Оборудование для прокатки. Продукция прокатного производства, оборудование и инструмент

ОМД

Получение машиностроительных Получение заготовок и деталей

профилей

прокатка прессование волочение ковка горячая холодная

объемная листовая

Штамповка штамповка

Машиностроительный профиль – это длинномерное изделие с определенной формой поперечного сечения. Длина профиля значительно больше поперечных размеров. Примеры профилей: рельсы, балки, прутки, трубы, проволока.

Прокатное производство

Прокатка – способ получения изделий при пластическом деформировании нагретой заготовки между вращающимися валками. При этом силы трения между валками и заготовкой втягивают ее в межвалковый зазор, а нормальные силы, перпендикулярные к поверхности валков, производят работу деформации.

Схемы прокатки

1) Продольная прокатка : заготовка движется поступательно, перпендикулярно осям валков, валки вращаются в разные стороны (рис. 10, а ).

2) Поперечная прокатка : оси валков и заготовки параллельны, валки вращаются в одну сторону, а заготовка – в противоположную (рис. 10, б ).

3) Поперечно-винтовая прокатка : валки вращаются в одну сторону, заготовка одновременно вращается в противоположном направлении и движется поступательно между валками (рис. 10, в ).

а б в

Рис. 10. Схемы прокатки: а – продольная; б – поперечная;

в – поперечно-винтовая

Деформация и силы при прокатке

Объем металла, в котором в данный момент происходит пластическая деформация, называется очагом деформации .

На рис. 11 показано сечение ABCD очага деформации плоскостью чертежа. По мере вращения валков очаг деформации перемещается по прокатываемому металлу.

Дуга AB , по которой валок соприкасается с металлом заготовки, называется дугой захвата , а угол α между радиусами валка, опирающийся на дугу захвата, – углом захвата .

На заготовку действует сила трения T , направленная по касательной к окружности валка, – она втягивает заготовку в зазор (рис. 12). Нормальная реакция опоры N , направленная по радиусу, выталкивает заготовку. Для того чтобы заготовка втягивалась в зазор, должно выполняться условие Tx > Nx , т. е.

T ∙cos α > N ∙sin α ;

сила трения T = N ∙k тр, следовательно

N ∙k тр∙cos α > N ∙sin α ;

k тр > tg α .

Условие захвата металла валками : коэффициент трения между валками и заготовкой должен превышать тангенс угла захвата.

Тогда силы трения будут втягивать заготовку в межвалковый зазор, и прокатка пойдет. В противном случае валки будут отталкивать заготовку.

При горячей прокатке стали угол захвата составляет от 15 до 24º, а при холодной – от 3 до 8º. Это значит, что при горячей прокатке можно уменьшить высоту заготовки H на бо льшую величину, чем при холодной, так как силы трения при горячей деформации больше.

Деформацию при прокатке определяют двумя величинами: относительным обжатием ε и коэффициентом вытяжки µ .

Относительное обжатие определяется как

где ΔH = H – h – абсолютное обжатие, мм;

коэффициент вытяжки где l 0 и F 0 – длина и площадь поперечного сечения заготовки до прокатки, а l и F – после.

Величина обжатия составляет обычно 40-60 %, а вытяжка µ = 1,2÷2,0.

Инструмент для прокатки

Инструмент для прокатки – это валки (рис. 13). Рабочая часть валка называется бочкой , шейки служат для опоры на подшипники, фасонный выступ, называемый трефой , – для передачи валку вращения от привода. Валки – парный инструмент: клеть прокатного стана состоит из двух или более валков (но не одного).

В зависимости от формы рабочей части валки могут быть гладкими (рис. 13, а ), ступенчатыми и ручьевыми (рис. 13, б ). Гладкие валки служат для прокатки листа. У ручьевых валков на боковой поверхности имеются вырезы – ручьи . При смыкании пары валков их ручьи образуют просвет определенной формы – калибр (рис. 13, в ). Поперечное сечение прокатываемой заготовки принимает форму калибра. Такие валки служат для получения сортового проката.

Изображенный на рис. 13, в , калибр называется открытым , так как линия разъема валков проходит через калибр; в противном случае (линия разъема валков вне калибра) калибр закрытый :

Оборудование для прокатки

Комплект валков со станиной образует рабочую клеть . Рабочая клеть с передаточным механизмом и электродвигателем – это рабочая линия прокатного стана (рис. 14). Передаточный механизм состоит из редуктора , шестеренной клети, шпинделей и муфт. Редуктор понижает число оборотов электродвигателя, шестеренная клеть передает вращение с одного вала на два шпинделя, чтобы привести в движение оба валка. Нажимное устройство позволяет регулировать положение верхнего валка, т. е. величину зазора.

Рис. 15. Клети прокатных станов:

а – клеть трио; б – клеть кварто; в – многовалковая; г – универсальная

В трёхвалковой клети заготовка прокатывается вначале между нижним и средним валками, а потом – в обратном направлении, между средним и верхним.

В случае четырёх валков в клети два из них являются рабочими, а два других, большего диаметра, – опорными. Они нужны, чтобы уменьшить деформацию рабочих валков.

Во многовалковых клетях рабочие валки – бесприводные, вращение им передается от приводных валков, а те, в свою очередь, опираются на большие опорные валки. Таким способом достигается минимальная деформация рабочих валков и высокая точность размеров прокатываемой заготовки.

Универсальные клети с двумя парами валков, расположенных одна горизонтально, другая – вертикально, позволяют обрабатывать и боковые стороны заготовки. Это нужно для толстых листов, плит, широкополочных балок.

В самых мощных прокатных станах – блюмингах и слябингах – клети реверсивные : направление вращения валков меняется после каждого прохода.

По числу рабочих клетей станы могут быть одно - и многоклетьевыми. Наиболее современные – многоклетьевые непрерывные станы. На них полоса металла одновременно прокатывается в нескольких клетях.

