Развитие народного хозяйства страны в значительной мере определяется ростом объема производства металлов, расширением сортамента изделий из металлов и сплавов и повышением их качественных показателей, что в значительной мере зависит от условий пластической обработки. Знание закономерностей обработки металлов давлением помогает выбирать наиболее оптимальные режимы технологических процессов, требуемое основное и вспомогательное оборудование и технически грамотно его эксплуатировать.
Металлы наряду со способностью деформироваться обладают также высокими прочностью и вязкостью, хорошими тепло- и электропроводностью. При сплавлении металлов в зависимости от свойств составляющих компонентов создаются материалы с высокой жаростойкостью и кислотоупорностью, магнитными и другими полезными свойствами.
Использование металлов человеком началось в глубокой древности (более пяти тысячелетий до н. э.).
Вначале находили применение цветные металлы (медь, сплавы меди, золото, серебро, олово, свинец и др.), позднее начали применять черные — железо и сплавы на его основе.
Длительное время производство металлов носило примитивный характер и по объему было весьма незначительным. Однако в конце XIX в. мировая выплавка стали резко возросла с 0,5 млн. т в 1870 г. до 28 млн. т в 1900 г. Еще в большем объеме растет металлургическая промышленность в XX столетии. Наряду с увеличением выплавки стали появилась необходимость организовать в больших масштабах получение меди, цинка, вольфрама, молибдена, алюминия, магния, титана, бериллия, лития и других металлов.
Металлургическое производство подразделяется на две основные стадии. В первой получают металл заданного химического состава из исходных материалов. Во второй стадии металлу в пластическом состоянии придают ту или иную необходимую форму при практически неизменном химическом составе обрабатываемого материала.
Способность металлов принимать значительную пластическую деформацию в горячем и холодном состоянии широко используется в технике. При этом изменение формы тела осуществляется преимущественно с помощью давящего на металл инструмента. Поэтому полученное изделие таким способом называют обработкой металлов давлением или пластической обработкой.
Обработка металлов давлением представляет собой важный технологический процесс металлургического производства. При этом обеспечивается не только придание слитку или заготовке необходимой формы и размеров, но совместно с другими видами обработки существенно улучшаются механические и другие свойства металлов.
Упругая и пластическая деформация. Способы обработки металлов давлением
... «упругая» и «пластическая» деформация и изучение способов обработки металлов давлением различными способами и специальным оборудованием. 1. УПРУГАЯ И ПЛАСТИЧЕСКАЯ ДЕФОРМАЦИЯ, Деформация, Упругой деформацией, Пластическая деформация Способность металлов и сплавов к пластической деформации имеет важное практическое значение, т.к. все процессы обработки металлов давлением основаны на пластическом ...
Прокатка, волочение представляют собой различные виды обработки металлов давлением в пластическом состоянии.
Среди различных методов пластической обработки прокатка занимает особое положение, поскольку данным способом производят изделия, пригодные для непосредственного (в состоянии поставки) использования в строительстве и машиностроении (шпунт, рельсы, профили сельскохозяйственного машиностроения и пр.).
Прокаткой получают также разнообразные виды заготовок, которые являются исходным материалом для других способов обработки. Так, горячекатаная и холоднокатаная листовая сталь, полосы и ленты в больших количествах идут для листовой штамповки. При ковке в штампах в качестве исходного продукта используют преимущественно катаную заготовку. Исходным материалом при волочении является катанка, получаемая на проволочных станах. Огромное значение прокатного производства в народном хозяйстве подтверждается ежегодным увеличением выпуска проката. Через валки прокатных станов проходит 7580% всего выплавляемого металла.
Развитие прокатного производства основывается на применении принципа непрерывности самого процесса и всех технологических операций (прокатка, термическая обработка, отделка и пр.).
В данном случае большую роль играет внедрение достижений вычислительной техники и автоматизации на этой основе технологических процессов.
Наряду с непрерывным ростом прокатного производства расширяется сортамент, увеличивается выпуск эффективных металлоизделий, таких, как холоднокатаный лист, гнутые профили, прокат с упрочняющей термической обработкой, высокопрочные трубы, в том числе с защитными покрытиями, расширяется выпуск медной катанки, алюминиевой ленты, фольги и др. Широкое развитие получает комплекс мероприятии по улучшению потребительских свойств проката: прочности, пластичности, жаростойкости и хладостойкости, надежности и долговечности и других путем легирования, термической обработки, лужения, цинкования, нанесения неорганических и органических покрытий и пр.
Увеличение производства изделий, получаемых волочением, достигается усовершенствованием отдельных операций изготовления и всего технологического процесса, применением скоростного автоматизированного оборудования, выбором соответствующего волочильного инструмента и методов подвода и качества смазки.
Высокая производительность процессов обработки металлов давлением, сравнительно низкая их энергоемкость, а также незначительные потери металла при производстве изделий выгодно отличают их по сравнению, например, с обработкой металла резанием, когда требуемую форму изделия получают удалением значительной части заготовки в стружку. Существенным достоинством пластической обработки является значительное улучшение свойств металла в процессе деформирования.
Динамичный и пропорциональный рост черной и цветной металлургии, производство изделий из металлов и сплавов пластической обработкой основываются на дальнейшем развитии теории обработки металлов давлением, являющейся научной базой разработки технологических операций получения изделий из металлов и сплавов. Теория пластической обработки металлов позволяет оценить экономическую целесообразность принятого способа деформации, выявить влияние условий обработки на свойства получаемых изделий, определить силовые и энергетические параметры процесса и указать пути их рационального изменения, дает возможность управлять процессом обработки с точки зрения улучшения способности металлов пластически деформироваться. Знание закономерностей обработки металлов давлением помогает выбирать наиболее оптимальные режимы технологических процессов, требуемое основное и вспомогательное оборудование и технически грамотно его эксплуатировать.
Обработка металлов давлением
... второй стадии металлу в пластическом состоянии придают ту или иную необходимую форму при практически неизменном химическом составе обрабатываемого материала. обработкой металлов давлением Обработка металлов давлением представляет собой важный технологический процесс металлургического ...
