кривошипный вал 6 после выключения муфты 7. Ползун 9, связанный с валом 6, с помощью шатуна 10 передает усилие деформации.

Кривошипные горячештамповочные прессы с усилием 2 – 100 Мн (200 - 10 000 Т), позволяющим производить штамповку в открытых штампах, выдавливанием, прошивкой и др., имеют выталкиватели, с помощью которых поковка автоматически извлекается из штампов. В этом основное преимущество перед молотами. Кроме того, штамповочные уклоны на поковках с прессов в несколько раз меньше, припуски также меньше, поковки легче. Значительно увеличивается точность поковки, особенно по ее высоте в связи с тем, что ползун имеет жесткий ход. Производительность кривошипного


Рисунок 2.10. Схема процесса штамповки на горизонтально-ковочной машине
пресса в 1,5 – 3 раза выше производительности молота, так как обработка в одном ручье штампа осуществляется за один ход ползуна, а на молоте – за несколько ударов.

Однако следует учитывать, что штамповка на кривошипном прессе имеет и недостатки. Заготовка должна поступать на пресс очищенной от окалины, а подкатку и протяжку на прессе вы­полнять трудно и неэффективно: эти операции приходится производить на другой кузнечной машине-молоте, ковочных вальцах и т.п.

Вследствие упругой деформации частей пресса в завершающий момент штамповки верхняя и нижняя половины штампа не соприкасаются и высота поковки увеличивается на величину упругой деформации. Это учитывается конструкцией и настройкой штампов. Особенно эффективна на КГШП штамповка выдавливанием металла по оси движения инструмента. Отсутствие ударных нагрузок позволяет делать штампы КГШП сборными из вставок, смонтированных в блоках штамподержателей.

Горизонтально-ковочные машины (ГКМ) – еще более сложное оборудование, чем КГШП, и имеют штампы, состоящие из трех частей: неподвижной матрицы, подвижной матрицы и пуансона с разъемом в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Подвижные части машины совершают движение в горизонтальной плоскости (рисунок 2.10). Неподвижная матрица 1 установлена.в неподвижной щеке 2, а подвижная матрица 3 – в подвижной щеке 4. Пуансон 5 закреплен на ползуне машины. Пруток 6 вставляют в матрицу 1 и фиксируют упором 7 (рисунок 2.10, а). Рабочий ход начинается с движения щеки 4 с матрицей 3 и ползуна с пуансоном 5. Матрица 3 прижимает пруток к матрице 1, упор 7 автоматически уходит в сторону (рисунок 2.10, б), после чего пуансон 5 начинает производить высадку части п рутка, выступающего за пределы зажимной части матриц. Ползун передвигается на величину хода пуансона до переднего крайнего положения. В это время металл заполняет формующую полость, находящуюся перед зажимной частью матриц (рисунок 2.10, в). Кроме размещения формующей полости в матрицах, как показано на рисунок 2.10, применяют и другой вариант: формующая полость может находиться в пуансоне или в матрицах и пуансоне. Завершающая стадия цикла – движение ползуна в исходное положение, раскрытие матриц и удаление отштампованной заготовки (рисунок 2.10, г).

На горизонтально-ковочной машине можно выполнять несколько последовательных штамповок в различных ручьях, оси которых расположены горизонтально одна над другой. Привод ползуна от кривошипно-шатунного механизма, с которым с помощью бокового ползуна и системы рычагов связана подвижная щека. Таким образом, движения ползуна и щеки имеют жесткую связь, т. е. каждому положению ползуна соответствует определен­ное положение подвижной щеки. Горизонтально-ковочные машины развивают усилие на ползуне до 30 Мн (3000 Т). Наиболее эффективно использовать горизонтально-ковочные машины для получения деталей, имеющих форму различных тел вращения. Основная операция, при которой достигается максимальная производительность машины (до 900 поковок/ч), - высадка или высадка с прошивкой. Весьма широко используют ГКМ для изготовления втулок и колец высадкой и прошивкой из прутка (рис. 144). Кольцо штампуется из длинного прутка, нагретого с одного конца. В первом переходе пруток 1 зажимается в матрице 2 и высаживается головка пуансоном 3. После раскрытия матрицы в ручье I пруток с высаженной головкой передается в ручей II, где прошивной пуансон 4 делает наметку под просечку. Переложив пруток в ручей III, просечным пуансоном выбивают пруток из головки, образуя кольцо без отходов.

