Инструментом для прокатки являются валки.
Прокатные валки (рис. 3.5) состоят из рабочей части или бочки 1 , опорных частей или шеек 2 и соединительной части 3 .
Прокатка листов и лент производится на валках с гладкой бочкой, имеющей цилиндрическую, слегка выпуклую или вогнутую поверхность (3.5, а ).
Сортовую прокатку производят в калиброванных валках, на бочке которых вытачивают вырезы 4 (3.5, б ). Вырез , сделанный на одном валке, называют ручьем.
Вырезы двух валков и зазор между ними образуют калибр.
Калибр может быть открытым (13.5, б ) или закрытым (13.5, в ).
Валки изготавливают из чугуна, литой и кованой углеродистой и легированной стали и твердых сплавов. Число валков, диаметр и длина бочки рабочего валка являются основными параметрами прокатного стана.
Рис. 13.5. Прокатные валки: а - с гладкой бочкой; б - ручьевые с открытым калибром; в - ручьевые с закрытым калибром; 1 - рабочая часть (бочка); 2 - опорная часть (шейка); 3 - соединительная часть; 4 - ручей верхнего валка; 5 - ручей нижнего валка; 6 – калибр.
Прокатка производится на прокатных станах. Прокатный стан (рис. 13.6 ) состоит из рабочей клети, соединительных шпинделей, шестеренной клети, муфт, редуктора, маховика, двигателя.
Рис. 3.6. Прокатный стан: 1- рабочая клеть; 2 - соединительные шпиндели; 3 – шестеренная клеть; 4, 7 – муфты; 5 – редуктор; 6 – маховик; 8 – двигатель; P – усилие прокатки.
Прессование.
Прессование - выдавливание металла из замкнутой полости через отверстие в инструменте. Основные методы:
1.прямой;
2.обратный .
Припрямом прессовании (3.7, а ) металл заготовки 3 выдавливается пуансоном 2 и пресс-шайбой 5 через отверстие матрицы 4 . При получении полого профиля прямым прессованием (3.7, б ) металл выдавливается через зазор, образованный отверстием в матрице и иглой 6 .
Приобратном прессовании усилие пресса передается через пуансон (13.7, в ) на матрицу. Матрица перемещается относительно стенок контейнера. Металл заготовки выдавливается через отверстие матрицы, образуя изделие 7 . Аналогично осуществляется обратное прессование полого профиля.
Рис. 3.7. Схемы прессования: а - прямое прессование сплошного профиля; б - прямое прессование полого профиля; в - обратное прессование сплошного профиля; 1 - контейнер; 2 - пуансон; 3 - заготовка; 4 - матрица; 5 - пресс-шайба; 6- игла; 7 - прессованное изделие; P – усилие прессования.
Припрямом прессовании направление движения пуансона и выдавливаемого металла совпадают. Отличительной особенностью прямого метода прессования является перемещение металла заготовки относительно стенок контейнера 1 . Благодаря трению о стенки контейнера центральные слои металла опережают внешние. Это явление еще больше усиливается при охлаждении внешних слоев стенками контейнера. На некотором этапе прессования по центру со стороны пуансона (пресс-шайбы) образуется воронка, через которую в центральную часть изделия втягиваются поверхностные загрязненные окислами и смазкой слои, образуя так называемую пресс-утяжину. Наличие пресс-утяжины в изделии недопустимо. Поэтому прессование на этой стадии прекращают, годное изделие отделяют, а оставшийся в контейнере металл (пресс-остаток) направляется в переплавку.
Приобратном прессовании направление движения выдавливаемого металла и пуансона противоположны. Относительное перемещение металла заготовки и стенок контейнера, следовательно, контактное трение между металлом и стенками контейнера практически отсутствует.
При обратном прессовании течение металла более равномерно, чем при прямом, из-за сокращения потерь на трение усилие меньше прессования уменьшается на 25…30%, уменьшается величина пресс-остатка, но конструктивное оформление рабочего инструмента (матрицы, пуансона) при обратном прессовании сложнее, чем при прямом.
Продукция . Прессованием получают:
1. прутки диаметром 3…250 мм,
2.проволоку диаметром 1…6 мм,
3.трубы диаметром 20...600 мм с толщиной стенки 1,0…1,5 мм и более,
4.сплошные и полые профили .