1 . Термомеханическая обработка металла
Известно, что пластическое деформирование и термическая обработка меняют свойства металлов. Объединение этих операций, максимальное их сближение и создание единого процесса термомеханической обработки обеспечивают заметное повышение механических характеристик, что позволяет экономить до 15…40% металла и более или увеличить долговечность изделий.
Длительное время пластическую обработку рассматривали в основном как операцию формирования, хотя известно, что 10…20% энергии, затрачиваемой на деформацию, идет на увеличение внутренней энергии дефектов кристаллической решетки. Перед окончательной термической обработкой от этой накопленной энергии освобождались и только после этого выполняли термические операции, приводившие металл к метастабильному состоянию с высокой прочностью и вязкостью. Между тем совмещение пластической деформации и фазовых (структурных) превращений или их сочетание в определенной последовательности вызывает повышение плотности дислокации, изменяет наличие вакансий и дефектов упаковки и может быть использовано для создания оптимальной структуры металла и формирования важнейших свойств — прочности и вязкости. Это совмещение пластической деформации и термического воздействия, целью которого является формирование требуемой структуры обрабатываемого тела, называют термомеханической обработкой (ТМО).
При ТМО оба процесса — пластическая деформация и термическая обработка — могут совмещаться в одной технологической операции, но могут проводиться с разрывом по времени. Однако фазовые превращения при этом должны выполняться в условиях повышенной плотности дефектов решетки, возникающих благодаря пластической деформации металла. В условиях ТМО сочетание пластической и термической обработок для разных материалов определяется исходным структурным состоянием, чувствительностью к этим воздействиям и последствиям воздействия.
ТМО стали выполняется главным образом по трем схемам: высокотемпературная (ВТМО), низкотемпературная (НТМО) и предварительная термомеханическая обработка (ПТМО).
ВТМО — термообработка с деформационного нагрева с последующим низким отпуском. Контролируемая прокатка, являясь разновидностью ВТМО, представляет собой эффективный способ повышения прочности, пластичности и вязкости низколегированных сталей. Основная идея этого вида обработки заключается в подборе режимов прокатки и охлаждения после прокатки, что обеспечивает получение мелкого и однородного зерна в готовом прокате. Наиболее успешно это достигается понижением температуры прокатки в последних трех — пяти проходах до 780…850°С при увеличении степени деформации до 15…20% и выше за проход.
НТМО заключается в нагреве стали до 1000…1100°С, быстром охлаждении до температуры метастабильного состояния аустенита (400…600°С) и высокой степени (до 90% и выше) деформации при этой температуре. После этого выполняется закалка на мартенсит и отпуск при 100…400°С. Этот способ применим к легированным сталям.
Работы: «Разработка технологического процесса прокатки сортовой ...
... разливки сортовых заготовок и сортопрокатного производства; выбрать технологическую схему производства сортовых профиле от жидкого металла до готовой продукции; описать и проанализировать технологических процесс и оборудование прокатки на стане 780 ПАО ...
ПТМО характерна простотой выполнения технологического процесса: холодная пластическая деформация (повышает плотность дислокаций), дорекристаллизационный нагрев (обеспечивает полигонизацию структуры феррита), закалка со скоростного нагрева, отпуск, При этом перерыв между холодной деформацией и нагревом под закалку не регламентируется, что значительно упрощает технологический процесс ПТМО.
Операция ускоренного охлаждения после прокатки или другого вида пластической деформации также представляет собой термомеханическую обработку. Поэтому эта операция приобретает в ряде случаев важное значение как с точки зрения улучшения структуры металла, а следовательно, и механических свойств, так и влияния на понижение окалинообразования и обезуглероживания.
2. Прокатка металлов
Прокатка металлов является таким видом пластической обработки, когда исходная заготовка обжимается вращающимися валками прокатного стана в целях уменьшения поперечного сечения заготовки и придания ей заданной формы. Существует три основных способа прокатки:
продольная,
поперечная,
поперечно-винтовая (или косая).
При продольной прокатке деформирование заготовки осуществляется между вращающимися в разные стороны валками. Оси прокатных валков и обрабатываемой заготовки параллельны (или пересекаются под небольшим углом).
Оба валка вращаются в одном направлении, а заготовка круглого сечения — в противоположном. В процессе поперечной прокатки обрабатываемая заготовка удерживается в валках с помощью специального приспособления. Обжатие заготовки по диаметру и придание ей требуемой формы сечения обеспечиваются соответствующей профилировкой валков и изменением расстояния между ними. Данным способом производят изделия, представляющие собой тела вращения (шары, оси, шестерни и пр.).
Поперечно-винтовая или косая прокатка выполняется во вращающихся в одном направлении валках, установленных в прокатной клети под некоторым углом друг к другу. Станы косой прокатки используют при производстве труб, главным образом для прошивки слитка или заготовки в гильзу. В момент соприкосновения металла с вращающимися валками, имеющими наклон к оси обрабатываемой заготовки, возникают силы, направленные вдоль оси заготовки, и силы, направленные по касательной к ее поперечному сечению. Совместное действие этих сил обеспечивает вращение, втягивание обрабатываемой заготовки в суживающуюся щель и деформирование.
Металлургическая промышленность России выпускает разнообразные виды проката, отличающиеся по форме поперечного сечения и размерам. Все эти изделия перечень которых называется сортаментом, как правило, стандартизованы.
Хотя сортамент прокатных изделий весьма обширен, все же представляется возможным весь прокат разбить на следующие основные четыре группы: сортовой, листовой, трубы, специальные виды проката (бандажи, колеса, периодические профили и пр.).
Наиболее разнообразной является группа сортового проката, который подразделяется на простые и фасонные профили. Прокат в виде круга, квадрата, полос плоского сечения относится к простым профилям. Прокат сложного поперечного сечения относится к фасонным профилям. В зависимости от назначения фасонные профили подразделяются на профили общего или массового потребления (угловой профиль, швеллеры, двутавровые балки, шестигранные профили и др.) и профили специального назначения (рельсы железнодорожные широкой и узкой колеи, рельсы трамвайные, профили сельскохозяйственного машиностроения, электропромышленности, нефтяной промышленности и др.).