По назначению прокатные станы подразделяются на:

Станы полупродукта Станы готового проката

Обжимные Заготовочные Сортовые Листовые Трубные

Исходной заготовкой для получения всех видов проката служат слитки, которые на обжимных станах прокатываются на блюмы или слябы. Затем блюмы поступают на заготовочные станы, а оттуда – на сортовые или трубные станы. Из слябов на листовых станах прокатывают листы. Периодический прокат изготавливают из полупродуктов соответствующего сечения, а штучные заготовки (кольца, колеса) – из отдельных литых или штампованных заготовок. Шары получают из прутков.

Продукция прокатного производства

Все многообразие профилей проката называется сортаментом . Сортамент делится на четыре группы:

1. Сортовой прокат – простые и фасонные профили (рис. 16).

Рис. 16. Профили сортового проката – простые (а –е ) и фасонные (ж –л ):

а – круг; б – квадрат; в – полоса; г – шестигранник; д – овальная сталь; е – сегментная сталь; ж – уголок; з – швеллер; и – тавровая балка; к – двутавровая балка; л – рельс

2. Листовой прокат – толстый лист (толщиной свыше 4 мм), тонкий лист (менее 4 мм) и фольги (менее 0,2 мм). Максимальная толщина может составлять 160 мм (броневые плиты).

По назначению листовой прокат делится на автотракторную листовую сталь, электротехническое , трансформаторное железо, кровельную жесть и т. д. Листы могут быть покрыты цинком, оловом, алюминием , пластиком.

3. Трубы – бесшовные (диаметр от 30 до 650 мм, толщина стенки от 2 до 160 мм) и сварные (диаметр от 5 до 2500 мм, толщина стенки от 0,5 до 16 мм).

4. Специальные виды проката : кольца, шары, шестерни, колеса, периодический прокат. Периодический прокат используют для получения штампованных поковок и обработки деталей резанием с минимальными отходами.

Лекция 4

Прессование

Прессование – процесс получения изделий путем выдавливания нагретого металла из замкнутой полости (контейнера) через отверстие инструмента (матрицы). Существуют два способа прессования: прямой и обратный. При прямом прессовании (рис. 17, а ) металл выдавливается в направлении движения пуансона. При обратном прессовании (рис. 17, б ) металл движется из контейнера навстречу движению пуансона.

Исходной заготовкой для прессования является слиток или горячекатаный пруток. Для получения качественной поверхности после прессования заготовки обтачивают и даже шлифуют.

Нагрев ведется в индукционных установках или в печах-ваннах в расплавах солей. Цветные металлы прессуются без нагрева.

Рис. 17. Прессование прямое (а) и обратное (б) :

1 – контейнер; 2 – пуансон; 3 – заготовка; 4 – игла; 5 – матрица; 6 – профиль

Деформация при прессовании

При прессовании реализуется схема всестороннего неравномерного сжатия, при этом нет растягивающих напряжений. Поэтому прессовать можно даже стали и сплавы с низкой пластичностью, например, инструментальные. Даже такие хрупкие материалы как мрамор и чугун поддаются прессованию. Таким образом, прессованием можно обрабатывать материалы, которые из-за низкой пластичности другими методами деформировать невозможно.

Коэффициент вытяжки µ при прессовании может достигать 30-50.

Инструмент для прессования

Инструмент – это контейнер, пуансон, матрица, игла (для получения полых профилей). Профиль получаемого изделия определяется формой отверстия матрицы; отверстия в профиле – иглой. Условия работы инструмента очень тяжелые: большие контактные давления, истирание, нагрев до °С. Его изготавливают из высококачественных инструментальных сталей и жаропрочных сплавов.

Для уменьшения трения применяют твердые смазки: графит, порошки никеля и меди, дисульфид молибдена.

Оборудование для прессования

Это гидравлические прессы, с горизонтальным или вертикальным расположением пуансона.

Продукция прессования

Прессованием получают простые профили (круг, квадрат) из сплавов с низкой пластичностью и профили очень сложных форм, которые нельзя получить другими видами ОМД (рис. 18).

Рис. 18. Прессованные про

фили

Преимущества прессования

Точность прессованных профилей выше, чем прокатанных. Как уже говорилось, можно получать профили самых сложных форм. Процесс универсален с точки зрения перехода с размера на размер и с одного типа профиля на другой. Смена инструмента не требует больших затрат времени.

Возможность достижения очень высоких степеней деформации делает этот процесс высокопроизводительным. Скорости прессования достигают 5 м/c и более. Изделие получается за один ход инструмента.

Недостатки прессования

Большой отход металла в пресс-остаток (10-20 %), так как весь металл не может быть выдавлен из контейнера; неравномерность деформации в контейнере; высокая стоимость и большой износ инструмента; необходимость мощного оборудования.

Волочение

Волочение – изготовление профилей путем протягивания заготовки через постепенно сужающееся отверстие в инструменте – во локе.

Исходной заготовкой для волочения является пруток, толстая проволока или труба. Заготовка не нагревается, т. е. волочение – это холодная пластическая деформация.

Конец заготовки заостряется, его пропускают сквозь волоку, захватывают зажимным устройством и протягивают (рис. 19).

Деформация при волочении

При волочении на заготовку действуют растягивающие напряжения. Металл должен деформироваться только в сужающемся канале волоки; за пределами инструмента деформация недопустима. Обжатие за один проход небольшое: вытяжка µ = 1,1÷1,5. Для получения нужного профиля проволока протягивается через несколько отверстий уменьшающегося диаметра.

Так как осуществляется холодная деформация, то металл наклепывается – упрочняется. Поэтому между протягиваниями через соседние волоки выполняется отжиг (нагрев выше температуры рекристаллизации) в трубчатых печах. Наклеп снимается, и металл заготовки снова становится пластичным, способным к дальнейшей деформации.