Сплавы . Прессованию подвергают цинк, олово, свинец, алюминий и алюминиевые сплавы, магний и магниевые сплавы, медь и медные сплавы, никель и никелевые сплавы, углеродистые и легированные стали, титан и титановые сплавы.
Оборудование. При прессовании наибольшее распространение получили специализированные гидравлические горизонтальные и вертикальные прессы. Вертикальные прессы с номинальным усилием до 30 МН применяют, главным образом, при производстве труб, горизонтальные прессы изготавливают с номинальным усилием до 100 МН.
Инструмент. К прессовым инструментам относятся: игла, матрица, контейнер, пресс-шайба (в порядке повышения температуры при эксплуатации). Температура заготовки на поверхности контакта с инструментом при прессовании легких сплавов достигает 500°С, меди и медных сплавов - 900°С, сталей, никеля и титана - 1250°С.
Для изготовления инструмента применяют жаропрочные штамповые стали типа 3Х2В8, 4ХВС, 5ХВС и др . Для увеличения стойкости матриц иногда применяют вставки из твердых сплавов. Большое влияние на силу прессования и стойкость матриц оказывает профиль рабочей части матрицы. Обычно применяют конические матрицы с оптимальным для данных условий углом наклона.
Прессование, как правило, производится в условиях горячей деформации.
Исходной заготовкой обычно служит слиток цилиндрической формы или многогранник, полученный непрерывным литьем, реже применяется катаная заготовка.
Перед прессованием рабочие части инструмента покрываются технологической смазкой . Применяют также плакирование (покрытие) заготовок пластичными металлами.
Преимущества прессования:
1.Возможность получения сплошных и полых профилей сложного сечения , которые не могут быть получены другими методами.
2.Переналадка пресса на новый профиль производится значительно быстрее , чем при прокатке, точность размеров профиля при прессовании выше, шероховатость поверхности меньше.
3.Возможность получения тонкостенных бесшовных труб большого диаметра с малой разностенностью.
4.Возможность обработки давлением металлов и сплавов с пониженной пластичностью (высокопрочные алюминиевые сплавы, бронзы, жаропрочные стали и сплавы и др.).
5. Возможность высоких степеней деформации (92 % по сечению и более), что обеспечивает высокие механические свойства, в том числе вибропрочность и сопротивление усталости.
Недостатки прессования:
1.Значительный износ инструмента , матриц и особенно игл, из-за больших контактных напряжений и температур, особенно при прессовании никелевых сплавов, сталей и жаропрочных сталей и сплавов
2.Высокая стоимость инструмента.
3.Неравномерность механических свойств по длине прессованного изделия из-за неравномерности течения металла.
4. Большие технологические отходы , особенно при прессовании труб большого диаметра.(при прямом методе 12…15 %, при обратном – 5…6 % от массы заготовки).
Волочение.
Волочение - процесс протягивания обрабатываемой заготовки через постепенно суживающееся отверстие инструмента (волоки).
При волочении площадь поперечного сечения уменьшается, приобретая постоянное сечение по всей длине. Приложение растягивающего усилия уменьшает пластичность и ограничивает величину деформации за одну протяжку.
Рис. 3.8. Схемы волочения:
а – волочение проволоки, прутка, сплошного профиля;
б – волочение трубы на оправке;
1- заготовка; 2 – волока; 3 – оправка; 4 – обойма (бандаж); P – усилие волочения.
Продукция . Волочением получают:
1.проволоку (13.8, а ) диаметром от 6 до 0,008 мм;
2.сплошные и полые профили ;
3.трубы (13.8, б ) с наружным диаметром 1…360 мм и толщиной стенки 10...0,1 мм, имеющие точные по размерам сечения и низкую шероховатость поверхности.
Заготовку для волочения получают прокаткой или прессованием; заготовка должна иметь форму сечения, подобную форме сечения готового изделия.
Исходные материалы для волочения :
1. проволоки - проволока-катанка и прессованная проволока диаметром 5…9 мм;
2. прутков и профилей - сортовой прокат и прессованные профили диаметром 5…150 мм;
3. труб - трубы сварные диаметром 6…200 мм, бесшовные катаные диаметром 40…200 мм и прессованные диаметром 20…400 мм.