Товароведная характеристика цветных металлов и изделий из них
... Айловой и М.П. Васильевой в соавторстве, А.Ф. Шепелева и других. Цель реферата – дать товароведную характеристику цветных металлов и изделий из них. Поставленная цель определила задачи реферативной работы: ознакомится со ...
В прокатных цехах производят более 1600 размеров простых профилей, более 1100 фасонных профилей общего потребления и примерно 1350 размеров профилей специального назначения.
Весь сортовой прокат подразделяется на четыре группы: сталь крупносортная, сред несортная, мелкосортная и катанка диаметром от 5,5 до 9 мм.
В зависимости от способа производства и толщины листовой прокат подразделяется на три основных группы: горячекатаные толстые листы толщиной 4 мм и более, горячекатаные тонкие листы толщиной менее 4 мм и холоднокатаные листы всех размеров. Листовой прокат из стали и цветных металлов используется в самых разнообразных отраслях промышленности. Поэтому листовую сталь часто подразделяют по назначению, так, например, свариваемая корпусная сталь судостроения (ГОСТ 5521—76), горячекатаная толстолистовая конструкционная качественная углеродистая сталь толщиной от 4 до 14 мм и низколегированная сталь для котлостроения и сосудов, работающих под давлением (ГОСТ 5520—69), рулонная холоднокатаная сталь толщиной 0,02—4 мм и др.
В соответствии с ГОСТом трубы, изготовляемые на прокатных станах, подразделяются на две группы: бесшовные и сварные (со швом).
Помимо круглых труб производят также профильные трубы и с переменными размерами сечения по длине. Объем производства труб увеличивается с каждым годом. Наиболее заметно растет производство сварных и холоднокатаных труб.
Развитие машиностроения, создание новых отраслей промышленности повышают требования к качеству металла, вызывают необходимость расширения сортамента и увеличения производства дефицитных видов проката. Вместе с тем растет потребность расширения производства экономичных профилей. К таким видам проката можно отнести тонкостенные и широкополочные балки, тонкостенные угловые профили, швеллеры, гнутые профили и пр. Для серийного машиностроения имеет большое значение выпуск периодических профилей, использование которых обеспечивает заметную экономию металла (до 20…30%), повышает производительность штамповки.
Длительнее время получение готового проката выполнялось по технологической схеме «слиток — готовый прокат». В этих условиях получали слиток небольшой массы и выбирался он с таким расчетом, чтобы непосредственно из него можно было получить необходимое изделие за один нагрев. Однако по мере развития машиностроения и металлургии, главным образом высокопроизводительных способов получения стали, возникла необходимость разливать сталь в слитки значительной массы—6…10 т и более. Получение готового проката из такого слитка за один нагрев не всегда представляется возможным. По этой причине начали строить обжимные станы, задача которых состояла в обработке слитка в заготовку. Данное обстоятельство привело к новой технологической схеме: слиток — полупродукт (заготовка) — готовый прокат.
Прокатное производство металлургического завода в соответствии с этой технологической схемой включает систему станов, обеспечивающих получение полупродукта в виде слябов, блюмов и других заготовок, и систему станов, которые выпускают готовый прокат в виде сортовой стали, горяче и холоднокатаных листов, лент, труб и пр.. Поэтому прокатные цехи, как правило, имеют в своем составе: обжимные (блюминги, слябинги) и заготовочные станы, являющиеся основными агрегатами, связывающими сталеплавильные цехи и прокатные станы, выпускающие готовый прокат; сортовые станы (рельсобалочные, крупно-, средне-, мелкосортные и проволочные); листопрокатные станы; трубные станы и др.
Обработка металлов давлением (3)
... поверхностями. Диапазон размеров (толщин) прокатываемого металла довольно широк. От толстолистового проката ... (менее Ra0,63). Волочение металла Волочение металла - это процесс обжатия металла заготовки при протаскивании ... стали, сплавы алюминия, меди (латуни), многие легированные стали . Обработка металлов ... металла отрицательно сказывается при дальнейшей его обработки и эксплуатации изделий. ...
Наряду с такой широко распространенной технологической схемой наблюдается переход к схеме «литая заготовка — готовый прокат». Этому способствует успешное освоение разливки стали в заготовки квадратного и прямоугольного сечений, что имело распространение лишь в цветной металлургии. Непрерывное литье стальных заготовок длительное время не применялось из-за значительных трудностей выполнения технологического процесса самой разливки. Однако этот процесс обеспечивает получение химически более однородной плотной заготовки, что резко повышает выход годного. Например, на слябах спокойной углеродистой стали выход годного выше на 20%, чем при разливке в изложницы. Вместе с тем исключается необходимость иметь отделение подготовки изложниц и поддонов, а также стрипперное отделение. Применение непрерывной разливки стали снижает себестоимость металлургического передела, так как при этом устраняется необходимость в дорогостоящем оборудовании обжимных цехов, исключаются расходы на содержание обслуживающего и административного персонала. Установлено, что себестоимость проката в этих условиях снижается на 8…10% при улучшении во многих случаях механических свойств и других характеристик стали..
Непрерывным литьем стали изготовляют слябы сечением до 300х2030, 300х2320 мм, квадратные заготовки сечением до 320х320 мм, а также круглые полые трубные заготовки. Технологическая схема получения того или иного вида готового проката предусматривает включение всех необходимых последовательных операций обработки, начиная с подготовки слитка или заготовки для нагрева и кончая завершающей отделкой и определением качества готового проката. Вместе с тем следует иметь в виду, что технология изготовления даже одного и того же вида изделия может в какой-то мере отличаться, если производство его осуществляется на другом прокатном стане, хотя основные операции изготовления имеют много общего.
К основным технологическим операциям любой технологической схемы производства проката следует отнести: подготовку исходных материалов; нагрев перед прокаткой (кроме холодной прокатки, когда, однако, часто требуется другая операция — соответствующая термическая обработка); горячую и холодную прокатку; калибровку и производство гнутых профилей; отделку с операциями резки, правки, термической обработки, удаления поверхностных дефектов, травления и пр.