Гидравлические штамповочные прессы по принципу действия не отличаются от ковочных, но имеют значительно большую мощность, что связано с большей энергоемкостью процесса штамповки. Современные гидравлические штамповочные прессы развивают усилие до 700 Мн (70 000 Т). Система привода – насос или насос с аккумулятором. Эти прессы специализированы в основном для штамповки в закрытых штампах; штамповки с прошивкой и в комбинации с другими операциями; штамповки в открытых штампах с образованием заусенца; протяжки прошивных заготовок через кольца или вращающиеся ролики.

Последняя операция является по существу проталкиванием не до конца прошитой заготовки с донышком, в которое упирается пуансон, через волоку. На гидравлических прессах можно штамповать поковки сложной формы в многоручьевых штампах, поэтому они играют важную роль в производстве сложных деталей из алюминиевых сплавов. Гидравлические прессы большой мощности используют для штамповки 'крупногабаритных поковок из стали, титана и легких сплавов размерами в несколько метров, массой до 1 т. Нагретые стальные заготовки перед штамповкой следует очищать от окалины, так как полученным поковкам предъявляются повышенные требования к качеству поверхности.

Ковка и штамповка являются широко распространенными способами получения фасонных штучных заготовок и деталей машин. Изделия, выполненные ковкой, называют поковками, изготовленные штамповкой – штампованными поковками или деталями. Ковкой и штамповкой можно получать изделия е высокими механическими свойствами при минимальном расходе металла.

Многообразие форм, размеров и материалов деталей машин определяют многообразие технологических процессов и видов оборудования кузнечно-штамповочного производства.

В качестве исходных заготовок для ковки и штамповки применяют слитки и прокат. В результате изменяется структура исходной заготовки: при ковке слитка возникает волокнистая макроструктура, при обработке деформированного полуфабриката исходные волокна изменяют направление и ориентируются по течению металла и форме изделия.

Поскольку волокнистая структура определяет анизотропию механических свойств изделия, рекомендуется учитывать направление волокон в заготовке. Волокна должны либо огибать контур детали, либо совпадать с направлением максимальных эксплуатационных напряжений в детали. Перерезать волокна при механической обработке поковок крайне нежелательно.
3. ХОЛОДНАЯ ПРОКАТКА ЛИСТОВОЙ СТАЛИ. СОРТАМЕНТ. СТАНЫ ДЛЯ ХОЛОДНОЙ ПРОКАТКИ ЛИСТОВ. ОПИСАТЬ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС И НАРИСОВАТЬ СХЕМУ ХОЛОДНОЙ ПРОКАТКИ ЛИСТОВ.
Холодной прокаткой получают в основном тонкие листы толщиной 2,5 мм и менее. Качество и свойства холоднодеформированных листов в значительной мере зависят от степени деформации, величина которой влияет на развитие наклепа и совершенство; текстуры деформации. Чем выше степень деформации (наклеп), тем лучше, в частности, механические свойства металла после рекристаллизации (термической обработки). Диаграммы наклепа и рекристаллизации (рисунок 3.1.) показывают: если процесс рекристаллизации начинается при большем наклепе (при большем значении ?в), то в результате рекристаллизации металл имеет большую прочность при заданном относительном удлинении или более высокую пластичность (большую величину ?) при заданном пределе прочности. В зависимости от толщины готовых холоднокатаных листов определяют толщину исходных горячекатаных листов (практически ?1,5 мм) для обеспечения необходимой степени деформации и получения требуемых свойств.

Холоднокатаную листовую сталь в основном прокатывают в рулонах на непрерывных станах, одноклетевых четырехвалковых реверсивных и многовалковых (12- и 20-валковых) станах. Наибольшее распространение получили непрерывные четырехклетевые станы (с четырехвалковыми клетями), на которых прокатывают – 90% холоднокатаного листа толщиной 0,5 – 2,0 мм, ши­риной 1500 – 2350 мм в рулонах массой 20 – 30 т. Исходной заготовкой служит горячекатаная полоса толщиной 2 - 6 мм. Скорость прокатки колеблется в зависимости от сортамента и требуемого качества листа в пределах 10 – 25 м/сек, производительность станов составляет 1 – 1,5 млн. т/год. Типовые размеры валков: длина бочки 1700 – 2500 мм, диаметр рабочих валков 500 – 600 мм, диаметр опорных валков 1600 мм.

