Зоготовки из металлов

Министерство науки и  образования Украины

 

 

 

 

 

 

 

Реферат

На тему: «Заготовки из металлов»

 

 

 

 

 

 

 

Выполнила:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2013

 

Производство  длинномерных  заготовок из металлов и сплавов

Производство прокатанных  заготовок, сущность, преимущества, недостатки и область применения. Сортамент  прокатных изделий весьма разнообразен: листы, полосы, ленты, фольга, сортовой прокат (профили круглого, квадратного, шестигранного сечений, уголок, швеллер, тавр, двутавр, балки и т. д.), трубы, специальный прокат (кольца, бандажи, зубчатые колеса и шестерни, оси  и валы, периодический профиль  и т.д.). Совокупность профилей и их размеров, а также сплавов, из которых  их изготавливают, называют сортаментом. Металлопрокат преимущественно  выпускают металлургические заводы (комбинаты). Прокатка металлоизделий в последние годы широко применяется  и на машиностроительных и приборостроительных  предприятиях, поскольку является прогрессивным  способом металлообработки, позволяющим  обеспечить высокое качество продукции, огромную производительность и экономическую  эффективность. В некоторых случаях  прокатка является единственным способом производства изделий, в частности, листов, фольги, труб, высокопрочных  сортовых профилей. По качеству выпускаемых  изделий и производительности прокатка не имеет себе равных среди других способов металлообработки. Один прокатный  стан может выпускать в год  несколько миллионов тон металла. По точности поперечных размеров проката  и качеству поверхности прокатка успешно конкурирует с  самыми   высокоточными способами обработки  металлов на металлорежущих станках.

Важнейшим преимуществом  прокатки является то, что наряду с  формоизменением заготовки сплаву придают уникальные прочностные  свойства. Поэтому не менее 80 % выплавляемых металлов и сплавов прокатывается, что позволяет многие предприятия  обеспечить высококачественными заготовками  и готовыми профилями (рельсы, балки, профили для рессор и пружин, колес, напильников, зубил, деталей автомобилей, тракторов, сельскохозяйственных машин  и т. п.). Для получения всего  сортамента проката исходным материалом служат слитки, непрерывно литые заготовки, полупродукт (катаные блюмы, слябы, заготовки), а также сортовой, листовой и полосовой прокат. Различают  прокат горячекатаный и холоднокатаный. Холодной прокаткой получают изделия, площади поперечного сечения которых относительно небольшие (тонкие листы, фольга, тонкостенные трубы, прутки и т. д.). Холодная прокатка отличается высокой точностью геометрических размеров получаемых металлоизделий и соответствующим качеством формируемых поверхностей. Прокатку металлозаготовок можно совместить со сваркой и таким образом получить многослойные листы и сварные трубы.

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 (50-100м/с), обеспечивать высокую точность поперечных сечений деформируемых  изделий при минимальном износе инструмента.

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 наиболее распространена и, как правило, предшествует остальным способам. Сущность продольной прокатки состоит в том, что деформация заготовки осуществляется движущимся инструментом, векторы скоростей  вращения которого на выходе из очага  деформации параллельны оси обрабатываемой заготовки. Продольной прокаткой изготавливают  листы, сортовой профиль, трубы, периодический  прокат и ряд специальных видов  металлоизделий.

Поперечная прокатка характеризуется  движением обрабатывающей поверхности  инструмента перпендикулярно оси  прокатываемой заготовки (например, вращением валков в одну сторону, а круглой заготовки – в противоположную). Обжатие заготовки и придание ей формы обеспечивается соответствующей профилировкой валков и изменением межосевого расстояния. К поперечной прокатке относят поперечно¬клиновую прокатку, деформация заготовки при которой осуществляется поступательно или вращательно перемещающимся клиновым инструментом, который внедряется в исходную заготовку, вызывая ее вращение. Поперечной прокаткой формируют на заготовке поверхности вращения и изготавливают ступенчатые валы и оси.

При поперечно-продольной прокатке деформация заготовки осуществляется вращающимися в одну сторону валками  при вращении заготовки в противоположную  сторону и непрерывном перемещении  ее вдоль своей оси в направлении  меньшего расстояния между валками. Перемещение заготовки вдоль  своей оси осуществляется за счет контактного трения или за счет внешних  сил. Винтовой прокаткой изготавливают  периодический прокат, ступенчатые  валы и оси, трубы.

Технологический процесс  прокатки включает в себя следующие  операции: подготовка заготовки к  деформации (разупрочняющая термообработка, удаление поверхностных дефектов, очистка  поверхности от окалины и т. п.), нагрев заготовки, многократная деформация в прокатных валках, резка проката  на мерные длины, охлаждение и термообработка, правка, отделка, контроль качества, упаковка. Нагрев слитков и заготовок перед  прокаткой имеет целью улучшение  исходной структуры металлов и сплавов, уменьшение сопротивления деформации и повышение технологической  пластичности материала. Прокатка нагретой заготовки до оптимальной температуры (для сталей – 800–1250 оС) обеспечивает высокое качество проката, минимальный  расход энергии, позволяет применить  повышенные обжатия за проход, сокращает  аварийные остановки оборудования.