3. Волочение металла
Волочение металла — это протягивание изделия круглого или фасонного профиля через отверстие волочильного очка (волоку), площадь выходного сечения которого меньше площади сечения исходного изделия. Волочение выполняется тяговым усилием, приложенным к переднему концу обрабатываемой заготовки. Данным способом получают проволоку всех видов, прутки с высокой точностью поперечных размеров и трубы разнообразных сечений.
Холодная прокатка листов
... при прокатке трансформаторной стали на 10—15% больше, чем при прокатке малоуглеродистой стали. При увеличении содержания кремния в стали значительно повышается сопротивление металла деформации. Удельное давление металла на валки при холодной прокатке стали с ...
Обработка металла волочением находит широкое применение в металлургической, кабельной и машиностроительной промышленности. Волочением получают проволоку с минимальным диаметром 0,002 мм, прутки диаметром до 100 мм, причем не только круглого сечения, трубы главным образом небольшого диаметра и с тонкой стенкой. Волочением обрабатывают стали разнообразного химического состава, прецизионные сплавы, а также практически все цветные металлы (золото, серебро, медь, алюминий, и др.) и их сплавы. Изделия, полученные волочением, обладают высоким качеством поверхности и высокой точностью размеров поперечного сечения. Если изделию требуется придать в основном эти характеристики, то такой вид обработки называют калибровкой.
Волочение чаще всего выполняют при комнатной температуре, когда пластическую деформацию большинства металлов сопровождает наклеп. Это свойство в совокупности с термической обработкой, используют для повышения некоторых механических характеристик металла. Так, например, арматурная проволока диаметром 3…12 мм из углеродистой конструкционной, стали (0,70…0,90%С) при производстве ее волочением обеспечивает предел прочности 1400… 1900 МПа и предел текучести 1200… 1500 МПа.
Волочение выгодно отличается от механической обработки металла резанием (строганием), фрезерованием, обточкой и пр., так как при этом отсутствуют отходы металла в виде стружки, а сам процесс заметно производительнее и менее трудоемок.
Волочением можно изготовлять полые и сплошные изделия часто сложного поперечного сечения, производство которых другими способами не всегда представляется возможным (например, тонкие изделия, прутки значительной длины).
При волочении ряда профилей (квадратный, треугольный, шестиугольный и др.) используют составные волоки, которые отличаются высокой универсальностью, так как в одной и той же волоке, меняя профиль отверстия соответствующей перестановкой отдельных пластин, можно получать различные размеры профиля. Кроме составных волок при производстве прутков и главным образом труб применяют шариковые и роликовые волоки. При получении профилей сложной формы применяют дисковые волоки, в которых рабочие поверхности волочильного канала образуются поверхностями свободно вращающихся дисков (неприводных валков-роликов).
В качестве исходного материала для волочения применяют катаную и прессованную заготовки. При производстве алюминиевой, медной и другой проволоки в качестве исходной заготовки используют катанку, получаемую непосредственно из плавильной печи через кристаллизатор и непрерывный прокатный стан. Независимо от способа получения исходная заготовка перед волочением проходит тщательную предварительную подготовку, которая заключается в проведении того или иного вида термической обработки, удалении окалины и подготовке поверхности для закрепления и удержания на ней смазки в процессе волочения. Эти предварительные операции обеспечивают нормальное выполнение пластической деформации в волочильном отверстии, способствуют получению высокого качества поверхности изделия, уменьшают усилие и энергию на волочение и снижают износ волочильного инструмента.
Термическая обработка металла перед волочением снимает наклеп, придает металлу необходимые пластические свойства, обеспечивает получение наиболее оптимальной структуры. Поэтому термическую обработку выбирают такой, чтобы в сочетании с пластической деформацией она обеспечивала максимальные механические и другие характеристики обрабатываемого изделия. В зависимости от химического состава металла и назначения продукта волочения применяют отжиг, нормализацию, закалку, патентирование. Патентирование применяют для углеродистых сталей. Процесс патентирования состоит в нагреве металла выше критической точки и охлаждении его в среде с температурой 450…500°С. В качестве такой закалочной среды используют расплавленный свинец или соли.
Процесс прокатки металла
... Ahи диаметром валков D. Процесс прокатки металла обеспечивается трением, возникающим по контактным поверхностям валков с прокатываемой полосой. В ... при прокатке зависит от материала валков и прокатываемой полосы, состояния их поверхности, температуры и скорости прокатки. Обычно при прокатке блюмов ... задачу определения качества технологическогопроцесса. Актуальность темы реферата состоит в том, что с ...
В процессе получения готового изделия волочением термическую обработку для снятия наклепа и улучшения структуры металла можно выполнять несколько раз в зависимости от размеров исходного и конечного продуктов обработки и окончательных его качественных показателей. Готовый продукт тоже можно подвергать окончательной термической обработке в целях придания металлу требуемых механических свойств и структуры.
При производстве проволоки и прутков волочением большое внимание уделяют подготовке поверхности продукта обработки перед волочением. Удаление окалины в калибровочных и волочильных цехах производят механическим, химическим и электрохимическим способами, а также комбинациями этих способов. При механической очистке поверхности от окалины проволоку или пруток подвергают периодическим перегибам в разных плоскостях между роликами, после чего металл поступает на завершающую очистку стальными щетками. Такой способ экономически целесообразен, пригоден для очистки поверхности главным образом из углеродистой стали, окалина которой при перегибах сравнительно легко разрушается и опадает. Из механических способов, обеспечивающих достаточно успешную очистку поверхности металла, находит применение дробеструйная обработка. Под действием ударов дроби из отбеленного чугуна. стального литья или высокопрочной мелко нарезанной стальной проволоки окалина на поверхности обрабатываемого изделия разрыхляется и удаляется. Этот способ очистки поверхности металла от окалины во многих случаях не требует дополнительного травления и наиболее часто применяется в калибровочных цехах.
Химические способы удаления окалины получили широкое распространение благодаря своей надежности, хотя они менее экономичны по сравнению с механическими способами. Травление углеродистых и ряда легированных сталей производят в серной или соляной кислотах. Высоколегированные стали (кислотоупорные, нержавеющие и др.) травят в смесях кислот (серная и соляная, серная и азотная и др.).
