Прокатное производство

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Прокатное производство. Общие сведения и виды прокатки

2. Продольная и поперечная прокатка

3. Сортовая и листовая прокатка. Многовалковая прокатка

Заключение

Список использованной литературы

Введение

Детали машин, сооружений и другие изделия современной техники изготовляются главным образом из металлов и их сплавов на металлургических и машиностроительных заводах. Основными методами изготовления металлических деталей и их полуфабрикатов являются литье, обработка давлением и обработка резанием. Особое место занимает обработка металлов давлением (ОМД), заключающаяся в пластическом изменении формы металла посредством его деформирования. Обработка давлением позволяет получать детали или их полуфабрикаты в виде заготовок, близких по форме к готовым деталям, с большой производительностью и малыми отходами. Металл подвергается пластической деформации, как в холодном, так и в горячем состоянии. В процессе пластического деформирования изменяется структура металла, и повышаются его механические свойства. Поэтому наиболее тяжелонагруженные детали машин изготовляются обработкой давлением. Пластическое деформирование осуществляется различными способами, к числу которых относятся прокатка, свободная ковка, объемная штамповка, прессование, волочение, листовая штамповка и специализированные виды ОМД (рисунок 1).

Рисунок 1 Классификация процессов ОМД

Вследствие возможности формообразования металла с высокой производительностью и малыми отходами, а также возможности повышения его механических свойств значение обработки давлением в современной промышленности огромно.

Обработка металлов давлением в целом является заготовительной базой машиностроения и металлургии. В конечном счете от ее качественного развития и совершенствования зависят создание мощных энергетических установок, новых летательных аппаратов, современных автомобилей и грузоподъемных машин, новейшей электронной и космической техники.

Основными потребителями продукции России и других стран приведены в таблице 1. Экономия металла - одна из основных задач стоящих перед ОМД. Для оценки экономических показателей используют численное отношение массы детали к массе израсходованного на него металла, называемое коэффициентом использования металла (КИМ) и выраженное в процентах. Средние значения КИМ для различных процессов ОМД приведены в таблице 2.

Таблица 1 Относительные объемы поковок

Таблица 2 Средние значения КИМ

В качестве исходного материала в обработке металлов давлением применяют стали всех марок, алюминиевые, магниевые, титановые сплавы, а также сплавы на основе меди и никеля в виде слитков, прутков, различных сортовых профилей и т. д. Для ковки, например, используют спокойную сталь, раскисляемую полностью до разливки. Кипящая сталь менее пригодна для ковки, т. к. в слитках из нее трудно обеспечить полную заварку пустот и пузырей в процессе деформации. После прокатки эту сталь используют для штамповки. Для обеспечения необходимых пластических свойств металлы и сплавы деформируются как в холодном, так и (преимущественно) в горячем состоянии.

Стали, сплавы железа с углеродом (до 2,14 %) используются практически во всех отраслях промышленности, машиностроении, металлургии, строительстве, автомобилестроении и т.п. В зависимости от химического состава сталь бывает углеродистая (Ст3, 08 кп) и легированная (3Х2В8Ф, 5ХНМ); от назначения - конструкционная и инструментальная; от способа получения - мартеновская, бессемеровская, томасовская; от способа раскисления - спокойная, полуспокойная и кипящая. Углеродистые стали подразделяют на низкоуглеродистые (до 0,25 % углерода), среднеуглеродистые(0,25-0,60 %) и высокоуглеродистые (свыше 0,6). Низко- и среднеуглеродистые стали являются конструкционными, а высокоуглеродистые - инструментальными. Они имеют большой запас пластичности и могут деформироваться со степенями деформации до 80 %. Стали высокоуглеродистые и высоколегированные допускают деформацию за один цикл обработки не более 60 %, поэтому их относят к материалам средней пластичности.

Для алюминиевых сплавов характерен малый удельный вес и высокие прочностные свойства. Их подразделяют на мягкие сплавы (АМц, АД31, Амг), сплавы средней твердости (Д1, Д16, АК1) и высокой прочности (АК8, В95). Кроме того, различают термически упрочняемые и термически не упрочняемые сплавы. Алюминиевые сплавы обладают высокой пластичностью, что дает возможность прессованием на горизонтальных гидравлических прессах получать самые разнообразные профили очень сложных конфигураций и различных сечений. Такие свойства алюминиевых сплавов, как низкая плотность, высокая коррозионная стойкость, сравнительно высокие механические свойства, позволяют применять изделия из них в различных деталях машин, автомобилестроении, в строительных конструкциях и архитектурных сооружениях. Основными потребителями сплошных и полых профилей из алюминиевых сплавов является авиационная промышленность, судостроение, холодильная техника, электротехническая промышленность, радиолокация. В последние годы сортамент полых профилей из алюминиевых сплавов значительно увеличился благодаря их использованию в строительстве для изготовления отделочных и конструкционных строительных деталей (детали оконных витражей, перегородок, подвесных потолков, рам, внутренних карнизов, встроенной мебели и др.)