Инструмент для волочения

Инструмент – это волока , или фильера , представляющая собой кольцо с профилированным отверстием. Изготавливают волоки из твердых сплавов, керамики, технических алмазов (для очень тонкой проволоки, диаметром менее 0,2 мм). Трение между инструментом и заготовкой уменьшают с помощью твердых смазок. Для получения полых профилей применяют оправки.

Рабочее отверстие волоки имеет по длине четыре характерные зоны (рис. 20): I – входная, или смазочная, II – деформирующая, или рабочая, с углом α = 8÷24º, III – калибрующая, IV – выходной конус.

Допуск на размер проволоки в среднем составляет 0,02 мм.

Оборудование для волочения

Существуют волочильные станы различных конструкций – барабанные, реечные, цепные, с гидравлическим приводом и др.

Барабанные станы (рис. 21) применяют для волочения проволоки, прутков и труб малого диаметра, которые можно сматывать в бунты.

Барабанные станы многократного волочения могут включать до 20 барабанов; между ними располагаются волоки и печи для отжига. Скорость движения проволоки находится в пределах 6-3000 м/мин.

Цепные волочильные станы (рис. 22) предназначены для изделий большого сечения (прутков и труб). Длина получаемого изделия ограничена длиной станины (до 15 м). Волочение труб выполняют на оправке.

Рис. 22. Цепной волочильный стан:

1 – волока; 2 – клещи; 3 – каретка; 4 – тяговый крюк; 5 – цепь; 6 – ведущая звездочка;

7 – редуктор; 8 – электродвигатель

Продукция, получаемая волочением

Волочением получают проволоку диаметром от 0,002 до 5 мм, а также прутки, фасонные профили (различные направляющие, шпонки, шлицевые валики) и трубы (рис. 23).

Рис. 23. Профили, получаемые волочением

Преимущества волочения

Это высокая точность размеров (допуски не более сотых долей мм), малая шероховатость поверхности, возможность получать тонкостенные профили, высокая производительность, малое количество отходов. Процесс универсален (просто и быстро можно заменить инструмент), поэтому широко распространен.

Важно также, что можно изменять свойства получаемых изделий за счет наклепа и термообработки.

Недостатки волочения

Неизбежность наклепа и необходимость отжигов усложняет процесс. Обжатие за один проход невелико.

Ковка

Ковкой называют получение изделий путем последовательного деформирования нагретой заготовки ударами универсального инструмента – бойков . Получаемую заготовку или готовое изделие называют поковкой .

Исходной заготовкой служат слитки или блюмы, сортовой прокат простого сечения. Нагревают заготовки обычно в печах камерного типа.

Деформация при ковке

Деформация в процессе ковки идет по схеме свободного пластического течения между поверхностями инструмента. Деформирование может выполняться последовательно на отдельных участках заготовки, поэтому её размеры могут значительно превышать площадь бойков.

Величину деформации выражает уковка :

где F max и F min – начальная и конечная площадь поперечного сечения заготовки, причем берется отношение большей площади к меньшей, поэтому уковка всегда больше 1. Чем больше значение уковки, тем лучше прокован металл. Некоторые из операций ковки показаны на рис. 25.

Рис. 25. Операции ковки:

а – протяжка; б – прошивка (получение отверстия); в – рубка (разделение на части)

Инструмент для ковки

Инструмент является универсальным (применимым для самых разных по форме поковок): бойки плоские или вырезные и набор подкладного инструмента (оправок, прожимок, прошивней и т. д.).

Оборудование для ковки

Применяются машины динамического, или ударного, действия – молоты и машины статического действия – гидравлические прессы .

Молоты подразделяются на пневматические , с массой падающих частей до 1 т, и паровоздушные , с массой падающих частей до 8 т. Молоты передают заготовке энергию удара за доли секунды. Рабочим телом в молотах является сжатый воздух или пар.

Гидравлические прессы с усилием до 100 МН предназначены для обработки самых тяжелых заготовок. Они зажимают заготовку между бойками в течение десятков секунд. Рабочим телом в них является жидкость (водная эмульсия, минеральное масло).

Применение ковки

Ковка чаще всего применяется в единичном и мелкосерийном производстве, особенно для получения тяжелых поковок. Из слитков весом до 300 т можно получить изделия только ковкой. Это валы гидрогенераторов, турбинные диски, коленчатые валы судовых двигателей, валки прокатных станов.

Преимущества ковки

Это, прежде всего, универсальность процесса, позволяющая получить самые разнообразные изделия. Для ковки не требуется сложного инструмента. В ходе ковки улучшается структура металла: волокна в поковке расположены благоприятно для того, чтобы выдерживать нагрузку при эксплуатации, литая структура измельчается.

Недостатки ковки

Это, конечно, низкая производительность процесса и необходимость значительных припусков на механическую обработку. Поковки получаются с низкой точностью размеров и большой шероховатостью поверхности.

Горячая объемная штамповка

Горячая объёмная штамповка – процесс получения изделий пластическим деформированием нагретой заготовки с помощью специального инструмента – штампа . При этом течение металла ограничено углублениями, выполненными в половинках штампа, которые, смыкаясь, образуют единую замкнутую полость – ручей .

Исходной заготовкой для штамповки является раскроенный прокат простого профиля. Получаемое изделие называется штампованной поковкой .

Применяется штамповка в открытых и закрытых штампах. У открытого штампа (см. рис. 26, а ) по всему периметру ручья есть зазор – облойная канавка , куда вытесняется излишек металла (до 20 %). Поверхность разъема штампа плоская. При штамповке не требуется высокая точность раскроя заготовки. Объем заготовки больше объема поковки на величину облоя, который затем обрезается. Узкий мостик облойной канавки гарантирует заполнение всей полости штампа металлом, так как он создает наибольшее сопротивление течению металла.