Медь и ее сплавы травят в 5…10%-ной серной кислоте при температуре 30…60°С. Травление металла в кислотах для очистки от окалины обычно производят с добавлением в ванну присадок (ингибиторов травления), которые значительно уменьшают скорость растворения основного металла, но не влияют на скорость растворения окалины, что предотвращает перетравливание. Кроме того, присадки снижают диффузию водорода (Н2) в металл, уменьшают загазованность травильных отделений, улучшают условия труда.
Непосредственно после травления металл тщательно промывают для удаления остатков раствора кислоты, солей железа, шлама, травильной присадки, грязи. Промывку производят немедленно после травления, так как задержка ведет к высыханию травильной жидкости и выделению труднорастворимых солей железа. Обычно промывку ведут сначала в горячей воде, что обеспечивает интенсивное растворение солей, а затем для лучшего удаления шлама — в струе холодной воды из шланга под давлением около 0,7 МПа.
Технология прокатки сортового металла
... металл движется прямолинейно и деформируется одновременно в нескольких клетях. назначению Обжимные станы 3. Производство сортового проката калибры обжимные Рис. 7. Схема калибров при прокатке рельсов Производство листового проката. ... и, наконец, на сортовом, листовом или специальном. По числу и расположению валков Рис. 5. Варианты расположения валков в рабочей клети Стан дуо имеет два валка (рис. 5, ...
После удаления окалины наносят подсмазочный слой, который должен хорошо удерживать смазку при волочении и способствовать предохранению налипания металла на рабочую поверхность волоки.
После травления, промывки, нанесения подсмазочного слоя металл сушат в специальных камерах при циркуляции воздуха температурой 300…350°С. Сушка удаляет влагу, а также устраняет возможную травильную (водородную) хрупкость, которая может возникнуть от того, что часть водорода, образующегося при травлении, диффундирует в металл и вызывает ухудшение его пластических свойств.
Все операции по подготовке поверхности металла к волочению выполняют в специальном изолированном помещении. Для травления и обработки поверхности проволоки и прутков существуют травильные машины периодического и непрерывного действия. Обработка в машинах непрерывного действия обеспечивает быстрое и равномерное травление изделий любых сечений. Этот способ является наиболее прогрессивным, так как в непрерывном процессе можно сочетать термическую обработку, удаление окалины и нанесение подсмазочного слоя. Такая поточная обработка обеспечивает полную автоматизацию процесса, повышает качество металла, снижает трудоемкость операций.
После процесса волочения прутки помимо термической обработки во многих случаях правят, шлифуют, полируют и в зависимости от назначения наносят на них защитные покрытия, например, цинкованием, лужением, хромированием, кадмированием, алитированием, лакировкой и др. Правку обычно выполняют на роликоправильных машинах, которые устанавливают или в потоке производства, или отдельно. Шлифовка поверхности калиброванных прутков на глубину до 0,15…0,30 мм используется для удаления поверхностных дефектов, снятия обезуглероженного слоя, придания точных размеров поперечному сечению прутка и др.
Для регламентации технологических операций составляются технологические карты, в которых расписан весь технологический процесс по подготовке металла к волочению, маршрут волочения, способы начальной, промежуточной и окончательной термических обработок, операций отделки и пр. Так как маршрут волочения представляет собой последовательность изменения размеров поперечного сечения исходного материала на волочильном стане, а на одной установке обычно получают изделия с различными размерами поперечного сечения, то для каждого из них должен быть свой маршрут волочения.
Определяя маршрут обработки металла на станах многократного волочения, необходимо учитывать кинематику стана, т. е. вытяжки должны согласовываться с частотой вращения и размерами диаметра каждого барабана. Маршрут, принятый без учета кинематики стана, особенно для станов, работающих со скольжением не только затрудняет процесс волочения, но и делает его невыполнимым. Лишь на станах с автоматической регулировкой скоростей можно допускать некоторое несоответствие принятых вытяжек и заданных скоростей.
4. Прокатные станы
Прокатный стан представляет собой комплекс оборудования, предназначенного для осуществления пластической деформации металла в валках (собственно прокатки), а также транспортных и вспомогательных операций. В состав прокатных цехов или отделений в общем случае входит оборудование главной линии прокатного стана в составе черновых, промежуточных и чистовых рабочих клетей и передаточных механизмов, а также нагревательные печи, системы для гидросбива окалины, оборудование для транспортировки, резки, термообработки, отделки, правки, смотки, маркировки, упаковки проката и т.д.
Основными задачами прокатного производства являются получение готового проката заданных размеров и формы в требуемом количестве, с минимально возможными затратами, с высоким уровнем физико-механических свойств и качества поверхности.
Сортовые прокатные станы подразделяются на одно — и многониточные.
По расположению валков клети подразделяются на горизонтальные, вертикальные и универсальные, но направлению прокатки — на непрерывные и реверсивные.
В зависимости от параметров выпускаемой продукции сортовые прокатные станы подразделяются следующим образом.
- Среднесортные Круг до ?75 мм;
Фасонные профили со стороной до 90 мм
- Мелкосортные Круг до ?30 мм;
Фасонные профили со стороной до 40 мм
- Проволочные Катанка ?6-10 мм
В современном прокатном производстве повышенные требования к предъявляются получению продукции с требуемыми свойствами, обеспечению компактности, универсальности, экономичности, ремонтопригодности и энергоемкости оборудования.
Наряду с повышением требований к размерной точности проката и качеству его отделки большое внимание уделяется производственной гибкости оборудования, возможности оперативной перенастройки на другой сортамент, сокращению простоев, связанных с ремонтом и обслуживанием.
Существует тенденция литья заготовок с формой и размерами, приближенными к параметрам готовой продукции, что вносит существенные изменения в процесс прокатки: уменьшается число требуемых проходов и прокатных клетей с соответствующим упрощением конструкции, уменьшением габаритов и удельных расходов энергоносителей, однако уменьшение коэффициента вытяжки предъявляет повышенные требования к структуре получаемого проката и обуславливает необходимость в широком применении термической обработки.
