Литейное производство. Производство труб. Выдавливание заготовок

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«МУРМАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Институт «Морская академия»

Кафедра технологии металлов и судоремонта

Контрольная работа №2

по дисциплине «Материаловедение и технология

конструкционных материалов»

Выполнил:

Студент 1 курса ИМА

Ф.И.О. Мачитадзе П.С.

Мурманск, 2020

Оглавление

1. Изложите сущность литейного производства, назовите элементы литейной формы и сплавы черных металлов для производства отливок

2. Приведите сортамент и назовите способы производства труб

3. Охарактеризуйте технологические процессы холодного выдавливания

отливка сплав труба выдавливание

1. Изложите сущность литейного производства, назовите элементы литейной формы и сплавы черных металлов для производства отливок

Литейным производством называется технологический процесс изготовления металлических заготовок (отливок) путем заливки жидкого металла в специально приготовленную форму. Форма заполняется металлом через систему каналов, называемую литниковой системой. При этом наружные очертания отливки определяются полостью формы, а внутренние образуются соответствующими фасонными вставками, называемыми стержнями. После затвердевания отливки ее извлекают из формы, освобождают от литниковой системы, очищают и направляют на механическую обработку. В ряде случаев отливки предварительно проходят термическую обработку.

Первые литые изделия получали еще в III-II тысячелетиях до н.э. сначала из бронзы, позже из чугуна. Значительное развитие литье из чугуна получило примерно с XIII-XIV вв. Стальные отливки начали получать в XIX в., литые детали из алюминиевых и магниевых сплавов - несколько десятков лет назад. В настоящее время в литейном производстве применяют множество самых различных сплавов.

Значение литейного производства исключительно велико. Нет ни одной отрасли машиностроения и приборостроения, где не применяли бы литые детали. В машиностроении масса литых деталей составляет около 50% массы машин и механизмов, в станкостроении - около 80%, в тракторостроении - около 60%. Это объясняется рядом преимуществ литейного производства по сравнению с другими способами получения заготовок или готовых изделий. Литьем получают детали как простой, так и очень сложной формы с внутренними полостями, которые нельзя или очень трудно получить другими способами. Во многих случаях это наиболее простой и дешевый способ получения изделий. Масса деталей колеблется от нескольких граммов до нескольких сот тонн.

Некоторые специальные способы литья позволяют получать отливки с высокой чистотой поверхности и точностью по размерам, что резко сокращает или исключает совсем их последующую механическую обработку. Кроме “традиционных” литейных сплавов: чугуна, стали, бронзы, литье все шире применяют для изготовления изделий из нержавеющих и жаропрочных сталей, магнитных и других сплавов с особыми физическими свойствами.

Литейные формы изготавливаются из различных материалов и в зависимости от свойств последних могут использоваться только один раз или многократно. Формы, используемые для получения одной отливки, называются разовыми (эти формы разрушаются при извлечении из них отливки). Формы, используемые для получения сотен и тысяч отливок, называются постоянными (они обычно выполняются металлическими). Некоторое применение в литейном производстве находят полупостоянные формы, изготавливаемые из высокоогнеупорных материалов и могущие использоваться несколько десятков раз.

Разовые формы изготавливаются из песчано-глинистых, песчано-смоляных и песчано-керамических смесей. Такие формы могут выполняться объемными (большой толщины) или оболочковыми (небольшой толщины). Как правило, формы из песчано-глинистых смесей делаются объемными, а из песчано-смоляных и песчано-керамических - оболочковыми. Литье в песчано-глинистые (земляные) формы является наиболее распространенным.

Технологический процесс литья, основанный на применении земляной формы, состоит из нескольких этапов: изготовление моделей и стержневых ящиков, приготовление формовочных и стержневых смесей, изготовление форм и стержней, сборка форм, получение литейного сплава, заливка форм, выбивка отливок из форм, очистка и обрубка отливок.

Модели и стержневые ящики изготовляются в модельном цехе, все остальные операции выполняются в литейном цехе.

Модель представляет собой инструментальную оснастку, предназначенную для получения полостей литейной формы, соответствующих наружной конфигурации отливки. При изготовлении модели вначале по чертежу детали делают чертеж отливки, размеры которой увеличивают по отношению к раз мерам детали на величину припусков для механической обработки. По чертежу отливки делают чертеж модели, размеры которой превышают размеры отливки на величину припуска на усадку металла.

Стержневой ящик представляет собой инструментальную оснастку, предназначенную для получения стержней. В стержневых ящиках также предусматриваются знаки. Стержни, как правило, изготавливаются сухими и должны быть достаточно прочны при транспортировке их и заливке металла в форму.