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 100м/с), диаметр валков и коэффициент  контактного трения между инструментом и деформируемой заготовкой. Для характеристики деформации при прокатке используют абсолютные и относительные показатели: абсолютное обжатие – ∆h = h0–h1; относительное обжатие – є∆= (h0–h1)/h0; коэффициент вытяжки – l = L1/L0, где h0, h1, L0, L1 соответственно высота и длина заготовки до и после деформации. Ширина заготовки изменяется незначительно.

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, качество прокатываемого профиля, 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 листов из 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. Оборудование прокатного стана подразделяют на основное и вспомогательное. Основное оборудование 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, проволочные, трубные, балочные, специальные и  т. д.

Помимо пластической деформации, на прокатном стане выполняют  другие разнообразные операции, которые  можно разделить на четыре группы, предназначенные для: подготовки металла  к прокатке; нагрева металла; транспортировки; отделки и контроля.

       Подготовка  металла к прокатке включает  в себя удаление с его поверхности  дефектов и окалины, травление,  очистку и соответствующее покрытие  поверхности с целью оптимизации  процесса прокатки и получения  качественного изделия.

Удаление поверхностных  дефектов производится строганием, обдиркой на токарных и абразивных станках, вырубкой пневматическими молотками и  специальными машинами, огневой зачисткой.

Для нагрева заготовок  применяют нагревательные устройства, тип и конструкция которых  зависит от прокатного стана. На блюмингах  и слябингах применяют нагревательные колодцы; мелкие слитки и заготовки  нагревают в методических пламенных  или электрических печах.

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.

Для характеристики прокатных  станов используют следующие технико-экономические  показатели: производительность (часовая, годовая), число часов работы стана  в год, расход металла (выход годного %), расходный коэффициент, расход электроэнергии на тонну проката (кВт/т), расход топлива (кДж/т), расход воды (м3/т), расход технологической  смазки (кг/т), расход валков (кг/т), количество валков прокатной клети, количество прокатных клетей и их расположение в главной линии, диаметр и  длина бочки валков, скорость прокатки (м/с).

 

Волочение заготовок  и получение готовых изделий.

В различных отраслях народного  хозяйства широко используют металлоизделия (проволока, калиброванные прутки и  трубы), полученные волочением. Основной особенностью получаемых волочением металлоизделий является высокая точность размеров поперечного сечения при отличном качестве формируемой поверхности. Волочение в большинстве случаев  является единственным и уникальным способом металлообработки, с помощью  которого можно изготовить такие  изделия, как тончайшая проволока  и ряд длинномерных изделий с  различным профилем поперечного  сечения.

Металлоизделия, изготовленные  волочением, применяют в электротехнической и радиотехнической, приборостроительной  и машиностроительной промышленности, при производстве электрических  проводов, кабелей и тросов, резинотехнических  изделий (автомобильные шины, армированные рукава и шланги), железобетонных элементов  строительных сооружений и зданий, ювелирных и художественных произведений, бытовой техники и т.д.

Волочение применяют металлургические, машиностроительные, приборостроительные  предприятия, заводы по производству метизов (болты, винты, гайки, штифты, гвозди, шурупы и т.п.), электропроводов, тросов, струн.

Технологический процесс  волочения металлоизделий включает в себя следующие элементарные техпроцессы: термообработка материала заготовки (для повышения пластичности и  уменьшения его сопротивления деформации), подготовка ее поверхности к волочению (очистка от загрязнений), покрытие поверхности заготовки технологической  смазкой, заточка переднего конца  заготовки с целью реализации возможности ее заправки в волоку; однократное или многократное волочение; промежуточная разупрочняющая термообработка; химическая или механическая очистка  поверхности полуфабриката, нанесение  подсмазочного слоя, затем снова  смазка и волочение. После достижения требуемой формы и размеров поперечного  сечения протягиваемого изделия  требуется его очистка от технологической  смазки и выполнение работ по предотвращению коррозии материала.

Волочильный инструмент

К волочильному инструменту  относятся оправки и волоки, которые  бывают цельные, сборные, составные  и роликовые. Канал цельной волоки состоит из четырех основных зон: входной (а), деформирующий (в), калибрирующий (с) и выходной (d). Для твердосплавных волок рекомендуется форма входной  зоны в виде усеченного конуса с  углом при вершине 2b, равным 60о.

Форма деформирующей зоны должна быть конической для твердосплавных волок диаметром больше 1,0 мм; для  волочения медных сплавов она  выполняется конической формы с  углом 2g, равным 16о, а для алюминия и его сплавов – 2g, равным 26о. У алмазных волок рабочий конус выполняют с углом 2g, равным 16–18°.