Тема 2.3.2 Прессование, сущность процесса. Виды прессования

Рис. 28 Прокатный стан

Рис.27

Рис.25 Рис.26

Классификация прокатных станов.

Инструмент для прокатки. Основные части прокатного стана, принцип его работы.

Продукция прокатного производства и ее применение. Сортамент проката.

Сущность продольной, поперечной и поперечно-винтовой прокатки.

5. Основные операции технологического процесса прокатки сортово­го и листового проката, труб.

 

1. Прокатка – процесс обжатия за­готовки между вращающимися валками с целью придания ей тре­буемой формы и размеров. Существуют три основные вида прокатки: продольная (для сортовых и фасонных профилей), поперечная и поперечно-винтовая (для тел вращения), При продольной прокатке (рис. 25) валки вращаются в разные стороны, деформируя заготовку, толщина (высота) h₀ которой умень­шается, а длина и ширина увеличиваются.

Валки для прокатки отливают из отбеленного чугуна или вы­ковывают из углеродистой или легированной стали. Их делают гладкими (применяют при прокатке листов), или калиброванными с ручьями (канавками) по окружности (для сортового и фасонного проката). Профиль, составленный смежными ручьями двух валков, называют калибром. При поперечной прокатке (рис. 26, а) валки 1вращаются в одном направле­нии и оси их параллельны, а заготов­ка 2 деформируется ими при вращении вокруг своей оси.

Методом поперечной прокатки получают, например, зубчатые колеса и звездочки цепных передач на специальных станках с зуб­чатыми валками.

Поперечно-винтовая (косая) прокатка широко применяется при производстве бесшовных труб из сплошной заготовки (рис. 26, б). Валки 1 вращаются в одном направлении, а оси их расположены под некоторым углом, поэтому заготовка 2 при об­работке не только вращается, но также и перемещается вдоль своей оси. Для получения правильной формы и гладкой поверх­ности отверстия трубы (гильзы) в зоне образования отверстия уста­навливается оправка 3. Прокатные станы различают по назначению, количеству валков в клети, количеству клетей и схеме их расположения.

2.Прокатка характе­ризуется непрерывностью воздействия инструмента на металл и, как следствие этого, отличается весьма высокой производитель­ностью. Во многих случаях она позволяет получать заготовки, при­ближающиеся по форме и размерам к готовым изделиям, а для таких отраслей народного хозяйства, как строительство и транспорт, прокаткой получаются готовые элементы сооружений. Современное прокатное производство не только дает продукцию в виде заготовок большой длины того или иного профиля, но и позволяет получать штучные заготовки с минимальными припусками на механическую обработку.

Сортамент стального проката можно разделить на следующие основные группы: сортовой прокат, листовой прокат, трубы и про­фили специального назначения.

Наиболее обширной является группа сортового проката (круглая, квадратная, шестигранная, полосовая, угловая сталь, швелле­ры, двутавры, рельсы и др.). На рис. 27 приведены виды сортового проката общего назначения: 1 – квадратный; 2 – круг­лый; 3 – полосовой; 4 – угловой; 5 – двутавровый; 6 – швел­лерный; 9 – тавровый и некоторые виды сортового проката спе­циального назначения – 7 и 8 – рельсовый; 10 – шпунтовый; 11 – полоса для башмаков гусениц тракторов; 12 – полоса для ободьев колес автомобилей.

Листовая сталь делится на тонколистовую и толстолистовую.

Трубы выпускаются бесшовные (горяче- и холоднокатаные) и шовные (сварные). Кроме круглых, производятся трубы других сечений (шестигранные, квадратные и др.).

Для массового производства изготавливаются специальные ви­ды проката: профили транспортного и сельскохозяйственного маши­ностроения, бандажи, колеса, периодические профили.

3.Прокатка осуществляется на прокатных станах.Прокатный стан (рис. 28) состоит из следу­ющих основных узлов и механизмов: одной или нескольких клетей 1 с валками 2,электродвигателя 8,моторной муфты 7,редуктора 6, коренной муфты 5,шестеренной клети 4 и шпинделей 3. Эти меха­низмы являются элементами главной линии прокатного стана.

Рабочая клеть является основной частью прокатного стана, предназначенной для деформирования металла. Она состоит из двух станин, устанавливаемых на плитовинах и закрепляемых на фундаменте. Станины скрепляются между собой стяжными болтами и поперечиной. В рабочей клети располагаются прокатные валки, подушки с подшипниками для валков и вспомогательные механизмы для подъема и установки валков.

Шестеренная клеть служит для разделения крутящего момента по отдельным валкам, если привод осуществляется от одного обще­го двигателя.

Помимо перечисленных механизмов, входящих в главную линию прокатного стана, имеется ряд вспомогательных механизмов, предназначенных для транспортировки исходного материала к ра­бочей клети, кантовки, уборки после прокатки, резки, правки, свер­тывания в рулон и т. д.