При штамповке в закрытых штампах (см. рис. 26, б ) объем заготовки равен объему поковки, так как облойной канавки нет. Необходимо точно выдерживать размеры заготовки и устанавливать ее строго по центру штампа, иначе половинки штампа не сомкнутся, не будет заполнения всей полости. Поверхность разъема штампа более сложная, с направляющей конической частью.

Рис. 26. Схема открытой (а) и закрытой (б) объемной штамповки:

1 – верхняя половина штампа; 2 – полости; 3 – заготовка; 4 – нижняя половина штампа;

5 – ручей; 6 – облойная канавка

Закрытая штамповка имеет преимущества перед открытой: экономится металл (нет облоя), и волокна расположены более благоприятно, обтекая контур поковки, они не перерезаются при удалении облоя.

Но конструкция закрытых штампов сложнее, изготовление их дороже, а стойкость ниже.

Деформация при штамповке

Деформация осуществляется одновременно по всей поверхности заготовки, нельзя деформировать только ее часть. Поэтому величина уковки редко превышает 2-3.

Инструмент для штамповки

Инструмент специальный – штамп. Для каждой поковки разрабатывается чертеж, и изготавливается свой штамп. Обязательно предусматриваются припуски на механическую обработку и на усадку при охлаждении. Для свободного извлечения поковки из штампа назначаются уклоны (3-10º). Поверхности сопрягаются по радиусам.

В штампе с одним разъемом нельзя получить сквозное отверстие, оно только намечается. После штамповки надо в специальных штампах обрезать облой и пробивать пленки.

Штамп крепится к ползуну штамповочного молота или пресса с помощью выступа, называемого «ласточкин хвост», и клиньев.

Оборудование для штамповки

1) Паровоздушные штамповочные молоты подобны ковочным. Молоты совершают 3-5 ударов для заполнения полости штампа металлом заготовки.

2) Кривошипные штамповочные прессы (КШП) имеют более высокую производительность, чем молоты. Штамповка ведется за один удар, так как длина хода ползуна строго регламентирована. Прессы дороже.

Схема кривошипного штамповочного пресса показана на рис. 27. От электродвигателя 4 движение передается клиновыми ремнями на шкив 3 и вал 5. Зубчатые колеса 6 и 7 с помощью фрикционной дисковой муфты 8 могут быть сцеплены с кривошипным валом 9. Вал передает движение шатуну 10, шатун преобразует вращательное движение в возвратно-поступательное движение ползуна 1. Тормоз 2 нужен для остановки вращения кривошипного вала. Высоту стола 11 можно регулировать клином 12, устанавливая штамп в нужное положение.

3) Горизонтально-ковочные машины (ГКМ) применяются для штамповки изделий типа стержень с фланцем , стакан, кольцо. На них можно получать сквозные отверстия, так как штамп состоит из трех частей: подвижной и неподвижной матрицы и пуансона.

4) Гидравлические прессы применяют для самых тяжелых поковок (до 3 т).

Применение штамповки

В крупносерийном производстве поковок.

Преимущества штамповки

По сравнению с ковкой, штамповка обеспечивает бо льшую производительность и более высокую точность (припуски в 2-3 раза меньше).

Недостатки штамповки

Высокая стоимость инструмента и необходимость большой мощности оборудования. Штамповка не позволяет деформировать очень тяжелые заготовки (весом десятки и сотни тонн).

Существует и холодная объемная штамповка . Это процессы холодного выдавливания (подобно прессованию) для получения баллонов и тюбиков из пластичных металлов, холодной высадки (изготовление гвоздей, болтов, заклепок) и чеканки (чеканят монеты, медали, значки).

Холодная листовая штамповка

Холодная листовая штамповка – это получение плоских и пространственных изделий из заготовки в виде листа, полосы, ленты.

Исходная заготовка обычно имеет толщину не более 10 мм.

Операции листовой штамповки делятся на разделительные (заготовка разрушается) и формообразующие (разрушение недопустимо).

Примерами разделительных операций являются вырубка и пробивка. Они выполняются по одной схеме (рис. 28, а ), но вырубка формирует внешний периметр заготовки, а пробивка – внутренний. Штамп состоит из пуансона и матрицы. От их острых кромок начинается развитие трещин. Трещины встречаются, и часть заготовки отделяется.

Примером формообразующей операции является вытяжка – получение объемного изделия из плоской заготовки (рис. 28, б ). Пуансон и матрица для вытяжки имеют скругленные кромки. Прижим исключает образование складок на фланце. При вытяжке можно уменьшать толщину стенки примерно в 2 раза, но дно изделия останется такой же толщины.

Рис. 28. Схема пробивки (а) и вытяжки (б) :

1 – пуансон; 2 – заготовка; 3 – матрица; 4 – прижим

Деформация при холодной листовой штамповке

Холодная деформация приводит к упрочнению металла, поэтому иногда приходится делать отжиги. Холодная листовая штамповка применима только к пластичным металлам и сплавам: низкоуглеродистым сталям, сплавам алюминия, меди, титана.

Инструмент и оборудование для холодной листовой штамповки

Инструмент специальный для каждой операции и размера изделия. Это матрицы и пуансоны соответствующей формы.

Используются кривошипные прессы и гидравлические прессы (для толстых листов). Разработаны методы высокоскоростной листовой штамповки с использованием энергии взрыва или электрического разряда.

Применение холодной листовой штамповки

Для получения изделий малой массы, но большой прочности и жёсткости. Широко используется в авиастроении, в производстве автомобилей и тракторов.

Характеристика способов обработки металлов давлением дана в табл. 1.

