Традиційні та сучасні технології отримання прокату. Технологія прокатки. Технологічний процес прокатки. Схема прокатного табору. Прокатна кліть. Основні операції кування

Основним обладнанням прокатних цехів є прокатні стани. Заготівлю у прокатному виробництві називають смугою.

Схема розташування технологічного обладнання прокатного стану залежить від виду продукції, що випускається. На рис. 3.23 наведено схему виробництва виробів сортового прокату. Вихідною заготівлею в цьому випадку є сталевий злиток масою до 60 т. Злиток нагрівають в нагрівальних колодязях 1 і подають на злитковоз, який привозить і укладає злиток 2 на приймальний рольганг блюмінгу 3. Після прокатки на блюмінгу отримують напівпродукт квадратного перерізу (від 140х10 ), званий блюмом 4. Блюм, рухаючись рольгангом, проходить машину вогневої зачистки, де проводиться зачистка поверхневих дефектів, і подається до ножиць, де ріжеться на мірні заготовки. Далі блюм надходить (іноді після додаткового нагріву) на заготовочний стан 5, де проводиться прокатка на блюми перетином від 50х50 до 150х150 мм, і потім безпосередньо на сортопрокатний стан. Для отримання необхідного профілю заготівля проходить ряд клітей з валками, що калібруються. На рис. 3.23 представлено напівбезперервне розташування клітей сортопрокатного стану. У першій групі (6, 7, 8) заготівля прокочується безперервно, тобто. знаходиться в них одночасно, а у другій групі (9, 10) здійснюється послідовна прокатка.

На сортових станах заготівля проходить послідовно через ряд калібрів. Розробка системи послідовних калібрів, необхідні отримання того чи іншого профілю, є складним завданням. Число калібрів залежить від складності профілю та різниці розмірів поперечних перерізів вихідної заготовки та кінцевого виробу. Так для отримання рейок необхідно пропустити смугу через систему дев'яти калібрів (рис. 3.24).

Мал. 3.23. Схема виробництва сортового прокату:

1 - нагрівальний колодязь, 2 - злиток, 3 - блюмінг, 4 - блюм, 5 - заготівельний стан, 6,7,8,9,10 - кліті сортопрокатного стану

Отриманий прокат необхідного профілю розрізають на задану довжину, охолоджують, правлять у холодному стані, термічно обробляють і видаляють поверхневі дефекти.

Технологія виробництва листового прокату є аналогічною. Нагрітий злиток прямокутного перерізу обробляють на обтискних та заготівельних станах. Далі смугу прокочують у багатовалкових клітях листопрокатних станів.

Мал. 3.24. Калібри для прокатки рейок

Трубопрокатні стани застосовують для виробництва безшовних та зварних труб. Прокатка безшовні трубивключає дві стадії: отримання пустотілої гільзи з круглого прокату та з пустотілої гільзи готової труби. Пустотілі гільзи одержують на прошивному стані, а для труб великого діаметра - відцентровим литтям. Прошивний стан (рис. 3.25) працює за принципом поперечно-гвинтової прокатки. Він має два бочкоподібних робочих валка, розташованих під кутом 4...6° відносно один одного. Валки обертаються в одному напрямку. Для утримання заготовки між робочими валками є напрямні лінійки або неодружені валки. При обертанні робочих валків заготівля втягується до зони деформації. У міру просування заготівлі зазор між валками зменшується, а окружна швидкість її поверхні зростає. Це призводить до скручування заготовки, зменшення її діаметра і появи в металі великої внутрішньої напруги. Метал у центрі заготівлі стає пухким та порівняно легко прошивається оправкою.

Для отримання з пустотілої гільзи готової труби її прокочують на пілігримовому стані (рис. 3.26 а). Робочі валки 3 пілігримового стану обертаються в різні боки з однаковою швидкістю. При цьому напрям обертання валків протилежний напряму подачі заготовки 1. Профіль валків змінний, внаслідок чого переріз калібру, що має форму кола, безперервно змінюється при кожному обороті валків. При максимальному розмірікалібру заготівля з оправкою 2 просувається у валки на величину подачі. Зів калібру валків 3 захоплює частину гільзи і обтискає її своєю робочою частиною (рис. 3.26, б). Після того, як валки зроблять повний оборот і повернуться у вихідне положення, оправку із заготівлею повертають на 90° і знову подають у валки для обтиснення. Процес триває доти, доки не буде прокатана вся гільза. Далі труби обробляють на спеціальній машині для усунення овальності та рознесення, а потім прокочують на калібрувальному стані для отримання остаточних розмірів.

Існують інші способи прокатки труб, зокрема автоматичний трубопрокатний стан.

Зварні труби, діаметр яких досягає 2500 мм, значно дешевші за безшовні, але менш міцні і довговічні. Для виготовлення зварних труб використовують плоскі гарячекатані смуги (штрипси), згорнуті в рулон 1 (рис. 3.27). Для забезпечення безперервності процесу передній кінець штрипсу зварюється із заднім кінцем попереднього рулону.

Мал. 3.27. Схема виробництва труб безперервним пічним зварюванням:

1 - рулон заготівлі, 2 - правульна машина, 3 - нагрівальна піч, 4 - формувально - зварювальний стан, 5,6 - обтискні кліті.

Процес складається з операцій згортання заготівлі в трубу, зварювання, калібрування, обробки та редагування. Подача кінців штрипсів до місця зварювання проводиться за допомогою роликів листоправильної машини, що тягнуть, 2. Безперервний штрипс проходить через нагрівальну піч тунельного типу 3, де нагрівається до температури 1320 ... 1400 °С. Після виходу з печі з поверхні штрипсу видаляють окалину (стисненим повітрям). Безпосередньо за піччю встановлюють багатоклітинний формувально - зварювальний стан 4, в клітках якого штрипс згортається в повне коло за схемою, показаною на рис. 3.28. Потім кромки стискаються та зварюються. У наступних клітинах 5,6 відбувається обтискання труби до необхідного розміру. Для зварювання труб застосовують пічний, електричний та газовий нагрівання кромок смуги. Власне процес зварювання кромок сформованої трубної заготовки є процесом ковальського зварювання, що полягає у використанні здатності до міжатомного зчеплення поверхонь металів, що здавлюються, нагрітих до високої температури. Труби великого діаметру виготовляють переважно із застосуванням автоматичного дугового зварювання під флюсом.

В даний час велике поширення отримав спосіб виготовлення труб згортанням смуги по спіралі.

Технології виготовлення спеціальних видівпрокату різноманітні. Найчастіше використовують прокатку періодичних профілів, які застосовують як фасонну заготовку для подальшого штампування і як заготовку під остаточну механічну обробку. Періодичні профілі в основному виготовляють поперечною та поперечно-гвинтовою прокаткою. Використовують також спеціальні стани, одну зі схем яких наведено на рис. 3.29. Тут заготівля деформується трьома валками, що обертаються в одному напрямку. Валки в міру руху копіювальної лінійки зближуються або розходяться, змінюючи діаметр заготовки, що прокатується, по довжині.

На станах поперечно-гвинтової прокатки виготовляють також заготовки куль та сферичних роликів підшипників кочення (рис. 3.30). Валки 2 і 4 тут обертаються в ту саму сторону. Струмки валків, що утворюють калібри відповідної форми, виконані по гвинтовій лінії. Заготівля 1 при прокатці отримує обертальний та поступальний рух. Утримується вона у зоні деформації з допомогою центруючих упорів 3.

Пресування

Пресування це вид обробки металів тиском, що дозволяє виготовляти різноманітні профілі з чорних і кольорових металів постійного поперечного перерізу по довжині (рис. 3.31). При пресуванні метал заготовки деформується за допомогою інструментальної оснастки, що складається з матриці, пуансону та контейнера (рис. 3.32). Пресування полягає у продавлюванні за допомогою пуансона 1 через отвір у матриці 4 заготовки 3, що знаходиться в замкнутій порожнині (контейнері) 2. Форма та розміри пресованого профілю визначаються конфігурацією отвору матриці.

Пресування називають видавлюванням. Процес пресування, який виконується за схемою, представленою на рис. 3.32 називається прямим. У цьому випадку напрямок виходу металу через отвір матриці збігається з напрямком руху пуансона.

При зворотному пресуванні (рис. 3.33) метал заготовки 3 витікає в напрямку, зворотному переміщенні пуансона 5. Для цього матрицю 4 встановлюють наприкінці порожнистого пуансона, а заготовку 3 поміщають у глухий контейнер 2, замикають упорною шайбою 1 і при пресуванні залишається нерухомою. Тертя металу на поверхню контейнера знижується, у зв'язку з чим зворотне пресування, яке називають ще зустрічним, вимагає менших зусиль.

Пресуванням виготовляють не лише суцільні профілі, а й порожнисті (рис. 3.34) . У цьому випадку заготовка 4, розміщена в контейнері 2, спочатку прошивається голкою 6 , проходить через порожнистий пуансон 1 . При подальшому переміщенні пуансону 1метал видавлюється у вигляді труби через кільцевий зазор між стінками отвору матриці 5 і голкою 6.

Останнім часом знаходить застосування гідравлічний метод пресування, який ще називають гідроекструзією (рис. 3.35). Заготовка 5, поміщена в контейнері 3, щільно заходить у конус матриці 7. Контейнер закривають кришкою 1 з затвором 2 і ущільнюють прокладками 8. Через отвір 4 контейнер нагнітається рідина 6 під високим тиском, яка видавлює заготовку через матрицю. У разі метал заготовки перебуває у стані всебічного стискування рідиною і деформується з мінімальними втратами тертя. Цей спосіб дозволяє обробляти дуже тендітні сплави.

Вихідною заготівлею при пресуванні зазвичай є злиток або прокат. Для підвищення якості поверхні виробу та зниження величини тертя заготовку попередньо обточують на верстаті, а після нагрівання поверхню очищають від окалини.

При пресуванні метал піддається всебічному нерівномірному стиску. За такої схеми деформування метал найбільш пластичний. Ступінь деформації під час пресування характеризується коефіцієнтом витяжки. Він визначається як відношення площі перерізу заготовки до площі перерізу профілюється. Витяжка при пресуванні становить 10...50. Пресуванням обробляють як пластичні, так і малопластичні сплави: мідні, алюмінієві, магнієві, титанові, вуглецеві та леговані сталі тощо. Перші деформують без нагріву, другі в гарячому стані.

Сортамент пресованих профілів дуже різноманітний. Серед іншого таким способом виготовляють дріт діаметром 5...10 мм, прутки діаметром 3...250 мм, труби діаметром 20...400 мм зі стінкою товщиною 1,5...12 мм, профілі з полицею товщиною 2...2,5 мм та лінійними розмірами поперечних перерізів до 200 мм.

До основних переваг, якими відрізняється процес пресування, слід віднести такі.

1) Точність виробів вища, ніж при прокатці, що дозволяє використовувати їх без подальшої механічної обробки.

2) Висока продуктивність процесу (швидкість видавлювання виробу з отвору матриці в деяких випадках може досягати 20 м/с).

3) Можливість одержання складних профілів, які неможливо одержати іншими видами обробки металів тиском.

4) Пресуванням можна обробляти такі сплави, які через низьку пластичність іншими видами обробки тиском деформувати неможливо або важко.

5) Гнучкість процесу легкість переналагодження виготовлення іншого профілю, т.к. для цього потрібна лише заміна матриці.

6) Досить висока якість поверхні при холодному пресуванні, що дозволяє відмовитися від оздоблювальних операцій.

Пресування має недоліки.

1) наявність відходів металу, тому що весь він не може бути видавлений із контейнера і в ньому залишається так званий прес-залишок, який після закінчення пресування відрізається від одержаного профілю. Маса прес - залишку зазвичай становить 8...12%, але в деяких випадках може бути дуже великий. Так, при пресуванні труб великого діаметру маса прес – залишку може досягати 40% маси вихідної заготовки.

2) Великий знос інструменту, тому що працює він у виключно важких умовах, відчуваючи крім великих тисків дію високих температур.

3) Висока вартість інструменту пресування, т.к. виготовляють його з високоякісних інструментальних сталей та жароміцних сплавів.