Рабочим инструментом для прокатки явля­ются прокатные валки. Прокатные валки обжимают заготовку и придают ей требуе­мую форму. Валок (рис.29) состоит из рабочей части или боч­ки 3 диаметром D и длиной L,двух опор или шеек 2 диаметром d и длиной l, при помощи которых валок

крепится в подшипниках, и двух трефов 1 для соединения валка со шпинделем при помощи Рис. 29 Прокатные валки

соедини­тельной муфты. В некоторых слу­чаях, когда валки соединяются с универсальными, а не трефовыми шпинделями, один конец валка выполняют в виде плоской лопасти. Валки станов разделяются на сортовые и листовые.

Сортовые валки (рис. 29, а)служат для прокатки различных профилей (круглых, квадратных, уголков, балок, рельсов и т. д.) и заготовок (квадратных или круглых). На поверхности бочек этих валков вытачивают ручьи, соответствующие профилю прокатывае­мого металла. Ручьи верхнего и нижнего валков, соответствующим образом расположенные один над другим, образуют калибры; поэто­му сортовые валки называют калиброванными.

Листовые валки (рис. 123, б) предназначены для прокатки лис­тов, полос и лент. Бочки этих валков имеют гладкую цилиндричес­кую форму, слегка вогнутую для горячей прокатки листов и выпук­лую для холодной.

Диаметр и длину бочки валка выбирают с учетом его прочности. На практике принимают следующие соотношения между длиной и диаметром бочки валка: для обжимных станов L = (2,2…2,7)D,сортовых L = (1,5…2,5)D, толстолистовых L = (2,2…2,8)D, ста­нов кварто L_p= (2,5…4,0)D и L_оп= (1,3…2,5)D.

Валки различают литые и кованые. Валки отливают из стали и чугуна. Кованые валки изготовляют только из стали. При горя­чей прокатке листов и в чистовых клетях сортовых станов приме­няют чугунные валки с отбеленной поверхностью; в обжимных ста­нах и черновых клетях сортовых станов – стальные.

4. Прокатные станы разделяются по количеству и расположению валков в рабочей клети, по назначению и расположению рабочих клетей. По первому признаку различают клети дуо (рис. 29, а), имеющие дна горизонтальных валка, клети трио (рис. 29, б), имею­щие три валка, клети кварто (рис. 29, в),имеющие два опорных валка 1 и два рабочих валка меньшего диаметра 2, клети многовалковые (рис. 29, г),имеющие два рабочих валка небольшого диаметра и большое количество опорных валков, и клети универсальные (рис. 29, д),в которых одновременно имеются и горизонтальные и вертикальные валки.

Клети дуо могут быть нереверсивными и ревер-сивными (с ме­няющимся направлением вращения валков после каждого пропуска металла между ними). Нереверсивные Рис. 29

клети используются при про­катке тонких листов и лент, реверсивные – при прокатке профилей крупных размеров, в блюмингах, слябингах, а также у толстолисто­вых, рельсобалочных и других станов.

В клети трио прокатка производится в обе стороны без реверсирования валков. В одну сторону прокатка идет между нижним и средним валком, в другую – между средним и верхним. Эти клети требуют установки дорогостоящих подъемных столов.

Клети кварто широко применяются для горячей прокатки тол­стых и тонких листов, а также для холодной прокатки тонких листов и лент. Они позволяют получить большую точность листа по толщи­не из-за отсутствия прогиба валков (усилие деформации – воспри­нимается опорными палками большого диаметра).

Многовалковые клети применяются для холодной прокатки тон­чайшей ленты.

По назначению станы разделяются на два основных типа: 1) станы для прокатки полупродукта, являющегося исходной заго­товкой для сортового проката и частично для кузнечного производства; 2) станы для выпуска готового проката.

К первому типу относятся блюминги и слябинги (диаметр вал­ков 800…1400 мм)для прокатки слитков весом 2…25 т в полупро­дукт крупного сечения и заготовочные станы (диаметр валков 450…800 мм)для получения полупродукта меньшего сечения. На блю­мингах получаются блюмы – полупродукт для производства сорто­вого проката, на слябингах – слябы (полупродукт для производ­ства листового проката). Блюмы имеют сечение 200х200 и 350х350 мм,слябы – толщину 65…300 мми ширину 600…1600 мм.

Ко второму типу относятся: рельсобалочные станы, для произ­водства рельсов и тяжелых балок; крупно-, средне- и мелкосортные станы для сортового проката различных размеров; проволочные станы для прокатки проволоки диаметром 5…10 мм; листовые и трубные станы, станы для специальных видов проката.

Станы одного и того же назначения могут различаться как по конструкции, так и по расположению рабочих клетей. Они могут быть одноклетьевыми и многоклетьевыми. В последнем случае клети могут располагаться в одну или в несколько липни, а также после­довательно. Наиболее совершенными станами подобного типа явля­ются непрерывные,длина которых меньше длины прокатываемой полосы, поэтому прокатка может выполняться в нескольких или во всех клетях одновременно.

5.Техноло­гическая схема современного прокатного производства содержит следующие обязательные элементы: подготовка исходного материа­ла, нагрев его, прокатка и отделка.