На рисунке 3.2. показан общий вид непрерывного четырехклетевого стана 2500. Станины рабочих клетей – закрытого типа, опорные валки установлены в подшипниках жидкостного трения, а рабочие валки – в роликовых подшипниках. Каждый рабочий валок приводится от электродвигателя мощностью 1800 кет. Перед прокаткой рулон исходной полосы поступает в разматыватель, установленный перед первой клетью непрерывного стана. Разматыватели входят в состав агрегатов непрерывного травления, электролитической очистки, непрерывного отжига, лужения, разделки рулонов и др.

Роликовый проводковый стол 1 служит для направления и задачи переднего конца полосы рулона и для правки размотанной полосы. Для автоматического регулирования толщины полосы между клетями установлены ролики 3 для измерения натяжения полосы и летучие микрометры 2 (толщиномеры). Наматывание и натяжение полосы в процессе прокатки производится моталкой, установленной за последней клетью стана.




Рисунок 3.1. Диаграмма наклепа (1) и рекристаллизации (2)


Рисунок 3.2. Непрерывные четырехклетевой стан 2500 холодной прокатки






Отечественные четырехклетевые станы 1700 холодной прокатки, обслуживаемые непрерывными травильными агрегатами, находятся на уровне лучших образцов аналогичных агрегатов зарубежных стран. Однако уровень автоматизации и применения ЭВМ этих агрегатов недостаточен. Так, на заводе фирмы «United States Steel Co» (США) введен шестиклетевой полосовой стан 1320 холодной прокатки, управляемый электронно-вычислительной машиной. Время использования ЭВМ в управлении станом составляет 98% общего времени работы стана. Функции, выполняемые вычислительной машиной на рассматриваемом стане, как и функции большинства вычислительных машин, установленных на полосовых станах, сводятся к следующему: настройка стана, управление, сбор и обработка информации. Придается особое значение высокой точности вводимой в систему информации. К ней можно отнести данные о толщине листа на входе и выходе; ширине листа, твердости металла и т. д.

Рассмотренная система управления с применением ЭВМ представляет собой значительный шаг вперед в области разработки и внедрения систем комплексной автоматизации непрерывных тонколистовых станов холодной прокатки. Полученное в результате внедрения этой системы повышение производительности стана, увеличение выхода годного и улучшение качества готовой продукции полностью подтвердило запроектированные технико-экономические показатели, на основании которых было принято решение об установке на стане вычислительной машины.

Для прокатки жести толщиной 0,15 – 0,35 мм и шириной до 1000 мм применяют пяти-шестиклетевые станы с четырехвалковыми клетями, в которых суммарное обжатие составляет до 90%. Скорость прокатки в последней клети шестиклетевого стана достигает 40 м/сек. Конструкции рабочих клетей аналогичны рассмотренной конструкции клети непрерывного четырехклетевого стана. Производительность шестиклетевого стана – 700 тыс. т/год. Одноклетевые (реже двухклетевые) реверсивные станы (с четырехвалковыми клетями) используют в тех случаях, когда объем производства невелик и сортамент разнообразен по размерам и маркам стали. С обеих сторон рабочей клети станы имеют моталки, создающие постоянное натяжение полосы при прокатке. Натяжение снижает давление металла на валки и позволяет получать лист с меньшей разнотолщинностью. Практически без натяжения получить лист требуемого качества при заданных режимах обжатия невозможно. В основном прокатывают углеродистую и легированную тонколистовую сталь толщиной >0,5 мм, но иногда и небольшие партии жести, трансформаторной и нержавеющей стали толщиной менее 0,5 мм. Производительность реверсивных станов (с четырехвалковыми клетями) в 3 – 5 раз меньше непрерывных, но большая легкость настройки делает их предпочтительными для сортамента, разнообразного по размерам и маркам стали.