Таблица 1

Способы ОМД

Название	Где происходит деформация	Инструмент	Оборудование	Заготовка	Нагрев	Величина деформации	Получаемые изделия
Получение профилей
Прокатка	В зазоре между валками		Прокатный стан	блюм, сляб, полупродукт	Обычно горячая деформация		Сортовой прокат, листы, трубы, специальные виды проката
Волочение	В отверстии волоки	Во лока	Волочильный стан	Пруток, труба, горячекатаная проволока	Холодная деформация		Проволока, калиброванные прутки и трубы, фасонные профили
Прессование	В отверстии матрицы	Матрица, игла	Гидравлический пресс	Слиток, горячекатаный пруток	Обычно горячая деформация		Простые и сложные профили, инструмент
Получение заготовок и деталей
Ковка	Между бойками	Бойки, подкладной инструмент	Молоты и прессы	блюм, сортовой прокат простого сечения	Горячая деформация		Широкий ассортимент поковок весом до 300 т
Объемная штамповка	В полости штампа		Молоты и прессы, КШП, ГКМ	Прокат простого сечения	Чаще горячая деформация		Поковки серийного производства весом до 3 т
Холодная листовая штамповка	В зазоре между пуансоном и матрицей	Матрица и пуансон	КШП, гидравлический пресс	Лист, полоса, лента	Холодная деформация		Объемные и плоские детали с малой массой и большой прочностью

Основным инструментом для прокатки являются валки, которые в зависимости от прокатываемого профиля могут быть гладкими (рис. 3.20, а), калиброванными (ручьевыми) (рис. 3.20, б) и специальными. Гладкие валки применяют при прокатке листов, полос и т. п. На калиброванных валках прокатывают все виды сортового проката. Специальные валки используются при производстве специальных видов проката.

Валки имеют рабочую часть (бочку) 1, две шейки 2для установки в подшипниках и крестообразные концы (трефы) 3 для соединения валка с приводом (рис. 3.20).

На рабочей (боковой) поверхности калиброванных валков имеются канавки - ручьи. Совокупность ручьев пары валков называется калибром. На каждой паре валков обычно размещается несколько калибров. Калибры могут быть открытыми (рис. 3.20, в) и закрытыми (рис. 3.20, г).

Валки шейками опираются на подшипники, установленные в станине. С помощью специального нажимного механизма расстояние между валками может регулироваться. Комплект прокатных валков со станиной называют рабочей клетью. Прокатный стан состоит из одной или нескольких рабочих клетей и привода, включающего электродвигатель и передаточный механизм (рис. 3.21).

В зависимости от конструкции и расположения валков рабочие клети прокатных станов подразделяют на шесть групп (рис. 3.22): дуо, трио, кварто, многовалковые, универсальные и специальной конструкции.

Клети дуо (двухвалковые) бывают реверсивные (прокатка ведется в обе стороны) и нереверсивные (прокатка ведется в одну сторону). Клети трио (трехвалковые) чаще всего нереверсивные. Прокатка на таких станах ведется вперед между нижним и средним валком и назад между верхним и средним. Клети кварто (четырехвалковые) имеют четыре валка, расположенные друг над другом, из них два рабочих валка меньшего диаметра и два опорных - большего диаметра. Благодаря жесткости и относительно малому прогибу опорных валков на этих клетях производится холодная прокатка тонких полос и узких лент с малым допуском по толщине. Универсальные клети имеют горизонтальные и вертикальные валки: последние обеспечивают обжатие металла в поперечном направлении. Вертикальные валки располагаются, как правило, с передней стороны. К клетям специальной конструкции относятся клети прокатных станов узкого назначения: колесопрокатных, бандажепрокатных, кольцепрокатных, шаропрокатных, станов для прокатки профилей переменного сечения.

По роду выпускаемой продукции прокатные станы классифицируют на следующие основные типы: обжимные, заготовочные, рельсобалочные, сортовые, проволочные, листопрокатные, трубопрокатные и станы специального назначения.

Обжимные станы предназначены для обжатия стальных слитков в крупные заготовки. К обжимным станам относятся блюминги, производящие заготовки квадратного профиля - блюмы и слябинги, производящие прямоугольный прокат - слябы.

Заготовительные станы используют для прокатки блюмов в сортовые заготовки, преимущественно квадратного сечения, которые в дальнейшем используются для проката на сортовых станах.

Рельсо-балочные станы служат для получения из блюмов рельсов, крупных балок, швеллеров и других профилей.

Сортовые станы, применяют для изготовления сортового проката простого и фасонного профиля.

Проволочные станы предназначены для прокатки проволоки диаметром 5 … 10 мм.

Листопрокатные станы, подразделяют на толстолистовые и тонколистовые. Толстолистовые станы прокатывают лист толщиной более 6 мм. Заготовкой являются слябы.

Трубопрокатные станы применяют для производства бесшовных и сварных труб.

Специальные станы предназначены для получения заготовок специального и периодического профилей. На специальных станах прокатывают шарики, ребристые трубы, вагонные оси, зубчатые колеса и много других изделий сложной конфигурации.

ПРОДУКЦИЯ ПРОКАТНОГО ПРОИЗВОДСТВА

Форму поперечного сечения прокатанной полосы называют профилем. Совокупность форм и размеров профилей, получаемых прокаткой, называют сортаментом . В ДСТУ на сортамент проката приведены площадь поперечного сечения, размеры, масса 1 м длины профиля и допустимые отклонения от номинальных размеров. Сортамент прокатываемых профилей разделяется на четыре основные группы: сортовой прокат, листовой, трубы и специальные виды проката .

