Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!

Поняття про процеси обробки металів тиском

РОЗДІЛ IV

ОБРОБКА МЕТАЛІВ ТИСКОМ

Глава I

Поняття про процеси обробки металів тиском

§ 1. Обробка тиском як технологічний процес

Обробкою тиском називається технологічний процес одержання фасонних деталей і заготівель методом пластичного деформування в холодному й гарячому стані.

Обробці тиском піддається 90% виплавлюваної сталі, 55% кольорових металів і їхніх сплавів, різні види пластмас і ін. неметалічних матеріалів.

Обробка тиском є високоефективним і прогресивним технологічним процесом. Ковані й штамповані деталі становлять 60―85% від ваги автомобілів, літаків, тракторів і ін. машин.

При обробці тиском одержують не тільки певну форму й розміри, але й досягають необхідні величини показників механічних і фізико-механічних властивостей металу деталей машин.

§ 2. Пластична деформація при обробці

металів тиском

Пластична деформація - складний фізико-хімічний процес, у результаті якого поряд зі зміною форми й будови вихідного металу змінюються його фізико-хімічні властивості.

Як відомо, метали й сплави мають кристалічну будову, що характеризується тим, що атоми в кристалах розташовуються в місцях стійкої рівноваги в строго певному для кожного металу порядку.

У промислових умовах затвердіння металу починається одночасно в багатьох центрах кристалізації й тому метал виходить полікристалічним.

При холодній пластичній деформації під дією зовнішніх сил у кристалі виникають напруги. Поки ці напруги не перевищили певної для даного металу величини, названої межею пружності, відбувається пружна деформація. При пружній деформації атоми відхиляються від місць стійкої рівноваги на відстані, не перевищуючі міжатомні. Після зняття навантаження під дією міжатомних сил атоми повертаються в колишні місця стійкої рівноваги, при цьому змін у будові й властивостях металу не відбувається.

Зі збільшенням зовнішнього навантаження збільшуються й відхилення атомів. При певних для даного металу напругах (границі текучості) атоми зміщаються в нові місця стійкої рівноваги на відстані, значно перевищуючі міжатомні. Після зняття навантаження форма кристала не відновлюється, він одержує пластичну деформацію.

Пластична деформація супроводжується перекручуванням кристалічної структури, утворенням осколків і залишкових деформацій.

Ці явища, утрудняючи процес подальшої деформації, викликають зміни механічних і фізико-хімічних властивостей вихідного металу: міцність, твердість, електроопір й хімічна активність збільшується, а пластичність, ударна в'язкість і магнітна проникність зменшується.

Сукупність змін механічних і фізико-хімічних властивостей у результаті холодної пластичної деформації називається наклепом (зміцненням).

У більшості сплавів завжди присутні неметалічні домішки (окисли, карбіди), які розташовуються між зернами у вигляді плівок або окремих кульок. При обробці тиском ці включення роздрібнюються й витягаються, надаючи металу волокнистої будови, що при макроаналізі виявляється оком.

Величина пластичної деформації металів обмежена їхніми пластичними властивостями.

Більшість металів обробляються тиском у нагрітому стані. Пояснюється це тим, що з підвищенням температури пластичність збільшується, опір деформації зменшується.

Якщо пластична деформація робить зміцнюючий вплив на метал, то підвищення температури викликає його знеміцнення. При незначному нагріванні, що збільшує рухливість атомів, у холоднодеформованому металі зменшуються залишкові напруги й до деякої міри усувається перекручування кристалічної ґратки. При цьому форма й розміри деформованих зерен не змінюються, волокниста структура металу повністю зберігається. У результаті розглянутих явищ, названих поверненням, міцностні властивості металу зменшуються, а пластичні – збільшуються.

Повернення в чистих металів відбувається при температурах

де ― абсолютна температура плавлення металу

Сплави ж мають температуру повернення більш високу, чим чисті метали.

Чим вище температура нагрівання, тим рухоміші атоми й тим активніше протікає повернення. При температурі вище температури повернення в деформованому металі відбувається рекристалізація, тобто процес зародження й росту нових рівновісних зерен з неспотвореною кристалічною структурою замість деформованих. У результаті рекристалізації залишкові напруги знімаються, відновлюються його вихідні властивості й, таким чином, повністю знімається зміцнення, отримане металом у процесі його деформування.

Для чистих металів температура рекристалізації:

Рекристалізація не усуває волокнисту будову, тому що вона не відбувається в неметалічних домішках.