На рисуноке 3.3. показан общий вид реверсивного одноклетевого стана с четырехвалковой клетью 1700. Диаметр рабочих валков 500 мм, диаметр опорных валков 1400 мм, мощность привода 4000 кет, скорость прокатки 5 – 10 м/сек, производительность 25 – 4 0 т/ч. Стан предназначен для холодной прокатки листов толщиной 0,5 - 2,5 мм, шириной до 1550 мм. Рулон цепным



Рисунок 3.3. Реверсивный одноклетьевой стан кварто 1700 холодной прокатки



Рисунок 3.4. Схема двадцативалкового стана холодной прокатки:

1 – рабочие валки; 2 и 3 – промежуточные и опорные валки; 4 – изме­ритель толщины полосы; 5 и 7 – натяжные устройства; 5 – полоса; 8 – барабаны моталок.
транспортером 1 подается на приемный стол 2, по которому перекатывается на подъемный стол 3. Подъемный стол перемещается на катках вправо при помощи гидроцилиндра, устанавливается по оси разматывателя 4, поднимается до уровня оси головок разматывателя, после чего головки разматывателя зажимают рулон. Магнитный отгибатель 6 отгибает конец рулона, а его правильнотянущие ролики задают передний конец полосы в валки стана 6, минуя моталку на входе (левую). Полоса выходит из валков наибольшей скорости, благодаря чему возможна заправка Переднего конца в щель барабана правой моталки 7. После заправки правая моталка создает необходимое натяжение и прокатка начинается с установившейся скоростью. Первый проход заканчивается, когда задний конец рулона окажется на расстоянии 200 -300 мм перед входом в валки. Затем валки сближают на величину обжатия во втором проходе и реверсируют: непрокатанный конец полосы заправляется в левую моталку, и прокатка во втором проходе идет с передним и задним натяжением. Во время прокатки в следующих проходах концы рулона, зажатые в моталках, остаются непрокатанными и в дальнейшем их обрезают. После последнего (обязательно нечетного) прохода рулон сматывается на правой моталке 7, снимается снимателем 8 и передается к стеллажу.

Особо тонкую жесть толщиной 0,10 – 0,15 мм и лист из труднодеформируемых сталей (нержавеющей, кремнистой и др.) прокатывают на многовалковых станах из листовой заготовки, поступающей с четырехвалковых станов. На рисунок 3.4 показана схема двадцативалкового реверсивного стана отечественной конструкции с моталками. Стан имеет только одну станину массивный моноблок большой жесткости. Длина бочки всех валков 1200 мм. Два рабочих валка диаметром 55 мм и четыре промежуточных опорных валка диаметром 100 мм неприводные. Шесть промежуточных валков диаметром 175 мм опираются на восемь внешних опорных валков. Четыре валка из шести промежуточных диаметром 175 мм (крайние верхние и крайние нижние) приводятся от двух электродвигателей мощностью 1050 кет каждый через комбинированный редуктор – шестеренную клеть и четыре универсальных шпинделя. Каждая моталка имеет привод от двух двигателей мощностью 1000 кет каждый, что позволяет создавать натя­жение полосы до 250 кн (25 Т).

На стане прокатывают лист толщиной 0,1 – 0,5 мм, шириной до 1000 мм из заготовки толщиной 1 – 3,5 мм. Масса рулонов достигает до 15 т, скорость прокатки равна 3,5 – 7,6 м/сек, производительность – соответственно 10 – 20 т/ч.

Технология изготовления холоднокатаного листа включает следующие основные операции: травление горячекатаных рулонов, холодную прокатку, отделку и термическую обработку.

Для холодной прокатки листов используют горячекатаные листы в рулонах, поступающие с непрерывных станов горячей прокатки. Подготовка горячекатаного листа перед прокаткой начинается с травления для очистки поверхности от окалины. Для травления используют в основном раствор серной кислоты 20 – 22%-ной концентрации при 80 – 90° С. В растворе протекают следующие химические реакции:







Кроме этого, происходит взаимодействие кислоты с железом







Выделяющийся в результате реакции водород механически отделяет разрыхленные слои окалины. Поэтому только часть окалины растворяется в кислоте, остальная часть ее осаждается на дно травильной ванны в виде шлама. Скорость травления значительно возрастает с повышением температуры травильного раствора. По мере уменьшения концентрации кислоты в травильном растворе повышают температуру травильного раствора. При травлении кислота вступает в реакцию нетолько с железом в окалине, но и с основным металлом. Последнее приводит к увеличению расхода травильного раствора, а также к неравномерному травлению металла и насыщению его водородом вследствие диффузии. Для замедления реакции между травильным раствором и железом применяют специальные присадки, затрудняющие удаление водорода из травильного раствора и тем самым сдвигающие эту реакцию влево.