ВОЛОЧЕННЯ

Волочення це вид обробки металів тиском, при якому формозміна заготовки 2 здійснюється за рахунок її протягування через отвір, що поступово звужується в спеціальному інструменті, званому волочильной матрицею 1 (рис. 3.36). При цьому зменшується площа поперечного перерізу заготовки та збільшується її довжина. Виріб набуває профіль, що відповідає конфігурації отвору матриці.

Волочінням обробляють катанні та пресовані заготовки зі сталі, кольорових металів та їх сплавів як у гарячому вигляді, так і в холодному. В результаті одержують найрізноманітніші профілі (рис. 3.37). На відміну від пресування волочінням неможливо отримати пустотілий профіль (трубу) із заготовки суцільного поперечного перерізу. У цьому випадку необхідно мати порожнисту заготівлю. Волочінням труб за схемою, вказаною на рис. 3.36 (тобто за допомогою лише матриці), не вдається змінити товщину стінки виробу. При необхідності деформування стінки пустотілої заготовки всередину її поміщають додатковий інструмент – оправлення. Оправлення бувають рухомими (недеформованими та деформованими) (рис. 3.38 а, б), закріпленими (рис. 3.38 в) і самовстановлюються (рис. 3.38 г). Застосування оправок дозволяє підвищити якість внутрішньої поверхні труби.

Особливістю процесу волочіння є докладання постійного зусилля, що розтягує, до частини заготовки, що витягується з матриці. Для запобігання її урвищам необхідно створити умови, за яких формозміна заготівлі відбуватиметься тільки в зоні деформації, розташованої всередині матриці. Пластична деформація переднього кінця виробу має бути виключена. Це досягається конструкцією отвору матриці, вибором розмірів заготовки та підбором мастила. Для того, щоб заготівлю не обірвало, необхідно домогтися, щоб напруги, що розтягує, в ній не перевищували величини 0,6 σ В (тимчасового опору) матеріалу заготівлі. Кількісно деформацію при волочении можна оцінити коефіцієнтом витяжки - ставленням площі вихідного поперечного перерізу до кінцевого.

У зв'язку з тим, що на кінці виробу, що виходить з волочильної матриці, пластична деформація неприпустима, величина коефіцієнта витяжки обмежена, і при обробці в холодному стані не повинна перевищувати за один прохід значення 1,05 ... 1,5. У зв'язку з низьким коефіцієнтом витяжки зазвичай для отримання необхідних розмірів профілів процес волочіння повторюють багаторазово через ряд отворів, що поступово зменшуються, а для відновлення пластичності метал, зміцнений волочением, піддають проміжному рекристалізаційному відпалу після одного - двох переходів.

Сортамент виробів, що виготовляються волочінням, дуже різноманітний. Це дріт діаметром 0,002...10 мм, різноманітні фасонні профілі, приклади яких показані на рис. 3.37, прутки діаметром 3...150 мм, труби діаметром від капілярних до 500 мм та з товщиною стінки 0,1...10 мм, сегментні, призматичні та фасонні шпонки, шліцеві валики.

Інструментом для волочіння є волочильні матриці та оправлення. Їх виготовляють із інструментальних сталей, металокерамічних та мінералокерамічних сплавів та технічних алмазів (для волочіння дроту діаметром менше 0,2 мм).

Волочення виробляють на волочильних станах. Вони бувають періодичної та безперервної дії. Зі станів періодичної дії найбільш поширені ланцюгові стани (рис. 3.39). Кінець заготовки 7 пропускається через отвір матриці 8і захоплюється кліщами 6 , які закріплені на каретці 5. Переміщення каретки по станині 1 відбувається при зачепленні гака 2 за вісь нескінченного пластинчастого ланцюга 3, що приводиться в рух від електродвигуна . Коли виріб виходить з матриці, натяг між гаком і ланцюгом зменшується і противагу 4 піднімає гачок і від'єднує його від ланцюга.

Стани періодичної дії прості у пристрої та експлуатації, проте довжина оброблюваної тут заготівлі невелика (6...7 метрів), а швидкість процесу невелика - 10...20 м/хв.

Стани безперервної дії більш швидкохідні та дозволяють обробляти заготівлі довжиною десятки тисяч метрів.

З безперервних станів найчастіше зустрічаються барабанні (рис. 3.40). Такі стани обробляють заготовку 1, згорнуту в бухту. Бухту розміщують на розмотному столі 2, передній кінець заготовки пропускають через волочильну матрицю 3 і закріплюють на барабані 4, який приводиться в рух за допомогою електродвигуна 6 через привід 5. Стан включають і здійснюють процес волочіння, причому виріб також змотується в бухту на барабані. Це забезпечує компактність матеріалу, що обробляється, що дуже важливо при транспортуванні, зберіганні і термообробці. Крім цього знижуються технологічні відходи, а швидкість процесу збільшується в середньому до 10 м/с (відомі барабанні стани для волочіння тонкого дроту, що здійснюють процес зі швидкістю до 40 м/с). Крім однобарабанних станів, існують багатобарабанні конструкції (рис. 3.41). Їх називають також станами багаторазового волочіння. Тут заготовка 4 послідовно проходить через кілька (до 20) волочильних матриць 5. Заготовка після проходження через отвори кожної матриці намотується на проміжні барабани 3, а потім на приймальний барабан (на схемі не показаний) . Швидкість обертання кожного наступного барабана зростає пропорційно до подовження заготовки.

Технологічний процесволочіння включає такі основні операції.

1) Попередня термічна обробка - рекристалізаційний відпал, з метою підвищення пластичності металу.

2) Очищення заготовки від окалини (метал протруюють у розчинах кислот і потім послідовно промивають гарячою та холодною водою).

3) Покриття поверхні заготовки тонким шаром гідрату окису заліза або міддю, фосфатом, вапном для утримання мастила на поверхні металу.

4) Загострення кінців заготовки для зручності протягування її через отвір та захоплення кліщами волочильного стану.

5) Волочення в один або кілька проходів залежно від необхідного деформації.

6) Міжопераційна термічна обробка для зняття наклепу (після термічної обробки - очищення заготівлі та нанесення підмастильного шару).

7) Оздоблення готової продукції.

Процес волочіння має такі переваги.

1) Висока точність геометричних розмірів виробу, що визначається лише розмірами отвору матриці (допуск 0,02 мм).

2) Висока якість поверхні порівнянна зі шліфуванням при обробці різанням.

3) Висока продуктивність. Швидкість волочіння дроту на станах безперервної дії сягає 10 м/с, а тонкого дроту – 40 … 50 м/с.

4) Підвищення міцності виробу за рахунок наклепу при холодній обробці.

5) Мала вартість інструменту та устаткування.

6) Можливість отримання довгомірних профілів (десятки тисяч метрів), які вдається отримати іншими способами.

7) Малі технологічні відходи металу.

Недоліки процесу.

1) Сортамент виробів, одержуваних волочением, обмежений, а також розміри профілів.

2) При обробці сталі потрібні неодноразові відпали та травлення поверхні для видалення окалини.

КОВКА

Кування є одним із найважливіших способів отримання заготовок у машинобудуванні. Ці заготівлі називають кованими поковками, або просто поковками. Куванням отримують різноманітні за формою та розмірами поковки масою від 0,1 кг до 300 тонн. При подальшій обробці на металорізальних верстатах з поковок одержують готові вироби. Вихідними заготовками для кування є металеві зливки та прокат. Особливістю кування є нагрівання заготовки перед її деформуванням.

Кування полягає у формозміні нагрітої заготовки робочими поверхнями універсального інструменту (бойками) при вільній течії металу в сторони. Куванням змінюють конфігурацію заготовки за рахунок багаторазового послідовного впливу бойками на окремі її ділянки, в результаті чого заготовка, деформуючись, поступово набуває заданої форми та розмірів.

Вплив на заготівлю може бути ударним, якщо обробляється на молоті, або статичним – при обробці на пресі.

Для виконання операцій кування використовують основний технологічний, підтримуючий (допоміжний) та контрольно-вимірювальний інструменти. До основного інструменту відносять бойки (плоські та вирізні), сокири, розкочування, прошивні, оправки, підкладні штампи тощо. Підтримуючий інструмент – це кліщі, патрони, консольні поворотні крани, кувальні маніпулятори. Контроль розмірів поковок здійснюють за допомогою лінійок, штангенциркулів, скоб, шаблонів і т.п. Використовувані для кування інструменти вважаються універсальними з тієї причини, що вони виявляються придатними для виготовлення різних конфігурацій поковок.

Хоча кування і поступається гарячому об'ємному штампуванню по продуктивності і точності поковок, проте має свою раціональну сферу застосування. Це насамперед випуск малих серій поковок невеликої та середньої маси (100…200 кг), коли виготовлення дорогих штампів для гарячого об'ємного штампування економічно недоцільне. У таких випадках економічніша ковка на молотах універсальним інструментом - бойками. Великі поковки (особливо масою десятки та сотні тонн) вдається виготовляти тільки ковкою на гідравлічних пресах. У загальному випуску поковок, вироблених нашій країні, загалом 30% посідає ковані поковки, а 70%- на штамповані. Однак, наприклад, у тяжкому машинобудуванні число кованих поковок досягає 70%.

ОСНОВНІ ОПЕРАЦІЇ КОВКИ

Кування може бути машинним на молотах і пресах і ручним. Ручне кування застосовується для виготовлення художніх виробів, а також використовується у ремонтній справі для дрібних робіт.

Процес кування складається з чергування у певній послідовності основних та допоміжних операцій.

Операція - це частина технологічного процесу, яка виконується на одному робочому місці з використанням певної групи інструменту і включає послідовність дій над заготівлею з метою отримання поковок необхідної форми і заданих властивостей. Операція складається із серії переходів. Перехід - це частина операції, в процесі якої обробляється одна ділянка заготовки одним і тим самим інструментом на одному робочому місці.

Таким чином, кожна операція визначається характером деформування та інструментом, що застосовується. До основних операцій кування відносяться: осадка, протяжка, прошивка, відрубка, згинання, скручування, зварювання, штампування в підкладних штампах.

Опад -операція, що полягає у збільшенні площі поперечного перерізу заготовки при зменшенні її висоти (рис. 342). Осаду роблять бойками або осадовими плитами. Для отримання якісного поковки рекомендується вихідну циліндричну заготовку вибирати з відношенням її висоти h заг до діаметру d заг не більше 2,5, щоб уникнути можливого поздовжнього викривлення виробу. Торці заготовки мають бути рівними та паралельними. Різновидом опади є висаджування, При якій метал осаджують лише на частини довжини заготовки 1 за рахунок використання підкладного інструменту 2, внаслідок чого формується потовщення поковки місцеве (рис. 3.43).

Протяжка -операція, що полягає у зменшенні площі поперечного перерізу заготовки або її частини за рахунок подовження заготовки. Протяжка здійснюється послідовними ударами або обтисканнями окремих ділянок заготівлі, що примикають одна до одної при її подачі вздовж своєї осі (рис. 3.44). Сума певної кількості ударів або обтискань, що виконуються послідовно до певної товщини заготовки, називається проходом. Два послідовні обтискання з проміжною кантівкою (поворотом) поковки на 90° називаються переходом.

Протяг виконують плоскими або вирізними бойками. Кування у вирізних бойках (рис. 3.45) ) дозволяє уникнути кувальних тріщин (особливо у разі протяжки осесиметричних заготовок) при куванні низько-пластичних сталей і сплавів і отримати більш точні розміри поковки.

Деформація при протяжці виражається величиною кування, і характеризується відношенням площі поперечного перерізу вихідної заготовки F H до площі кінцевого поперечного перерізу F K .

Чим більше кування, тим краще структура металу і вищі його механічні властивості. Тому протяжку застосовують як для отримання поковок необхідної форми, а й підвищення якості металу.

Існує ряд різновидів протяжки.

Розгін -операція збільшення ширини частини заготовки за рахунок зменшення її товщини у цьому місці (рис. 3.46) .

Протяжка з оправкою -операція зменшення товщини стінок заготовки з отвором при супутньому збільшенні довжини поковки (рис. 3.47) . Протяжку виконують у вирізних бойках (або нижньому вирізному 3 і верхньому плоскому 2) на злегка конічної оправки 1. Для полегшення видалення оправки з поковки кують у напрямку до кінця оправки, що розширюється.