Изготовление форм по модели производится с помощью специальных рамок, называемых опоками. Опоки являются своеобразным остовом формы, предохраняющим ее от разрушения при изготовлении, сборке, транспортировке и заливке. Центровка их при изготовлении и сборке формы производится при помощи штырей, укрепленных в ушках.

Каждая половина модели заформовывается в отдельной опоке. После извлечения моделей в нижнюю опоку устанавливаются стержни, и затем на нее - верхняя опока.

Стержневой ящик представляет собой инструментальную оснастку, предназначенную для получения стержней. В стержневых ящиках также предусматриваются знаки. Стержни, как правило, изготавливаются сухими и должны быть достаточно прочны при транспортировке их и заливке металла в форму.

Изготовление форм по модели производится с помощью специальных рамок, называемых опоками. Опоки (верхняя и нижняя) являются своеобразным остовом формы, предохраняющим ее от разрушения при изготовлении, сборке, транспортировке и заливке. Центровка их при изготовлении и сборке формы производится при помощи штырей, укрепленных в ушках.

Каждая половина модели заформовывается в отдельной опоке. После извлечения моделей в нижнюю опоку устанавливаются стержни 2, и затем на нее - верхняя опока.

Элементы литниковой системы образуются при помощи соответствующих моделей. Такими элементами обычно являются: литниковая чаша, литниковый стояк, шлакоуловители и питатели. Полости формы сообщаются с атмосферой через выпоры.

Сплав, применяемый для получения отливок, наряду с определенными механическими, физическими и химическими свойствами должен обладать также высокими литейными свойствами. Литейными свойствами называются такие технологические особенности металла и сплава, которые определяют его пригодность для получения качественной отливки (без литейных пороков-раковин, рыхлот, трещин и т. д.). Литейные свойства оказывают большое влияние на выбор технологического процесса изотовления отливок. Основными из них являются жидкотекучесть, усадка и склонность к ликвации.

Жидкотекучестью называется технологическое свойство жидкого сплава, характеризующее его способность заполнять самые тонкие и сложные полости формы. Это свойство зависит от состава сплава, степени его перегрева, а также от материала формы. Поэтому для сравнения жидкотекучести отдельных сплавов нужно сохранять одинаковыми условия подготовки формы и последующего заполнения ее металлом. Жидкотекучесть наиболее высока у силуминов, оловянистых бронз, серого чугуна, кремнистых чугунов и др. и меньше у углеродистых и низколегированных сталей, белых чугунов и безоловянистых бронз.

Жидкотекучесть выше при заливке сплава в сухие формы и меньше при заливке в сырые песчаные формы. Еще меньше она при литье в постоянные металлические формы.

Сравнительная жидкотекучесть различных сплавов определяется с помощью специальных технологических проб. Наиболее распространена спиральная проба. Для ее проведения в литейной форме делают спиральный канал постоянного сечения. Путь, проходимый металлом до затвердевания (длина спирали), будет определять величину жидкотекучести.

Усадкой называется свойство металлов и сплавов уменьшать свой объем и размеры при затвердевании и последующем охлаждении. Линейная и объемная усадка выражается в относительных величинах.

Линейная усадка:

где

- размер и литейной форме (на модели);

-размер затвердевшей отливки.

Объемная усадка равна:

где

-объем полости формы;

- объем затвердевшей отливки.

С усадкой связано много затруднений в производстве отливок. Она является причиной образования внутренних пустот в отливках, трещин и коробления.

Величина усадки сплава определяется его химическим составом и температурой перегрева. Так, усадка серого чугуна уменьшается при увеличении содержания С и Si или при снижении Мn и S.

При получении сложных отливок (рис. 1, б) выступающие части формы и стержня противодействуют усадке, поэтому действительная ее величина может оказаться меньше по сравнению со свободной усадкой, имеющей место при отливке деталей простой конфигурации (рис. 1, а).

Кроме механического торможения усадки, 'при остывании отливки, имеющей значительную разницу в толщине отдельных сечений, возникает термическое торможение усадки из-за неодновременности остывания (рис. 1, в). Возможно также одновременное действие механического и термического торможения усадки (рис. 1, г).

Рис. 1. Сечение отливок, дающих различную усадку: а - свободную; б - с механическим торможением; в - с термическим торможением; г - с комбинированным торможением

Механическое и термическое торможение усадки вызывает возникновение в остывающей отливке внутренних (литейных) напряжений. При механическом торможении усадки со стороны формы или стержней могут появиться «горячие» трещины, возникающие в области высоких температур (когда сплавы имеют низкую прочность). Термическое торможение усадки обычно приводит к образованию «холодных» трещин или короблению отливок из-за больших термических напряжений, могущих превысить предел прочности.