Медь и сплавы на ее основе широко используются во многих отраслях промышленности: электротехнической, строительной, теплоэнергетической. Медь обладает хорошей пластичностью, поэтому из нее изготавливают детали практически всеми способами ОМД. Выделяют две группы сплавов - бронзы и латуни. Латуни (сплавы меди с цинком), обрабатываемые давлением, подразделяются более чем на 8 марок, Для горячей обработки металлов давлением широко применяют латуни марок Л62 и Л68. Бронзы (сплавы меди с оловом, алюминием, марганцем, кремнием, бериллием и другими элементами, кроме цинка) подразделяют на 10 марок. Без оловянистые бронзы характеризуются хорошими антифрикционными и антикоррозионными свойствами, могут работать в соленой воде, масле, паре. Магниевые сплавы (МА2, МА5, ВМ 65-1) относятся к легким сплавам и обладают склонностью к повышенной коррозии, вследствие чего имеют ограниченное применение в машиностроении. В основном, их используют в авиационной промышленности в качестве конструкционных материалов. Область применения - ракето- и самолетостроение, автомобилестроение, электротехническая промышленность.

Титановые сплавы (ВТ1-1) обладают наибольшей удельной прочностью, высокой антикоррозионной стойкостью и жаропрочностью. Находят применение в авиастроении, химическом и транспортном машиностроении, их используют для изготовления поковок для ракет, самолетов (турбинные лопатки), обшивки для подводных лодок, кислотоупорных деталей.

Кроме перечисленных в различных отраслях народного хозяйства широко используются и другие металлы и сплавы. Например, для производства ювелирных изделий применяют такие известные металлы, как золото, платина, палладий, серебро и сплавы на их основе. Для электротехнической промышленности используют сплавы тугоплавких металлов, таких как вольфрам, молибден и др. Кроме того, в качестве декоративных сплавов используются медно- никелелевые сплавы такие, например, как мельхиор (МН19), нейзильбер (НМЖМц26-2,5-1,5) и др.

В качестве перспектив развития металлообработки методами ОМД выделим следующие:

1 всесторонняя механизация и автоматизация процессов обработки металлов давлением;

2 создание новых непрерывных процессов совмещенной обработки черных и цветных металлов и их сплавов;

3 увеличение мощностей производственного оборудования и их производительности;

4 реализация малоотходных и безотходных технологий производства изделий методами ОМД;

5 применение современных программных средств для проектирования и управления технологическими процессами ОМД;

6 разработка новых материалов, видов оборудования и технологий для обработки трудно деформируемых и мало пластичных сплавов;

7 разработка систем автоматизированного проектирования (САПР) технологии и инструмента для процессов ОМД.

1. Прокатное производство. Общие сведения и виды прокатки

Прокатное производство - это комплекс взаимосвязанных технологических переделов, определяющих качество прокатной продукции и технико-экономические показатели прокатного цеха. Развитие прокатного производства базируется на использовании нового, более совершенного нагревательного, прокатного и отделочного оборудования, характеризующегося поточностью ряда технологических процессов и операций, более высокими скоростями и интенсивным режимом работы. Решающим направлением технического прогресса в прокатном производстве является комплексная механизация и автоматизация производственных процессов, расширение сортамента продукции, повышение ее качества и экономии металла.

Выделяют производство проката из черных и цветных металлов, причем производство проката из сталей занимает превалирующее положение. При производстве проката из цветных металлов и сплавов большую долю в объеме занимает листопрокатное производство.

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 (рисунок 2).

Рисунок 2 Схемы прокатки

2. Продольная и поперечная прокатка

При продольной прокатке деформирование заготовки осуществляется между вращающимися в разные стороны валками . Из простейшей схемы поперечной прокатки видно, что 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 (рисунок 2). 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 суживающую щель и деформирование.

3. Сортовая и листовая прокатка. Многовалковая прокатка

Различают листовую и сортовую прокатку. При сортовой прокатке на бочке валков имеются ручьи, образующие при составлении двух и более валков калибр по форме и размерам получаемого полуфабриката. При листовой прокатке применяется гладкая бочка валков.

Наиболее распространенной является прокатка на станах «Дуо» и «Трио», клети которых содержат, соответственно, два и три рабочих валка. Для производства тонколистового проката и фольги используется многовалковая прокатка. В этом случае прокатка осуществляется в клетях с четырьмя (Кварто), шестью, двенадцатью и двадцатью валками. Универсальные клети содержат, как правило, два вертикальных и два горизонтальных валка, образующих закрытый калибр по форме и размерам готового проката.