Розкочування на оправці -операція зменшення товщини стінок кільцевої заготовки зі збільшенням зовнішнього та внутрішнього її діаметрів (рис. 3.48) . Кільцева заготовка 1 спирається внутрішньою поверхнею на циліндричну оправку 2, що встановлюється кінцями на підставках (люнетах) 3, і деформується між оправкою і довгим вузьким плоским бойком 4. Після кожного удару чи натискання заготівлю повертають щодо оправки. При розкочуванні на оправці ширина кільця дещо збільшується.

Прошивка -операція одержання наскрізних або глухих порожнин у заготівлі за рахунок витіснення металу із зони його контакту з інструментом (рис. 3.49). Прошивка є самостійною операцією, що служить для утворення заглиблень або отвору в поковці або підготовчою операцією для подальшого протягування або розкочування заготовки на оправці. Інструментом для прошивки є прошивні, суцільні та порожнисті (рис. 3.50). Отвори діаметром до 500 мм пробивають суцільним прошивним із застосуванням підкладного кільця, а отвори більшого діаметра прошивають порожнім прошивним. Діаметр прошивня повинен бути не більше 1/2-1/3 зовнішнього діаметра заготовки. При більшому діаметрі прошивна форма поковки значно спотворюється. У високих поковках спочатку прошивають отвір з одного боку (приблизно на 3/4 глибини), а потім цим же прошиванням закінчують прошивку з іншого боку, перевернувши поковку на 180 0 . При наскрізній прошивці тонких поковок 1 застосовують підкладні кільця 2. Прошивка супроводжується відходом частини металу 3, яку називають видрою (рис. 3.51).

Відрубка- операція повного відділення частини заготівлі за незамкненим контуром шляхом впровадження в заготовку інструменту, що деформує (рис. 3.52). Інструментом для рубки служать прямі та фігурні сокири та зубила (рис. 3.53). Відрубування сокирами здійснюють для видалення прибуткової та донної частин зливка, надлишків металу на кінцях поковок або для розділення довгої заготовки на більш короткі частини. Різновидом відрубки є надрубка, що служить для утворення в поковці уступів, рюкзаків.

Гнучка -операція утворення або зміни кутів між частинами заготівлі або надання заготівлі вигнутої форми за заданим контуром (рис. 3.54) . Гнучку здійснюють за допомогою різних опор, підкладок, пристроїв та в підкладних штампах. Цією операцією отримують косинці, скоби, гаки, кронштейни і т. п. При виборі вихідної заготовки слід враховувати спотворення початкової форми та зменшення площі поперечного перерізу поковки в зоні вигину, що називається утяжкою. Для компенсації утяжки у зоні вигину заготівлі надають збільшені поперечні розміри. При згинанні можливе утворення складок за внутрішнім контуром і тріщин по зовнішньому. Щоб уникнути цього явища по заданому куту вигину підбирають відповідний радіус заокруглення.

Скручування -операція, у ході якої забезпечується поворот однієї частини заготовки щодо іншої на заданий кут навколо поздовжньої осі (рис. 3.55). Скручування застосовується при виготовленні колінчастих валів, свердел і т. п. При скручуванні використовують ключі, коміри, лебідки, кран-балки.

Зварювання -операція утворення нероз'ємної сполуки шляхом спільного пластичного деформування попередньо нагрітих заготовок (рис. 3.56) .

Штампування у підкладних штампах- кувальна операція, що дозволяє виготовляти досить складні по конфігурації поковки (рис. 3.57) . Використовується при виготовленні невеликої партії таких поковок, як головки гайкових ключів, головки болтів, диски зі маточкою, втулки з буртом тощо. Підкладний штамп може складатися з однієї або двох частин, в яких є порожнина з конфігурацією поковки або окремої ділянки.

При виготовленні конкретної деталі операції кування чергуються у певній послідовності.

Прикладом робіт, що виконуються вільним куванням, служить кування важеля з вилкою (рис. 3.58, а).

Заготівлею для кування служить пруток прямокутного перерізу. Нагріту заготовку протягують на прямокутник необхідного розміру, після чого тригранними призмами її надрубують (рис. 3.58 б).

Мал. 3.58. Послідовність кування важеля з вилкою:

а- деталь, б- надрубка, в, г, д - протяжка та надрубка, е- згинання, ж- протяжка

Простягнувши кінці заготовки до товщини головки, роблять нові надрубки (рис. 3.58, в) і протягують кожен кінець до необхідного розміру (рис. 3.58). , г, д) . Далі заготовку вигинають і, заклавши в середину виделки вкладиш, вигладжують її. Потім надрубають кінець вилки (рис. 3.58, е) і простягають призмою (рис. 3.58 ж ). Після цього надають остаточний вигляд кінця вилки для того, щоб отримати задану форму поковки.

Устаткування для кування

Операції кування виконують на кувальних молотах та кувальних гідравлічних пресах.

Молоти - машини ударної дії, в яких деформування металу заготівлі відбувається за рахунок кінетичної енергії рухомих частин, накопиченої на момент зіткнення із заготівлею. Швидкість руху робочого інструменту в момент удару становить 3...8 м/с, час деформування – соті частки секунди. Основною характеристикою молота є маса рухливих (найчастіше п'яких) частин.

Залежно від типу приводу молоти бувають пневматичними, пароповітряними, механічними, гідравлічними, газовими, вибуховими та ін.

За принципом роботи молоти бувають простої та подвійної дії. У молотів простого дії привід служить лише підйому ударних (падаючих) частин, які рух униз здійснюється під впливом сил тяжкості. Привід молотів подвійної дії служить як підйому ударних частин, так їх руху вниз. Кінетична енергія падаючих частин молотів подвійної дії внаслідок цього більше, ніж молотів простої дії, при однакових масах.

З приводних молотів найбільшого застосування отримали пневматичні.Рухливими, або в даному випадку частинами, що падають, є поршень, його шток і верхній бойок. У пневматичному молоті підйом та опускання поршня, до штока якого кріпиться верхній бойок, відбувається за допомогою стисненого повітря тиском 0,2...0,3 МПа. Стиснене повітря надходить у робочий циліндр від поршневого компресора, що приводиться в рух кривошипно-повзунним механізмом від окремого електродвигуна. Робочий та компресорний циліндри розташовані на одній станині. Пневматичні молоти мають масу падаючих частин 50...1000 кг і застосовуються для кування дрібних поковок (до 20 кг).

Пневматичні молоти знайшли широке застосування в кузнях невеликих заводів та майстерень на ділянках ручного кування. Це пояснюється їхньою низькою вартістю, простотою обслуговування та високою надійністю. Перевагою пневматичних молотів також є використання електричної енергії, а не пари або стисненого повітря, застосування яких дорожче та складніше (як у разі використання пароповітряних молотів).

Ковочні пневматичні молоти мають такі характеристики: маса ударних частин становить 50...150 кг, число ударів - відповідно 225...95 за хв. Застосовують ці молоти для отримання невеликих поковок (0,5...20 кг) із сортового прокату.

Пневматичний молот подвійної дії (рис. 3.59) оснащений двома циліндрами: компресорним 5 і робочим 2. Поршень компресорного циліндра 4 отримує зворотно-поступальний рух від кривошипно-повзунного механізму 6. Повітря, стиснене в компресорному циліндрі, подається по частина робочого циліндра, переміщуючи відповідно вниз або вгору поршень робочого циліндра 1, виготовлений заодно зі штоком 11. На штоку закріплений верхній бойок 10. Нижній бойок 9 кріпиться до подушки 8, встановленої на шаботі 7. Маса шабота перевищує масу частин 1 що падають1 разів.

Зовнішній виглядпневматичного молота представлено на рис. 3.60.

Основним видом молотів для кування є паро-повітрянімолоти подвійної дії. Маса падаючих частин таких молотів становить 1000...8000 кг, а число ударів - відповідно 71...34 за хв. Дані молоти призначені виготовлення середніх по масі поковок (20 … 350 кг). Паро-повітряні молоти приводяться в дію пором, що надходить трубопроводом від котла під тиском 0,7 ... 0,9 МПа, або стисненим повітрям, яке подається від компресора під тиском до 0,7 МПа. За типом станин паро-повітряні молоти бувають одно- та двостоїчними. Двостоїчні молоти випускаються аркового та мостового типів.

Вихідною заготовкою при прокатці служать зливки: сталеві масою до 60 т, із кольорових металів та їх сплавів зазвичай масою до 10 т. При виробництві сортових профілів сталевий злиток масою до 15 т у гарячому стані прокочують на блюмінгу, отримуючи заготовки квадратного (або близького до нього) ) перерізи (від 140X140 до 450x450 мм), звані блюмами. Потім блюми надходять на заготівельні стани для прокатки заготівель необхідних розмірів або відразу на крупносортові стани для прокатки великих профілів сортової сталі. На заготівельних та сортових станах заготівля послідовно проходить через ряд калібрів.

Розробку системи послідовних калібрів, необхідні отримання того чи іншого профілю, називають калібруванням. Калібрування є складним та відповідальним процесом. Неправильне калібрування може призвести не тільки до зниження продуктивності, але і до браку виробів. Чим більша різниця в розмірах поперечних перерізів вихідної заготовки і кінцевого виробу і чим складніше профіль останнього, тим більше калібрів потрібно для його отримання. Число калібрів може бути різним; наприклад, при прокатці дроту діаметром 6,5 мм їх число досягає 21. Після прокатки смуги ріжуть на мірні довжини, охолоджують, правлять у холодному стані, термічно обробляють, видаляють поверхневі дефекти.

При виробництві листового прокату сталевий злиток масою до 50 т у гарячому стані прокочують на слябінгу або блюмінгу, отримуючи заготівлю прямокутного перерізу (найбільшою товщиною - 350 і шириною - 2300 мм), що називається слябом.

В даний час замість прокатаних заготовок широко застосовують заготівлі у вигляді слябів, отримані безперервним розливом. Сляби прокочують переважно на безперервних станах гарячої прокатки, що з двох груп робочих клітей - чорновий і чистової, розташованих друг за другом. Перед кожною групою клітей збивають окалину в окаліноломателях. Після прокатки смугу завтовшки 1,2-16 мм змотують у рулон. До оздоблювальних операцій виробництва гарячекатаного листа відносяться різання, травлення, термічна обробка та ін.

Вихідним матеріалом для холодної прокатки листа товщиною менше 1,5 мм зазвичай служать гарячекатані рулони. На сучасних станах холодної прокатки виробляють листову сталь із мінімальною товщиною 0,15 мм та стрічки з мінімальною товщиною 0,0015 мм. Сучасним способом холодної прокатки є рулонний. Попередньо гарячекатаний лист очищають травленням у кислотах з подальшим промиванням. Прокочують на одноклітьових і багатоклітьових безперервних чотирьох валкових станах, а також багатовалкових станах. Після холодної прокатки матеріал проходить обробні операції: відпал у захисних газах, нанесення у разі потреби покриттів, розрізання на мірні листи та ін.

При прокатуванні безшовних труб першою операцією є прошивка - утворення отвору в злитку або заготовці круглої. Цю операцію виконують у гарячому стані на прошивних станах. Найбільше застосуванняотримали прошивні стани з двома бочкоподібними валками, осі яких розташовані під невеликим кутом (5-15 °) один до одного. Обидва валка обертаються в тому самому напрямку, тобто в даному випадку використовується принцип поперечно-гвинтової прокатки. Завдяки такому розташуванню валків заготівля отримує одночасно обертальний та поступальний рух. При цьому в металі виникають радіальні напруги, що розтягують, які викликають перебіг металу від центру в радіальному напрямку, утворюючи внутрішню порожнину, і полегшують прошивку отвору оправкою, що встановлюється на шляху руху заготовки.

Наступну прокатку прошитий заготовки в трубу необхідних діаметра і товщини стінки виробляють на станах розкочування. Наприклад, при найбільш поширеному методі трубу прокочують на короткій оправці в так званому автоматичному двовалковому стані. Валки утворюють послідовно розташовані круглі калібри, зазор між закріпленим на довгому стрижні оправкою і струмками валків визначає товщину стінки труби. Для усунення нерівномірності товщини стінки по перерізу та рисок після розкочування проводять обкатку труб в обкатних станах, робоча кліть яких за конструкцією аналогічна кліті прошивного стану. Потім для отримання заданого діаметра труби прокатують в багатоклітьовому калібрувальному стані поздовжньої прокатки без оправки; а при необхідності отримання труб діаметром менше 80 мм - ще й у безперервних редукційних станах з робочими клітями аналогічної конструкції.

