 |
И параметров очага деформации при прокатке полосы
|
|
|
|
| Параметр | Обозна-чение | Расчетная формула | Исходное и расчетное значение | |
| 1 | 2 | 3 | 4 | |
| Исходные данные: | ||||
| Радиус валков, мм | 
|
| 
| |
| Толщина (высота) полосы до прокатки, мм | 
| - | 5,0 | |
| Ширина полосы до прокатки, мм | 
| - | 100 | |
| Длина полосы до прокатки, мм | 
| - | 250 | |
| Абсолютное обжатие, мм | 
| - | 1,0 | |
| Абсолютное уширение, мм | 
| - | 1,30 | |
| Расчетные данные: | ||||
| Условное относительное обжатие | 
| 
|
| |
| Толщина полосы после прокатки, мм | 
| 
|
| |
| Истинное относительное обжатие | 
| 
|
| |
| Коэффициент обжатия | 
| 
|
| |
| Средняя толщина полосы, мм |
| 
|
| |
|
| |||
|
| |||
| Ширина полосы после прокатки, мм | 
| 
|
| |
| Истинное относительное уширение | 
| 
|
| |
| Условное относительное уширение | 
| 
|
| |
| Коэффициент уширения | 
| 
|
| |
| Показатель уширения | 
| 
|
| |
| Коэффициент вытяжки | 
| 
|
| |
| 1 | 2 | 3 | 4 | |
| Длина полосы после прокатки, мм | 
| 
|
| |
| Абсолютное удлинение, мм | 
| 
|
| |
| Истинное относительное удлинение | 
| 
|
| |
| Условное относительное удлинение | 
| 
|
| |
Произведение коэффициентов 
| 1,0 | 
|
| |
| Сумма истинных относительных деформаций | 0 | 
|
| |
| Угол контакта полосы с валками, рад | 
| 
|
| |
| Начальный угол захвата полосы валками, рад | 
| 
|
| |
| Длина очага деформации, мм | 
| 
|
| |
| Площадь контактной поверхности полосы с валком, мм2 | 
| 
|
| |
| Фактор формы | 
| 
|
| |
Пример расчета коэффициента
напряженного состояния пσ , среднего контактного нормального напряжения рср и силы прокатки Р
| Параметр | Обозначение | Расчетная формула | Исходное и расчетное значение | |||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | |||||
| Исходные данные: | ||||||||
| Радиус валка, мм |
|
| 
| |||||
| Толщина полосы до прокатки, мм |
| - | 420 | |||||
| Ширина полосы до прокатки, мм |
| -
| 435 | |||||
| Толщина полосы после прокатки, мм |
| - | 350 | |||||
| Ширина полосы после прокатки, мм |
| - | 450 | |||||
| Скорость прокатки, м/с |
| - | 3,25 | |||||
| Средняя температура металла в очаге деформации, °С |
| - | 1110 | |||||
| Коэффициент трения при установившемся процессе прокатки |
| - | 0,36 | |||||
| Базовое значение напряжения текучести стали Ст3кп, Н/мм2 |
| Значения
| 77,9 | |||||
| Коэффициенты |
| 0,885 | ||||||
|
| 0,164 | |||||||
|
| 0,135 | |||||||
|
| 2,800 | |||||||
| Расчетные данные: | ||||||||
| Абсолютное обжатие полосы, мм |
|
| 
| |||||
| Относительное обжатие полосы |
|
| 
| |||||
| Среднее значение относительного обжатия |
|
| 
| |||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | |||||
| Средняя толщина полосы в очаге деформации, мм |
|
| 
| |||||
| Длина очага деформации, мм |
|
| 
| |||||
|
Фактор формы
|
| - | 
| |||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | |||||
| Показатель внеконтактной утяжки полосы |
| Определяется по графической зависимости (рис. А.1) при | 0,16 | |||||
| Длина очага деформации с учетом высотной утяжки полосы, мм |
|
| 
| |||||
| Фактор формы с учетом внеконтактной высотной утяжки полосы |
| - | 
| |||||
| Средняя скорость деформации, с-1 |
|
| 
| |||||
| Среднее значение напряжения текучести, Н/мм2 |
|
| 
| |||||
| Средняя ширина полосы, мм |
|
| 
| |||||
| Угол контакта полосы с валком, рад |
|
| 
| |||||
| Относительная ширина полосы |
| - | 
(полоса узкая)
| |||||
| Коэффициент Лоде при прокатке узких полос |
|
| 
| |||||
| Коэффициент, учитывающий влияние ширины полосы на |
