Технологии изготовления стальных фасонных профилей высокой точности и направления их совершенствования

Размещено на http://www.allbest.ru

Развитие машиностроительных предприятий России и стран ближнего зарубежья сопровождается расширением объёма и ассортимента потребления стальных фасонных профилей высокой точности (СФПВТ), к которым относятся калиброванный круглый и шестигранный прокат, а так же горячекатаные трубы. При этом требования к качеству профилей, в частности точности геометрических размеров, со стороны потребителей постоянно повышаются. Это связано с тем, что применение СФПВТ в качестве заготовок позволяет уменьшить потери металла, снизить расходы на их дальнейшую переработку и повысить производительность. Одновременно снижается стоимость производственных затрат путём внедрения непрерывных процессов (от жидкого металла до готового проката), повышения скорости прокатки и автоматизации всех технологических процессов. Сфера применения (СФПВТ) очень обширна. Они используются и в машиностроении, и пищевой, фармацевтической, авиационной, железнодорожной и химической промышленности, и в сельском хозяйстве, и в строительстве (при изготовлении различных металлоконструкций, для связки арматур и армирования, при укреплении железобетонных перекрытий, при изготовлении кованых оград). Применяют их в судостроении, станкостроении, автомобилестроении, в быту, для заземления газопровода, в качестве трубных заготовок, в дизайне, наружной рекламе и для внутренней отделки помещений. Таким образом, калиброванный прокат используется везде, где необходима высокая прочность, износостойкость и надежность.

Сортовой прокат без дополнительной термообработки имеет неоднородную структуру, и свойства его нестабильны. Это связано с тем, что динамическая рекристаллизация при сортовой прокатке и вторичная рекристаллизация при последующем охлаждении не обеспечивают полного разупрочнения. Сталь после горячей прокатки имеет заметные следы упрочнения. Кроме того, в сталях с повышенным содержанием углерода и ряде низколегированных сталей при естественном охлаждении происходит упрочняющая термообработка. Разнородность слитков, поступающих на прокатку, по содержанию основных компонентов и примесей, по степени газонасыщенности и другим показателям качества, колебания температур нагрева металла перёд прокаткой. Неравномерность прогрева заготовки по объему, колебания температур окончания прокатки и неравномерность охлаждения в процессе прокатки и по окончании ее -- основные причины неоднородности структуры по объему (данного прутка) и нестабильности свойств внутри одной плавки и между плавками. Прокатка (горячая) труб состоит из 3-х основных и нескольких вспомогательных операций. Первая операция (Прошивка) -- образование отверстия в заготовке или слитке; в результате получается толстостенная труба, называемая гильзой. Вторая операция (Раскатка) - удлинение прошитой заготовки и уменьшение толщины её стенки примерно до требуемых в готовой трубе размеров. Обе операции осуществляются с одного нагрева, но на различных прокатных станах, установленных рядом и входящих в общую систему машин трубопрокатного агрегата. Первая операция выполняется на прошивных станах винтовой прокатки между бочкообразными или дисковыми валками на короткой оправке, вторая -- на различных прокатных станах: непрерывных, пилигримовых, автоматических и трёхвалковых станах винтовой прокатки. Третья операция -- калибровка (или Редуцирование) труб после раскатки. Калибровка осуществляется на калибровочных станах, затем трубы охлаждаются, правятся, контролируются и разрезаются на куски определённой длины. Трубы диаметром менее 65--70 мм подвергаются дополнительной горячей прокатке на редукционных станах. С целью уменьшения толщины стенки и диаметра, получения более высоких механических свойств, гладкой поверхности и точных размеров трубы после горячей прокатки подвергаются холодной прокатке на специальных станах, а также волочению. Особенно актуальны вопросы повышения точности труб, так как они напрямую связаны с экономией дорогостоящих металлов и сплавов (в случае производства труб специального назначения), а также вопросы эксплуатационной надежности труб как заготовок для деталей машин, работающих в экстремальных условиях. Прокатка заготовок деталей машин (штучных изделий) находит широкое применение главным образом в производстве различных тел вращения и профилей переменного сечения: вагонных колёс, осей, бандажей, колец для подшипников качения, шаров, зубчатых колёс, винтов, свёрл и т. д.

При этом иногда прокатка используется для выполнения лишь одной операции в комбинации с ковкой или штамповкой.

На сегодняшний день, калиброванный круг - один из самых востребованных видов проката стали. Без этого материала не обходится ни одна отрасль судостроения, машиностроения, автомобилестроения, строительная и другие. Для изготовления калиброванного проката применяют различные марки, стали, чтобы на выходе получить прокат с требуемыми свойствами. Марка используемой стали, также зависит от длины калиброванного круга. Это может быть углеродистая сталь обыкновенного качества и низколегированная, качественная углеродистая и легированная сталь, высоколегированная сталь. Кроме того, калиброванный круг классифицируется как конструкционная сталь. Он используются для изготовления различных деталей машин и механизмов, судовых и вагонных корпусов, паровых котлов, применяется для тяжело нагруженных металлоконструкций и много другого.