Зварні труби виготовляють із плоскої заготовки - стрічки (званої штрипсом) або з листів, ширина яких відповідає довжині (або половині довжини) кола труби. Процес виготовлення зварної труби включає наступні основні операції: формування плоскої заготовки трубу, зварювання кромок, зменшення (редукування) діаметра отриманої труби. Для зварювання найчастіше застосовують такі способи: пічне зварювання, зварювання опором і дугове під шаром флюсу. При виробництві труб пічним зварюванням стрічку, розмотану з рулону, правлять, нагрівають у вузькій довжині (до 40 м) газової печідо температури 1300-1350 °З формують у трубу в безперервному прокатному стані (рис. 3.12). Стан складається з 6-12 робочих клітей, у яких валки утворюють круглі калібри. При прокатуванні в калібрах кромки, що притискаються одна до одної, додатково нагріті до високої температури обдуванням киснем, зварюються. Виходить з табору трубу розрізають спеціальною пилкою на шматки необхідної довжини і далі калібрують на калібрувальному стані. Цим способом виготовляють труби найнижчої вартості низьковуглецевої сталі (Ст2кп) діаметром 10-114 мм.

Електрозварюванням можна отримувати труби великого діаметра (до 2500 мм) із тонкою стінкою (до 0,5 мм) із легованих сталей.

При виробництві труб зварюванням опором стрічки або смуги згортають у холодному стані трубу у формувальних безперервних станах. При виході з формувального стану трубна заготовка надходить на трубоелектрозварювальний стан, де кромки труби притискаються один до одного двома парами вертикальних валків і одночасно зварюються роликовими електродами. Після зварювання трубу калібрують, розрізають на частини.

Дуговим зварюванням під флюсом виготовляють, труби з прямими та спіральними швами. У першому випадку підготовлений лист формують на листозгинальних валкових станах або на пресах, потім зварюють, причому шви накладають зовні та зсередини труби. При отриманні труб зі спіральним швом стрічка, що розмотується з рулону, згортається по спіралі в трубу, а потім зварюється по кромках.

Труби з більш тонкою стінкою, високою якістю поверхні та точністю розмірів отримують на станах холодної прокатки труб різних типів, а також волочінням. Як заготівля в цьому випадку застосовують гарячекатані труби.

Процеси отримання спеціальних видів прокату відрізняються великою різноманітністю. Причому деякі з них здійснюють на металургійних підприємствах, інші - на машинобудівних. Особливо велике значення має прокатка періодичних профілів, які застосовують як фасонну заготовку для подальшого штампування і як заготовку під остаточну механічну обробку. Періодичні профілі в основному виготовляють поперечною та поперечно-гвинтовою прокаткою. На верстатах поперечно-гвинтової прокатки одержують не тільки періодичні профілі, а й заготівлі куль та сферичних роликів підшипників кочення (рис. 3). Валки 2 і 4 обертаються в ту саму сторону. Струмки валків відповідної форми зроблені по гвинтовій лінії. Заготівля 1 при прокатці отримує обертальний та поступальний рух; від вильоту з валків вона оберігається центруючими упорами 3. Виробництво інших спеціальних видів прокату, що здійснюються найчастіше на машинобудівних підприємствах.

Мал. 3. Схема прокатки куль у стані поперечно-гвинтової прокатки

5.2 Механічний цех

Одне з головних завдань машинобудування - подальший розвиток, удосконалення та розробка нових технологічних методів обробки заготовок деталей машин, застосування нових конструкційних матеріалів та підвищення якості обробки деталей. Особливо велика увага приділяється чистовим та оздоблювальним технологічним методам обробки, обсяг яких у загальній трудомісткості обробки деталей постійно зростає. Поряд із механічною обробкою різанням застосовують методи обробки пластичним деформуванням, з використанням хімічної, електричної, світлової, променевої та інших видів енергій. Досить прогресивні комбіновані методи обробки.

Обробка металів різанням - це процес зрізання різальним інструментом з поверхні заготівлі шару металу у вигляді стружки для отримання необхідної геометричної форми, точності розмірів, взаєморозташування та шорсткості поверхонь деталі. Щоб зрізати із заготівлі шар металу, необхідно ріжучому інструменту та заготівлі повідомити відносні рухи. Інструмент та заготівлю встановлюють та закріплюють у робочих органах верстатів, що забезпечують ці відносні рухи: у шпинделі, на столі, у револьверній головці. Рухи робочих органів станів поділяють на рухи різання, настановні та допоміжні. Рухи, які забезпечують зрізання із заготівлі шару металу або викликають зміну стану обробленої поверхні заготівлі, називають рухами різання. До них відносять головний рух та рух подачі.

За головне приймають рух, що визначає швидкість деформування та відділення стружки, за рух подачі - рух, що забезпечує врізання кромки різальної інструмента в матеріалу заготівлі. Ці рухи можуть бути безперервними або уривчастими, а за своїм характером обертальними, поступальними, зворотно-поступальними. Швидкість головного руху позначають v величину подачі -s.

Рух, що забезпечують взаємне положення інструменту та заготівлі для зрізання з неї певного шару матеріалу, називають настановними. До допоміжних рухів відносять Транспортування заготовки, закріплення заготовок та інструменту, швидкі переміщення робочих органів верстата та ін.

Ріжучі інструменти в даному виробництві працюють в умовах великих силових навантажень, високих температур та тертя. Тому інструментальні матеріали повинні задовольняти низку особливих експлуатаційних вимог. Матеріал робочої частини інструменту повинен мати велику твердість і високу допустиму напругу на вигин, розтяг, стиск, кручення. Твердість матеріалу робочої частини інструменту має значно перевищувати твердість матеріалу заготовки.

Високі властивості міцності необхідні, щоб інструмент володів опірністю відповідним деформаціям в процесі різання, а достатня в'язкість матеріалу інструменту дозволяла сприймати ударне динамічне навантаження, що виникає при обробці заготовок з крихких матеріалів і заготовок з переривчастою поверхнею. Інструментальні матеріали повинні мати високу червону стійкість, тобто зберігати велику твердість при високих температурах нагріву. Найважливішою характеристикою матеріалу робочої частини інструменту є зносостійкість. Чим вища зносостійкість, тим повільніше зношується інструмент. Це означає, що розкид розмірів деталей, послідовно оброблених одним і тим самим інструментом, буде мінімальним.

В основу класифікації металорізальних верстатів, прийнятої в нашій країні, покладено технологічний метод обробки заготовок. Класифікацію за технологічним методом обробки проводять відповідно до таких ознак, як вид ріжучого інструменту, характер оброблюваних поверхонь і схема обробки. Верстати ділять на токарні, свердлильні, шліфувальні, полірувальні та довідкові, зубообробні, фрезерні, стругальні, розрізні, протяжні, різьбообробні і т.д.

Класифікація за комплексом ознак найповніше відображається у загальнодержавній Єдиній системі умовних позначень верстатів. Вона побудована за десятковою системою; всі металорізальні верстати поділені на десять груп, група – на десять типів, а тип – на десять типорозмірів. У групу об'єднані верстати за спільністю технологічного методу обробки або близькі за призначенням (наприклад, свердлильні та розточувальні). Типи верстатів характеризують такі ознаки, як призначення, ступінь універсальності, число основних робочих органів, конструктивні особливості. Усередині типу верстати розрізняють за технічними характеристиками.

Відповідно до цієї класифікації кожному верстату надають певний шифр. Перша цифра шифру визначає групу верстатів, друга тип, третя (іноді третя та четверта) показує умовний розмір верстата. Літера на другому або третьому місці дозволяє розрізняти верстати одного типорозміру, але з різними технічними характеристиками. Літера в кінці шифру вказує на різні модифікації верстатів однієї базової моделі. Наприклад, шифром 2Н135 позначають вертикально-свердлильний верстат (група2, тип 1), модернізований (Н), з найбільшим умовним діаметром свердління 35 мм (35).

Розрізняють верстати універсальні, широкого застосування, спеціалізовані та спеціальні. На універсальних верстатах виконують різноманітні роботи, використовуючи заготівлі багатьох найменувань. Прикладами таких верстатів можуть бути токарно-гвинторізні, горизонтально-фрезерні консольні та ін. Верстати широкого призначення призначені для виконання певних робіт на заготовках багатьох найменувань (багаторізцеві, токарно-відрізні) Спеціалізовані верстати призначені для обробки заготовок одного найменування, але різних розмірів (наприклад, верстати для обробки колінчастих валів). Спеціальні верстати виконують певний вид робіт на одній заготовці.

6. БЕЗПЕКА ТЕХНОЛОГІЧНИХ ПРОЦЕСІВ

Зниження виробничої небезпеки здійснюється виконанням відповідних інструкцій:

№013- Для працюючих на токарних верстатах, автоматах та напівавтоматах з ЧПУ (2000 рік).

№029- Для працюючих на металорізальних верстатах (2002 рік).

6.1 Загальні вимоги безпеки

До обслуговування механізмів можуть бути допущені тільки робітники, які вивчили їх пристрій та інструкцію з експлуатації. Перед включенням слід переконатися у справності механізму і тому, що пуск його нікому не загрожує небезпекою. Виявивши під час огляду будь-які несправності в механізмі або його запобіжних пристроях, робітник повинен повідомити про це майстра і до їх усунення не приступати до роботи.

Забороняється залишати працюючий механізм без нагляду. Навіть за короткочасної відсутності на робочому місці слід зупинити механізм і повідомити майстра про свій відхід. Забороняється торкатися рухомих частин механізму і спиратися на нього; брати чи передавати через працюючий механізм предмети; чистити, змащувати, ремонтувати механізм на ходу. Неприпустимо користуватися рукавичками і рукавицями при виконанні робіт, якщо є небезпека захоплення їх частинами, що обертаються. Якщо під час роботи до механізму потрапив якийсь предмет, діставати його, не відключивши механізм, забороняється. Треба зупинити механізм і повільно, обертаючи його вручну, звільнити предмет, що потрапив до нього.

Не дозволяється допускати на своє робоче місце осіб, які не мають відношення до роботи, що виконується, а також довіряти працюючий механізм іншому робітнику.

6.2 Монтаж та демонтаж обладнання.

Верстати, преси та інше обладнання повинні встановлюватись на міцних основах або фундаментах, ретельно вивірятися та надійно закріплюватись. У конструкції обладнання (верстата, преса тощо) та окремих його частин необхідно передбачати спеціальні рами, болти, вікна, кронштейни та інші пристрої для швидкого, зручного та надійного стропування та безпечного переміщення під час навантаження, демонтажу та ремонту обладнання.

Пристрої для стропування повинні розташовуватися з урахуванням центру тяжкості вантажу, що переноситься, і при підйомі не повинні пошкоджуватися натягнутими ланцюгами або тросами. Рим-болти, припливи, кронштейни, стінки, в яких є вікна під стропування, повинні бути розраховані на міцність з урахуванням маси вантажу, що піднімається, і виникає під час транспортування перевантаження.

При монтажі, демонтажі та ремонті обладнання; його вузлів і агрегатів висотою понад 1,5 м від рівня підлоги або робочого майданчика влаштовують міцні та стійкі риштовання, ліси тощо для безпечної роботи на висоті. Робочі місця ремонтних слюсарів мають бути обладнані шафами, верстатами, стелажами.

Перед ремонтом обладнання відключають від електромережі, а на пускових пристроях вивішують плакат із написом «Не включати – працюють люди».

7. ТЕХНІКО-ЕКОНОМІЧНІ ПОКАЗНИКИ ВИГОТОВЛЕННЯ ДЕТАЛІ

Техніко-економічне обґрунтування вибору заготівлі для оброблюваної деталі виробляють за декількома напрямками металомісткості, трудомісткості та собівартості, враховуючи при цьому конкретні виробничі умови. Техніко-економічне обґрунтування ведеться за двома або декількома вибраними варіантами. При економічній оцінці визначають металомісткість, собівартість чи трудомісткість кожного варіанту виготовлення заготівлі, а потім їх порівнюють.