По современной технологии травление производят в непрерыв­ных агрегатах (рисунок 3.5.). Рулоны горячекатаного листа магнит­ным краном доставляют со склада на транспортер 1 и после кантовки на кантователе 2 передают на подъемный стол 3 разматывателя 4. Передний конец рулона отгибается отгибателем и задается в окалиноломатель 5 и тянущие ролики 6. В окалиноломателе полоса изгибается вокруг роликов небольшого диаметра, в результате чего часть окалины отваливается, а оставшаяся окалина растрескивается, что облегчает травление. В правильной машине 7 полоса правится, а на гильотинных ножницах 8обрезаются концы рулона. В стыкосварочной машине 9 конец предыдущего рулона сваривается с началом последующего, тем самым создается непрерывность процесса и увеличивается производительность станов холодной прокатки за счет увеличения массы рулона, поступающего на прокатку. Сварные швы зачищаются ножами гратоснимателя 10.

Некоторые стали (например, нержавеющие) не свариваются, а сшиваются внакладку на сшивной машине 11. Места сшивки не прокатывают, их приходится вырезать, что, естественно, уве­личивает потери металла. Для обеспечения непрерывности процесса травления при остановках, обусловленных технологией (сварка или сшивка концов двух полос) или связанных с другими непредвиденными задержками, имеются накопители полосы – петлевые ямы. На выходе из петлевой ямы № 1 полосу промывают горячей водой под давлением1 – 1,2 Мн/м2 (10 – 12 ат) из сопел 12 и тянущими роликами 13 задают в дрессировочную клеть 14. В дрессировочной клети полоса обжимается на 3 - 8% с натяжением между роликами 13 и 15, что способствует даль-




Рисунок 3.5. Схема непрерывного травильного агрегата
нейшему разрушению, окалины. Дрессировка устраняет изломы полосы, возникшие при разматывании рулона в окалиноломателе, и упрочняя металл, уменьшает склонность к образованию изломов при сматывании полосы в рулон после травления. Перед травлением полосу подогревают в индукционной установке 16. Для ускорения травления раствор в травльных ваннах тоже подогревают.

Индукционный регулятор 17 контролирует положение (прогиб) полосы в ваннах.

После кислотных ванн полоса промывается в ваннах с холодной и горячей водой, а также водой из сопел под давлением 1 – 1,2 Мн/м2 (10 – 12 ат) и, затем она поступает в сушильную камеру. Сушка производится горячим воздухом. В петлевую яму № 2 полоса подается из сушильной камеры тянущими роликами, а ролики 18 вытягивают полосу из ямы и направляют к гильотинным ножницам 19, на которых вырезают места сшивки. Боковые кромки полосы обрезают на дисковых ножницах 20, лента обрези разрезается на куски ножницами-кромкокрошителем 21 и падает выборную коробку. Для предотвращения коррозии полосу покрывают тонким слоем масла (1 – 2 мкм) в установке электростатического промасливания 22. Ножницы 23 разрезают полосу после окончания формирования рулона требуемой массы на моталке 24, и готовый рулон сталкивается на транспортер 25, передающий рулоны на склад стана холодной прокатки или в отделение горячекатаных рулонов. Скорость непрерывного движения полосы через травильные ванны составляет 3 – 5 м/сек.

В последнее время на заводах начали применять раствор соляной кислоты для травления в непрерывных агрегатах башенного типа, в связи со значительным удешевлением ее производства. Преимущества этого способа травления: меньшие продолжительность травления, потери металла, вероятность травильных дефектов (перетрава, водородной хрупкости), лучшее качество поверхности полосы. Однако большие трудности возникают при обеспечении герметизации травильной башни, чтобы не допустить проникновения паров соляной кислоты в атмосферу цеха, и при создании цикла регенерации кислоты.

Горячекатаные рулоны нержавеющей стали аустенитного и аустенитно-мартенситного классов перед травлением закаливают (нагрев до температуры 1050 – 1100° Си быстрое охлаждение в воде). Операцию закалки и последующего травления нержавеющей стали в современных цехах проводят в одном закалочно-травильном агрегате. В этом случае травильная линия по составу механизмов во многом аналогична рассмотренной. Перед линией установлена печь с закалочным устройство. Для травления нержавеющей стали применяют либо раствор серной кислоты с добавкой поваренной соли и натриевой селитры, либо используют щелочно-кислотное травление: лист обрабатывают в ванне с расплавом селитры (75 – 80% NаОН при 450 – 550° С), затем – в ванне с раствором серной кислоты и поваренной соли для удаления черного или коричневого налета с поверхности листа, представляющего собой окись никеля и железа. Для нержавеющей стали после травления предусмотрено удаление поверхностных дефектов (шлифовка) перед холодной прокаткой.