Ликвацией называется неоднородность по химическому составу в различных точках отливки. Различают дендритную и зональную ликвацию. При дендритной ликвации происходит образование неоднородных по своему составу кристаллов, а при зональной - неоднородных зон в различных частях отливки. Ликвация увеличивается при увеличении в сплаве содержания примесей, имеющих большой удельный вес (W, Мо и др.) или низкую температуру плавления (S, Р и др.).

Зональная ликвация в противоположность дендритной увеличивается при медленном охлаждении отливки, когда создаются условия для перемещения различных фаз под действием разницы удельных весов. Характерным для зональной ликвации является то, что наружные участки и тонкие стенки отливки, охлаждаемые в первую очередь, содержат ликвирующих примесей (S, Р) меньше, чем застывающие позже более массивные части.

При дендритной ликвации легкоплавкие компоненты скапливаются на поверхности отливок или в промежутках между затвердевающими кристаллами.

На физико-механические свойства отливок и эксплуатационные качества литых деталей, кроме рассмотренных выше свойств, влияют и другие факторы. Среди них следует отметить способность металлов и сплавов поглощать газы (Н₂, N₂, О₂и др.), попадающие из шихтовых материалов, окружающей среды, материала формы и т. д. Растворимость газов в расплавленном металле зависит от температуры, понижаясь с ее уменьшением.

Рассмотренные выше литейные свойства сплавов и их влияние на механические свойства отливок необходимо учитывать при проектировании литых деталей.

Принимая во внимание жидкотекучесть отдельных сплавов, нельзя устанавливать, например, толщину стенок детали меньше некоторых предельных значений. Так, при литье в песчаные формы рекомендуются следующие минимальные толщины стенок (в мм): для медных сплавов-2; для ковкого чугуна-2,5; для серого чугуна и алюминиевых сплавов - 3; для стальных отливок-5. Чем тоньше стенки и сложнее конфигурация отливки, тем выше должна быть температура заливки для обеспечения заполнения формы.

Наиболее радикальной мерой предотвращения усадочных раковин является устройство прибылей на тепловых узлах отливок. Не устраняя самого процесса усадки, прибыль питает основную часть отливки, уводя тем самым усадочную раковину за пределы отливки. Не рассматривая подробно способы расчета прибылей, укажем только, что давление газов в замкнутой усадочной раковине в обычной прибыли меньше атмосферного. Но эффект питания отливки со стороны прибыли будет выше при повышении давления газов в полости усадочной раковины, образующейся в прибыли. С этой целью применяют прибыли, действующие под атмосферным, газовым и повышенным воздушным давлением (рис. 2).

Рис. 2. Прибыли: 1 - открытая; 2 - обыкновенная отводная закрытая; 3 - закрытая с пористым стержнем (под атмосферным давлением); 4 - закрытая с подачей сжатого воздуха в прибыль; 5-закрытая с газообразующим патроном (под газовым давлением); 6 - холодильник

В прибылях, действующих под газовым давлением, устанавливается специальный патрон с газообразующим зарядом (мел или мел с термитом). Стерженек должен прогреться и начинать выделять газ только после образования на прибыли сплошной твердой корки металла.

Усадочные дефекты получаются в тепловых узлах, т. е. в наиболее массивных местах отливок, которые затвердевают последними. Более тонкие места, затвердевающие быстрее, получаются здоровыми, так как подпитываются жидким металлом из более массивных тепловых узлов.

На рис. 3 показано неправильное и правильное конструктивное решение теплового узла, характерного для многих отливок. Решение б обеспечивает разрядку теплового узла, так как выравнивает толщину сечения. Трудоемкость же изготовления стержня в литейном цехе как в том, так и в другом случае практически одинакова.

Отливки, сочетающие в себе толстые и тонкие части, не технологичны также вследствие возникновения в них при охлаждении литейных напряжений. Чем более неравномерна по сечению отливка, тем больше возникающие в ней напряжения. При этом последние имеют место как в пластичном, так и в упругом состоянии отливки. Если напряжения достигают значительных величин, то они приводят к образованию трещин или короблению отливок.

Для уменьшения напряжений и опасности образования трещин отливка должна иметь равномерную толщину стенок, что обеспечивает более равномерное охлаждение. Однако одного этого условия недостаточно. Даже при равномерных, но сопрягающихся под острым углом стенках получается сочетание теплового узла, (а следовательно, концентрация усадочных дефектов) и слабины из-за различной ориентации кристаллов. При возникновении напряжений из-за затрудненной усадки в месте стыка образуются трещины. Одностороннее округление в месте сопряжения двух стенок уменьшает опасность образования трещин. Однако термический узел останется, что вызовет образование усадочной рыхлоты или раковины, являющейся концентратором напряжений. Только двухстороннее скругление значительно улучшит условия кристаллизации.