Техніко-економічний розрахунок виготовлення заготовки виробляють у такому порядку:

1. Встановлюють метод отримання заготовки згідно з типом виробництва, конструкцією деталі, матеріалом та іншими технічними вимогами на виготовлення деталі.

2. Призначають припуски на оброблювані поверхні деталі згідно з обраним методом отримання заготівлі за нормативними таблицями або розраховують аналітичним методом;

3. Визначають розрахункові розміри на кожну поверхню заготівлі;

4. Призначають граничні відхилення на розміри заготівлі за нормативними таблицями залежно від методу одержання;

Техніко – економічні показники виготовлення деталі.

Матеріал:

· Розмір: М20

· Марка сталі: Ст25

· Вага заготівлі однієї штуки = 0,313 кг

· Ціна за 1 кг = 23-00 (руб.)

· Вартість за одиницю = 7-20 (руб.)

1.3аробітна плата робітника за одиницю продукції становить 5-72 (руб.).

2. Додаткова вести робітника на одиницю продукції становить 1-43 (крб.).

3. Відрахування на соціального страхування становить 1-99 (крб.).

4. Спецвитрати становлять 1-14 (руб.).

5. Цехові витрати становлять 17-16 (руб.)

6. Загальнозаводські витрати становлять 11-44 (руб.)

7. Підсумкова заводська собівартість деталі дорівнює 46-08 (крб.)

ВИСНОВОК

Основною метою проектування технологічного процесу є зниження собівартості виробу та підвищення продуктивності праці. Розв'язання цього завдання має проводитися відповідно до заданого типу виробництва. Проектування нового технологічного процесу має включати аналіз вихідних даних (визначення службового призначення виробу, аналіз технічних умовта технологічності конструкцій), визначення класу та групи деталі, кількісна оцінка груп виробів, вибір вихідної заготівлі та методу її виготовлення, вибір технологічних баз, складання технологічного маршруту обробки, розробка технологічних операцій.

Технологічний процес для цієї деталі (гвинта) складено найбільш раціонально. Форма деталі досить проста для обробки, для виконання своїх функцій, деталь, що розглядається, отримана з економічної точки зору раціонально.

Підсумкова заводська собівартість гвинта не велика.

Припуски визначені розрахунково-аналітичним методом, що дає отримати економію металу, зменшити трудомісткість обробки та знизити собівартість продукції, що випускається.

Вибрано оптимальні режими різання, що забезпечує найбільшу продуктивність праці при найменшій собівартості операції при потрібній якості обробки.

СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ

1. Курсове проектування на уроку “Технологія машинобудування”, Добриднєв І.С., М.: Машинобудування 1985.

2. Технологія конструкційних матеріалів, Дальський А.М., М: Машинобудування 1985.

3. Охорона праці машинобудуванні, Мазов В.А. М: Машинобудування 1983.

Вихідним матеріалом для прокату служать зливки, відлиті в изложницы - для обжимо-заготівельних станів, а станів готового прокату – блюми, сляби і заготовки, катані і безперервнолиті.

При використанні злитків технологічна схема прокатки передбачає наступні операції: нагрівання злитків, прокатка на блюмінгу або слябінгу, обрізання кінців розкочування та порізка його на мірні довжини. Далі сляби і великі блюми направляють на стани готового прокату, а частина блюмів надходить на безперервно-заготівельні стани (НЗС), де з них отримують заготовки менших розмірів для дрібносортних та дротових станів.

При використанні безперервнолитих заготовок (блюмів, слябів), вони після нагріву чи підігріву надходять безпосередньо на стани готового прокату, минаючи обтискно-заготівельні операції.

Зливки відливають із сталей, які поділяють за низкою ознак: за хімічним складом, за способом виробництва, за структурою, за призначенням, за ступенем розкислення. Серед них найбільшу питому вагу по масі займають вуглецеві сталі звичайної якості (ГОСТ 380), стали вуглецеві якісні (ГОСТ 1050) і низьколеговані стали конструкційні (ГОСТ 5058).

Підготовка вихідних матеріалів до прокатки полягає у видаленні поверхневих дефектів та нагріванні. Видалення поверхневих дефектів – полон, тріщин, неметалевих включень та ін., дуже трудомістка операція. У старих цехах у ньому зайнято до 70% робочих. Виконують її лезовим інструментом, зачисткою абразивними колами, вогневою зачисткою, верстатною обдиркою та ін.

Нагрів металу перед прокаткою здійснюють у нагрівальних колодязях, методичних печах та печах з викочуванням подом. Основна мета нагріву металу – підвищити його пластичність та знизити опір деформації. Однак нагрівання може мати і небажані наслідки - окалиноутворення, знеуглерожування поверхневих шарів, перегрів та перепал металу. І якщо останніх трьох можна уникнути, дотримуючись певних режимів, то в звичайних умовах окалиноутворення є неминучим і призводить до втрати 1-2% металу і більше, а також погіршення якості поверхні.

Температура нагрівання металу визначається температурним режимом прокатки – температурою початку (t н) та кінця прокатки (t до). Зазвичай температуру t н приймають на 150-200 0 З нижче лінії солідусу діаграми стану залізовуглецевих сплавів з таким розрахунком, щоб температура t до лежала в області однофазного гамма-заліза, тобто. в області температур вище за лінію перетворення. Зазвичай для мало-і середньовуглецевих сталей t н = 1250…1280 0 З, для високовуглецевих t н = 1050…1150 0 З, а t до 950…1050 0 З.

В останні роки з метою економії енергетичних та матеріальних ресурсів, підвищення якості прокату переходять на низькотемпературне нагрівання та прокатку.

9.1 Технологія виробництва напівпродуктів.

До напівпродуктів відносять блюми зі стороною перерізу 240-350 мм, заготовки 50-240 мм, сляби товщиною до 350 мм і шириною до 2500 мм. Напівпродукти виробляють на блюмігах, слябінгах та заготівельних станах. Найбільш поширені одноклітинні блюмінги. По діаметру валків їх поділяють на малі (850 ... 1000 мм), середні (1050 ... 1170 мм) і великі (1200 ... 1500 мм).

На блюмінгу можна прокочувати і блюми, і сляби, але в слябинге – лише сляби.

Малі блюмінги використовують в основному як обтискні клітини заготівельних і рельсомолочних станів.

На рис. 9.1. представлена ​​схема блюмінгу 1300. Він розташований у чотирьох прольотах – пічному (I), становому або головному (II), машинному (III), скрапному (IV) та ад'юстажному (V). Зливки зі стриперного відділення сталеплавильного цеху надходять на залізничних платформах у пічний проліт, зливки окропу в роздягненому стані, а спокійній – у виливницях у підірваному від литників стані і без прибуткових надставок.

Мостовим кліщовим краном зливки садять у нагрівальні колодязі (1) - регенеративного або рекуперативного типів. В силу низки недоліків, властивих регенеративним колодязям (прямий контакт факела зі зливком, нерівномірне нагрівання, відсутність представницької точки для контролю температури в комірці тощо), частіше використовують колодязі рекуперативного типу.

До 90% зливків садять у колодязі в гарячому стані, що приблизно вдвічі скорочує час нагрівання злитків і відповідно витрата палива та втрати металу в окалину.

Залежно від температури розрізняють зливки гарячого посада, теплого і холодного посада з температурою відповідно вище 800 0 С, від 400 до 800 0 С і нижче 400 0 С.

З колодязів нагріті зливки кліщовим краном укладають на злитковоз - човникового або кільцевого типу (3). Човникові мають обмежену пропускну здатність і є вузьким місцем у технологічному ланцюжку, особливо при подачі зливків від подальших осередків. Тому більш переважні кільцеві злитковози. На кільці розташовують до 3...4 візків, що переміщуються зі швидкістю до 6 м/сек.

Бічний зіштовхувач (2) зі злитковозу зливки стикають на поворотний стіл, далі на приймальний рольганг і по ньому передають у становий проліт до блюмінгу (5), де їх прокочують на блюми або сляби.

Головною особливістюблюмінгу є можливість підйому верхнього валка між проходами на висоту до 1500 мм та реверсу валків, що забезпечує прокатку злитків у прямому та зворотному напрямках до отримання гуркотів заданих розмірів. Для калібрування валків блюмінгу використовують систему ящикових калібрів із послідовним або симетричним розташуванням калібрів (рис. 9.2-а, б).

Сила прокатки на блюмінгу сягає 18 МН, момент прокатки – до 5 МНм. Привід валків здійснюється від одного двигуна через шестеренну кліть або індивідуально на кожен валок. Сумарна потужність двигунів до 12 тис. квт.

Передача розкочування з калібру в калібр вздовж осі валків здійснюється маніпуляторами. У лінійці переднього маніпулятора з боку приводу вмонтовано гаковий кантувач. За блюмінгом розташовані машина вогневої зачистки (7) і далі – ножиці (8). На машині вогневої зачистки видаляють поверхневі дефекти. Залежно від площі та глибини зачистки втрати металу становлять до 3%.

На ножицях видаляють передній і задній кінці гуркоту і ріжуть його на мірні довжини. Тут же на передній торець кожного блюму та слябу тавром наносять паспортні дані зливка. Головний і донний обріз з-під ножиць похилим транспортером (9) передають у скрапний проліт на залізничні платформи.

Ножиці кривошипно-шатунні, забезпечують зусилля різання до 16 МН і кількість різів до 12 хв.

Від ножиць частина блюмів по рольгангу (10) направляють на безперервно-заготівельний стан (НЗС), а інша частина та сляби по транспортеру (11) – на ад'юстаж для охолодження та ремонту.

Продуктивність блюмінгу 1150 складає 3...4 млн. т/рік, а блюмінгу 1300 - до 6 млн. т/рік (на всаду).

Слябінги за складом та розташуванням обладнання багато в чому аналогічні блюмінгам. Головною відмінністю слябінгу є наявність окрім горизонтальних валків пари вертикальних, розташованих перед або за кліттю. Крім того, валки слябінгу не калібровані, а гладкі.

Прокочувати на блюмінгу заготовки невеликого перерізу економічно недоцільно. Тому зазвичай за блюмінг розташовують НЗС, на якому з блюмів без підігріву прокатують заготовки. На рис. 9.3 представлена ​​схема НЗЗ 900/700/500. Стан складається з трьох груп і забезпечує отримання квадратних заготовок зі стороною перерізу 240, 190 та 150 мм із другої групи та 120, 100 та 80 мм – з третьої.

По подводящему рольгангу (1) блюми надходять на поворотний пристрій для напрямку розкочування здоровим кінцем вперед, а від нього - в першу групу з двох клітей (3) з валками діаметром 900 мм. Друга група з шести клітей – дві з валками діаметром 900 мм (5) та чотири – по 700 мм (6,7). Щоб уникнути кантівки розкочування між клітками валки двох клітей 700 розташовані вертикально (6). Перед групою встановлено кантувач (4).

З другої групи гуркіт перерізом 150 мм і вище шлепперами передають на обвідний рольганг (8) і далі на ножиці з нижнім різом зусиллям 10 МН.

Для отримання заготовок меншого перерізу гуркіт надходять до третьої групи з шести клітей з діаметром валків 500 мм, три з яких з вертикальними (11) і три – з горизонтальними валками (12). Перед групою встановлені маятникові ножиці (9) для видалення переднього кінця та кантувач (10).

У перших клітях зазвичай використовують систему ящикових калібрів, у наступних ромб – квадрат.

За третьою групою встановлені леткі ножиці (13) зусиллям 1,5 МН. Після різання заготовки надходять на пакетирующий рольганг (19) і далі холодильник (21).

Продуктивність НЗЗ зазвичай відповідає продуктивності блюмінгу, за яким він встановлений.

Крім НЗЗ для заготівель використовують також обтискно-заготівельні стани лінійного типу і з послідовним розташуванням клітей.

9.2 Технологія виробництва прокату на рельсомолочних станах

Сортамент рейкосалочних станів включає залізничні рейки масою від 38 до 75 кг/п.м., трамвайні та підкранові рейки, двотаврові балки та швелери понад №24, рівнобокі та нерівнобокі куточки, зетоподібні, круглі та квадратні профілі великих розмірів.

Як приклад розглянемо технологію виробництва найбільш відповідального та складного профілю – залізничних рейок на стані 800.