Волочение производят, как правило, в условиях холодной деформации . Волочение проволоки из вольфрама, молибдена, нихрома и цинка производят в горячем состоянии .
Особое внимание уделяется повышению пластичности исходной заготовки и снижению усилия волочения. Это достигается применением термообработки (отжига) для снятия упрочнения, высоким качеством поверхности заготовки, применением высокоэффективных смазочных материалов, оптимальным профилем и малой шероховатостью поверхности рабочих участков инструмента.
Оборудование. Волочильные станы:
1. прерывистого типа – цепные;
2. непрерывного типа – барабанные.
Инструмент . Волока из твердого сплава и алмаза (волочение тонкой проволоки).
Сплавы .
Преимущества волочения:
Инструментом прокатки являются валки , которые в зависимости от прокатываемого профиля могут быть гладкими (рис. 4, а) - для прокатки листов, лент и т. п., ступенчатыми - для прокатки полосовой стали, ручьевыми (рис. 4, б) - для получения сортового проката.
Рис. 4. Инструмент и оборудование прокатки: а - гладкий валок; б - ручьевой валок; в - открытый и закрытый калибры; г - схема прокатного стана
Ручьем называют вырез на боковой поверхности валка, а совокупность двух ручьев пары валков образует калибр . Калибры различают открытые и закрытые (рис. 4, в). У открытых калибров линия разъема валков находится в пределах калибра, а у закрытых - вне его пределов. На каждой паре ручьевых валков обычно размещают несколько калибров. Разработку системы последовательных калибров, необходимых для получения того или иного профиля, называют калибровкой . Чем больше разница в размерах поперечных сечений исходной заготовки и конечного изделия и чем сложнее профиль последнего, тем большее количество калибров требуется для его получения. Так, для получения рельсов используют систему из 9 калибров, балок - из 9-13, для получения проволоки - из 15-19.
Валки состоят из бочки 1 (рабочая часть валка), шеек 2 (цапф) и трефы 3. Шейки валков вращаются в подшипниках, устанавливаемых в стойках станины. В станине имеются механизмы для изменения расстояния между валками и взаимного расположения их осей.
Комплект валков вместе со станиной называется рабочей клетью 4 (рис. 4, г). Валки получают вращение от двигателя 8 через понижающий редуктор 7, передающий вращательное движение через шестеренную клеть 6 и шпиндели 5. Совокупность привода, шестеренной клети, одной или нескольких рабочих клетей образует прокатный стан .
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. 5, б). Валки 1 вращаются в одном направлении, а оси их расположены под некоторым углом, поэтому заготовка 2 при обработке не только вращается (vy), но также и перемещается вдоль своей оси(vx). Для получения правильной формы и гладкой поверхности отверстия трубы (гильзы) в зоне образования отверстия устанавливается оправка 3. Полученные на прошивном стане гильзы раскатываются на трубопрокатных станах. Метод поперечно-винтовой прокатки применяют также для производства шаров, осей и других изделий с использованием специально калиброванных валков. Сталь для горячей прокатки нагревают до температуры выше линии 68К (см. рис. 5); медь, алюминий и их сплавы также прокатывают в горячем состоянии. Из горячекатаной заготовки (лист толщиной 1,25 мм) холодной прокаткой получают тонкие изделия (до 0,1 мм и меньше), ленты для пружин, листы, фольгу и прочее.
Прокатные станы различают по назначению, количеству валков в клети, количеству клетей и схеме их расположения.
По назначению прокатные станы делятся на обжимные (блюминги и слябинги), заготовочные, сортовые, листовые и специальные. Вначале слиток прокатывают на обжимном стане, затем на заготовочном и, наконец, на сортовом, листовом или специальном.
По числу и расположению валков в рабочих клетях станы классифицируют на дуо-станы, трио-станы, кварто-станы, многовалковые и универсальные.
Рис. 5.
Стан дуо имеет два валка (рис. 5, а), которые имеют либо постоянное направление вращения (нереверсивные станы) , либо направление вращения, которое можно менять и таким образом пропускать обрабатываемый металл в обе стороны (реверсивные станы) .