В ответственных тонкостенных отливках, в особенности работающих под давлением, следует делать еще более плавные переходы.

Рис. 3. Конструкция тепловых узлов отливки: а - неправильно; б - правильно

Рис. 4. Варианты сопряжений прямоугольных стенок

При необходимости сопряжения тонких и толстых стенок для предупреждения трещин (из-за термического торможения усадки) вместо резких переходов толщин следует делать плавные.

При производстве отливок из сплавов с повышенной усадкой для устранения трещин и рыхлот в стыке ребер со стенкой иногда предусматриваются дополнительные тонкие ребра, которые называются литейными или усадочными. Они выполняются обычно не по модели, а прорезкой узких щелей в форме.

Литейные ребра имеют меньшую толщину, чем стенки отливки, они затвердевают в первую очередь и воспринимают значительную часть возникающих напряжений, предохраняя отливку от горячих трещин.

2. Приведите сортамент и назовите способы производства труб

Производство труб значительно отличается от других видов прокатного производства не только формой готового изделия, но также и тем, что большая их часть является продуктом вторичного передела проката основных видов - круглой и плоской заготовки. Трубы классифицируют по методу производства и применения. Для изготовления изделий из черных металлов применяют четыре основных способа: прокатка; прессование; литье; сварка или пайка. Качество изделий, которые получают прокаткой, прессованием и сваркой, значительно выше, чем литых, так как при обработке давлением свойства материала труб улучшаются. За применением изделия разделяют на следующие группы: 1) для сооружения трубопроводов (нефте-, водо-, газопроводов); 2) для передачи тепла (жаровые, дымогарные, кипятильные, паропроводные и проч.); 3) трубы, используемые в машиностроении (шарикоподшипниковые, автотракторные, авиационные, велосипедные) 4) применяемые при бурении скважин и колодцев (бурильные и обсадные); 5) специального назначения (баллонные, для холодильников). В зависимости от назначения к изделиям предъявляют различные требования, которые оговариваются в ГОСТ и технических условиях. Трубы характеризуют внутренним и внешним диаметрами, толщиной стенки и длиной, а также качественными особенностями: материалом; способом изготовления; механическими свойствами и т.д. Большинство изделий имеет круглое сечение, однако в некоторых случаях изготавливают профильные трубы - квадратные, плоские и различные фасонные. Общая схема процесса производства бесшовных труб процессами ОМД предусматривает две основные операции: 1) получение толстостенной гильзы из слитка или заготовки - эту операцию называют прошивкой; 2) получение из гильзы готового изделия. Первую операцию выполняют в большинстве случаев на прошивных прокатных станах, но иногда для прошивки заготовки применяют прессы. Вторую операцию выполняют на трубопрокатных раскатных станах различных конструкций. Кроме указанных основных операций, есть еще дополнительные отделочные операции. Они необходимы для получения более чистой поверхности и более точных размеров изделий, а также для уменьшения толщины стенки и диаметра. Уменьшение диаметра труб с 60-70 до 10 мм называют редуцированием и осуществляют на редукционных станах. При редуцировании толщина стенки может немного увеличиться, уменьшиться или остаться без изменений. Основное назначение редуцирования определяется прежде всего тем, что экономически невыгодно, а в отдельных случаях даже и невозможно получать изделия диаметром менее 60-70 мм на первичных трубопрокатных станах. Кроме этого, редуцирование применяют также для производства изделий большой длины, которые нельзя получить на трубопрокатных станах. Горячей прокаткой с последующим редуцированием можно получить изделия диаметром 10-20 мм, со стенкой толщиной 2-2,5 мм. Дальнейшее уменьшение этих размеров может быть достигнуто холодной обработкой на станах холодной прокатки и холодным волочением. При производстве сварных труб исходным материалом является прокатная полоса - штрипс. Процесс производства в этом случае состоит из получения заготовки в виде свернутой полосы и последующего сварки шва. Шов можно выполнять встык и внахлестку. Получили распространение сварные трубы большого диаметра обращением с рулонной листовой стали на станах спиральной сварки изделий. Такое название эти станы получили потому, что сварной шов на трубах в этом случае проходит не по прямой, а по спирали.