Таким чином, обробка металів тиском при підвищених температурах супроводжується одночасною дією як зміцнюючих, так і знеміцнюючих процесів. Залежно від того, які із цих процесів переважають, обробка тиском підрозділяється на холодну, неповну гарячу й гарячу деформацію.

Холодная деформація характеризується інтенсивним зміцненням і відсутністю повернення й рекристалізації. Міцність різко збільшується, а пластичність зменшується.

При неповній гарячій деформації – рекристалізація відсутня, а повернення відбувається.

При гарячій обробці тиском – зміцнення, отримане металом у процесі пластичної деформації, повністю знімається рекристалізацією, а метал одержує рівноважну мікроструктуру, причому волокниста будова зберігається.

§ 3. Нагрівання металів перед обробкою

тиском

Метали, оброблювані тиском, повинні мати пластичність. Чим вище пластичність і нижче міцність, тим більшою ковкістю володіє метал.

Найкраща пластичність сталі досягається нагріванням, тому що вона безупинно збільшується в інтервалі температур від 300º до 1200º залежно від вмісту в сталі вуглецю. Сталі з меншим вмістом вуглецю обробляються тиском при більш високих температурах, а сталі з підвищеним змістом вуглецю - при трохи знижених температурах.

Всі домішки, що входять у сталь, ведуть до зниження температури. Температурний інтервал для легованих сталей характерний деяким звуженням з невеликим зниженням граничних температур обробки. Мідь обробляється в зоні температур 900―700º, латунь 760―600º, бронза 900―750º.

Алюмінієві сплави при 470―380º, магнієві 430―350º.

Термічний режим нагрівання сталі перед обробкою тиском повинен забезпечити: одержання необхідної температури заготівлі при рівномірному нагріванні її по перетину й довжині, збереження цілісності заготовки, мінімальне зневуглецювання поверхневого шару й мінімальний відхід металу в окалину (вигар). Час нагрівання металу до заданої температури залежить від температури робочого простору печі, форми перетину й розмірів заготівлі, фізичних властивостей металу й способу укладання заготівель на поду печі.

§ 4. Нагрівальні пристрої

Для нагрівання злитків і великих заготівель найчастіше застосовують полум'яні печі, а для нагрівання середніх і дрібних заготівель поряд з полум'яними печами застосовують електричні нагрівальні пристрої.

За технологічною ознакою розрізняють печі для нагрівання вихідного матеріалу під прокатку, кування й штампування, пресування (видавлювання).

За конструктивними ознаками нагрівальні пристрої можна розділити на печі періодичної дії (камерні печі) і безперервної дії (методичні й напівметодичні).

У камерних печах метал у процесі нагрівання залишається нерухомим, температура в будь-якій крапці печі приблизно однакова, завантаження й видача металу виробляється періодично.

У печах безперервної дії метал пересувається по поду печі або разом з подом (конвеєрні печі) від місця завантаження в піч до місця вивантаження з печі за допомогою спеціальних механізмів-штовхачів. Температурний режим по довжині печі методично (поступово) змінюється від мінімальної температури до заданої; завантаження й видача металу здійснюється без порушення теплового режиму печі.

У прокатних і трубопрокатних цехах для нагрівання злитків застосовують нагрівальні колодязі, а для нагрівання заготівель – двох-трьох- і багатокамерні методичні полум'яні або рідше електричні нагрівальні печі безперервної дії.

У ковальських цехах нагрівання злитків під кування роблять у камерних печах зі стаціонарним або висувним подом. Застосовують також камерні механізовані печі з безперервним завантаженням, а також напівметодичної й методичні полум'яні печі й печі з електронагрівом.

У пресових цехах злитки або заготівлі нагрівають у методичній або камерній полум'яній печах і в печах з електронагрівом.

§ 5. Основні способи обробки

металів тиском

1. Прокатка ― один з важливих способів обробки тиском, яким обробляється більше 75% виплавлюваної сталі. Прокатка здійснюється захватом заготівлі й деформації її між обертовими в різні сторони валками прокатного стана. При цьому товщина заготівлі зменшується, а довжина й ширина збільшується. Валки мають гладку поверхню для прокатки аркушів і вирізані струмки для одержання різних профілів.

2. Волочіння ― процес, при якому заготівля простягається на волочильному стані через отвір інструмента, названого волокою. При цьому поперечний переріз заготівлі зменшується, а довжина її збільшується.