Сортовой прокат делят на профили простой геометрической формы (квадрат, круг, шестигранник, прямоугольник) и фасонные (швеллер, рельс, угловой и тавровый профили и круглую и квадратную сталь прокатывают соответственно диаметром или стороной квадрата 5-250 мм; шестигранную - диаметром вписанного круга 6-100 мм; полосовую - шириной -200 мм и толщиной 4-60 мм. Цветные металлы и их сплавы прокатывают преимущественно на простые профили - круглый, квадратный, прямоугольный. Листовую сталь делят по назначению на автотракторную, трансформаторную, кровельную жесть и т. д. По виду покрытия листовая сталь делится на покрытую цинком, алюминием, пластмассовым покрытием и др.. Кроме того, листовую сталь разделяют на толстолистовую толщиной 4-160 мм) и тонколистовую (толщиной менее 4 мм), толщиной менее 0,2 мм называют фольгой. Трубы разделяют на бесшовные и сварные. Бесшовные трубы прокатывают диаметром 30-650 мм с толщиной стенки 2-160 мм из углеродистых и легированных сталей, а сварные - диаметром до 2500 мм с толщиной стенки 0,5-16 мм из углеродистых и низколегированных сталей. К специальным видам проката относят колеса, шары, периодические профили с периодически изменяющейся формой и площадью поперечного сечения вдоль оси заготовки.

Инструментом для прокатки являются валки, которые в зависимости от прокатываемого профиля могут быть гладкими, применяемыми для прокатки листов, лент и т.п., ступенчатыми, для прокатки полосовой стали, и ручьевыми, для получения сортового проката. Ручьем называют вырез на боковой поверхности валка, а совокупность двух ручьев образует калибр. Каждая пара ручьевых валков обычно образует несколько калибров. Комплект прокатных валков со станиной называют рабочей клетью; последняя вместе со шпинделем для привода валков, редуктором, муфтами и электродвигателем образуют рабочуюлинию стана.Рабочие клети по числу и расположению валков могут быть двухвалковые четырехвалковые, у которых 2 валка рабочих и два опорных; многовалковые, у которых также два валка рабочих, а остальные - опорные. Прокатные станы могут быть одноклетьевыми (с одной рабочей клетью) и многоклетьевыми.Наиболее совершенные многоклетьевые станы - непрерывные, у которых рабочие клети располагают последовательно одну за другой. Прокатываемая полоса через каждую клеть проходит только один раз, т.е. число рабочих клетей этих станов равно требуемому числу проходов полосы. Максимальная скорость прокатки на непрерывных станах составляет 50-60 м/с.По назначению прокатные станы подразделяют на станы для производства полупродукта и станы для выпуска готового проката. К первой группе относят обжимные станы для прокатки слитков в полупродукт крупного сечения (блюминги, дающие заготовку для сортового проката, и слябинги, дающие заготовку для листового проката) и заготовочные для получения полупродукта более мелкого сечения.К станам для производства готового проката относят сортовые, листовые, трубные и специальные. Размер блюмингов, слябингов, заготовочных и сортовых станов характеризуется диаметром бочки валков (например: блюминг 1500; сортовой стан 350); размер листовых станов - длиной бочки (например: стан 3600), а размер трубопрокатных станов - наружным диаметром прокатываемых труб.

Инструментом прокатки являютсявалки , с помощью которых обрабатываются слитки и другие заготовки. Валки бывают:

гладкие для проката листов, лент;

ступенчатые для прокатки полосовой стали;

ручьевые для получения сортового проката.

Профиль выреза на боковой поверхности валка называется ручьем . Ручей верхнего и нижнего валков в совокупности образуюткалибр .

На каждой паре валков размещают несколько калибров, форма которых зависит от прокатываемого профиля. Сложные профили проката получают последовательными пропусками металла через серию калибров. Для рельсов число калибров 9, для балок от 9 до 13, для проволоки – от 15 до19.

В зависимости от стадии прокатки различают калибры обжимные (уменьшающие сечение заготовки),черновые (приближающие сечение заготовки к заданному профилю) ичистовые илиотделочные (дающие заданный профиль).

Оборудование , на котором прокатывается металл, называется прокатным станом.Принцип работы прокатного стана следующий: прокатные валки монтируются в подшипниках, находящихся в стойках станины. Комплект валков вместе со станиной называется рабочей клетью. Рабочие валки получают вращение от двигателя через редуктор, передающий вращательное движение через шестеренную клеть и шпиндели.

К прокатному стану относятся также вспомогательные машины и механизмы, выполняющие подсобные операции по резке, отделке транспортировке прокатываемого металла.

§ 3. Классификация прокатных станов

Станы классифицируются по 3 основным признакам:

по назначению;

по числу и расположению валков в рабочих клетях;

3. по числу и расположению рабочих клетей.

По назначению станы разделяют на 2 основных типа:

станы для производства полупродукта;

станы для производства готовой продукции.

Кпервому типу относятсяобжимные и заготовочные станы. Обжимные станы –блюминги и слябинги с диаметром валков 800―1400 мм – предназначены для прокатки слитков в заготовки крупных размеров (блюмы и слябы), которые в качестве полупродукта поступают для последующей прокатки в заготовки меньших размеров или для получения готового продукта. Заготовочные станы имеющие диаметр валков450―750 мм предназначены для прокатки блюмов в заготовки более мелких размеров (от 5050 мм до 150150 мм), являющихся исходным материалом для дальнейшей прокатки на сортовых станах.