Стан кварто (рис. 5, б) имеет два рабочих и два опорных валка, расположенных один над другим. Приводными являются рабочие валки. Многовалковые станы : 12-валковые (рис. 5, в) и 20-валковые имеют также только 2 рабочих валка, а все остальные - опорные. Рабочие валки приводятся через промежуточные опорные валки. Использование опорных валков позволяет применять рабочие валки малого диаметра, благодаря чему увеличивается вытяжка и снижается давление металла на валки.
Универсальные станы имеют не только горизонтальные, но еще и вертикальные валки (рис. 5, г).
По расположению рабочих клетей различают станы одноклетьевые и многоклетьевые с линейным или последовательным расположением клетей. У линейных станов клети расположены в одну или несколько линий (рис. 6, а); в каждой линии валки связаны между собой и вращаются с одной скоростью. Последовательное расположение клетей в непрерывных станах (рис. 6, б) позволяет значительно повысить производительность прокатки.
Рис. 6.
Привод рабочих клетей непрерывных станов может быть групповым - от одного двигателя, или индивидуальным - каждая клеть имеет свой двигатель. В обоих случаях скорость прокатки в каждой последующей клети выше скорости в предыдущей. В непрерывных станах металл движется прямолинейно и деформируется одновременно в нескольких клетях.
По назначению прокатные станы разделяют на станы производства полупродукта и станы для выпуска готового проката . К первой группе относятся обжимные и заготовочные станы. Станы готового проката характеризуются видом выпускаемой продукции: рельсобалочные, сортовые, листовые, трубопрокатные, проволочные и станы для специальных видов проката.
Обжимные станы (блюминги и слябинги) предназначены для прокатки слитков (до 60 т) в крупные заготовки (блюмы и слябы). Блюм - заготовка квадратного сечения с размерами от 450 до 150 мм, после блюминга ее прокатывают на сортовых станах. Сляб имеет прямоугольное сечение толщиной 65-300 мм и шириной 600-1600 мм и представляет собой заготовку для листа. Заготовочные станы предназначены для получения полупродукта более мелкого сечения из блюмов, слябов или слитков небольшой массы.
Прокаткой называют процесс пластического формоизменения материала, последовательно увлекаемого в очаг деформации силами трения, действующими на контактной поверхности «деформируемая заготовка - движущийся инструмент».
При прокатке одновременно подвергается пластической деформации не весь объем материала, а лишь его часть, находящаяся в очаге деформации. Это позволяет обрабатывать большие массы материала при оптимальных энергозатратах и размерах оборудования, производить обработку с огромными скоростями, обеспечивать высокую точность получаемых изделий при минимальном износе инструмента.
Прокатка является одним из наиболее прогрессивных способов получения готовых металлоизделий и занимает ведущее положение среди существующих способов обработки металлов давлением.
Различают три основных способа прокатки, отличающиеся направлением обработки или характером выполнения деформации: продольная, поперечная и поперечно-продольная (винтовая). Каждый из этих способов можно производить при нагреве обрабатываемых заготовок (горячая) и без нагрева (холодная прокатка).
Продольная прокатка основана на деформации металла валками, расположенными параллельно в одной плоскости и вращающимися в разные стороны; ось прокатки металла перпендикулярна большим осям валков (рис. 3.1а).
Поперечная прокатка - это деформация металла двумя валками, вращающимися в одну сторону; ось прокатки параллельна большим осям валков (рис. 3.1б).
Рис. 3.1
Косая прокатка представляет собой деформацию металла двумя валками, расположенными под определенным углом друг к другу и вращающимися в одну сторону. При этом металл задается в валки вдоль их больших осей (рис. 3.2). Такое расположение валков придает металлу вращательное и поступательное движение.
Рис. 3.2
Последние два способа прокатки предназначены для изготовления изделий в виде тел вращения (трубы, шары и т. д.).
Технологический процесс прокатки предварительно зачищенной и нагретой стали включает в себя следующие операции:
1) резка проката на мерные длины;
2) охлаждение;
3) термообработка;
4) правка;
5) отделка;
6) контроль качества.