Холодной прокаткой получают углеродистую листовую сталь толщиной 0,5 – 2,5 мм, основным потребителем которой является автотракторная промышленность. Для этих целей используется качественная сталь марок 0,5кп – 50.

При холодной прокатке низкоуглеродистых сталей критическая степень деформации равна 5 – 20%. Поэтому предпочитают вести холодную прокатку с суммарным обжатием выше критических значений. Получение отожженной стали с оптимальными свойствами, гарантирующими высокую пластичность, достигается при 40 – 50%-ном обжатии. На четырехклетевых непрерывных станах, используемых в последнее время, возможно суммарное обжатие до 70 – 80%, что позволяет максимально снизить температуру и продолжительность отжига. Увеличение обжатия повышает также свойства отожженного листа (см. рисунок 3.1.) и улучшает качество поверхности.

Холодную прокатку углеродистой стали в основном ведут на непрерывных станах за один передел. Обжатие за проход зависит от большого числа факторов: твердости и прочности валков, химического состава прокатываемой стали, натяжения полосы в процессе прокатки, предшествующего наклепа, смазки и др. Практически обжатие за проход не превышает 45 – 50%, поскольку давление металла на валки при больших обжатиях вызывает значительные упругие деформации валков и клети, что приводит к раз-нотолщинности и волнистости полосы. Обычно обжатия за про­ход уменьшаются от первого прохода к последнему, так как удельное давление при прокатке увеличивается с увеличением наклепа и уменьшением толщины полосы. Наклеп является основным фактором, ограничивающим суммарное обжатие, которое также зависит от твердости валков, смазки, натяжения полосы при прокатке и других факторов.

Большое значение для получения холоднокатаного листа высокого качества имеет смазка валков и прокатываемой полосы. Смазка уменьшает коэффициент трения, а следовательно, удельное и полное давление металла на валки, благодаря чему уменьшаются прогиб и упругое сжатие валков, упругая деформация клети и деталей стана. Это позволяет прокатывать тонкую полосу с высоким качеством поверхности и большой точностью геометрических размеров. Прокатка со смазкой также уменьшает расход энергии и износ валков. Эффект применения смазки тем больше, чем больше обжатие и наклеп и чем меньше толщина прокатываемой полосы. Кроме хороших антифрикционных и противозадирных качеств, смазка должна легко удаляться с поверхности листа после прокатки.

В настоящее время в качестве смазок применяют различные минеральные и жирные масла растительного и животного происхождения с добавками жирных кислот, животные или растительные жиры с добавками химически активных присадок, эмульсии, с добавками животных или растительных жиров, эмульгируемые масла, синтетические смазки. Для смазки и охлаждения валков при прокатке листа из углеродистой стали наиболее часто используют эмульсию следующего состава: 5 – 7% эмульсола, 3% кальцинированной соды, 91 – 95% подогретой воды. Системы охлаждения и смазки работают по замкнутому циклу: эмульсия подается на стан насосными установками, а неиспользованная ее часть стекает в сборник, откуда эмульсия вновь направляется на стан.

4. НАКЛЕП И РЕКРИСТАЛЛИЗАЦИЯ ПРИ ОМД. ГОРЯЧАЯ И ХОЛОДНАЯ ДЕФОРМАЦИИ МЕТАЛЛОВ

4.1. Наклеп
Наклепом называется смещение материала вовремя холодной пластической деформации. Наклеп повышает твердость и прочность металла и снижает пластичность. Смещение металла можно объяснить увеличением числа дефектов кристаллического строения (дислокаций, вакансий), вокруг которых существуют упругие дефекты кристалла. В результате сопротивление повышения дислокаций значительно увеличивается. Чем больше деформация, тем сильнее изменяется свойства наклепа металла. Обычно, металлы с ГЦК решеткой наклепываются сильнее, чем металлы с ОЦК решеткой. нередко наклеп используют как самостоятельный способ обработки для укрепления продукции.