|
| 
| |||||
| Результаты расчета | ||||||||
| Коэффициент напряженного состояния |
|
|
| |||||
| Среднее контактное нормальное напряжение, Н/мм2 |
|
|
| |||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | |||||
| Сила прокатки, МН |
|
|
| |||||
| Результаты расчета | ||||||||
| Коэффициент напряженного состояния |
|
|
| |||||
| Среднее контактное нормальное напряжение, Н/мм2 |
|
|
| |||||
| Сила прокатки, МН |
|
|
| |||||
, 
,
, 
определяются по табл. A.1
с применением формулы В.М. Луговского
Прессование металла
Прессование – один из распространенных методов ОМД. Осуществляют пре6ссование в горячем и в холодном состояниях, не только пластичных, но и хрупких материалов, не только компактных, но и порошкообразных. Методом прессования получают изделия самой разнообразной формы, определяемой формой очка матрицы (рис. 3.1). Сортамент изделий включает профили с описанным диаметром от 3 до 250 мм, трубчатые профили диаметром от 20 до 600 мм, полые профили с одним или несколькими каналами сложной формы и пр., которые другими способами получить затруднительно или вообще невозможно.
|
|
|
Рис. 3.1 Виды изделий, получаемых прессованием
Достоинствами способа является большие вытяжки за прессовку (до 1000), возможность прессования малопластичных материалов, универсальность способа – можно получать разнообразные изделия простой заменой матрицы, высокое качество поверхности и точность прессуемых изделий.
К недостаткам следует отнести повышенный расход металла из-за пресс-остатка, сравнительно высокую стоимость прессового оборудования, низкую производительность.
Известны два метода прессования - прямой и обратный (рис. 3.2). При прямом способе направление движения пуансона и изделия совпадают, при обратном – противонаправлены. Но главным отличием является наличие или отсутствие перемещения металла относительно стенок контейнера. При прямом прессовании металл скользит по поверхности контейнера (за исключением небольших участков в углах, образованных контейнером и матрицедержателем - т.н. «мертвые зоны»), преодолевая противодействие сил контактного трения. При обратном - такое скольжение металла отсутствует, поэтому сила обратного прессования в 1,5…2,0 раза меньше, чем при прямом. Но этот метод более сложен по использованию, длина изделия ограничена длиной штанги пуансона, ниже производительность. Поэтому он не получил широкого распространения.
Рис. 3.2. Методы прессования металлов: а) прямой; б) обратный: 1 – контейнер; 2 – матрица; 3 – матрицедержатель; 4 – изделие; 5 – слиток; 6 – пуансон
Процесс прессования осуществляют в гидравлических и механических прессах. Более распространены гидравлические прессы. Они отличаются простотой конструкции, обеспечивают значительные силы прессования, легкую регулировку скорости хода пуансона.
|
|
|
Гидравлические прессы бывают вертикального и горизонтального типов усилием до 60 МН и более. Прессы укомплектовывают соответствующим вспомогательным оборудованием для подачи и выдачи слитков из печи, транспортировки слитка от печи к прессу и установки его в контейнер, отрезки пресс-остатка и его уборки и пр. Все эти операции от посадки слитка в печь до уборки готовых изделий полностью механизированы и автоматизированы.
Прессование полых изделий, в т.ч. труб, осуществляют из пустотелых гильз или сплошных заготовок на оправке (игле). При использовании сплошных заготовок ее вначале прошивают иглой в контейнере, а затем начинают процесс прессования – металл выдавливают в щель между матрицей и иглой.