К технологическим параметрам прокатки относят: температуру деформируемой заготовки, частное (за один проход между валками) и общее обжатие заготовки, скорость прокатки (скорость выхода заготовки из валков может достигать до 100 м/с), диаметр валков и коэффициент контактного трения между инструментом и деформируемой заготовкой. Для характеристики деформации при прокатке используют абсолютные и относительные показатели:
Абсолютное обжатие;
Относительное обжатие;
Коэффициент вытяжки, где:
h0 - высота заготовки до деформации;
h1 - высота заготовки после деформации;
L0 - длина заготовки до деформации;
L1 - длина заготовки после деформации.
Абсолютное и относительное обжатие заготовки за один проход ограничено условием захвата металла прокатными валками, а также их прочностью. Поэтому в зависимости от условий прокатки относительное обжатие за проход обычно не превышает 0,35 - 0,45. Кроме того, определенные ограничения накладывают физико-механические свойства деформируемого материала, особенно при холодной прокатке.
Основным деформирующим инструментом для прокатки металлоизделий обычно являются прокатные валки, в редких случаях используется и плоский клиновой инструмент. При изготовлении труб используют оправки (короткие, длинные, плавающие), назначение которых - оформлять внутреннюю поверхность полых изделий.
Валок состоит из рабочей части, или бочки, двух опор, или шеек, и хвостовика для передачи крутящего момента вращающемуся валку. Валки бывают цельные и составные, ручьевые и безручьевые (с гладкой цилиндрической или конической поверхностью, например, для прокатки листов или сортового профиля). Прокатные валки являются деформирующим инструментом, воспринимающим высокие удельные и суммарные давления и работающим в тяжелых условиях (температура, трение скольжения). Валки изготавливают из чугуна, стали и твердых сплавов. Обычно рабочая поверхность валков должна иметь высокую твердость, особенно при холодной прокатке, которая характеризуется большими удельными нагрузками. Диаметр рабочей поверхности валка в зависимости от назначения прокатного оборудования может лежать в широких пределах - от 1 мм до 1800 мм.
Малые диаметры применяют при холодной прокатке высокопрочных сплавов. В этом случае для обеспечения их нормальной эксплуатации применяют так называемые опорные валки, которые устанавливаются в специальных многовалковых клетях.
Прокатку осуществляют на специальном оборудовании, которое принято называть прокатным станом. Он включает комплекс технологических машин и устройств. Основное оборудование прокатного стана предназначено для выполнения главной операции в технологическом процессе - прокатки, т.е. для осуществления вращения валков и непосредственной пластической деформации заготовки для придания ей необходимой формы, размеров и свойств. Это оборудование принято называть главной линией прокатного стана. Различают станы: одновалковые, двухвалковые, многовалковые, линейные, непрерывные, полунепрерывные, заготовочные, листовые, сортовые, балочные, специальные и т.д.
Помимо пластической деформации, на прокатном стане выполняют другие разнообразные операции, включающие в себя как рассмотренную выше подготовку к прокатке, так и транспортировку, отделку и контроль качества готовой продукции.
Транспортные устройства перемещают заготовки вдоль и поперек стана, поднимают и опускают, поворачивают вокруг горизонтальной и вертикальной оси. К ним относят: рольганги, манипуляторы, кантователи и поворотные механизмы, подъемно-качающие столы, опрокидыватели, слитковозы и т.д. Оборудование для отделки и контроля проката включает: устройства для резки металла, машины для правки проката, устройства для термообработки проката, агрегаты для металлических и полимерных покрытий, устройства и приборы для контроля качества проката, машины для увязки и пакетирования проката.
7.1. Типы прокатных станов
Комплекс машин и механизмов для получения изделий методом прокатки и их обработки в потоке называется прокатным станом.
Из этого определения следует, что помимо основной операции – пластического формообразования раската, на стане выполняют и ряд других.
В теории организации производства отдельные операции, необходимые для осуществления технологического процесса, подразделяют на основные сопутствующие и вспомогательные. В соответствии с этим различают основное, сопутствующее и вспомогательное оборудование.
Применительно к прокатке к основным относятся операции по осуществлению пластической деформации металла, т.е. собственно прокатку, и соответственно к основному оборудованию относят прокатную клеть, электропривод и передаточные устройства.