При изготовлении бесшовных труб первой основной операцией является прошивка слитка или заготовки в гильзу (стакан), т.е. получение толстостенной трубы. Изготовление пустотелой гильзы является очень ответственной операцией, от которой зависят качество готовых изделий и производительность прокатных установок. Прошивку заготовки выполняют на станах, которые по своей конструкции делятся на валковые с косо расположенными валками; дисковые и с грибовидными валками. Широкое распространение имеет способ получения гильзы на вертикальном или горизонтальном прошивном прессах. Следующую прокатку гильзы в трубу необходимого диаметра и толщины стенки можно выполнять в горячем состоянии на: автоматическом стане; стане пилигримовой прокатки; непрерывном стане; раскаточных станах продольно-винтовой прокатки; рельсовом стане и проч. Нагрев металла в трубопрокатных цехах делают в печах: кольцевых с вращающимся подом, проходных туннельных проходных секционных, электрических индукционных и др. Наибольшее распространение получили кольцевые печи, которые имеют форму замкнутого пустотелого кольца, разделенного на подогревательные, нагревательную, сварочную и томительную зоны. Подина печи вращается с частотой до 1/30 мин-1. Загрузка и выгрузка заготовок производится через соответствующие окна специальной машиной с захватывающим хоботом. Прокаткой на автоматических станах получают бесшовные трубы диаметром 57...426 мм и толщиной стенки 3...30 мм. Этот способ является наиболее распространенным, что объясняется высокой маневренностью и универсальностью в отношении сортамента изделий и достаточно высокой производительностью.

Как исходный продукт используют заготовку круглого сечения, которую получают на крупносортовых или трубозаготовочных станах. Диаметр заготовки привычно мало отличается от диаметра готовой трубы. Перед прокаткой металл нагревают в печах с вращающимся кольцевым подом. Нагретая заготовка после центровки переднего конца пневматическим центрирователем для уменьшения в процессе прошивки разной толщины гильзы и улучшения захвата металла валками поступает в прошивной стан. При прошивке заготовка получает 2...3,5-кратную вытяжку. Максимальное значение вытяжки не превышает 4,5...4,8. Последующую обработку гильзы выполняют на автоматическом стане, представляющем собой нереверсивную клеть дуо, в валках которой является последовательно расположены круглые калибры. Кликните на рисунок чтобы увеличить его

Перед подачей металла в валки в калибр устанавливают оправку, закрепленную на длинном стержне таким образом, что зазор между оправкой и калибром соответствует толщине стенки трубы, которая прокатывается. Деформирование металла в данном случае происходит между валками и оправкой, при этом наряду с уменьшением толщины стенки наблюдается некоторое уменьшение наружного диаметра изделия. Учитывая то, что прокатка на круглой оправке за один проход не обеспечивает равномерной деформации стенки изделия по его периметру, приходится давать два, а иногда и три прохода с поворотом трубы после каждого прохода на 90°. Вытяжка за один проход не превышает 1,4...1,6, а общая вытяжка может составлять 1,5...2,1.