Слитки, поступающие в прокатный цех, проходят операцию зачистки – удаления поверхностных дефектов (плены, трещины, волосовины): вырубания их пневматическими зубилами, выжигания кислородно-ацетиленовым пламенем, зачистки абразивным кругом, а в отдельных случаях обработкой на металлорежущих станках.

Весьма ответственной операцией является нагрев слитков в ко­лодце блюмов, слябов и заготовок – в методических печах. Поэто­му контроль режима нагрева производится автоматически.

В процессе прокатки необходимо контролировать размер и форму получаемого профиля. Наиболее распространенными профи­лями сортового проката являются квадрат, круг, угловая сталь. Прокатка их ведется из заготовок, полученных на блюмингах и заготовочных станах.

Листовой металл выпускается в виде толстого (свыше 4 мм)и тонкого (до 4 мм)листа или ленты. В качестве исходного мате­риала при прокатке толстых листов используют слябы, а для изго­товления листов толще 50 мм и весом более 8…10 т – тяжелые слитки. Прокатка ведется на двухклетьевых последовательных ста­нах, у которых одна клеть черновая, вторая – чистовая.

В процессе прокатки особое внимание уделяется удалению ока­лины,иначе она может вдавиться в поверхность листа и ухудшить его качество. Наилучшим способом является гидроочистка. С этой целью на клетях устанавливаются сопла для подачи воды на лист под давлением до 100 ати.

После прокатки и контроля листы режутся на нужный размер.

Тонкие листы изготавливаются прокаткой в горячем и холодном состоянии. Горячекатаные тонкие листы прокатываются из слябов на непрерывных, полностью автоматизированных станах, произво­дительность которых достигает 250 т/ч. Эти станы имеют черновые и чистовые группы рабочих клетей кварто и самостоятельные клети с вертикальными валками для обжатия боковых кромок. Прокат­ный металл сматывается в рулоны.

Горячекатаный металл в рулонах либо поступает на дальней­шую прокатку в холодном состоянии, либо подвергается отделоч­ным операциям – резке на требуемый размер, нормализации и снятия наклепа, травлению для удаления окалины. Отожженный и протравленный листовой материал называется декапированным.

Прокаткой в холодном состоянии получают тонкий лист для автомобильной, тракторной, консервной промышленности и др.

При производстве бесшовных труб первой и основной операцией является прошивка слитка или заготовки с образованием гильзы. Прошивка выполня­ется на прошивных станах с косо расположенными валками (рис. 30, а) либо на прессах. В первом случае заготовка подается в валки, расположенные под углом 8…10° друг к другу и вращаю­щиеся в одну сторону. При такой схеме в осевой части заготовки создаются радиальные растягивающие напряжения, разрыхляющие металл и облегчающие прошивку отверстия оправкой, устанавли­ваемой на пути движения заготовки.

Прошитая гильза поступает либо на непрерывный трубопрокат­ный стан, либо на стан пилигримовой прокатки.

В первом случае гильза прокатывается на длинной оправке в стане, имеющем 7…9 рабочих клетей с круглыми калибрами. Пос­ле прокатки и извлечения оправки труба может обрабатываться на калибровочном или редукционном стане.

Во втором случае гильза надевается на оправку и прокатыва­ется между валками, имеющими ручей переменной ширины и высо­ты по окружности (рис. 30, б). Валки вращаются в разные сторо­ны навстречу движению заготовки. При вращении размер калибра в свету все время меняется. При максимальном размере образуется холостой калибр, размеры которого больше диаметра гильзы. В этот момент происходит подача гильзы на шаг (20…30 мм).При повороте валков размер калибра постепенно уменьшается и проис­ходит обжатие гильзы до необходимого диаметра. На части окруж­ности размеры постоянны. Это полирующая часть калибра, обеспечивающая выравнивание диаметра и толщины стенки трубы. После полного оборота происходит раскрытие холостого калибра и оче­редная подача гильзы на шаг. При прокатке па пилигримовом стане остается недокатанный участок гильзы, который отрезается на пиле.

Сварные трубы изготавливаются печной, газовой, электриче­ской и электрогазовой сваркой из мерной полосы – Рис.30

штрипса, длина которой равна длине трубы, ширина – длине окружности трубы с припуском на сварку и толщина – толщине стенки трубы. Наибо­лее широко применяется печная и электрическая сварка.

При печной сварке нагретый до 1300…1350°С штрипс протягива­ется через сварочную воронку. В воронке происходит полное сверты­вание штрипса в трубу и сваривание кромок под действием высоко­го давления. В качестве оборудования применяются цепные и не­прерывные валковые станы.

При электросварке заготовку формуют в трубу без нагрева на формовочных непрерывных станах дуо и затем сваривают в тру­босварочном стане, где кромки заготовки сближаются и сжимаются. Ток, подводимый к заготовке, нагревает стык до температуры свар­ки. При получении толстостенных труб среднего и большого диамет­ра применяется электродуговая сварка под слоем флюса.

 

Вопросы:

1. Сущность прямого и обратного методов прессования прутков, профилей, труб. Схемы прессова­ния.