Тенденции современного рынка металлопродукции проявляются в уменьшении спектра размеров готового проката и в большем разнообразии марок стали. В любом случае для получения наибольшей производительности необходимо обеспечить минимальную продолжительность процесса переналадки при переходе на прокатку другого типоразмера, профиля или марки стали, а также сократить продолжительность простоев, связанных с обслуживанием оборудования.
Основными видами продукции являются строительная арматура, катанка, проволока, уголки, шестигранники и т.п.
Станы для раскатки полос из черных и цветных металлов методом холодной прокатки
Станы для раскатки полос из черных и цветных металлов методом холодной прокатки представляют собой оборудование для прокатки материала в холодном виде методом холодной деформации. Это означает, что исходный материал перед прокаткой не нагревается в печи.
К данному методу прокатки обращаются в целях получения тонкой полосы или ленты с минимальными значениями по толщине, с ровной блестящей плоскостью, прецизионными размерами по сечению и высокой гомогенностью свойств материала. Во время прокатки холодным способом имеется возможность изменения механических свойств обрабатываемого металла, выбирая необходимые параметры обжатий и температурных воздействий. Прокатка материалов в холодном состоянии методом холодной деформации широко распространена, а холоднокатаная продукция находит сегодня широкое применение почти во всех сферах нашей промышленности.
При получении готового продукта иногда используют полностью полученные при холодной прокатке свойства, как прецизионность размеров полосы толщиной до макс. 0,002 мм, улучшенную в ходе прокатки прочность. Иногда при наклепе толстых полос стремятся к получению улучшенных механических свойств полученной при прокатке полосы. Современные разработки станов холодной прокатки сегодня намного совершеннее, что касается скорости прокатки или повышения способности переносить осевую или радиальную нагрузку у подшипников разного рода опорных и рабочих валков, а также срока их службы. Также появились новые системы измерения и регулирования натяжения прокатываемых полос, создаваемого между клетями, автоматическое регулирование толщины полосы и исключение разнотолщинности.
Вышеназванные разработки можно частично реализовать на уже работающих агрегатах холодной прокатки, вследствие чего будет увеличена продуктивность уже работающих узлов стана без особых финансовых затрат.
Понятие «лента» имеет связь с толщиной полосы, ибо до определенного момента имелись сложности с прокаткой широкой полосы толщиной ? 0,2 мм, в этой связи рулоны, которые нужно было прокатать в полосу толщиной ? 0,2 мм, нужно было перед прокатыванием подвергнуть роспуску, т.е. продольному делению на несколько полос. После чего продольно разрезанные полосы прокатывались на станах с валками меньшего диаметра и меньшей бочки.
Сегодня при существовании многовалковых прокатных линий, где количество валков может доходить до 20, в продольном роспуске рулона нет смысла, потому что на многовалковом агрегате есть возможность прокатки более тонких и более широких полос. Надо думать, что в ближайшем будущем прокатке будут подлежать полосы шириной мин. 1000 мм и толщиной 0,05 мм. И только после этого полоса пойдет на роспуск, где будет продольно делиться на полоски нужной ширины. Однако совсем тонкие полосы, специальные сплавы и материалы будут подлежать прокатке на узкополосных станах.
В связи с производством чрезмерно тонких полос сильно ужесточились требования к постоянству их толщины, т.е. к её равномерности. Понятие профиля полосы взаимосвязано с понятием о разнотолщинности, где имеется в виду в среднем разница между толщиной полосы в её центре и толщиной в пределах определенного удаления от края полосы или её кромки.
Подразумевается, что профиль холоднокатаной полосы зависит от плоскостности исходного подката с линии горячей прокатки. Например, выпуклый профиль холоднокатаного продукта почти полностью повторяет профиль исходного материала с горячекатаного производства.
Температурные воздействия на полосу, скорость процесса деформации, постоянный зазор в очаге деформации и параметр натяжения полосы соответственным образом воздействуют на разнотолщинность металла по всей длине полосы. Этим воздействие на разнотолщинность не ограничивается, так как при этом немаловажна прецизионность шлифовки бочки опорных валков. От конструктивного исполнения опорного узла и конфигурации цапфы валка (в виде цилиндра или конуса) зависит, какой метод контроля предпочитают при определении точности размеров, достигаемых при шлифовании.
Есть ряд других факторов воздействия на различия в толщине металла по всей длине полосы. Очевидно, что колебания толщины материала могут быть вызваны также изменением скорости при прокатке. А этого избежать просто невозможно, особенно при процессах торможения или разгона агрегата.
Создаваемый между валками и прокатываемым материалом коэффициент трения изменяется, вызывая тем самым колебания толщины. Постоянность в режиме прокатки в большой степени способствует стабильности показаний толщины полосы. Рулоны должны подаваться на стан с минимальными перерывами. Тогда создается почти непрерывный процесс прокатки, что влечет установление необходимого температурного режима, влияющего на профиль валков. Значительные перерывы между рулонами способствуют нарушению установившихся режимов, требуется их корректировка, и параметры готовой полосы оставляют желать лучшего. Разнотолщинность холоднокатаного проката может быть вызвана плохим качеством опорных валков на стане. При шлифовке бочек валков необходимо соблюдение точности шлифовки, что также ведет к сведению параметров разнотолщинности к минимуму. Биение валков в клети также может способствовать присутствию разнотолщинности по всей длине полосы.
Толщина прокатываемого материала и точность прокатки допускают определенную эксцентричность валков и их биение.
К разнотолщинности ведут также невидимые дефекты валков, скрытые внутри. Вследствие этого валок может достаточно сильно прогибаться под большой нагрузкой. На наличие внутренних дефектов валок проверяется ультразвуком дефектоскопа.
Создание достаточной жесткости в клети также способствует уменьшению разнотолщинности холоднокатаного проката. Жесткость можно увеличить, создав предварительное напряжение в клети, оснащая клеть большим количеством валков, валков из твердых материалов и сплавов с маленьким диаметром.