Стан лінійного типу, кліті розташовані дві лінії (рис.7.12). У першій – обтискна дуо-реверсивна кліть 900 (малий блюмінг), у другій три кліті 800 – чорнова та передчистова тріо та чистова дуо з окремим приводом. Заготівлі перетином 300340 мм нагрівають у методичних печах до температури 1180-1200 0 С. В обтискній кліті прокатку здійснюють в ящикових і трьох-чотирьох таврових калібрах, а в інших - в пластових калібрах (рис. 9.4).

З чистової кліті виходить рейка довжиною близько 75 м з температурою на рівні 900 0 .

Дисковими пилами розкочування ріжуть на стандартну довжину 12,5 або 25 м з урахуванням термічної усадки і припуску на механічну обробку торців.

Для компенсації термічного вигину при охолодженні рейки на головку, його попередньо вигинають на підошву і в такому вигляді охолоджують на холодильнику до температури приблизно 600 0 С. Потім слідує уповільнене охолодження (протиофлокенна обробка) в ямах, до температури 150 ... 200 0 С на протязі …8 год.

Охолоджені рейки правлять у роликоправильних машинах (РПМ) та додатково кінці рейок на штемпельних пресах. Після цього фрезерують торці рейок на стандартний розмір і свердлять отвори болтові. Наявність дефектів у рейках контролюють УЗК.

Далі слідує термічна обробка рейок – нормалізація в прохідних печах або загартування головки рейок (нагрів ТВЧ до 1000 0 С та охолодження водоповітряною сумішшю). Остаточну правку рейок здійснюють на РПМ у положенні стоячи та під пресом кінців рейок у положенні на боці.

Приймання рейок проводять ВТК та інспектори МПС. Контролюють хімічний склад та структуру рейкової сталі, її міцнісні та пластичні властивості, ударну в'язкість, злам зразків, повнопрофільних рейок під копром та ін.

Прокатку балок, швелерів та ін. профілів здійснюють за такою ж технологічною схемою з деякими спрощеннями: ширший температурний інтервал нагріву заготівлі (1200…1280 0 С), відсутній попередній вигин розкату перед холодильником та уповільнене охолодження, менше обсяг обробки та контролю якості профілів.

9.3 Прокатка велико-, середньо-, дрібносортного прокату та катанки.

Великий сорт прокочують на сучасних станах з послідовним розташуванням клітей (рис.7.15), рідше на станах лінійного типу, аналогічних рельсоболочним.

Вихідним матеріалом служать блюми та заготовки, катані та безперервнолиті, квадратного перерізу зі стороною до 310 мм. Нагріті в методичних печах з торцевим завданням і видачею заготівлі по рольгангу надходять у безперервну групу (одну або дві) з кількох клітей, що чергуються, з горизонтальним і вертикальним розташуванням валків. Потім шлепперами гуркіт передають на другу лінію, де прокатку здійснюють у зворотному напрямку в групі з декількох послідовно розташованих клітей. Відстань між сусідніми клітями перевищує довжину гуркотів, і це позбавляє необхідності дотримуватися умови сталості секундних обсягів металу. Тому на таких станах можна прокочувати профілі складної форми.

Після другої лінії гуркіт шлепперами передають у третю лінію, звідки з чистової кліті - до пил гарячого різання і далі на холодильник. Готовий прокат ріжуть на пилах холодного різання на мірні довжини, правлять у РПМ, видаляють поверхневі дефекти та упаковують для відправки на склад готової продукції.

Усі кліті стану мають індивідуальний привід. Кожна група і окремі кліті оснащені кантувачами.

Продуктивність таких станів сягає 2 млн. т/рік.

Середній і дрібний сорт прокочують на станах безперервного та напівбезперервного типів із послідовним розташуванням клітей. Технологічна схема аналогічна до схеми прокатки великого сорту.

Катанку виробляють на сучасних бездротових дротяних станах. Нагріті заготовки перед станом зварюють торцями в нескінченний батіг. У безперервній чорновій групі (однієї або двох) прокатку ведуть у чотири нитки. Потім потік роздвоюється на дві проміжні безперервні групи клітей (по дві нитки на кожну), а після них знову роздвоюється на чотири нитки, які прокочують у блоках чистових клітей – дво- чи тривалкових.

Для забезпечення рівномірного охолодження катанки її на виході з чистових блоків інтенсивно охолоджують і витками укладають на транспортер, що рухається, з регульованим охолодженням, після якого укладають в бунти масою до 2 т. Потім бунти ущільнюють, обв'язують і відправляють на склад готової продукції.

Клітини чорнових груп можуть мати загальний чи індивідуальний привід, як і блоки чистових клітей. Швидкість прокатки на таких станах досягає 120 м/сек, продуктивність – до 1 млн т/рік.

У чорнових групах встановлені аварійні леткі ножиці, а після чистових блоків для порізки на задану масу бунту.

9.4 Технологія виробництва листів

9.4.1 Виробництво гарячекатаних листів та смуг.Товсті листи прокочують на спеціалізованих товстолистових станах (ТЛС) та широкосмугових станах гарячої прокатки (ШСГП). На ТЛС листя катають листи товщиною від 5 до 160 мм і більше, на ШСГП - смуги товщиною до 20 мм з наступним різанням на листи.

Використовують переважно ТЛС дво- та триклітинні з послідовним розташуванням клітей, наприклад, стан 3600 МК «Азовсталь». Як заготівля застосовують безперервнолиті та катані сляби товщиною до 350 мм масою до 16т, а для особливо товстих листів та плит – зливки масою до 30 т і більше. Сляби нагрівають у методичних печах, а зливки – у нагрівальних колодязях або печах із висувним подом.

Першу кліть з вертикальним або горизонтальним розташуванням валків використовують як окаліноломателя. Друга кліть - чорнова дуо або кварто, частіше універсального типу, в якій роблять розбивку ширини та обтискання слябу по товщині.

Після другої кліті особливо товсті листи та плити передавальним візком направляють у відділення термічної обробки та обробки. Для отримання листів меншої товщини гуркіт докочують в чистовій кліті кварто, на яку припадає приблизно 25% обтискання від загального.

Видалення окалини з поверхні листів усім клітинах здійснюють з допомогою гидросбивов з тиском води до 17 МПа. З передньої та задньої сторони кліті обладнані маніпуляторами, а для розвороту слябів – рольгангами з конічними роликами.

З чистової кліті гуркіт надходять у роликозакалочную машину і далі на охолодження та оздоблення. Їх ріжуть на листи заданих розмірів, які правлять у РПМ, піддають ультразвуковому, візуальному та іншим видам контролю. Для підвищення службових властивостей листи піддають термічній обробці (нормалізації, загартування та ін.).

Продуктивність ТЛС становить понад 1 млн. т/рік.

Гарячекатані смуги, у тому числі товсті, прокочують на безперервних або напівбезперервних ШСГП. Там виробляють до 90% листової сталі, завдяки їх вищій продуктивності та високих техніко-економічних показників у порівнянні з ТЛС.

На ШСГП як заготовки використовують сляби, які нагрівають у методичних печах (1, рис.9.5). Нагріті сляби по рольгангу (2) надходять в чорновий окалиноломатель (3) з горизонтальним або вертикальним розташуванням валків і далі в кліть (4), після якої іноді встановлюють прес (5) для обтиснення сляба по ширині.

Після цього сляби надходять у чернову групу послідовно розташованих клітей (6, 7, 8), як правило, кварто універсального типу, і далі – в чистову безперервну групу клітей – кварто (11...16). Перед нею встановлені летючі ножиці для обрізання переднього кінця (9) та чистовий окалиноломатель (10). Видалення окалини з поверхні гуркотів здійснюють за допомогою гідрозбивів.

Після чистової групи клітей смуги інтенсивно охолоджують в пристроях, що душують, і змотують на моталках в рулон.

Порізку смуги на листи заданих розмірів здійснюють на агрегатах поздовжнього та поперечного різання. Частина смуг у рулонах надходить у цехи холодної прокатки (ЦХП).

Напівнеперервні ШСГП є комбінацією з ТЛС як чорнової групи і безперервної чистової групи клітей. З чорнової групи видають товсті листи, та якщо з чистової – товсті і тонкі смуги, змотані в рулон.

9.4.2 Виробництво холоднокатаної листової сталі.На ШСГП виробляють смуги завтовшки 0,8 мм і більше. Тим часом для багатьох виробів потрібні листи менших товщин. Крім того, гарячекатані листи мають поверхню, непридатну для виготовлення лицьових деталей виробів. Тому рулони гарячекатаних смуг направляють у ЦХП для подальшої прокатки.

Технологією передбачені такі операції: травлення, прокатка, очищення поверхні, відпал, дресирування, оздоблення.

Травлення смуг здійснюють з метою видалення з поверхні прокатної окалини. Для цього використовують безперервні травильні агрегати (НТА) із сірчаною або соляною кислотами (рис. 9.6) Смугу з розмотувача (1) за допомогою роликів, що тягнуть (2), задають у РПМ (3). На гільйотинних ножицях (4) обрізають задній кінець попередньої смуги і передній кінець наступної і зварюють їх у безперервну стрічку на стикосварювальній машині (5). Місце стику зачищають на гратознімач (6). Ці операції виконують на нерухомій стрічці. Щоб забезпечити безперервність процесу травлення, передбачений петленакопичувач (8), з якого смуга безперервно надходить у травильні ванни (10).

У промивній ванні (11) з поверхні смуг змивають залишки кислотних розчинів і сушать у камері (13). На дискових ножицях (14) обрізають бічні кромки смуг, далі на ножицях поперечного різання (15) видаляють місця їх стикового зварювання і знову змотують рулони на моталці (16).

Холодну прокатку смуг здійснюють на одноклітьових (чотирьох або багатовалкових) станах в режимі реверсивної прокатки за кілька проходів або на багатоклітьових станах з рулону в рулон. У процесі прокатки на валки інтенсивно подають мастильно-охолоджувальну рідину (СОЖ) - суміш емульсолу з водою.

На багатоклітьових станах прокочують бляху і тонкі смуги завтовшки від 0,14 мм, а на одноклітьових багатовалкових станах - найтоншу стрічку завтовшки до 0,002 мм.

Для зняття наклепу метал піддають відпалу в ковпакових печах (рулонами) або в агрегатах безперервного відпалу (смугою) при температурі близько 900 0 С. Попередньо в агрегатах електролітичного очищення з поверхні смуг видаляють залишки емульсії та різні забруднення.

Для підвищення штампування листи піддають дресирування шляхом прокатки з невеликим обтисканням - 1...2%.

В процесі обробки смуги ріжуть на листи заданих розмірів на агрегатах поздовжнього та поперечного різання, правлять, наносять захисні та/або декоративні покриття та ін.

Крім порулонного способу в останні роки в ЦХП почали впроваджувати принципи нескінченної прокатки та обробки в безперервних агрегатах травлення, прокатки, очищення поверхні, відпалу та дресирування.

Спостерігається перехідна більш новий якісний виток розвитку. Це зумовлено багатьма факторами: від створення, впровадження та розвитку прогресивних технологій, у тому числі і в сталеплавильному виробництві, до зміни самої концепції щодо прокатного виробництва. Одним з найбільш важливих факторів даного розвитку в прокатному виробництві є можливість здійснювати абсолютний контроль температурно-деформаційним процесом при прокатці на станах останнього покоління. Ця тенденція найбільш яскраво проявляється на прокатних станах, призначених для виробництва катанки та дрібного сорту. Намагатимемося оцінити, чим це зумовлено, враховуючи можливості, які надає використання нових підходів у технології прокатки катанки. У процесі гарячої прокатки відбувається високотемпературне термомеханічне оброблення металу (ТМО). Однак під ТМО, як правило, розуміється не тільки фізична сутність процесу, але й цілеспрямований комплексний вплив на структуру металевого сплаву сукупністю операцій деформації, нагріву та охолодження, в результаті яких відбувається формування остаточної структури металевого сплаву, а, отже, і його властивостей . Існує велика кількість різновидів термомеханічної обробки сталі. Їх можна поділити на такі групи:

• Режими термомеханічної обробки, за яких деформація здійснюється в аустенітному стані. До цієї групи належать найбільш відомі та вивчені методи зміцнення: високотемпературна термомеханічна обробка (ВТМО) та низькотемпературна термомеханічна обробка (НТМО).
• Термомеханічна обробка з деформацією під час перетворення переохолодженого аустеніту.