Эффективность прессования во многом зависит от прессового инструмента. В процессе прессования он подвергается циклическому воздействию высоких температур (до 1250оС) с частыми теплосменами, высоким давлениям, абразивному трению. Особенно это относится к матрицам. По количеству отверстий матрицы бывают одно- и многоочковые (до 30). Существенной частью матрицы является рабочий поясок, определяющий размер и форму прессуемых изделий (рис. 3.3). Длина рабочего пояска 4…5 мм для мелких профилей и 10…15 мм – для крупных.
Рис. 3.3. Сечение типовой матрицы:
1 – заходная часть, 2 – рабочий канал, 3 – калибрующий поясок, 4 – выходная часть.
Из-за быстрого износа и потери размеров применяют матрицы со вставками из твердосплавных материалов.
Благоприятная схема деформации – трехосного сжатия, обеспечивает возможность прессования даже малопластичных и хрупких металлов, в т.ч. титана, вольфрама, молибдена, бериллия, циркония и пр. Определяющими являются термомеханические условия прессования – температура, свойства металлов, вытяжка, условия трения. Обычно для получения требуемых свойств необходима не менее, чем 10-кратная вытяжка литого металла.
С точки зрения повышения выхода годного желательно иметь слитки возможно большей длины, но при этом резко возрастают сила прессования, размеры оборудования и пр. Практикой установлены такие соотношения между длиной L слитка и его диаметром D: L = (2,0…3,0) D для сплошных изделий и L = (1,5…2,0) D для полых.
|
|
|
При прессовании различают скорость прессования Vпр (скорость движения пуансона) и скорость истечения металла из матрицы Vист. Они связаны между собой зависимостью Vист= λ Vпр, где λ – коэффициент вытяжки.
Обычно пластичные металлы прессуют с повышенной скоростью истечения (алюминий до 25 м/сек, сталь – до 8 м/сек), а малопластичные со скоростью всего 5 см/сек.
Прессование осуществляют со смазкой. Обычно составной частью смазки является графит, а в качестве связки машинное масло и канифоль. При прессовании труднодеформируемых сплавов используют жидкое стекло.
Прессованные изделия обычно подвергают отделочным операциям – термообработке, травлению поверхности, правке, зачистке дефектов, нанесению защитных и/или декоративных покрытий и пр.
Показатели деформации при прессовании
Варианты заданий выдаются преподавателю лично каждому студенту под подпись.
Таблица 3.1
| № варианта | Размеры сечения пресс- изделия | Dk,мм | Vпр, м/мин | αo |
| 1 | 
| 100 | 2 | 30 |
| 2 | 
| 115 | 5 | 60 |
| 3 | 
| 130 | 1 | 60 |
| 4 | 
| 125 | 4,0 | 30 |
| 5 | 
| 130 | 5,0 | 60 |
| 6 | 
| 130 | 2,5 | 90 |
| 7 | 
| 125 | 2,0 | 60 |
| 8 | 
| 130 | 3,0 | 60 |
| 9 | 
| 100 | 1,5 | 30 |
| 10 | 
| 125 | 2,0 | 60 |
| 11 | 
| 135 | 1,0 | 30 |
| 12 | 
| 120 | 1,7 | 60 |
| 13 | 
| 110 | 2,0 | 60 |
| 14 | 
| 125 | 3,2 | 90 |
| 15 | 
| 130 | 2,1 | 30 |
Волочение металла
Волочение металлов применяют при изготовлении изделий малых сечений и вместе с тем большой длины – проволоки, прутков, труб (рис. 4.1). Заостренный конец прутка проталкивается через коническое отверстие инструмента (волоки), захватывается на выходе из волоки клещами или наматывается на барабан, и под действием приложенного усилия протягивается через волоку с уменьшением площади поперечного сечения и соответствующим удлинением. Волочение позволяет получать изделия с точными размерами и хорошим качеством поверхности.