Ко второму типу станов относят:

1. рельсобалочные с валками диаметром 750 – 900 мм для прокатки

железнодорожных рельсов, двутавровых балок, швеллеров, уголков

крупных размеров;

2. крупносортовые с валками диаметром 500―750 мм для прокатки крупносортовой стали (квадратной и круглой от 80 до 150 мм), балок и швеллеров 120―140 мм;

3. среднесортовые с валками диаметром 350―500 мм для прокатки среднесортовой стали (квадратной и круглой 40―80 мм), балок и швеллеров высотой до 120 мм;

4. мелкосортные с валками диаметром 250―350 мм для прокатки мелких сортовых профилей (квадратной и круглой 8―40 мм), угловых профилей 2020 до 5050 мм;

5. проволочные станы с валками диаметром 250―300 мм для прокатки проволоки (катанки) диаметром 5―9 мм;

6. полосовые (штрипсовые) станы с валками диаметром 300―400 мм для прокатки полос шириной 65―500 мм и толщиной 1,5―10 мм;

7. толстолистовые станы для прокатки листов толщиной 4―60 мм;

8. тонколистовые горячей и холодной прокатки для листов толщиной 0,2―4 мм и шириной 500―2500 мм;

9. универсальные станы для прокатки универсальных полос шириной 200―1500 мм;

10. трубные станы для производства бесшовных и сварных труб;

11. станы специального назначения – колесо- и бандажепрокатные, шаропрокатные и т. д.

Как видно из приведенной классификации, основной характеристикой сортовых станов является диаметр рабочих или шестеренных валков. Если в стане имеется несколько клетей, то характеристикой всего стана является диаметр валков чистовой клети. Например, проволочный стан 250 означает, что диаметр рабочих или шестеренных валков чистовой клети равен 250 мм.

По числу и расположению валков в рабочих клетях станы различают :

дуо-станы – (двухвалковые) с двумя валками в каждой клети расположенные горизонтально один над другим в вертикальной плоскости.

Станы дуо могут иметь постоянное направление вращения валков (нереверсивные) и переменное (реверсивное). В последнем случае валки периодически изменяют направление вращения и слиток или полоса проходит между валками вперед и назад несколько раз; оба валка обычно являются приводными. Большее распространение получили реверсивные дуо-станы: блюминги, слябинги, толстолистовые и др.

Трио-станы, у которых три валка расположены горизонтально один над другим в одной вертикальной плоскости. Полоса прокатывается сначала между нижним и средним валками, а затем специальным приспособлением (подъемно-качающимися столами) поднимается на уровень разъема среднего и верхнего валков и при обратном ходе прокатывается между средним и верхним валками. На трио-станах прокатываются сортовой металл и листы. Листовые трио-станы имеют средний не приводной валок несколько меньшего диаметра, чем верхний и нижний, а на сортовых - все валки одинакового диаметра.

кварто-станы имеют четыре валка, вертикально расположенных один над другим, два валка меньшего диаметра (средние) – рабочие, а большие (верхний и нижний) – опорные. Опорные валки воспринимают давление при прокатке и уменьшают прогиб рабочих валков. Станы кварто бывают реверсивные и нереверсивные. Они предназначены для прокатки листов и полос.

многовалковые станы бывают шестивалковые, двенадцативалковые, двадцативалковые и др. Эти станы имеют два рабочих валка малого диаметра, а остальные - опорные. В виду малого прогиба рабочих валков эти станы применяют для холодной прокатки тонких полос и узких лент в рулонах.

универсальные станы, которые имеют в одной рабочей клети вертикальные и горизонтальные валки. На этих станах металл обжимается по ширине и высоте. Универсальные станы применяют для прокатки полос называемых универсальной сталью.

По числу и расположению рабочих клетей прокатные станы разделяют наодноклетевые и многоклетевые . Простейшим типом является одноклетевой стан. К ним относятся блюминги, слябинги, толстолистовые дуо- и трио-станы, универсальные станы.

Многоклетевые станы имеют две и более рабочие клети. Расположение клетей может быть: линейным, последовательным и непрерывным . У этих станов каждая рабочая клеть или группа из 2―4 клетей имеет линию привода валков.

Линейными станами с расположением рабочих клетей в одну линию являются рельсобалочные и крупносортные станы.

Наиболее распространенным типом современных многоклетевых станов являются непрерывные станы , у которых число рабочих клетей равно требуемому числу проходов; прокатка ведется по принципу – в каждой клети один проход. Клети расположены последовательно одна за другой так, что полоса одновременно находится в двух и более клетях. Скорость прокатки в каждой рабочей клети по мере уменьшения сечения прокатываемой полосы увеличивается, что достигается изменением числа оборотов валков при индивидуальном приводе валков каждой рабочей клети, либо изменением передаточного отношения и числа оборотов валков и диаметра рабочих валков при групповом приводе.

Непрерывные станы применяются в качестве заготовочных, сортовых, проволочных, штрипсовых (полосовых), листовых для холодной и горячей прокатки. Скорость прокатки на этих станах достигает 30―35 м/сек и более, благодаря чему непрерывные станы имеют высокую производительность.

1.5. Прокатка
Прокатка - способ обработки металлов давлением, заключающийся в обжатии заготовки между вращающимися валками.

Прокатное производство имеет огромное значение в народном хозяйстве, так как около 90% всей выплавляемой стали и большая часть цветных металлов подвергаются прокатке.

Ввиду непрерывности процесса прокатка является самым производительным способом обработки металлов давлением.

В зависимости от расположения валков и заготовки различают три основных вида прокатки: продольную, поперечную и поперечно-винтовую.
При продольной прокатке (рис.5,а) заготовка деформируется между двумя валками и перемещается перпендикулярно осям валков. Это наиболее распространенный способ прокатки.

При поперечной прокатке (рис.5,б) валки, вращающиеся в одном направлении, придают вращение заготовке, которая, перемещаясь вдоль оси валков, деформируется.

При поперечно-винтовой прокатке (рис. 5,в) оси валков расположены под углом друг к другу и сообщают при деформации заготовке вращательное и поступательное движения.
Инструмент и оборудование для прокатки

Инструментом прокатки являются валки. В зависимости от прокатываемою профиля они могут быть гладкими (рис.6,а) и калиброванными (ручьевыми) (рис.6,б).
Валок состоит из средней рабочей части - бочки 1, осуществляющей прокатку, шеек 2 , которые устанавливаются в подшипники и треф 3 , через которые осуществляется вращение валка.