При прокатке на автоматическом стане условия работы оправки очень тяжелые. Это связано с влиянием высоких температуры и давления прокатки, а также наличием трения скольжения между оправкой и внутренней поверхностью трубы. Поэтому оправку после каждого прохода снимают и охлаждают в воде. Для уменьшения коэффициента трения между изделием и оправкой внутрь трубы забрасывают смесь поваренной соли с графитом. Однако все эти меры не предотвращают полностью повышенный износ инструмента и возможности налипания на него металла. Поэтому форма оправки и применяемый материал требуют тщательного изучения. Учитывая то, что клеть автоматического стана нереверсивная, то после первого прохода трубу необходимо возвращать на переднюю сторону клети. Это осуществляется автоматически с помощью роликов обратной подачи, расположенных с задней стороны клети которые вращаются в противоположном направлении по сравнению с вращением прокатных валков. По окончании прохода металла между валками для возвращения изделия на переднюю сторону клети верхний рабочий валок автоматически поднимается клиновым механизмом, увеличивая просвет в калибре, достаточный для свободного прохождения трубы назад. Одновременно с этим вручную или специальным приспособлением оправки снимается со стержня. Затем нижний ролик обратной подачи прижимает изделие к верхнему ролику и силой трения оно передается на переднюю сторону клети. После этого устанавливают новую оправку, верхний валок опускается в рабочее положение и изделие после кантовки на 90° подается в валки для последующей прокатки. Все это повторяется до получения необходимых размеров трубы. По окончании прокатки для улучшения внешней и внутренней поверхностей, устранение неровностей, уменьшения овальности и разнотолщинности изделие передают на обработку в одну из двух обкаточных машин, аналогичных по своему строению прошивным двух- или трехвалковым клетям. Обкатку выполняют на чугунной оправке, диаметр которой на 1...6 мм больше внутреннего диаметра трубы после прокатки на автоматическом стане. При этом наблюдается незначительное уменьшение толщины стенки и некоторое увеличение диаметра изделия (на 3...5%), труба приобретает правильную круглую форму с уменьшенной разницей толщины стенки. Предоставление окончательных размеров изделию по диаметру производится на калибровочном стане, состоящий из 5...7 клетей дуо, расположенных непрерывно. Клети калибровочного состояния устанавливают на общей раме таким образом, что оси валков попеременно в разные стороны образуют с горизонтом угол 45°, а угол между осями валков соседних клетей составляет 90°. Таким образом, труба при прокатке деформируется в двух взаимно перпендикулярных направлениях. При этом овальные калибры в клетях калибровочного стана меняются с постепенным уменьшением отношения осей до 1, к чистовому калибру. При прокатке в калибровочном стане можно наблюдать некоторое уменьшение диаметра изделия и незначительное увеличение толщины стенки. После прокатки на калибровочном стане трубы передаются на правильный стан для выполнения отделочных операций. В тех случаях, когда необходимо получить изделие диаметром менее 57 мм, но не ниже 17 мм, осуществляется дополнительная горячая прокатка при температуре металла 950...1000° С в так называемом редукционном стане, который состоит из 9...26 последовательно установленных непрерывных клетей. Оси валков этих клетей расположены перпендикулярно друг другу и под углом 45° к горизонту. При редуцировании прокат ведется без оправки, вследствие чего наблюдается уменьшение диаметра на 10...60%. Производительность установок с автоматическим станом составляет 100...300 тыс. т. в год. Прокаткой на пилигримовых станах получают бесшовные трубы диаметрами 48...665 мм при толщинах стенки 2,25...50 мм. Этот способ нашел широкое развитие, причем кроме круглых, на пилигримовых станах можно получать квадратные, шестигранные, ступенчатые и другие изделия. Как исходный продукт для пилигримовой клети используют толстостенную трубу-стакан, которую получают прошивкой круглого слитка или заготовки в клети с косо расположенными валками. Этот способ прошивки в большинстве случаев заменяется прошивкой в горизонтальном или вертикальном прессе, что в значительной степени устраняет недостаток труб через внутренние течения и трещины, которые часто имеют место при прошивке на станах косой прокатки. После пресса стакан с донцем дополнительно подогревается и поступает на раскатке и прошивке донца на обкаточные машины, что уменьшает разностеночность стакана и позволяет использовать более тяжелые слитки, а следовательно, иметь повышенную производительность агрегатов. В стакан, толщина стенки которого составляет около 25% диаметра изделия, вводят дорн, на котором делают раскатки трубы между двумя валками, установленными в пилигримовой клети, с калибром переменного профиля. Валок пилигримового стана имеет ручей переменной ширины и высоты по окружности, делится на две части: холостую, где диаметр калибра больше диаметра гильзы, которая прокатывается, рабочую, состоящую из рабочей и полирующей участков. Две струйки образуют круглый калибр с переменными размерами глубины и ширины по окружности валка. Прокатные валки вращаются в направлении, обратном направлению прокатки. Учитывая, что при вращении валков размеры калибра непрерывно меняются, то в некоторый момент можно подать металл в валки для деформирования определенного участка полосы. Поэтому процесс работы на пилигримовой клети заключается в периодической подаче на определенную длину гильзы вместе с дорном (на 20...30 мм) в зазор между валками в момент совпадения холостой части ручья обоих валков. При дальнейшем вращении валков осуществляется процесс прокатки и стакан перемещается в направлении, который совпадает с направлением вращения валков, т.е. обратном ходу трубы.