В наклепанном металле аккумулируется 5…10% от общего количества энергии, которая была потрачена на деформацию. Скопленная в металле потенциальная энергия сосредотачивается вокруг дефектов в виде энергии упругой деформации. Наклепанный металл энергетически нестабилен. Поэтому любая внешняя активность и в первую очередь тепловая, становится причиной его перехода в стабильное состояние. Этому способствуют диффузные процессы, которые усиливаются с повышением температуры.
4.2. Первичная и собирательная рекристаллизация

Рекристаллизация. Нагрев наклепанного материала до определенной температуры Трек (для железа около 600 °С) сопровождается резким изменением микроструктуры и свойств (рисунок 4.3 и 4.1). Микроструктура (рисунок 4.3, б) состоит частично из мелких зерен, которые образовались по границам ранее вытянутых кристаллов, а также из уже успевших вырасти зерен. Рекристаллизацией называется образование и рост новых равноосных зерен из деформированных кристаллов.

Нагрев при Трек приводит к резкому снижению предела прочности Ов при одновременном возрастании пластичности б (см. рисунок 4.1).

Образование зародышей рекристаллизации и связанное с этим резкое изменение свойств характеризуют первичную рекристаллизацию, или рекристаллизацию обработки.

Температура (точнее, некоторый интервал температур, при котором происходит процесс рекристаллизации) называется температурой рекристаллизации. По А.А. Бочвару, для технически чистых металлов Трек ~ 0,4 ТПЛ, где Грек и Тад – абсолютные температуры рекристаллизации и плавления соответственно. Теоретическая температура рекристаллизации железа составляет 600 °С; для ускорения процесса рекристаллизации железа на практике используется более высокая температура.

Увеличение времени выдержки при температуре рекристаллизации или дальнейшее повышение температуры нагрева приводит к росту центров рекристаллизации. На этот процесс большое влияние оказывают процессы само-







Рисунок 4.1. Зависимость предела прочности ?в и относительного удлинения ? от температуры нагрева наклепанного железа




Рисунок 4.2.Схема полигонизации: а – хаотическое расположение краевых дислокаций в деформированном кристалле; б – дислокационные стенки после полигонизации

Рисунок 4.3. Изменение микроструктуры наклепанного железа после обжатия на 90% от температуры нагрева (длительность выдержки во всех случаях 1ч):

а – Т = 600 °С; б ~~ Т = 650 °С; в — Т = 800 °С (Schuman)

диффузии атомов, и поэтому процессы роста зерен при рекристаллизации имеют много общего с ростом зерен при полиморфном превращении.

Собирательная рекристаллизация. Как видно из рисунок 4.3, в, повышение температуры нагрева сопровождается укрупнением зерен при одновременном уменьшении их количества. Этот процесс называется собирательной рекристаллизацией, которая наступает, когда выросшие центры рекристаллизации приходят во взаимное соприкосновение.

При этом происходит рост одних новых зерен за счет других (тоже новых). Причиной собирательной рекристаллизации является стремление системы к уменьшению свободной энергии (термодинамического потенциала), что достигается растворением мелких зерен и переходом их атомов к крупным зернам. Благодаря этому снижается поверхностная и общая энергия системы за счет уменьшения относительной протяженности границ зерен,

Процесс собирательной рекристаллизации происходит путем миграции границы растущих кристаллов. В гетерофазных системах на интенсивность этого процесса большое влияние оказывают дисперсные частицы, которые тормозят миграцию границ тем больше, чем больше их объемная доля в металле и чем меньше их размер.
ПЕРЕЧЕНЬ ССЕЛОК


  1. Мозберг Р.К. Материаловедение: Учебное пособие для студентов технических вузов. – 2-е изд., перераб. / Р.К. Мозберг. – М.: Высшая школа, 1991.

  2. Попович В. Технология конструкционных материалов и материалознавство: Учебное пособие для студ. мех. и техн. специальност. высших учебн. Заведений. – 1 изд. / В. Попович. – Львов, 2002.

  3. Шевакин Ю.Ф.Обработка металлов давлением: Учебное пособие для студентов металлургических спец. вузов. / Ю.Ф. Шевакин, В.с. Шайкевич. – М.: Металлургия, 1972.

  4. Суворов К.И. Обработка металлов давлением: Учебное пособие для студентов металлургических спец. вузов. – 2-е изд., перераб. и доп. / И.А. Суворов. – М.: Высшая школа, 1973.

  5. Технология металлов / В.В. Архипов, А.А. Абиндер, М.А. Касенков и др. – М: Высшая школа, 1968.




МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКАРАНЫ
Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации