Багров Н.М., Г.А. Трофимов, В.А. Андреев В.В. Основы отраслевых технологий

Подождите немного. Документ загружается.

111

ся разрежение, и расплав ее заполняет. После заполнения

формы расплавом и затвердевания отливки разрежение снима-

ется, и отливка извлекается из формы.

Непрерывное литье заключается в том, что расплав не-

прерывно и равномерно заливается в охлаждаемую водой фор-

му (кристаллизатор), из которой затвердевшая отливка в виде

квадрата, прутка, трубы или другого профиля вытягивается спе-

циальным устройством и после дополнительного охлаждения

разделяется на мерные заготовки.

Литье армированных деталей. Армирование – это соеди-

нение в один блок двух или более сплавов, обладающих разными

свойствами и неодинаковой температурой плавления, например,

металлические сплавы и неметаллические материалы (пластмас-

сы, керамика, металлокерамика и др.) Армирование повышает

износостойкость и снижает материалоемкость литых деталей.

Литье с окунанием. Очищенная от оксидов стальная

деталь помещается, например, в расплав бронзы, который при-

варивается к её стенкам и, в зависимости от продолжительности

выдержки, намораживается заданным слоем. Способ применяют

для изготовления биметаллических отливок.

Основными направлениями развития технологии литей-

ного производства являются:

 развитие высокоточных и безотходных технологий;

 стремление к полной автоматизации и расширение сфе-

ры применения компьютерной техники;

 развитие работ по полной регенерации отходов или без-

вредной для окружающей среды их утилизации.

Актуальность экологического направления подтверждают

следующие данные: при производстве 1 т отливок литьем в разо-

вые песчаные формы в атмосферу выбрасывается около 1600 м

вредных веществ, в водный бассейн поступает 3000 м

сточных

вод и вывозится в отвалы 6 т отработанных формовочных и стер-

жневых смесей. В год это составит, соответственно, 6,4 млрд м

12 млн м

и 24 млн т.

4.4. Обработка металла давлением

4.4.1. Прокатное производство. Прокаткой называется

обработка металлов давлением путем обжатия слитка или заго-

товки между вращающимися валками прокатного стана для

уменьшения их сечения и придания им заданной формы. Про-

каткой получают изделия с постоянным по длине сечением

(прутки, арматуру, трубы, балки, фасонный профиль, листы и

т.д.) или с периодически изменяющейся по длине формой. Про-

112

катка – завершающая часть полного металлургического произ-

водства.

Прокатка осуществляется на прокатных станах (рис.

4.12, 4.13). Прокатываемый слиток увлекается силой трения,

возникающей между валками и слитком, при этом валки обжи-

мают слиток и при прокручивании придают его поперечному се-

чению соответствующую форму – профиль. Прокатка подразде-

ляется на горячую – с предварительным нагревом металла – и

холодную.

Рис. 4.12. Схема работы прокатного стана

Валки подразделяются на листовые – для получения

листов, и сортовые – для получения фасонного металлопроката

– рельсов, балок и т. д.

Первичную прокатку делают на мощных станах – блю-

мингах для последующего проката заготовок в сортовой прокат и

слябингах – для последующего получения листа. Соответственно,

заготовки называются блюмы (сечением от 150 ×150 до 450 ×

450) и слябы (толстые плиты толщиной до 350 мм).

Станы для прокатки готовых изделий подразделяются на

сортовые (для получения сортового проката), листопрокатные,

рельсобалочные, трубопрокатные и специального назначения.

Валки

113

Рис. 4.13. Схема технологического процесса производства

сортового и листового проката

Сортамент проката. Форма поперечного сечения про-

ката называется профилем. Совокупность форм и размеров про-

филей называется сортаментом. Сортамент разделяется на 4

группы: сортовой, листовой, трубы и специальные виды проката.

Сортовой прокат (рис. 4.14) делят на профили простой

геометрической формы – квадрат (1), шестигранник (2), круг (3),

прямоугольник и фасонные – швеллер, тавр, двутавр, угловой

прокат и др., а также профили специального назначения для

различных отраслей промышленности.

Нагрев слитков

Прокатка слитков в блюмы и слябы

Обрезка концов, резка на части

Прокатка блюмов в заготовки на загото-

вительных станах

Резка заготовки на части

Охлаждение, ос-

мотр, зачистка сля-

бов

Охлаждение, ос-

мотр, зачистка

заготовок

Охлаждение,

осмотр, за-

чистка блюмов

Нагрев заготовок (блюмов, слябов) в периодических печах

Прокатка на листопрокат-

ных станах

Прокатка на сортовых ста-

нах

Охлаждение проката

Отделка и приемка готового про-

ката

114

1 – квадрат, 2 – шестигранник, 3 – круглый

Рис. 4.14. Основные виды сортового проката

Листовая сталь делится на толстолистовую (4–160 мм),

тонколистовую – до 4 мм и фольгу – толщиной менее 0,2 мм.

Листовой прокат из стали и цветных металлов в отдельных слу-

чаях подразделяют и называют по применению: автотракторная

сталь, кровельная жесть, трансформаторная сталь и т.д. При-

меняют прокат с оловянным, цинковым, алюминиевым и пласт-

массовым покрытием. Листы, полученные холодной прокаткой,

имеют более равномерную толщину и высокую чистоту поверх-

ности.

Цветные металлы прокатывают преимущественно на

простые профили – круглый, квадратный, прямоугольный и шес-

тигранник. К специальным видам проката относятся вагонные

колеса, шары, периодический прокат и т.д.

При холодной прокатке тонколистовой стали для снятия

наклепа

применяют промежуточный отжиг с последующим про-

травливанием поверхности для снятия окалины – такие листы

называются декопированными. Они широко применяются для

листовой штамповки деталей.

4.4.2. Производство труб. Трубы подразделяются на

сварные и бесшовные или цельнотянутые.

Производство бесшовных труб. Бесшовные трубы

значительно дороже сварных, отличаются большей точностью,

лучшей поверхностью и могут обтачиваться. Производство бес-

шовных труб состоит из следующих операций.

На прошивочных станах поперечно-винтовой прокатки с

валками 1 (рис. 4.15, а), оси которых расположены под углом

4–14° друг к другу, получают из заготовки 2 толстостенную гиль-

Наклеп – поверхностное изменение кристаллической структуры металла при

его обжатии валками.

Швеллер

Тавр Двутавр

Уголок Зетовый

прокат

1 2 3

115

зу. Рабочие валки и поддерживающие ролики вращаются в од-

ном направлении, при этом заготовка получает винтообразное

поступательное движение. Образование отверстия достигается

движением заготовки через оправку 3. После прошивки и нагре-

ва гильза поступает на раскатный стан.

Рис. 4.15. Производство бесшовных труб

На раскатном стане полученная гильза раскатывается

между двумя валками на оправке (рис. 4.15, б). Зазор между оп-

равкой и калибром валка определяет толщину стенки трубы. По-

сле обкатки трубы подвергают калибровке для получения окон-

чательных размеров.

Производство сварных труб. Сварные трубы, диа-

метр которых достигает 2500 мм, значительно дешевле бесшов-

ных, но менее прочны, имеют худшую поверхность и не могут

обтачиваться. Заготовкой для сварных труб служат лента или

листы шириной, равной длине окружности трубы.

Технологический процесс изготовления сварных труб со-

стоит из следующих операций (рис. 4.16): 1) формовка плоской

заготовки в трубу (а); 2) сварка трубы (б); 3) отделка и правка.

При производстве труб диаметром 10–114 мм и толщи-

ной стенки 1,8–5 мм (в основном, водогазопроводных) посту-

пающая в рулоне полоса разматывается, правится, обрезается,

сваривается электросваркой с задним концом предыдущего ру-

лона и поступает в нагревательную туннельную печь, где нагре-

вается до 1300–1350 °С. Затем заготовка последовательно про-

ходит через 6–12 клетей непрерывного стана, где происходит

формовка и сварка прижатых между валками друг к другу встык

кромок трубы (рис. 4.16, а). Выходящая из стана труба разреза-

ется пилой на куски 4–12 м и калибруется на калибровочном

стане.

116

Рис. 4.16. Схема получения сварных труб

При производстве труб диаметром 400–1800 мм с тол-

щиной стенок 6–15 мм и со спиральным швом (для изготовления

конструкций нефте- и газопроводов) заготовка формуется ана-

логично рассмотренному выше и сваривается электродуговой

сваркой под слоем флюса (рис. 4.16, б).

4.4.3. Прессование. Прессованием называется способ

обработки металлов давлением, при котором металл выдавли-

вается из замкнутой полости через отверстие с получением

профиля по форме отверстия. Прессованные изделия получа-

ются более точными, чем катанные.

Прессованием получают прутки диаметром 5–250 мм,

проволоку диаметром 5–10 мм, трубы с наружным диаметром

20–400 мм и толщиной стенки 1,5–12 мм. Благодаря гибкости и

легкости переналадки прессованием выгоднее, чем прокаткой,

изготавливать малые серии изделий. Различают прямое и об-

ратное прессование.

При прямом прессовании (рис. 4.17, а) пуансон (пор-

шень) 1 давлением на планшайбу 2 выталкивает металл 3 из

контейнера 4 через отверстие в матрице 5 с получением прутка,

имеющего сечение по форме отверстия.

При получении трубы (рис. 4.17, б) металл сначала про-

шивается иглой 6, проходящей через полый пунсон 1, и затем,

под давлением планшайбы 2, выдавливается в виде трубы 3

через кольцеобразное отверстие, образуемое иглой 6 и стенка-

ми отверстия матрицы. При обратном п рессовании (рис.

4.17, в) металл выходит через матрицу 5 и полый пуансон 6 в

117

направлении, обратном движению пуансона. Прессование про-

изводится на гидравлических прессах с усилием 300 – 25 000 т.

Рис. 4.17. Схемы прессования изделий

4.4.4. Волочение. Волочением получают проволоку,

прутки, стержни и трубы (рис. 4.18, а). Технологический процесс

волочения состоит в протягивании прокатанных или прессован-

ных заготовок через отверстие в матрице (волоке), поперечное

сечение которого меньше диаметра заготовки.