При этом захватывающий участок валков обжимает стакан на дорн по диаметру и толщине стенки, а полирующий обеспечивает выравнивание диаметра и толщины стенки бесшовной трубы. Вытяжка при такой прокатке достигает 10...14 - кратного значения. При следующем повороте валков создается возможность новой подачи стакана в область деформации, которая выполняется специальным дательным аппаратом с одновременным вращением стакана на 90°. Дательный механизм привычно работает от сжатого воздуха давлением до 1 МПа, а поворот заготовки выполняется дрелью. При пилигримовой прокатке заготовка с дорном совершает возвратно-поступательное движение, а прокатаный участок трубы сходит с дорна. При прокатке в пилигримовой клети всегда остается недокатанным задний участок гильзы, который называется пилигримовой головкой. По окончании прокатки дорн извлекают из изделия для охлаждения, а в дательный механизм вставляют новый дорн. Прокаткой на пилигримовом стане получают достаточно качественные и дешевые трубы. Однако при повышенных требованиях к точности диаметра и толщины стенки применяют горячую обработку на обкаточном, а затем и редукционном станах, как правило, непрерывном, который обеспечивает уменьшение диаметра трубы. Производительность установок с пилигримовой клетью определяется сортаментом и составляет 80...250 тыс. т. в год. Прокаткой на непрерывном стане получают бесшовные трубы диаметром 16...140 мм и толщиной стенки 2,3...15 мм из углеродистых и легированных сталей. Исходным продуктом являются заготовки круглого сечения, которые прошиваются на стане с косо расположенными валками, или квадратного сечения, что прошиваются на прессе. Следующую прокатку гильзы выполняют на длинной оправке в непрерывном стане, который состоит из 7...9 рабочих клетей дуо. Оси валков расположены под углами 90° друг к другу и 45° к горизонтальной плоскости. Каждая клеть имеет индивидуальный привод с регулируемой частотой вращения. Типичным непрерывным станом является агрегат 30-102. Гильза на работающем непрерывном стане прокатывается с коэффициентом вытяжки 5...7,5 при скорости прокатки до 6 м/с. Это обеспечивает производительность непрерывных станов в пределах 300...500 тыс. т. в год. После прокатки на непрерывном стане труба вместе с оправкой поступает в оправковытаскиватель. Последующая обработка изделия производится на калибровочном или редукционном станах. Прокаткой на станах с трехвалковыми клетями получают трубы - диаметром 34...200 мм и толщиной стенки 10...50 мм и выше. Исходным продуктом в данном случае является заготовки круглого сечения, которые после нагрева прошивают в гильзу. Последующая обработка гильзы осуществляется на оправке в трехвалковых клети, которая характеризуется тем, что валки в станине располагаются соответственно вершинам равностороннего треугольника. Оси валков расположены под углом 7...10° к оси прокатки, и каждый валок устанавливается с перекосом относительно плоскости симметрии проема станины, что вызывает появление угла скрещивания осей валков (угла подачи), который обычно принимается равным 4,5...7,5°. Этот угол обеспечивает появление осевой составляющей сил прокатки и, следовательно, возможность поступательного движения трубы в направлении прокатки.

Производство бесшовных труб с использованием трехвалковой клети производится с вытяжкой 3...4. Кроме этого, в данном случае в 2...2,5 раза повышается точность толщины стенки изделия по сравнению с прокаткой на автоматическом или пилигримовом стане. По этой причине станы с трехвалковыми клетями очень целесообразно использовать для производства труб, которые впоследствии подвергают механической обработке, так как при этом уменьшаются потери металла в стружку. Важным достоинством трехвалковых агрегатов является его высокая маневренность, возможность быстрой перестройки на прокатку труб другого диаметра. Для перехода на другой профиль нужно лишь изменить расстояние между валками и заменить оправки, которые обеспечивают получение необходимого внутреннего диаметра изделия и толщины стенки. Производительность подобных установок составляет 140...180 тыс. т. в год. Кроме описанных способов получения бесшовных труб горячей прокаткой существуют и такие, как, например, изготовление изделий на рельсовых станах, когда прошитую на прессе гильзу с донцем проталкивают на оправке через ряд роликовых обойм, которые имеют круглые калибры постепенно уменьшая диаметр. Таким способом изготавливают изделия диаметром 57...219 мм при толщине стенки 2,2...1,5 мм и выше. Трехроликовые обоймы, которые образуют круглый калибр тремя валками-роликами, применяют при производстве труб диаметром до 112 мм; четырехроликовые обоймы, которые образуют калибр четырьмя валками-роликами, - при производстве труб большего диаметра.

Широкое распространение получило производство бесшовных труб прессованием из цветных металлов, углеродистых конструкционных и легированных сталей, нержавеющих сталей, титана, молибдена ниобия, хрома, никеля и их сплавов и других металлов, что трудно деформируются. В отличие от трубопрокатных установок, прессованием, главным образом на гидравлических вертикальных или горизонтальных прессах, можно получать изделия меньшего диаметра и с более тонкой стенкой. Основные преимущества получения изделий прессованием: используется наиболее благоприятная схема напряженного состояния металла при деформации - всестороннее неравномерное сжатие; прессовые установки отличаются высокой маневренностью, что позволяет успешно выполнять мелкосерийные заказы; прессованные трубы отличаются высоким качеством поверхности и равномерности механических свойств по длине; прессованием можно производить не только круглые бесшовные трубы, но и другой, практически любого сечения. Горячекатаные или полученные иным способом изделия для доведения их до действующих стандартов или технических условий подвергают различным видам дополнительных обработок, которые могут быть связаны с обработкой всей трубы (например, отрезка концов, правки, термическая обработка, калибровка, окраска или покрытие другими антикоррозионными материалами и проч.) или с обработкой только концов изделия (например, высадка концов, нарезка резьбы и др.).. Для выполнения всех отделочных операций в трубопрокатных цехах устанавливают соответствующие машины и механизмы.