3. Пресування ― являє собою видавлювання заготівлі, поміщений у спеціальний контейнер, через отвір. Залежно від форми й розмірів отвору одержують різноманітні вироби.

4. Кування металу полягає в обробці заготівлі між верхнім і нижнім бойками молота із застосуванням різноманітного ковальського інструмента. Вільним куванням одержують кування різних розмірів простої і складної форми на молотах або пресах.

5. Штампування – процес деформації металу в штампах, форма й розміри внутрішньої порожнини яких визначають форму й розміри одержуваного кування. Розрізняють об'ємне й листове штампування.

Вихідними матеріалами для обробки металів тиском служать злитки й заготівлі різних розмірів і маси. Для виробництва прокату на металургійних заводах найчастіше застосовують сталеві злитки масою 5―8 тон. Злитки кольорових металів і сплавів звичайно мають масу від 50―1000 кг.

Глава II

Пресування

§ 1. Сутність методу

Сутність способу пресування полягає у видавлюванні металу, укладеного в замкнуту порожнину, через отвір меншого перетину вихідного металу.

Пресування найчастіше застосовують для обробки кольорових металів і сплавів і рідше для обробки сталей.

Пресуванням можна одержувати різні профілі: прутки 5―300 мм; труби із внутрішнім 18―350 мм із товщиною стінок 1,25―50 мм і ін.

Вихідним матеріалом для пресування є круглі злитки 120―160 мм і довжиною 200―1000 мм і заготівлі.

Пресовані вироби з кольорових металів (міді і її сплавів, цинкових, титанових), а також зі сталей і сплавів в основному є заготівлями для одержання виробів волочінням, прокаткою й ін. Пресовані профілі з алюмінію, магнію і їхніх сплавів є готовими виробами.

§ 2. Методи пресування

Розрізняють 2 основних методи пресування: прямий і зворотній.

При прямому методі пресування плин металу збігається з напрямком руху пуансона; при зворотному методі метал тече назустріч напрямку руху пуансона. (Рис.)

При прямому методі пресування нагріту заготівлю 1 поміщають у контейнер 2 пресу. Контейнер має набір втулок з різним внутрішнім діаметром, що дозволяє пресувати на одній і тій же установці злитки різного діаметра. З однієї сторони контейнера за допомогою тримача матриці 3 закріплена матриця 4. З іншої сторони контейнера встановлений пуансон 5 із пресшайбою 6 на кінці, що входить у втулку контейнера. При роботі преса пуансон одержує необхідний тиск Р и передає його через пресшайбу на заготівлю, змушуючи метал пластично деформуватися при проходженні через вихідний отвір матриці. До кінця пресування в контейнері залишається частина металу, названа прес-залишком злитка. Відходи металу становлять 18-20% від маси злитка.

При зворотному методі пресування у втулку контейнера 2 входить порожній пуансон 5 з матрицею 4 на його кінці. Вихідний отвір у тримача матриці 3 закрито заглушкою 6. При русі пуансона матриця давить на злиток 1, у результаті чого метал випливає через отвір матриці в напрямку, зворотному переміщенню пуансона. (Рис.)

При пресуванні зворотним методом у порівнянні із прямим відходи металу менше (5-6% маси злитка), а зусилля пресування менше на 25-30%.

Прямій і зворотний методи пресування здійснюються на тому самому пресі. Є спеціальні преси зворотного пресування, у яких на нерухомий пуансон насувається контейнер зі злитком, але вони мають дуже обмежене застосування через складність конструкції.

§ 3. Пресування труб

При пресуванні труб нагріта суцільна заготівля 1, міститься у втулку контейнера 2, спочатку трохи обжимається, а потім пронизується сталевою голкою 8. Голку зміцнюють на кінці пуансона або в минаючому через порожній пуансон голкотримачі. При прошиванні заготівлі передній кінець голки виходить на деяку відстань із отвору матриці 4. Внаслідок цього між стінками отвору матриці й зовнішньою поверхнею сталевої голки утвориться кільцевий зазор. При русі пуансона 5 разом із пресшайбою 6 у напрямку матриці метал видавлюється через кільцевий зазор і приймає форму труби 7. Зовнішній діаметр труби дорівнює діаметру отвору матриці, а внутрішній - діаметру сталевої голки. (Рис.)

Труби пресують також з порожніх заготівель. У цьому випадку голка проходить через заготівлю й займає робоче положення в матриці, після чого починається процес пресування.