Рис. 4.18. Примеры профилей, получаемых волочением,

и схемы волочения прутков, проволоки и труб:

1 – смазочная воронка; 2 – рабочий конус; 3 – калибрующий пояс; 4 –

выходной конус

Волочением изготавливают прутки, проволоку диамет-

ром от 10 до 0,002 мм (рис. 4.18, б), трубы диаметром до 500

мм и толщиной стенки 0,1–10 мм высокой точности с блестящей

поверхностью. Волочение труб без оправки (рис. 4.18, в) произ-

водится при уменьшении только диаметра трубы, с оправкой –

при уменьшении диаметра и стенки трубы (рис. 4.18, г). В про-

цессе волочения металл разогревается.

4.5. Кузнечно-штамповочное производство

118

4.5.1. Ковка. Ковка – процесс деформирования нагретой

заготовки последовательным ударным воздействием молота

или закрепленного в нем инструмента.

Ковка бывает машинной (на молотах и прессах) или руч-

ной. Изделие, полученное ковкой, называется поковкой. Поковки

имеют разнообразную форму и по массе могут быть от несколь-

ких граммов до 300 и более килограммов.

Самое сложное по форме металлическое изделие можно

получить, выполняя в определенной последовательности ос-

новные операции ковки: осадку, вытяжку, рубку, прошивку, рас-

катку, разгонку, обкатку и др. (рис. 4.19).

свободная ковка осадка вытяжка рубка

прошивка раскатка разгонка обкатка

Рис. 4.19. Схема свободной ковки и основные операции

Осадка – увеличение поперечного сечения заготовки за

счет высоты ударом по ее верхней поверхности.

Вытяжка – удлинение заготовки ударами молота по ее

поверхности с поворотом на 90

за счет уменьшения поперечно-

го сечения.

Рубка – отделение части металла с помощью зубила

или топора.

Прошивка (пробивка) отверстий с помощью прошвиня

(пробойника) с установкой заготовки на приспособление в виде

кольца.

Гибка – применяется для гибки заготовки.

119

Раскатка – операция уменьшения толщины стенки ци-

линдра с помощью оправки или приспособления.

Имеется ряд других операций, сущность которых так-

же заключается в изменении формы нагретой заготовки удар-

ными воздействиями молота с применением различных инст-

рументов.

Для ковки используются пневматические и паровоздуш-

ные молоты, молоты, работающие под воздействием пара и

гидравлические прессы, где давление создается маслом, посту-

пающим в рабочий цилиндр. Основной характеристикой молота

является масса его падающих частей. Имеются молоты с весом

падающих частей от 150 кг до 16 т.

Пневматический молот (рис. 4.20) имеет два парал-

лельных цилиндра – рабочий 4 и компрессионный 5. В рабочем

цилиндре движется поршень 3, связанный с бабой-бойком 2.

Компрессионный поршень 8, приводимый в движение двигате-

лем с кривошипно-шатунным механизмом 9, сжимает по-

очередно воздух в нижней и верхней полостях компрессорного

цилиндра 5 и направляет его по каналам 6, в результате чего

происходит опускание (удар) и подъем молота. Для выпуска

воздуха из цилиндра и его впуска используются краны 7, управ-

ляемые педалью 1. Пневматические молоты дают возможность

делать отдельные удары автоматически и поддерживать молот

в поднятом состоянии или прижимать его к заготовке. Вес па-

дающей части пневматических молотов колеблется от 50 до

1000 кг.

Паро-воздушные молоты приводятся в движение

паром или сжатым воздухом, поступающим под давлением

0,4–0,8 Мн/м

(4–8 кГ/см

). Удар молота по заготовке происходит

под действием его силы тяжести или под действием силы тяже-

сти молота и давления пара.

120

Рис. 4.20. Схема пневматического молота

На рис. 4.21 показана схема работы широко используе-

мого в промышленности гидравлического пресса.

Действие пресса основано на законе Паскаля, согласно

которому давление, производимое внешними силами на поверх-

ность жидкости, одинаково передается по всем направлениям.

Давление (до 20 МПа) в рабочем цилиндре 1 создается

подачей в него гидравлической жидкости (минерального масла).

Через плунжер (поршень) 2 и траверсу (поперечину) 3 давление

передается на боек 4, который и деформирует заготовку 5.

Гидравлические прессы применяются для получения тя-

желых поковок из слитков, масса которых достигает 250 т, а так-

же в штамповочном производстве и при переработке пластмасс.

Они могут создавать давление до 70 000 т.

4.5.2. Горячая объемная штамповка. Объемная штам-

повка – процесс изготовления поковки путем заполнения разо-

гретым металлом полости штампа (рис. 4.22). Производитель-

ность штамповки в 50–100 раз выше, чем ковка, дает высокую

точность, но требует изготовления дорогостоящих штампов, по-

этому применяется только в массовом и серийном производстве

и при изготовлении деталей массой менее 10 кг.