Режими термомеханічної обробки, пов'язані з деформацією, що здійснюється після перетворення аустеніту на мартенсит або бейніт. Прикладом такої обробки є метод зміцнення, пов'язаний із деформаційним старінням мартенситу. Для зміцнення сталі можуть застосовуватися різні комбінації режимів термомеханічної обробки, наприклад, ВТМО з НТМО, ВТМО з деформаційним старінням мартенситу та ін. Термомеханічна обробка найчастіше є остаточною операцією при виготовленні деталей. Але вона може використовуватися як попередня операція, яка забезпечує формування сприятливої ​​структури при проведенні остаточної термічної обробки, що включає загартування на мартенсит і відпустку. Традиційно при розгляді завдання досягнення необхідних властивостей готової продукції з металевого сплаву використовують вплив хімічних елементів на властивості металу і термічну обробку. При цьому формування структури під час нагрівання, а особливо при прокатці, тривалий час залишалося «чорним ящиком». Адже саме ці процеси впливають на формування структури готової продукції. На практиці технологи використовували для отримання необхідних механічних властивостей, у готовому прокаті застосовували тільки такі механізми при виготовленні сталей, як легування та термообробка. Як приклад наведемо недоліки використання традиційних способів виготовлення готового прокату із рядових марок сталей. У даного класу сталей структура складається з фериту з відомою незначною часткою перліту. За бажання отримувати менш металомісткі конструкції та вироби зі сталі, що мають підвищену надійність при низькій собівартості виготовлення, постає проблема підвищення міцності прокату, отриманого в гарячекатаному стані. Якщо збільшення міцності використовують лише підвищення частки перліту шляхом підвищення вмісту вуглецю, то ця можливість обмежена, оскільки зі збільшенням міцності завдяки підвищенню вмісту вуглецю пластичність, в'язкість і зварюваність стали різко знижуються, що призводить до відмови від даного прокату, оскільки поряд з міцністю у прокаті необхідне забезпечення вищеперелічених властивостей металу. Виготовлення прокату з високолегованих сталей призводить до різкого подорожчання готової продукції у зв'язку з високою ціною легуючих елементів та погіршенням технологічності переробки (додаткове зачищення тощо). Додаткова термообробка після прокатки, така як загартування+відпустка, дозволяє отримати підвищення міцності та пластичних властивостей сталі, але цей ефект можна отримати тільки для низьколегованих марок сталей. При цьому відбувається збільшення собівартості готових виробів зі сталі. Першим кроком використання особливого стану гарячекатаного прокату, отриманого в процесі деформації, стало використання установок прискореного охолодження після прокатки, особливо застосування водяного охолодження. Використання даної технології безпосередньо в лініях прокатки дозволило знизити вплив повного перебігу процесів рекристалізації, які раніше формували структуру та механічні властивості в готовому прокаті.

Наступним кроком підвищення механічних властивостей стало використання так званого процесу контрольованої прокатки з використанням принципів термомеханічної обробки. Розглянемо докладніше використанням цих принципів у процесі ТМО. Залежно від того, як проводити прокатку та нагрівання насамперед залежить ефективність впливу хімічного складу та термообробки на кінцеві властивості металопрокату. Хімічний склад дуже впливає на зміни структури і в процесі ТМО, і його вплив на механічні властивості має розглядатися з позицій всіх етапів обробки металу: від нагріву до охолодження. Термічна обробка з прокатного нагрівання лише фіксує стан структури, отриманої на прокатному стані, і хоча тут існує безліч варіантів її проведення з отриманням різних комплексів властивостей, підвищення їх значень обмежено цією структурою в процесі прокатки. Термічна обробка поза прокатним станом з подорожчанням енергоносіїв стає дедалі недоцільнішою. Ряд режимів термомеханічної обробки можуть забезпечити поряд з високими властивостями міцності підвищену пластичність і в'язкість. Нерідко використання ТМО дозволяє отримати комплекс механічних властивостей, який може бути досягнутий способами звичайної термічної обробки та традиційного легування. Змінюючи умови деформування при ТМО, можна регулювати густину та характер розподілу дефектів кристалічної будови, що дозволяє керувати структурою та властивостями сталі у широких межах. Саме ці причини і стали підставою такого швидкого розвитку та зацікавленості, виробників металопродукції процесом ТМО. Слід зазначити перспективність розвитку процесу ТМО під час виробництва катанки. Це зумовлено особливостями виробництва та геометричними розмірами (високі швидкості деформації та особливо малий переріз на відміну від інших видів металопродукції одержуваних шляхом гарячої прокатки). Справа в тому, що тільки при прокатці катанки для великого марочного сортаменту можливе здійснення та керування процесами гарячого наклепу та рекристалізації, що через відсутність високих швидкостей деформації при виробництві інших видів прокату неможливе в лінії прокатки, або можливо при накладенні певних обмежень (обмежений марочний) сортамент, як правило, стали аустенітним класом або низькі температури прокатки). Це дозволяє керувати властивостями міцності гарячого прокату, а високий ступінь деформації в сукупності з хімскладом і термообробкою пластичними. До особливостей прокатки катанки можна віднести ще один дуже важливий з позицій термомеханічної обробки фактор - час між деформаціями може досягати дуже малих значень, особливо в останніх клітинах, аж до 0,0005 с. Для збереження структури, отриманої у процесі ТМО, велике значення має спосіб здійснення охолодження після прокатки. При цьому виникають дві задачі: транспортування прокату до охолоджуючого пристрою та охолодження металу по всьому перерізу для забезпечення рівномірності структури, а, отже, і властивостей перерізу готового прокату. Невеликий поперечний переріз катанки (діаметр до 8 мм) дозволить розглядати його як термічно тонке тіло.

Таким чином, отримавши необхідну структуру на прокатному стані, ми можемо її зафіксувати у всьому поперечному перерізі та по всій довжині, що покращує однорідність властивостей та якість гарячого прокату. При необхідності, змінюючи інтенсивність охолодження після прокатки, можна також домогтися різної структури за шарами поперечного перерізу та отримати певні властивості. Так як швидкість відведення тепла в більшому перерізі з внутрішніх шарів обмежена, зберегти переваги наведеної структури в процесі прокатки проблематично, а іноді і зовсім неможливо. При проведенні експерименту на прокатному стані найважливішим моментом є облік факторів, що найбільш впливають на структуру. Для цього необхідно здійснити математичне моделювання процесу прокатки, що дозволяє визначати значення параметрів, що впливають на структуру. Для подальшої оцінки їхнього впливу на структуру можуть бути використані такі відомі дані як:
- Вплив температури та витримки в печі на зростання зерна в заготівлі;
- вплив величини зерна та температури металу на перетворення з аустеніту;
- Зміна структури гарячедеформованого аустеніту при післядеформаційній витримці;
- структуроутворення при гарячій
прокатці.

Для визначення впливу параметрів прокатки на структуру гарячедеформованого металу необхідно створення термокінетичної моделі дротяного стану, на якому проводиться експеримент. На підставі чого, виходячи зі швидкості кінця прокатки та проміжних температур лінії стану, визначаються значення: швидкості деформації; температури деформації; час між деформаціями. При здійсненні процесу контрольованої прокатки температурний режим є одним з найбільш важливих факторів цілеспрямованого впливу на структуру і кінцеві властивості у виробництві катанки. Існує кілька шляхів безпосереднього регулювання температури прокатки в процесі прокатки: зміна температури нагріву, регулювання швидкістю прокатки, міжклітинне охолодження та нагрівання розкочування. Найчастіше для дії на температуру гуркоту під час прокатки використовують два перші важелі дії. Для застосування міжклітинного охолодження та нагрівання необхідна установка
додаткове обладнання. Крім цього, потрібна попередня оцінка можливостей охолодження (при швидкостях прокатки вище 30 м/с і міжклітинній відстані не більше 1 м — час для забезпечення необхідного теплознімання обмежений). Також великим завданням є знання впливу температурних полів розкочування в процесі прокатки для певного марочного сортаменту на структуру металу, зокрема
на величину зерна. При використанні керування температурою прокатки необхідно враховувати, що діапазон можливого регулювання має певні обмеження. Від теплового режиму залежить енергосилові параметри прокатного стану, зусилля, що діють на валки (шайби) та інші деталі робочих клітей, точність розмірів профілю, форма і якість поверхні готового прокату, стійкість прокатних валків, стабільність всього технологічного процесу. При цьому він безпосередньо пов'язаний з режимами обтискань, швидкостей та натягу. На більшості прокатних станах не проводиться безпосередній вимір температури проміжного гуркоту у всій довжині стану. Це пов'язано як з дорожнечею установки, так і з умовами експлуатації приладів, що часто не дозволяє точно визначити температуру металу, може призводити до поломки вимірювальної техніки при аварійному відхиленні металу від лінії прокатки. Також при використанні міждеформаційного охолодження навіть визначення температури поверхні розкочування не дає точну картину про середньомасову температуру металу, яка, у свою чергу, є найбільш значущою для оцінки вищезазначених параметрів. Температура при прокатуванні металу розподілена по перерізу не рівномірно, оскільки безпосереднім виміром цей розподіл визначити немає можливості, то доцільно вдаватися до розрахунку теплових характеристик. Тепловий режим розраховується з урахуванням теплового балансу, що залежить від усіх видів теплообміну, що мають місце при гарячій прокатці: втрата тепла теплопровідністю при контакті з шайбами ​​та водяним охолодженням, конвекцією та випромінюванням. Найбільшою проблемою визначення теплоперенесення при прокатці є встановлення закономірностей зміни температур у будь-якій точці розкочування протягом часу від нагріву до отримання готової катанки. Зміна температури гуркоту під час прокатки пов'язана з перебігом всіх видів теплових процесів: теплопровідністю, конвекцією та випромінюванням. При цьому кожен з видів теплоперенесення робить свій внесок, який не завжди вдається точно встановити. Деформація металу шляхом прокатки з позиції теплоперенесення складається з великої кількостірізних етапів (циклів). На кожному такому етапі діють певні процеси з властивими лише даної ділянки умовами. Результуючий ефект складного теплоперенесення залежить не тільки від інтенсивності конкретних видів перенесення, а й від особливостей їх взаємодії (послідовної або паралельної, стаціонарної або нестаціонарної). На відміну від стаціонарного режиму, при якому температурне поле не змінюється в часі, тепловий процес прокатки характеризується як нестаціонарний. При цьому температурне поле гуркоту є функцією часу. Нестаціонарний процес пов'язаний із зміною ентальпії у часі. При цьому інтенсивність відведення теплоти є непостійною в часі. Вирішити завдання нестаціонарної теплопровідності — це означає знайти залежності зміни температури та кількості переданої теплоти в часі
будь-якої точки тіла. Кожен із процесів нестаціонарного теплообміну описується системою диференціальних рівнянь. Однак дані рівняння описують безліч процесів тепловіддачі, виведені з розгляду елементарної ділянки у фізичному тілі. Щоб вирішити конкретну задачу, пов'язану зі зміною температури металу при прокатці, необхідно на кожному етапі розглянути теплові, що протікають, і дати повний їх математичний опис всіх приватних особливостей, властивих для даного випадку. Для цього необхідно вирішувати систему диференціальних рівнянь щодо наступних крайових умов:
- Геометричні умови, що характеризують форму та розміри гуркоту.
- фізичні умови, що характеризують Фізичні властивостісередовища та гуркоту.
- Кордонні умови, що характеризують особливості перебігу процесу
на межах тіла.
- Тимчасові умови, що характеризують особливості перебігу процесу
в часі.