Технология проведения калибровки представляет собой повторный перекат стального прутка, с целью получения стали с высоким качеством поверхностного слоя и менее значительными диапазонами отклонений в размерах. Его сначала освобождают от окалины (разламыванием слоя окалины, обработкой щетками и травлением в кислоте), затем (в холодном состоянии) протягивают через волоку, получая требуемые точность и качество поверхности. Строго говоря, калибровка -- это лишняя и дорогая технологическая операция, необходимая только потому, что прокатное производство не в состоянии обеспечить высокие требования современного машиностроения. С целью удешевления калиброванного проката необходимо, в идеале, на прокатном стане добиваться необходимой точности, т. е. получать калиброванный (его называют "горячекалиброванный") металл, который также в прокатном цехе должен освобождаться от окалины. Это одна из тенденций развития прокатного производства. Любая калиброванная продукция, включая такие виды как: калиброванная проволока, калиброванный пруток, круг, калиброванный стальной, квадрат калиброванный, шестигранник калиброванный, производится по госту 1051/73.

Получаемый в итоге калиброванный круг востребован для дальнейшего передела на высокоскоростных токарных агрегатах и штамповочном оборудовании. Ведущими потребителями калиброванного проката являются ремонтные предприятия, машиностроительные компании, штамповочные заводы, и сами метизные заводы. Более точные параметры наружного слоя дают возможность обойтись без ненужной технологической переработки стального проката проводимой с обычным кругом. Отсутствие же таких дефектов как окалина прибавляет к сроку эксплуатации металлических деталей сделанных из круга, квадрата, шестигранника калиброванного. Хорошая отделка верхнего слоя способствует вероятности избежать дополнительной обработки стальных заготовок. Применение круга, шестигранника, квадрата калиброванного обеспечивает перспективу ощутимого уменьшения потерь при производстве. По желанию заказчиков на предприятиях проводят специальную отделку верхнего слоя круга, предусматривающую очищение наружной оболочки стали, ее обтачиванию, шлифовке. Специализированная калибровка верхнего слоя делается только для круга калиброванного.

Общим недостатком существующих технологических процессов производства круглого сортового проката и горячекатаных труб является низкая геометрическая точность и структурная неоднородность готовых изделий. Сортовой прокат без дополнительной термообработки имеет неоднородную структуру, и свойства его нестабильны. Это связано с тем, что динамическая рекристаллизация при сортовой прокатке и вторичная рекристаллизация при последующем охлаждении не обеспечивают полного разупрочнения. Сталь после горячей прокатки имеет заметные следы упрочнения. Кроме того, в сталях с повышенным содержанием углерода и ряде низколегированных сталей при естественном охлаждении происходит упрочняющая термообработка. Разнородность слитков, поступающих на прокатку, по содержанию основных компонентов и примесей, по степени газонасыщенности и другим показателям качества, таким как: колебания температур нагрева металла перёд прокаткой, неравномерность прогрева заготовки по объему. Колебания температур окончания прокатки и неравномерность охлаждения в процессе прокатки и по окончании ее -- основные причины неоднородности структуры по объему (данного прутка) и нестабильности свойств внутри одной плавки и между плавками. Следует обратить внимание на то, что общее поле допусков на прокат очень большое и на крупных кругах достигает 2 мм. Такие допуски отражают состояние и возможности современного оборудования, предназначенного для производства сортового проката. Но такие допуски совершенно не устраивают многих потребителей, например производства, использующие автоматические линии для изготовления изделий из круглого проката. Для стабильной работы современных автоматических линий требуется прокат с допуском ±0,1 мм. Многие из них не могут работать на прокате с окалиной на поверхности. Именно для удовлетворения этих требований и производят дополнительные дорогостоящие операции - правку, термическую и механическую обработки готового проката. Однако данные операции снимают внутренние напряжения лишь частично, и не учитывают процессов полной релаксации внутренних напряжений, которые значительно растянуты во времени. Это неизбежно приведёт к короблению не только находящегося на складе проката, пусть и не значительному, но и уже готового изделия в процессе эксплуатации, причем данные отклонения будут большими и не прогнозируемыми. сортовой горячекатанный технологический

Существенно повысить точность выпускаемого СФПВТ может операция термосиловой обработки с применением системы автоматического управления параметрами техпроцесса. Операцию ТСО предлагается проводить вместо правильной и термической операций. Она заключается в равномерном продольном и поперечном упругопластическом деформировании маложесткого вала, посредством приложения осевого растягивающего усилия с определённой скоростью и величиной, во время проведения термообработки. При охлаждении наружная поверхность вала остывает быстрее, чем внутренняя, и напряжения в наружных слоях будут противоположны, напряжениям во внутренних областях изделия. По окончании процесса охлаждения, знаки напряжений поменяются на противоположные, но главное достоинство предлагаемого технического приёма заключается в том, что в наружных слоях напряжения будут одного знака, последнее исключает коробление. При термосиловой обработке одновременно контролируется температура нагрева заготовки по длине, величина осевого усилия, скорость и величина пластической деформации и обеспечивается стабилизация пластических деформаций и температуры по длине изделия путем управления этими параметрами. Принцип работы предлагаемого метода заключается в полной автоматизации процесса термосиловой обработки, посредством предварительно разработанного алгоритма работы программы для ЭВМ, которая на основании данных о размерах, исходной и требуемой твёрдости, а также других физико-механических свойствах материала заготовки, производит расчёт параметров, необходимых для термосиловой обработки маложесткого многоступенчатого вала. В случаях, когда материалом изделия является высоколегированная или высокоуглеродистая сталь, программа автоматически включает в работу контур обработки детали холодом и последующим низкотемпературным или среднетемпературным отпуском. Дальнейшая обработка при равномерном снятии металла относительно оси вала также не приведёт к короблению последнего. Это позволит получать диаметральные размеры после шлифовки с точностью до 6,7-го квалитетов.

Размещено на Allbest.ru