Продукция прокатного производства. Продукция прокатного производства имеет очень широкое применение во всех отраслях народного хозяйства. Она используется в виде заготовок различного профиля для изготовления деталей машин, станков, тракторов, автомобилей, паровозов, вагонов, железнодорожных путей; для строительства зданий, мостов и других сооружений. Указанные машины и сооружения изготовляются из прокатных черных и цветных металлов и их сплавов. Сортамент прокатных профилей. Профилем проката называется форма его поперечного сечения, сортаментом - совокупность профилей с различными размерами, получаемых прокаткой на одном стане или на группе станов. Сортамент прокатываемых профилей весьма разнообразен. Его разделяют на пять основных групп: 1) сортовой прокат; 2) листовой прокат; 3) трубы; 4) специальные виды проката (колеса, бандажи, кольца и др.); 5) периодический прокат. Профиль сортового металла разделяют на две группы: простой геометрической формы (квадратная, круглая и полосовая сталь) и сложной - фасонной формы (двутавровые балки, швеллеры, зетовая сталь, рельсы и др.).

Листовой прокат (сталь) разделяют на толстолистовуюсталь(толщиной более 4 мм), тонколистовую (толщиной менее 4 мм) и широкополосную, или универсальную сталь. Листы толщиной от 3 до 8 мм часто называют листами средней толщины. Толстолистовая сталь имеет ширину от 600 до 5000 мм при толщине от 4 до 160 мм и длине от 4 до 12 м. Броневые плиты имеют ширину до 4500 мм и толщину до 550 мм.

Тонколистовая сталь имеет ширину от 500 до 2500 мм, толщину от 0,20 до 3,75 мм и длину от 700 до 4000 мм. Листы (лента) толщиной меньше 0,20 мм носят название фольги. Листы должны быть с обрезанными кромками. Электротехническая и трансформаторная стали имеют ширину 750 и 1000 мм и толщину от 0,35 до 1,0 мм. Широкополосная, или универсальная сталь, имеет ширину от 200 до 1500 мм при толщине от 4 до 60 мм.

Тонкие стальные ленты изготовляются шириной от 20 до 2500 мм и длиной до 300 м в зависимости от толщины.

Трубы стальные подразделяются на две группы: бесшовные с диаметром от 25 до 600 мм и сварные - встык, внакладку и холодно профилированные - с диаметром от 10 до 1400 мм. Периодический прокат представляет собой заготовку, поперечное сечение которой не остается одинаковым по форме и площади, а периодически изменяется. Цветные металлы и их сплавы прокатываются преимущественно на простые профили - квадратный, круглый, полосовой (прямоугольный) в виде листов и лент различных размеров: по толщине от 0,2 до 25-30 мм, по ширине - листы до 3000 мм, ленты до 600 мм (и больше); по длине - листы до 6 м, ленты до 300 м и больше в зависимости от толщины. В качестве технологических характеристик прокатки используют такие показатели, как производительность и скорость прокатки, степень деформации (обжатия) за один проход и вытяжка. В общем случае основным показателем степени деформации при прокатке является вытяжка

,

где F₀ - площадь поперечного сечения заготовки ;

F₁- площадь поперечного сечения готового изделия.

В частном случае, например при листовой прокатке без уширения, вытяжку определяют как отношение длин заготовки и изделия. Величину ДH =H₀ ?H ₁ называют абсолютным обжатием, а величину

- относительной степенью обжатия (здесь H₀ и H₁ соответственно, высота полуфабриката до и после деформации). Производительность прокатного стана, т/ч, можно рассчитать по формуле

где G - масса заготовки (слитка),т;

t_ц - время (цикл) прокатки, с.

Производство листового проката (листов, лент) осуществляется методами горячей(толстолистовой материал) и холодной прокатки (тонколистовой материал, фольга). Горячую прокатку ведут на двух-, трех- или четырех-валковых станах листовой прокатки. Наиболее современным оборудованием являются непрерывные широкополосные станы. Исходным материалом являются слябы массой от 7,5 до 45 т, нагреваемые в методических печах. Холодную прокатку стали с минимальной толщиной 0,15 мм ведут на четырех шести клетьевых непрерывных станах или на станах «Кварто», оснащенных моталками (для рулонной прокатки). Для производства алюминиевой фольги применяют непрерывно литую заготовку, которую прокатывают с толщины 6 мм на станах «Кварто» до микронных размеров.

Заключение

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.

металл давление прокатный

Список использованной литературы

1 Сторожев М.В., Попов Е.А. Теория обработки металлов давлением. Учебник для вузов.- 4-е издание - М.: Машиностроение, 1997

2 Суворов И.К. Обработка металлов давлением: Учебник для вузов. - 3-е издание.- М.: Высшая школа,1980

Размещено на Allbest.ru