Рис. 4.1. Схема процесса волочения
Волочение черных и цветных металлов выполняется в подавляющем большинстве случаев в холодном состоянии. Для уменьшения сил трения в канале волоки применяют смазку. Холодная деформация сопровождается упрочнением металла – значительно повышаются показатели прочности, и уменьшается пластичность. Возможности деформации за одну протяжку ограничены пластическими свойствами металла и прочностью переднего конца получаемого профиля, который передает силу волочения в очаг деформации. Напряжение волочения должно быть ниже предела прочности металла на выходе из очага деформации.
|
|
|
Величина коэффициента вытяжки (который определяется как отношение площадей поперечного сечения заготовки до и после деформации) за одну протяжку, как правило, не превышает значения 1,3÷1,4. Максимальные вытяжки (1,8÷2,0) достигаются в процессах волочения труб на длинной оправке, когда существует возможность передачи силы волочения в зону деформации через оправку.
При малых значениях коэффициента вытяжки за одну протяжку деформация становится неравномерной, сосредоточивается в периферийных слоях металла. Поэтому минимальная величина единичной деформации также ограничена. Для сплошного круглого профиля минимальный коэффициент вытяжки составляет обычно 1,1÷1,2.
Максимальное суммарное обжатие ограничивается резким снижением пластичности металла. Величина суммарных обжатий обычно составляет 40÷60%, может достигать максимальных значений 90÷95%. Для восстановления пластических свойств металла и возможности дальнейшей его деформации необходимо проведение промежуточной термической обработки. Ряд протяжек, выполняемых последовательно до получения готового изделия или до промежуточной термообработки, называют маршрутом волочения.
При одинаковом суммарном обжатии eå маршрут волочения может быть разным как относительно количества протяжек, так и относительно применяемых единичных обжатий. Обычно при построении маршрутов волочения предусматривают постепенное уменьшение единичных обжатий с учетом упрочнения металла. Повышенные обжатия в первых проходах увеличивают равномерность деформации по сечению получаемого профиля.
В процессе волочения работа деформации и контактного трения превращается в тепло, приводящее к значительному повышению температуры металла, особенно при высоких скоростях волочения. Температура изделия не должна превышать 250 °С, так как при более высокой температуре происходит старение металла. Для увеличения скорости волочения создают условия для улучшения отвода тепла, для более эффективной смазки. В данное время скорость волочения низкоуглеродистой стальной проволоки достигает 2400 м/мин. С точки зрения минимальных усилий волочения оптимальными являются скорости 900÷1500 м/мин.
Прикладывать силу волочения можно двумя способами: для изделий малого сечения – наматыванием заготовки на приводной барабан; для изделий большого сечения (рис. 4.2), которые невозможно гнуть, – с помощью каретки с захватом и крюком, передвигающегося при помощи приводной цепи Галля или гидравлики (рис. 4.3). В зависимости от этого волочильные станы называются барабанными и цепными.
Волочением изготавливают стальные трубы диаметром 0,3¸200 мм с толщиной стенки 0,03¸12 мм, трубы из меди и ее сплавов размером (3¸360)х(0,5¸10) мм, никеля и сплавов - (0,4¸258)х(0,05¸12) мм, из алюминиевых сплавов - (4¸180)х(0,5¸10) мм, титановых - (6÷62)х(1÷4) мм. Трубы выпускаются в основном круглого поперечного сечения, а также профильные, в том числе спиральные.
Рис. 4.2. Схема многопроходного волочения
В зависимости от цели - деформации только по диаметру или одновременно по диаметру и толщине стенки (применяются различные способы безоправочного (рис 4.4 а) и оправочного (рис 4.4 б-г) волочения.
Рис. 4.3 Схема стана для волочения прутков с гидравлическим приводом
Рис. 4.4 Схема безоправочного и оправочного волочения труб:
а - безоправочное волочение; б – на короткой стационарной цилиндрической оправке; в – на самоустанавливающейся оправке; г – на длинной подвижной оправке
Показатели деформации при волочении.
|
|
|