Гладкие валки применяются для прокатки листовой стали и обжиге слитков на квадратную заготовку (блюм) или прямоугольную (сляб).

Калиброванные валки имеют на рабочей поверхности бочки вырезы. Профиль, образованный поверхностью выреза и образующей валка, называется ручьем, а фигура, образованная совокупностью двух ручьев пары валков, - калибром. Комплект валков, установленных в специальной станине, называется клетью.

Совокупность привода вращения валков, одной или нескольких рабочих клетей, подающих рольгангов образует прокатный стан.

Прокатные станы по назначению подразделяют на станы, производящие полупродукт, и станы для выпуска готового проката.

К первым относятся обжимные станы (блюминги и слябинги) для прокатки слитков в заготовки крупного сечения, которые в дальнейшем идут на прокатку сортового и листового проката.

Ко вторым относятся станы для прокатки листов, фасонных профилей, рельсов, труб и т.п.

Продукция прокатного производства

Продукция прокатного производства применяется в металлических конструкциях (мостах, зданиях, железобетонных конструкциях, железнодорожных путях, станинах машин и т.п.) в качестве заготовок для изготовления деталей резанием в механических цехах и заготовок для последующих ковки и штамповки.

Форма поперечного сечения прокатанного изделия называется профилем. Совокупность профилей различных размеров называется сортаментом. Сортамент прокатываемых изделий разделяют на четыре основные группы: сортовой, листовой, трубы и специальные виды проката.

Сортовой прокат, получаемый продольной прокаткой, подразделяют на прокат простой геометрической формы - квадрат, круг, шестигранник, полосу (рис.7,а); фасонный прокат общего назначения - двутавр, швеллер, уголок, тавр, рельс (рис.7.б) и прокат специального назначения (рис.7,в).

Листовой прокат в зависимости от назначения подразделяют на электротехнический, судостроительный, котельный, автомобильный, жесть для консервной промышленности. Кроме того, листовую сталь разделяют на толстолистовую (толщиной 4...160 мы) и тонколистовую (толщиной 4...0,2 мм). В зависимости от технологии производства тонколистовой металл может быть горячекатаным и холоднокатаным.

Трубы стальные разделяют на бесшовные диаметром 30...650 мм и сварные диаметром 10...1420 мм.

К специальным видам проката относятся колеса железнодорожных вагонов, зубчатые колеса, шары шарикоподшипников, периодические профили, которые представляют собой заготовку, форма и поперечное сечение которой периодически изменяются вдоль оси.

Особой разновидностью специальных видов проката являются холодногнутые профили (рис.8), изготавливаемые на гибочных роликовых станах из полосы. Применение таких профилей за счет повышения жесткости конструкций в строительстве и машиностроении взамен горячекатаных позволяет экономить до 40% металла.
1.6. Волочение
Волочение заключается в протягивании заготовки через сужающееся отверстие матрицы. При этом площадь поперечного сечения заготовки уменьшается и приобретает форму поперечного сечения отверстия матрицы.

Схемы процесса волочения сплошного круглого или фасонного профиля даны на рис.9,а, а круглой трубы на оправке - на рис.9,б.

Волочильный инструмент - волоку (матрицу) изготавливают из закаленной стали, твердых сплавов, а для особо тонких изделий делают алмазные вставки. Усилия волочения в значительной мере влияют на силы трения на поверхности металл заготовки - матрица, которые стремятся снизить применением смазок (минеральные масла, тальк, графит, мыло).

Процесс волочения проводят обычно в несколько заходов. В большинстве случаев волочение проводят без нагрева, т.е. в холодном состоянии. В процессе волочения металл упрочняется. Поэтому перед каждым последующим проходом проводят отжиг (нагрев с медленным охлаждением) для снятия наклепа.

Методом волочения из стали и цветных металлов получают проволоку, которая находит широкое применение в технике (тросы, пружины, электропровода, электроды для сварки и т.п.), прутки и профили сложного сечения, трубы диаметром от 0,3 до 220 мм с толщиной стенки от 0,05 до 6 мм.

1.7. Прессование

Прессование заключается в выдавливании металла из замкнутой полости через отверстие, соответствующее сечению прессуемого профиля.

Принципиальная схема прессования приведена на рис.10. В процессе прессования прессуемый металл I выдавливается через матрицу 2 из контейнера 3 при движении пуансона 4.

Прессование может осуществляться прямым методом, при котором готовое изделие движется в том же направлении, что и пуансон (рис.10,а) и обратным, при котором готовое изделие движется навстречу пуансону (рис.10,б). Метод прямого прессования на практике применяется значительно чаще.
Исходной заготовкой при прессовании служит слиток или прокат.

Прессованием изготовляют изделия разнообразного сортамента из конструкционных, нержавеющих и других сталей и из цветных металлов. Таким методом получают прутки разнообразного сечения диаметром от 3 до 250 мм, трубы диаметром 20...400 мм с толщиной стенки 1,5...12 мм, полые профили сложного сечения и т.п.

При прессовании металл деформируется в условиях всестороннего сжатия, в результате чего показывает максимальную пластичность. Поэтому прессованием можно обрабатывать такие металлы, которые ввиду их низкой пластичности невозможно или затруднительно подвергать другим видам обработки давлением.

К недостаткам прессования надо отнести большие отходы металла, так как весь металл не может быть выдавлен из контейнера и в нем остается пресс-остаток (до 40% от массы исходной заготовки). В связи с большими усилиями прессования и высокой температурой инструмент для прессования быстро изнашивается. Для уменьшения износа его изготавливают из дорогих высоколегированных жаропрочных сталей, применяют специальные смазки (например, жидкое стекло).

Основным оборудованием для прессования являются вертикальные или горизонтальные гидравлические прессы.