С целью уменьшения разнотолщинности прокатываемого материала станы холодной прокатки оснащают регуляторами толщины, работающими в режиме автоматики, что впоследствии корректирует и профиль полосы. Оказывается воздействие на ГНУ, на изгиб и отрицательный изгиб валков, натяжение полосы, на способы охлаждения валков и скорость прокатки.
Состав оборудования прокатного производства и метод процесса прокатки определяют тип стана., Это или нереверсивный, или, наоборот, реверсивный, или непрерывный агрегат прокатки.
К нереверсивному стану можно отнести стан с одной клетью (одноклетьевой), схематично представленный на рис.1. Направление вращения валков не меняется. Прокатываемая полоса подается всегда со стороны моталки, и на выходе всегда транспортируется от разматывателя. Такое оборудование используют для прокатки листового материала или полосы в рулонах, когда прокатка может осуществляться в один проход. Это характерно для прокатки алюминиевой фольги или для прокатки на дрессировочном стане (рис.2).
К реверсивному стану можно отнести также стан с одной клетью (одноклетьевой), схематично представленный на рис.3. Направление вращения валков меняется. Полоса прокатывается сначала в одном направлении, затем в другом, делая при этом несколько проходов, которые определяют получение конечных параметров готового проката.
К непрерывному стану относится стан с множеством клетей (многоклетьевой), схематично представленный на рис.4. Клети на стане следуют друг за другом, процесс прокатки идет непрерывно, сразу по всем клетях. Производство холодного проката может состоять из 6 клетей (для жести и тонких полос) или может иметь до 20 клетей при прокатке мелкосортного проката специальных сталей. Направление вращения валков не меняется. Прокатываемая полоса подается всегда со стороны моталки, и на выходе всегда транспортируется от разматывателя.
Сегодня все холодные станы непрерывной прокатки оснащены регуляторами процесса прокатки, работающими в режиме автоматики и позволяющими вести процесс непрерывно, без останова агрегата. В момент удаления готового рулона на выходе на входе идет заправка следующего рулона (рис. 5).
Входная часть таких станов оснащена группой разматывателей, состоящей из 2-х разматывающих устройств, правильно-растяжной машиной 2, ножницами 3, сварочной машиной 4, петлевыми накопителями 5, необходимыми агрегату в момент выполнения сварного шва при замедленной скорости, натяжными S-роликами 6. На выходе непрерывного стана 7 стоят летучие ножницы 8 и две моталки 9.
При достижении рулонов заданной длины летучие ножницы, работающие по принципу гильотины, отрезают полосу, и конец рулона следует на вторую моталку. При работе ножниц скорость прокатки составляет 5 м/сек.
Сегодня большого внимания заслуживают комбинированные линии, состоящие из линии травления и стана холодной прокатки.
Линия травления имеет скорость, согласованную с высокой скоростью обработки материала на линии холодной прокатки. На линии траления и на стане работает качественная система отсоса паров кислоты и эмульсии, что щадящим образом сказывается на оборудовании обеих линий. Накопитель полосы может быть вертикальным, что уменьшает длину комбинированной линии в целом.
Комбинированные линии имеют свои преимущества:
- сокращение общего состава оборудования;
- один склад рулонов;
- сокращение численности персонала.
Конструкция прокатных станов, Рабочие клети лентопрокатного стана.
Требования к холоднокатаной полосе постоянно ужесточаются. Это относится и к прецизионным параметрам толщины, планшетности полосы и чистоте её поверхности. Эти требования составляют основу конструктивного исполнения оборудования прокатных клетей, входа и выхода стана и другого побочного оборудования.
Конструктивные изменения касаются прокатных клетей стана. Для создания предварительного напряжения в клети используются более высокие усилия прокатки, нажимные устройства стали гидравлическими, ПЖТ стали более совершенными и т.д. Система изгиба и противоизгиба рабочих и опорных валков улучшает показатели планшетности полосы и увеличивает срок службы валка между перешлифовками.
В помощь контролю планшетности полосы на прокатных агрегатах устанавливают измерители натяжения, измеряющие натяжение полосы в пределах её ширины. Система ГНУ плюс система изгиба и противоизгиба рабочих и опорных валков, осевая сдвижка также способствуют достижению точности в показателях толщины ленты или полосы.
Двухвалковые станы
Прокатная клеть оснащается определенным количеством валков, которое впоследствии определяет название прокатного агрегата. Для прокатки сортового профильного материала, узких полос и лент, для расплющивания проволоки, для процессов дрессировки подходят двухвалковые клети. Технология этих процессов требует определенного конструктивного оснащения клети с двумя валками. Нагрузка, которая приходится на валки, и скорость процесса прокатки определяют выбор подшипников для оснащения клети: качения, скольжения, роликоподшипников и т.д. Они постоянно конструктивно изменяются, чтобы дольше служить и сократить тепловые потери при трении.
Двухвалковые станы могут быть нереверсивными, реверсивными, непрерывными. На непрерывных двухвалковых станах прокатывают фольгу и расплющивают проволоку. Пример подобного стана изображен на рис. 6. Состав оборудования довольно прост: разматывающее устройство, клеть для прокатки материала и моталка.
Клеть для прокатки материала отображена на рис. 7. Клеть устанавливается на основании 3. Подушки валков, нижние указаны под поз. 5 и верхние под поз. 4, фиксируются вместе с валками таким образом, что подушки со стороны обслуживания зафиксированы по оси основания. С помощью планок, которые, как правило, фиксируются болтами на станине, расположенной справа. На подушках валков имеются выемки, в которые устанавливаются планки. Такая конструкция прочно фиксирует подушку, предотвращая, таким образом, её смещение по оси и придавая клети в целом дополнительную жесткость.
Подушка, как единое целое, смонтированная вместе с подшипниками, дистанционной втулкой, крышкой подшипника, гидравлическим зажимным кольцом, натягивается на цапфу валка. Со стороны привода подушки называются плавающими, так они не остаются незафиксированными. Процедура перевалки валков тем самым осуществляется быстрее, так как демонтаж планок и крепежных элементов приходится делать только со стороны обслуживания. В процессе прокатки, особенно на большой скорости, происходит увеличение температурного баланса, вследствие чего валок удлиняется, и крепление его с двух сторон могло бы приводить к заклиниванию валка. Такая ситуация, в свою очередь, могла бы привести к перегрузке подшипников. Подушки нижних валков устанавливаются не непосредственно на станине, а на прокладки с каленой поверхностью 6. Нижняя часть подушки опирается на плоскость прокладки, и при изгибе валка происходит самоустановка подшипника в подушке.