3. Охарактеризуйте технологические процессы холодного выдавливания

Контроль качества необходим не только для готовых поковок, но и для условий их изготовления на всех этапах, начиная от получения исходных заготовок. При контроле готовых поковок их осматривают, выборочно измеряют геометрические размеры, твердость. Размеры контролируют универсальными измерительными инструментами (штангенциркулям, штангенвысотомерами, штангенглубиномерами и др.) и специальными инструментами (скобами, шаблонами и контрольными приспособлениями). Несколько поковок из партии иногда подвергают металлографическому анализу и механическим испытаниям. Внутренние дефекты в поковках определяют ультразвуковым методом контроля и рентгеновским просвечиванием.

При холодном выдавливании заготовку помещают в полость, из которой металл выдавливают в отверстия, имеющиеся в рабочем инструменте. Выдавливание обычно выполняют на кривошипных или гидравлических прессах в штампах, рабочими частями которых являются пуансон и матрица. Различают прямое, обратное, боковое и комбинированное выдавливание.

При прямом выдавливании (рис. 5, а) металл вытекает в отверстие, расположенное в донной части матрицы 2, в направлении, совпадающем с направлением движения пуансона 1 относительно матрицы. Так можно получать детали типа стержней с утолщениями (болты, тарельчатые клапаны и т. п.). При этом зазор между пуансоном и цилиндрической частью матрицы, в которой размещается исходная заготовка, должен быть небольшой, чтобы металл не вытекал в зазор.

Если на торце пуансона (рис. 5,б) имеется стержень, перекрывающий отверстие матрицы до начала выдавливания, то металл выдавливается в кольцевую щель между стержнем и отверстием матрицы. В этом случае прямым выдавливанием можно получать детали типа трубки с фланцем, а если исходная заготовка имела форму толстостенной чашечки, то и детали в виде стакана с фланцем.

При обратном выдавливании направление течения металла противоположно направлению движения пуансона относительно матрицы. Наиболее часто встречающейся схемой обратного выдавливания является схема, при которой металл может вытекать в кольцевой зазор между пуансоном и матрицей (рис. 5, в). По такой схеме изготовляют полые детали типа туб (корпуса тюбиков), экранов радиоламп и т. п.

Реже применяют схему обратного выдавливания, при которой металл выдавливается в отверстие в пуансоне, для получения деталей типа стержня с фланцем (рис. 5, г).

Рис. 5. Схема выдавливания

При боковом выдавливании металл вытекает в отверстие в боковой части матрицы в направлении, не совпадающем с направлением движения пуансона (рис. 5, д). Таким образом можно получить детали типа тройников, крестовин и т. п. В этом случае, чтобы обеспечить удаление заготовки после штамповки, матрицу выполняют состоящей из двух половинок с плоскостью разъема, совпадающей с плоскостью, в которой расположены осевые линии заготовки и получаемого отростка.

Комбинированное выдавливание характеризуется одновременным течением металла по нескольким направлениям и может быть осуществлено по нескольким из рассмотренных ранее схем холодного выдавливания. На рис 1, е приведена схема комбинированного выдавливания, совмещающая схемы, показанные на рис. 1, а, в для изготовления обратным выдавливанием полой, чашеобразной части детали, а прямым выдавливанием стержня, отходящего от ее донной части.

Основной положительной особенностью выдавливания является возможность получения без разрушения заготовки весьма больших степеней деформации, которые можно характеризовать показателем

( -- площадь поперечного сечения исходной заготовки; -- площадь поперечного сечения выдавленной части детали).

Для весьма мягких, пластичных металлов k>100 (алюминиевые тубы со стенкой толщиной 0,1 -- 0,2 мм при диаметре тубы 20--40 мм). Возможность получения столь больших степеней деформации обеспечивается тем, что пластическое деформирование при выдавливании происходит в условиях всестороннего неравномерного сжатия. Однако то же всестороннее сжатие приводит и к отрицательным явлениям. Чем больше степень деформации, тем больше усилие деформирования, и удельные усилия, действующие на пуансон и матрицу, могут достичь значений, больших в несколько раз предела текучести деформируемого металла, и превышающих величины, допустимые для инструмента по условиям его прочности или стойкости.

Для уменьшения удельных усилий выдавливания при проектировании штампуемой детали необходимо стремиться к такой ее конфигурации, при которой отсутствовали бы застойные зоны под торцом пуансона (рис. 5, в) или у рабочей поверхности матрицы (рис. 5, б).

Размещено на Allbest.ru