Рішення даної системи рівнянь дозволить отримати опис поля температур розкочування на будь-якій ділянці прокатного стану в будь-який момент часу. Дана задача визначення температурних полів по перерізу розкочування в будь-який момент прокатки була вирішена для дрібносортно-дротяного стану 300 No3 ВАТ «ММК». В якості прикладу
наведено діаграму на малюнку 1 розподілу температури по перерізу
проміжного гуркоту. Використання результатів даної моделі дозволило оцінити існуючий температурно-деформаційний режим
прокатки, а шляхом зміни основних факторів прокатки — прогнозувати та отримувати необхідний режим із позиції формування необхідної структури. З метою отримання нового рівня властивостей на катанці, призначеній для армування, на ВАТ «ММК» на стані 250#2 були проведені дослідження з використанням температурно-деформаційної моделі і знову встановленої установкиводяного охолодження. Установка у 2004 році нової лінії водяного охолодження на стані 250#2 (виробництва НВП «Інжмет») дозволила провести експериментальні дослідження з метою одержання термомеханічно зміцненої арматури малих діаметрів. Отримання термомеханічно зміцненої арматури на стані 250No2 полягала у проведенні процесу загартування поверхневого шару катанки лінії водяного охолодження, розташованої після чистової кліті No16 в потоці прокатного стану. Далі прокат укладається моталкою у вигляді витків на сітчастий транспортер, після чого збирається на виткосбірнику бунти масою до 300 кг. Охолодження здійснюється за допомогою форсунки високого тискуі в послідовно розташованих трубках, на вході та виході яких охолодження катанки переривається відсічними пристроями. Довжина активної зони охолодження залежить від діаметра катанки, що прокочується, і може становити ≈ 7,2 м і ≈9,7 м.
Термомеханічне зміцнення катанки можна умовно поділити на три етапи. На першому етапі катанка, що виходить із чистової кліті No16, потрапляє в лінію термозміцнення, де піддається інтенсивному охолодженню водою. Цей процес повинен забезпечувати охолодження поверхні катанки зі швидкістю, що перевищує критичну швидкість охолодження, необхідну для отримання поверхневому шарі катанки структури мартенситу. Однак при цьому технологія процесу термозміцнення повинна забезпечувати таку температуру центральних шарах катанки, при якій зберігається аустенітна структура під час охолодження. Цей процес можна виділити на другий етап, який дозволить при подальшому її охолодженні зі швидкістю меншої критичної швидкості отримати в серцевині катанки ферито-перлітну структуру, що забезпечить високу пластичність отриманої арматури (рис. 2). На третьому етапі висока температура центральних шарів катанки після закінчення операції інтенсивного охолодження сприятиме перебігу процесу самовідпустки загартованого поверхневого шару. Цей процес, у свою чергу, також дозволяє підвищити пластичність поверхневого шару при збереженні його високої міцності.
Метал, розташований між поверхневим та центральним шаром, має проміжну швидкість охолодження, яка призводить до отримання шару з бейнітною структурою. В результаті такого охолодження виходить, що катанка в поперечному перерізі являє собою дві зони у вигляді кільця: з мартенситною та бейнітною структурою та ферито-перлітною в центральній
частини. В результаті дослідних прокаток на стані 250 # 2 була отримана катанка із зазначеною структурою (рис. 3).
Дослідження структури шліфів термомеханічно зміцненої катанки
показало в отриманого прокату, як правило, наявність одного або кількох піджарених шарів серповидної форми. Це, мабуть, пов'язано з тим, що охолодження проводиться лише однією форсункою в один цикл охолодження. У таких умовах у разі виникнення ситуації «випадкового» омивання якоїсь однієї області прокату в єдиній камері охолодження надалі відсутня можливість проведення ще кількох циклів охолодження, які дозволили б зробити більш рівномірне охолодження катанки по перерізу. Подальше охолодження катанки на сітчастому транспортері без здійснення спрямованої продування повітрям також призводить до нерівномірного температурного поля як перерізу, так і по довжині бунту катанки. Також із досвіду проведених
прокаток було виявлено зміну температури катанки після водяного охолодження по довжині бунту (зміна температури по одному бунту)
∆Т = 30-50 ° С). Так як час та умови охолодження по всій довжині бунту однаково, був зроблений висновок, що причиною даної різниці температур є нерівномірність нагріву по довжині заготовок в печі печі прокатного стану.

Вимірювання температури заготівлі на виході з печі та після чорнової групи (зміна температури становила ∆Т=50—80 °С) згодом підтвердили це припущення. Перелічені вище чинники в результаті призводять до великої нерівномірності структурних складових по довжині прокату, що безпосередньо зумовлює значний розкид (до 50-80 Н/мм2) механічних якостей у межах партії. Така структура в катанці з рядових низьковуглецевих марок сталі дозволяє отримати унікальний комплекс механічних властивостей: високу межу плинності при хорошій пластичності, що не завжди можна отримати навіть на катанці з деяких низьколегованих марок сталі при стандартній прокатці та охолодженні на повітрі (рис. 4). Отримання вищезгаданої катанки вимагає точного дотримання технології термозміцнення. Налаштування лінії водяного охолодження залежить від багатьох факторів: марки сталі, необхідних механічних властивостей, діаметра катанки, складу обладнання лінії охолодження, налаштування форсунки високого тиску, швидкості прокатки, витрати та тиску води (рис. 5).
Для визначення технологічних параметрів залежно від перерахованих факторів було проведено експериментальні дослідження з вимірюванням температури самовідпустки. Від отриманих під час експериментальних прокаток бунтів катанки відбиралися проби для механічних випробувань та металографічного аналізу одержаної мікроструктури. Отримані результати показують, що є досить великий діапазон зміни механічних властивостей. При цьому спостерігається така ж тенденція як при підвищенні вмісту вуглецю у вуглецевих марках сталі: при підвищенні властивостей міцності — зменшуються пластичні (рис. 5).
Виходячи з марочного сортаменту, рівня механічних властивостей та номінального діаметра, можливе отримання оптимального технологічного режиму, що задовольняє запити споживачів. Однією з найбільш перспективною сферою застосування термомеханічно.
зміцненої арматури малих діаметрів є використання її для
зв'язки арматурного каркаса у високоміцних залізобетонних плитах. Області застосування даної арматури можуть бути в перспективі й інші різні ж/б конструкції, фундаменти і т.д. На сьогодні це може забезпечити вдосконалення нормативно-технічної документації (ГОСТ, ТУ тощо) та дослідження можливостей використання цього нового виду продукції. Проведені дослідження дали змогу визначити основні параметри процесу термомеханічного зміцнення катанки малих діаметрів. Згодом під час пуску на ВАТ «ММК» стану 170 після адаптації отриманих результатів до умов прокатки на новому таборі дозволить освоїти даний сортамент при масовому виробництві.
ВИСНОВКИ
- Розглянуто процеси, що відбуваються при деформації металу у гарячому стані. Визначено фактори, що найбільше впливають на формування структури металу після деформації.
- Показано перспективність розвитку процесу ТМО при виробництві катанки з урахуванням її геометричних розмірів та особливостей виробництва: особливо малий переріз та високі швидкості деформації на відміну від інших видів металопродукції одержуваних шляхом гарячої прокатки.
- Показано результати використання такого інструменту, як моделювання температури з метою отримання необхідних механічних властивостей катанки при гарячій прокатці з урахуванням існуючих технологічних можливостей стану, а також з точки зору впливу гарячої пластичної деформації та хімічного складу на структуру.
- Наведено результати застосування термомеханічної обробки при прокатці на структурі готової катанки.

Прокаткаце спосіб обробки пластичним деформуванням – найпоширеніший. Прокатці піддають до 90% всієї сталі, що виплавляється, і більшу частину кольорових металів. Спосіб зародився у XVIII столітті і, зазнавши значного розвитку, досяг високої досконалості.

Сутність процесу: заготівля обжимається (здавлюється), проходячи в зазор між валками, що обертаються, при цьому, вона зменшується у своєму поперечному перерізі і збільшується в довжину. Форма поперечного перерізу називається профілем.

Процес прокатки забезпечується силами тертя між інструментом, що обертається, і заготовкою, завдяки яким заготовка переміщається в зазорі між валками, одночасно деформуючись. У момент захоплення металу з боку кожного валка діють на метал дві сили: нормальна сила та дотична сила тертя (рис. 10.1).

Мал. 10.1. Схема сил, що діють під час прокатування

Кут - кут захвату, дуга, по якій валок стикається з металом, що прокочується - дуга захоплення, а обсяг металу між дугами захоплення - вогнище деформації.

Можливість здійснення прокатки визначається умовою захоплення металу валками або співвідношенням

де: - сила, що втягує, - проекція сили тертя на горизонтальну вісь; - виштовхувальна сила - проекція нормальної реакції валківна горизонтальну вісь.

За цієї умови результуюча сила буде спрямована у бік руху металу.

Умову захоплення металу можна виразити:

Виразивши силу тертя через нормальну силу і коефіцієнт тертя: , і, підставивши цей вислів за умови захоплення, отримаємо:

або .

Таким чином, для захоплення металу валками необхідно, щоб коефіцієнт тертя між валками і заготовкою був більшим за тангенс кута захоплення.

Коефіцієнт тертя можна збільшити застосуванням насічки на валках.

При прокатці сталі = 20 ... 250, при гарячій прокатці листів і смуг з кольорових металів - = 12 ... 150, при холодній прокатці листів - = 2 ... 100.

Ступінь деформації характеризується показниками:

– абсолютне обтиснення: (– початкова та кінцева висоти заготівлі);

відносне обтиснення:

Площа поперечного перерізу заготовки завжди зменшується. Тому для визначення деформації (особливо коли обтискання по перерізу по-різному) використовують показник, званий витяжкою (коефіцієнтом витяжки).

де: - Початкові довжина і площа поперечного перерізу, - ті ж величини після прокатки.

Витяжка зазвичай становить 1,1...1,6 за прохід, але може бути більше.

Способи прокатки

Коли потрібна висока міцність та пластичність, застосовують заготовки із сортового або спеціального прокату. В процесі прокатки литі заготовки піддають багаторазовому обтисканню у валках прокатних станів, в результаті чого підвищується щільність матеріалу за рахунок заліковування ливарних дефектів, пористості, мікротріщин. Це надає заготовкам з прокату високу міцність і герметичність при невеликій їх товщині.

Існують три основні способи прокатки, що мають певну відмінність за характером виконання деформації: поздовжня, поперечна, поперечно-гвинтова (рис.10.2).

Мал. 10.2. Схеми основних видів прокатки:

а – поздовжня; б – поперечна; в – поперечно – гвинтова

При поздовжнійПрокатка деформація здійснюється між валками, що обертаються в різні сторони (рис.10.2 а). Заготівля втягується в зазор між валками за рахунок сил тертя. Цим способом виготовляється близько 90% прокату: весь листовий та профільний прокат.

Поперечна прокатка(Рис. 10.2.б). Осі прокатних валків і тіла, що обробляється, паралельні або перетинаються під невеликим кутом. Обидва валка обертаються в одному напрямку, а заготівля круглого перерізу – у протилежному.

У процесі поперечної прокатки тіло, що обробляється, утримується у валках за допомогою спеціального пристосування. Обтискання заготовки діаметром і надання їй необхідної форми перерізу забезпечується профільуванням валків і зміною відстані між ними. Даним способом виробляють спеціальні періодичні профілі, вироби, що представляють тіла обертання - кулі, осі, шестерні.

Поперечно – гвинтова прокатка(Рис. 10.2.в). Валки, що обертаються в один бік, встановлені один одному під кутом. Метал, що прокочується, отримує ще й поступальний рух. В результаті складання цих рухів кожна точка заготовки рухається гвинтовою лінією. Застосовується для отримання пустотілих трубних заготовок.

Як інструмент для прокатки застосовують валки прокатні, конструкція яких представлена ​​на рис. 10.3. Залежно від профілю валки, що прокочується, можуть бути гладкими (рис.10.3.а), застосовуваними для прокатки листів, стрічок і т.п. і каліброваними (струменевими) (рис. 10.3.б) для отримання сортового прокату.

Струмок– профіль на бічній поверхні валка. Проміжки між струмками називаються буртами. Сукупність двох струмків утворює порожнину, звану калібромкожна пара валків утворює кілька калібрів. Система послідовно розташованих калібрів, що забезпечує отримання необхідного профілю заданих розмірів, називається калібруванням.

Мал. 10.3. Прокатні валки: а – гладкий; б - калібрований

Валки складаються з робочої частини – бочки 1 , шийок 2 та трефи 3 .

Шийки валків обертаються в підшипниках, які, біля одного з валків, можуть переміщатися спеціальним натискним механізмом зміни відстані між валками і регулювання взаємного розташування осей.

Трефа призначена для з'єднання валка з муфтою або шпинделем.

Використовуються роликові підшипники з низьким коефіцієнтом тертя = 0,003…0,005, що забезпечує великий термін служби.