Виды обработки давлением и типы применяемого оборудования

 

В зависимости от материала заготовки, формы и размеров деталей, типа производства применяют следующие виды обработки давлением: прокатку, волочение, прессование, ковку, штамповку. Основная масса выплавляемой в сталеплавильных цехах стали поступает в прокатные цехи в виде слитков (рис. 27, а) квадратного или прямоугольного сечения.

 

Прокатка

Прокатка – деформирование металла вращающимися валками для изменения формы и размеров поперечного сечения и увеличения длины, предварительно нагретых или холодных заготовок (рис. 27, б).Валки бывают гладкие, для прокатки листов и лент (рис. 27, ж)и калиброванные, имеющие на рабочей поверхности вырезы (ручьи) в соответствии с требуемой формой (профилем) прокатываемого изделия (рис. 27, и). Совокупность двух ручьев пары валков образует калибр. Обычно прокатка производится за несколько пропусков заготовки, между валками, с постепенным приближением ее сечения к форме и размерам требуемого профиля. Необходимое число калибров и их правильную конфигурацию (калибровка валков) устанавливают на основе анализа пластического течения металла при прокатке с учетом технико-экономических показателей процессов. Оптимальные варианты решений рассчитывают с помощью ЭВМ.

 

 

Рис. 27. Способы получения заготовок давлением

 

Прокатку слитков производят на мощных обжимных станах – слябингах и блюмингах с валками диаметром 800÷1400 мм, а более мелких заготовок – на заготовочных станах 2 (рис. 27, в).На блюмингах и слябингах после каждого пропуска (их бывает 12÷18) верхний валок автоматически опускается на величину обжатия заготовки, производимого при следующем пропуске. Автоматическая схема управления блюмингом включает в себя электронное устройство для счета рабочих ходов металла через валки и следящую систему с датчиком положения верхнего валка и устройством для программирования обжатий заготовки.

Технологические процессы прокатки обычно состоят из прокатки слитка в полупродукт и прокатки полупродукта в готовый прокат. Полупродуктом являются слябы (рис. 27, г)с размерами S=65÷300 мм и В=6ОО÷1600 мм, блюмы (рис. 26, д)с размерами В X В=200 X 200-450 X 450 мм, а также более мелкие заготовки (рис. 27, е),получаемые из блюмов на заготовочных станах. Готовый прокат, полученный из полупродукта, применяют либо непосредственно в конструкциях, либо в качестве заготовок для последующей ковки, штамповки, сварки и для изготовления деталей обработкой резанием. Совокупность различных профилей проката разных размеров называется сортаментом. Сортамент прокатываемых профилей делят на четыре группы: листовой прокат, сортовой прокат, трубы и специальные виды проката.

Листовой прокат (рис. 27, ж)получают прокаткой слябов на листовых станах. Листы толщиной 4÷160 мм относят к толстым листам, а толщиной 0,2÷4 мм – к тонким. Листы толщиной менее 0,2 мм называют фольгой. Листовую сталь делят также в зависимости от ее назначения, например, на электротехническую, автотракторную, судостроительную и т. д. Листы из холоднокатаной стали имеют большую точность по толщине и лучшую поверхность, чем точность и поверхность листов из горячекатаной. В процессе высокоскоростной прокатки бесконтактные (например, радиоизотопные) приборы измеряют толщину полосы и подают соответствующие сигналы в систему ее автоматического регулирования.

Сортовой прокат – простой (в сечении квадрат, круг, прямоугольник, шестигранник) и сложной – фасонной формы (двутавровые балки, швеллеры, рельсы, уголки и т. п.) прокатывают на сортовых станах из блюмов или заготовок, пропуская их через ряд (9÷15) соответствующих калибров (рис. 26, з, и).Чем сложнее профиль готового проката и чем больше его размеры отличаются от профиля и размеров исходной заготовки, тем больше калибров требуется.

Трубы получают сваркой заготовок (рис.26, к),свернутых из полосы (сварные трубы диаметром 10÷1420 мм), или прокаткой на автоматических трубопрокатных станах из заготовок круглого сечения (бесшовные трубы диаметром 30÷650 мм). Специальные виды проката: колеса и бандажи для железнодорожного транспорта, зубчатые колеса, шары, периодические профили (с периодически изменяющейся формой и площадью поперечного сечения вдоль оси заготовки) и т. д. получают на прокатных станах специальных конструкций.