К сопутствующим относят операции, в процессе которых может изменяться физическое состояние и/или размеры раската, но без изменения формы и площади поперечного сечения. Это нагрев, охлаждение, порезка на мерные длины, правка, зачистка проката и пр. И соответственно оборудование: нагревательные устройства, холодильники, правильные машины, средства порезки, отделки и пр.
К вспомогательным относятся операции, при которых не изменяется ни форма, ни размеры, ни физическое состояние прокатываемого металла. Это операции и соответствующее оборудование для продольного и поперечного перемещения раскатов, (рольганги, шлепперы, грузоподъемные механизмы), их кантовки и клеймения, смотки в бунты и рулоны, обвязки проката, перевалки валков и пр. В обиходе, однако, сопутствующие и вспомогательные операции и оборудование обычно именуют вспомогательными.
Линия, на которой расположено основное оборудование, называется главной (рабочей) линией прокатного стана (рис.7.1). Основными ее элементами являются: рабочая клеть с валками (1), шпиндели с муфтами (2), шестеренная клеть (3), коренная муфта (4), редуктор (6), главная (моторная) муфта (7) и двигатель (5).
Валки (рис.7.2) состоят из бочки (1) диаметром d и длиной l, двух опорных шеек (2) и хвостовиков (3). Размеры и количество валков в клети определяют тип клети и прокатного стана. Сортовые станы характеризуются номинальным диаметром бочки валка (например, стан 280), а листовые - ее длиной (например, стан 3600). Если сортовой стан состоит из нескольких клетей с разными диаметрами валков, тип стана обычно определяют по валкам чистовой клети.
Прокатные станы классифицируют по следующим признакам: по режиму работы, по назначению, по количеству и расположению валков в клети, по количеству и расположению клетей.
По режиму работы прокатные станы делятся на нереверсивные (частота и направление вращения валков постоянные) и реверсивные (прокатку осуществляют в прямом и обратном направлении за счет изменения направления вращения валков). Ко вторым относят блюминги, слябинги, заготовочные и толстолистовые станы.
По назначению станы подразделяются на станы для производства полупродукта и станы для производства готового проката. К первым относят блюминги, слябинги, заготовочные станы. Ко вторым относят:
Рельсобалочные станы (диаметр валков 750-900 мм);
Крупносортные станы (500-700 мм);
Среднесортные станы (350-500 мм);
Мелкосортные станы (250-330 мм);
Проволочные станы (150-280 мм);
Штрипсовые станы (300-400 мм);
Толстолистовые станы (длина бочки валков до 5500 мм);
Широкополосные станы горячей прокатки (до 2500 мм);
Широкополосные станы холодной прокатки (до 2800 мм);
Универсальные полосовые станы (до 2000 мм);
Трубные станы разных типов;
Прочие станы (колесо-бандажные, осепрокатные, шаропрокатные и др.)
По количеству и расположению валков в клети различают:
Двухвалковые (дуо) клети (см. рис.1.1). Широко используют в реверсивном и нереверсивном режимах.
Трехвалковые (трио) клети, сортовые (7.3 а) и листовые (рис. 7.3 б). Используют для прокатки заготовок, сорта и листов.
Двойные двухвалковые клети (двойное дуо). Редко используют, в основном для прокатки мелкого сорта из легированных сталей (рис.7.4).
Четырехвалковые клети (кварто). Используют в основном в листовом производстве (рис.7.5). Рабочие валки (2) меньшего диаметра, опорные (1) – большего для повышения жесткости системы.
Шестивалковые клети (рис. 7.6) используются редко. Вариант расположения валков – в одной вертикальной осевой плоскости. Приводные валки рабочие.
Многовалковые клети – 12 –ти и 20-ти валковые. Используют для прокатки тончайших полос (до 2 мкм) в рулонах (рис. 7.7.- 7.8). Диаметр рабочих валков до 50 мм. Приводными являются опорные валки.
Универсальные клети – для прокатки листов кроме горизонтальных оснащают двумя вертикальными приводными валками; для прокатки широкополочных балок холостые вертикальные валки располагают в одной вертикальной плоскости с горизонтальными (рис.7.9).
По количеству и расположению клетей прокатные станы подразделяются на одно- и многоклетьевые. Одноклетьевые – блюминги, слябинги, листопрокатные, обжимо-заготовочные и пр. станы (рис.7.10).