Полоса заходит в клеть по проводковому столу 7. Стол оснащен боковыми направляющими, установленными на ролики 9. Направляющие могут настраиваться в зависимости от ширины полосы или ленты, на более узкую или более широкую ленту. При транспортировке полоса касается не самих направляющих, а роликов, что предотвращает износ направляющих вследствие постоянного контакта с полосой. На проводковом столе закреплено прижимное устройство 10, которое фиксирует полосу или ленту между промасленными прокладками из фетра и из дерева. Происходит чистка полосы. Перед перевалкой валков винт 11 отвинчивается, и проводковый стол свободно выдвигается за пределы проема станины, чтобы не затруднять демонтаж валка и подушки из станины.
Чтобы на прокатываемый материал не попадала грязь, валки очищает брусок, или шабер 12, который прижат к валку, собирая с него грязь.
Из клети полоса транспортируется к выходу агрегата, попадая сначала на приемочный стол 13, и при поддерживании прижимным роликом 14 направляется к моталке агрегата. Чтобы приподнять валки, готовясь к перевалке, используют винтовой механизм 2.
Нажимные устройства любого прокатного агрегата служат для прецизионного регулирования толщины прокатываемого материала. Они могут быть электрическими или гидравлическими. Так как гидронажимы двухвалковых и четырехвалковых прокатных агрегатов конструктивно выполняются почти одинаково, мы коснемся описания их при ознакомлении с четырёхвалковой клетью.
Все одинаковые для 2-х и 4-хвалковых клетей участки оборудования мы рассмотрим при описании 4-хвалкового стана.
Четырехвалковые станы
На сегодня четырехвалковые станы представляют собой наиболее распространенное прокатное оборудование для производства холоднокатаного материал. В клети 4-хвалкового стана расположены 4 валка: два рабочих и два опорных. Процесс прокатки идет между рабочими валками, а опорные усиливают жесткость в клети, чему способствуют разные виды установки рабочих валков. Обычно опорные валки большего диаметра, чем рабочие. Благодаря этому устраняется прогиб рабочих валков. На четырехвалковых агрегатах обычно только рабочие валки являются приводными.
Чтобы рабочий валок при нереверсивном режиме прокатки прижимался к опорному, что избавляет рабочий валок от прогиба, рабочие валки располагают немного впереди опорных. Валки могут располагаться и без осевого смещения, но тогда опорные имеют двустороннее расположение. Как можно расположить валки в клети, можно увидеть на рис. 8.
По выбору, в зависимости от технологии, те и другие валки на четырехвалковом прокатном агрегате могут быть управляемыми. Лучше делать опорные валки приводными, нежели рабочие. Если соотношение длины валка и диаметра > 5: 1, то выбираются опорные валки в качестве приводных. На таких клетях прокатывают тонкий материал, где содержание С или Si высокое, нержавейку, т.е. где необходимо создать большое усилие прокатки. Стан, на котором приводные валки опорные, мы видим на рис.9. В его клетях прокатывают тонкий материал с высоким содержанием С или Si, нержавейку, сплавы высокого легирования, а толщина прокатываемой полосы может быть до 0,2 мм.
В процессе прокатки более мягкого материала с приводными опорными валками можно достичь более высокого обжатия.
Станина прокатной клети несет основные нагрузки, присутствующие во время прокатки. Станины изготавливаются из стального литья. Фундаментные плиты под станины делаются из стали. Специальные стяжные механизмы соединяют станины и придают им дополнительную жесткость. В проемы станин устанавливают опорные валки.
К станинам крепятся вставки, благодаря которым устанавливается позиция подушек рабочих валков и ГНУ. Валки при каждой шлифовке теряют в диаметре. Поэтому внизу, под подушками опорных валков, расположены механизмы, которые регулируют позицию валка с новым диаметром после шлифовки относительно линии прокатки.
Верхние подушки опорных валков оснащаются измерителями усилия прокатки. ГНУ регулируют зазор между рабочими валками в очаге деформации.
Подшипники прокатных валков выдерживают очень большие нагрузки. Они располагаются в огромных подушках, которые устанавливаются в проём станины. В подушках опорных валков находятся подшипники жидкостного трения (ПЖТ).
Подушки рабочих валков работают на роликоподшипниках (цилиндрических).
В зависимости от нагрузки на опорные валки и скорости процесса прокатки для опорных валков подбирают подшипники. На высокопроизводительных станах прокатки рулонного материала с высокой скоростью процесса (10—15 м/с) подшипники качения прослужат недолго. Поэтому увеличивают диаметры опорных валков, чтобы использовать стандартные роликоподшипники или ПЖТ. ПЖТ более предпочтительны:
- они небольшого размера,
- диаметр цапфы можно увеличить до 0,75 диаметра опорного валка,
- не требуют тщательного обслуживания, как роликоподшипники.
Шестивалковые станы
На рис. 10 показана схема расположения валков шестивалкового стана с фрикционным приводом валков типа НС. Приводными в этом стане являются промежуточные валки. Концы промежуточных валков имеют конусную шлифовку: один валок имеет конус со стороны приводы, другой — со стороны оператора.
Промежуточные валки имеют возможность смещения по оси относительно кромок полосы, что способствует улучшению планшетности полосы. Промежуточные валки вращаются в разных направлениях. При высокой скорости прокатки коэффициент трения становится ниже. Поперечная разнотолщинность ленты или полосы со стана типа НС также значительно меньше, чем на четырехвалковых клетях.
прокатные станы
На рис. 11а находятся позиции валков в шестивалковой клети. Преимущество шестивалковых станов перед четырехвалковыми в том, что положение рабочих валков более фиксированное. Так как подушки в большинстве случаев скользящие, то и перевалка рабочих валков протекает с наименьшими затратами по времени.