Для прокатного производства характерны принципы непрерывности технологических операций, комплексная механизация и автоматизация на базе ЭВМ, позволяющих автоматически вести технологические процессы на наивыгоднейших режимах.

 

Волочение

 

Волочениезаключается в протягивании заготовки с усилием Р (рис.27, л)через сужающееся отверстие в инструменте, называемом волокой. Конфигурация отверстия определяет форму получаемого профиля. Исходными заготовками служат прокатанные или прессованные прутки и трубы. Волочением получают проволоку диаметром 0,002÷10 мм, фасонные профили; калибруют трубы диаметром 0,3÷200 мм и прутки диаметром 3÷150 мм. Волочение производят в холодном состоянии, что обеспечивает высокую точность размеров и хорошее качество поверхности.

 

Прессование

 

Прессование – это выдавливание усилием Q заготовки 1(рис. 27, м)из контейнера 2 через отверстие в матрице, соответствующее сечению выдавливаемого профиля. Исходной заготовкой является слиток или прокат. Прессованием получают прутки диаметром 3÷250 мм, трубы диаметром 20÷400 мм со стенкой толщиной 1,5÷12 мм и другие профили, сплошные и полые, с постоянным или переменным поперечным сечением. Точность и возможная сложность получаемых профилей больше, чем при прокатке.

 

Ковка

 

Ковка–это деформирование усилием N нагретой заготовки 1 (рис. 27, н)рабочими поверхностями 2 универсального инструмента (бойка) при свободном течении металла в стороны. Исходными заготовками могут быть слитки, блюмы, сортовой прокат. Ковкой получают разнообразные по форме и размерам поковки массой до 300 т, которые служат заготовками для последующей обработки резанием.

 

Штамповка

Штамповка– это обработка заготовок из сортового и листового проката давлением с помощью специального инструмента – штампа. Ее широко применяют для серийного и массового производства заготовок и деталей в машиностроительной, приборостроительной, электротехнической и других отраслях промышленности. Многообразие машин для обработки давлением можно свести к нескольким основным типам в зависимости от характера воздействия рабочих частей машины на деформируемую заготовку.

 

 

Рис. 28. Машины для обработки давлением

 

Молоты – машины ударного действия со скоростью деформирования у_д до 9 м/с. Сжатый пар или воздух поступает поочередно в верхнюю полость рабочего цилиндра 1 (рис. 28, а) для нанесения удара верхним бойком или штампом 2 по заготовке 3,находящейся на нижнем бойке или штампе 4,и затем в нижнюю полость для подъема рабочих (падающих) частей молота.

Гидравлические прессы – машины статического действия (у_д до 0,3 м/с). Усилие для деформирования заготовки создается рабочей жидкостью высокого давления (20÷30 Мн/м²), поочередно поступающей в рабочие 1 и возвратные 2 цилиндры прессов для опуска­ния и подъема рабочих частей пресса (рис. 28, б).

Механические прессы – машины статического действия (0_Д до 0,5 м/с). Деформируют заготовку (рис. 28, в),используя энергию, накопленную массивным маховиком 2,который вращается электродвигателем. Преобразование вращательного движения в возвратно-поступательное движение ползуна 3 осуществляется кривошипно-шатунным механизмом.

Ротационные машины деформируют заготовку вращающимся инструментом. К таким машинам относятся, например, прокатные станы. В зависимости от технологического назначения машины имеют характерные конструктивные особенности и, соответственно, их можно разделить на машины для холодной, горячей объемной штамповки, листовой штамповки и т. п. Машины должны иметь достаточно жесткую станину, развивать большие рабочие усилия, обеспечивать высокую производительность. Применяют высокоскоростные машины и установки (v_a до 300 м/с), использующие энергию гидравлического удара, взрыва, электрического разряда в жидкости и импульсного электромагнитного поля.

Машины для обработки давлением бывают как вертикального исполнения (молоты, большинство прессов), так и горизонтального (горизонтально-ковочные машины и др.). Машины для обработки давлением оснащают различными средствами механизации и автоматизации, программным управлением и телевизионным контролем параметров технологических процессов.