Многоклетьевые станы – линейного типа, непрерывные, полунепрерывные и с последовательным расположением клетей.
Станы линейного типа (рис.7.11) используют для прокатки заготовок, мелко-, средне- и крупносортных профилей. Недостатком таких станов являются большие затраты ручного труда, низкие скорости прокатки и производительность. Частично этих недостатков можно избежать размещением клетей в несколько линий (рис.7.12.).
Более совершенными являются непрерывные станы с клетями, расположенными друг за другом (рис.7.13). Такие станы работают по принципу: «в каждой клети – один проход». Раскат одновременно может находиться в нескольких клетях. Поэтому необходимо соблюдать правило так называемых секундных объемов, т.е. через каждую клеть в единицу времени должно проходить одинаковое количество металла: , где V и F – скорости и площади поперечного сечения раската по клетям, соответственно. При нарушении этого условия между клетями могут возникнуть растяжение раската или петля. Поэтому в непрерывном режиме катают преимущественно простые профили.
Принцип непрерывной прокатки используют на непрерывно-заготовочных станах, средне- и мелкосортных, проволочных, штрипсовых станах, широкополосных станах горячей и холодной прокатки листов и пр.
Для прокатки более сложных профилей применяют полунепрерывные станы и станы с последовательным расположением клетей. Полунепрерывные станы используют для прокатки мелкого сорта. Они сочетают непрерывную черновую и линейную чистовую группы клетей (рис.7.14).
У станов с последовательным расположением клетей (рис.7.15) черновая группа может быть непрерывной, а последующие клети расположены друг за другом на расстоянии, превышающим длину раската. Для сокращения общей длины стана клети располагают в нескольких параллельных линиях. В этих клетях отпадает необходимость соблюдать правило секундных объемов. Такие станы используют в основном для прокатки среднего и крупного сорта.
Разновидностью таких станов является стан с шахматным расположением клетей (рис.7.16)
7.2 Основное и вспомогательное оборудование прокатных станов.
Рабочая клеть состоит из двух станин, валков с подшипниками, механизмов для установки и фиксирования положения валков в вертикальной и горизонтальной плоскостях, валковой арматуры, устройств для смазки и охлаждения валков.
Станины открытого или закрытого типов (рис.7.17) отливают из стали марки 30…35Л двутаврового или прямоугольного сечения.
Станины закрытого типа в виде цельной рамы, выдерживают большие усилия прокатки, но менее удобны в эксплуатации: затруднена перевалка валков, диаметр их ограничен шириной окна.
Прокатные валки – основной деформирующий инструмент - работают в жестких условиях: резкие теплосмены, большие давления, абразивное трение и пр. Поэтому они должны быть не только высокопрочными, но и термо- и износостойкими.
По материалу валки подразделяются на стальные (литые, кованые) и чугунные. Стальные валки обладают достаточно высокой прочностью и пластичностью, поэтому их используют в клетях, испытывающих большие усилия прокатки. Чугунные валки менее прочные, но более износостойкие, чем стальные. Поэтому чаще их используют в предчистовых и чистовых клетях.
Материалом валков служат углеродистые, низколегированные и легированные стали (Ст. 50…55, 50…60ХН, 9ХФ и др.), легированные и нелегированные чугуны (СШХН-60, ЛПХН-60 и др.). Буквы С, Л обозначают сортовые и листовые валки; Ш, П – чугун с шаровидным или пластинчатым графитом; Х, Н – легированные хромом и никелем, соответственно; 60 – твердость, единиц по Шору.
При завалке в клеть и в процессе эксплуатации положение валков необходимо регулировать. Для этого служат механизмы установки валков.
К ним относятся нажимное устройство, уравновешивающее устройство и устройство для регулирования положения валков в осевом направлении.
Нажимное устройство служит для регулирования положения валков в вертикальной плоскости. Оно состоит из гайки (фосфористая бронза), укрепленной в верхней поперечине станины, и нажимного винта (кованая сталь 40…45 ХН).
Привод нажимного винта – ручной на станах с небольшим перемещением верхнего валка (50-100 мм), электромеханический – на станах с частыми и большими
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 |