§ 4. Пресовий інструмент і встаткування для

пресування

Основними інструментами є матриця, пресшайба, тримач матриці, пуансон, контейнер із втулкою, а також голка й голкотримач при пресуванні труб.

До інструмента пред'являються великі вимоги по стійкості й відносній незмінюваності розмірів і профілю в умовах високих температур (від 800―900° до 1000-1250°) і великих навантажень. Виготовляють інструмент із легованих сталей і сплавів 38ХМЮА; 5ХНМ; 4ХВ2С и ін.

Процес пресування здійснюється при температурах гарячої обробки тиском на пресах.

За типом виробництва преси розділяють на гідравлічні й механічні, а за методом роботи – на преси прямого й зворотнього пресування. У промисловості одержали найбільше поширення гідравлічні преси з горизонтальним або вертикальним розташуванням контейнера.

Горизонтальні гідравлічні преси прямого пресування по призначенню діляться на пруткові й трубні. Їхня пресова установка складається із преса, розподільника води до робочих частин преса, насосної станції, акумулятора води високого тиску, акумулятора води низького тиску. Зусилля пресів досягає 1500 т.

Особлива увага при пресуванні приділяють нагріванню металу й очищенню його від окалини, тому що заготівлі з окалиною різко знижують стійкість матриць.

§ 5. Технологічний процес пресування

Процес пресування металу складається з наступних стадій:

1. підготовка злитка до пресування (видалення зовнішніх дефектів, різання на мірні довжини);

2. нагрівання злитка до заданої температури й подача його до контейнеру;

3. пресування;

4. обробка виробу (охолодження, ламання заднього кінця для повного видалення прес-залишку, різання на мірні довжини, виправлення, видалення дефектів).

З метою зменшення тертя металу об стінки контейнера й досягнення більш рівномірного витікання металу з матриці застосовують мастило - суміш машинного масла із графітом, рідке скло й ін.

Температуру пресування вибирають, виходячи із властивостей оброблюваного матеріалу і його впливу на якість одержуваних виробів, стійкість пресового інструменту й зусилля пресування.

Температура пресування зв'язана зі швидкістю пресування, тобто швидкістю руху пуансона в період робочого ходу (деформації). При високих швидкостях пресування температура металу помітно підвищується. Це може привести до перегріву металу й одержання виробу із тріщинами й надривами. Тому чим вище температура нагріву металу, тим менше швидкість пресування й навпаки.

До переваг методу пресування відноситься:

1. більш висока точність виготовлення профілів, чим при прокатці;

2. можливість виключення малопродуктивних оздоблювальних

операцій;

3. висока продуктивність;

4. можливість одержання складних профілів.

Поряд з перевагами в пресування є істотнінедоліки:

1. значне зношування інструмента;

2. великий відхід металу, особливо при пресуванні труб великого діаметра.

Глава III

Волочіння

§ 1. Сутність методу

Сутність методу волочіння полягає в протаскуванні оброблюваної заготівлі через отвір волоки, розміри якої менше розмірів перетину вихідної заготівлі.

При волочінні металевим виробам надають точні розміри, задану геометричну форму, чисту й гладку поверхню.

Піддаючи заготівлю волочінню кілька разів, можна одержати виріб найтоншого перетину.

Волочінням обробляють вуглецеві й леговані сталі, кольорові метали і їхні сплави.

Вихідним матеріалом є дріт, прутки й труби, одержувані гарячою прокаткою (сталь, кольорові метали і їхні сплави), гарячим пресуванням (латуні, бронзи, алюмінієві сплави), безперервним литтям (алюмінієві сплави) і методом порошкової металургії (спіканням).

Сутність процесу волочіння полягає в наступному. У прутка 1 загострюється передній кінець, що пропускають через очко волоки 2. До переднього кінця прутка, що виходить із волоки, прикладають зовнішню силу Р, названу зусиллям волочіння. Пруток, проходячи через очко волоки, деформується й приймає форму й розміри очка волоки. Кінцевий перетин прутка менше вихідного. (Рис.)

Залежно від форми очка волоки при протяганні прутків і форми оправлення й очка волоки при протяганні труб можна одержувати різні прості й фасонні профілі, а також фасонний дріт.

Промисловість випускає прутки 5―50 мм; дріт 0,006 – 16 мм; труби 0,6 – 400 мм із товщиною стінки 0,05 – 15 мм.

§ 2. Інструмент і встаткування для волочіння

Волока - основний інструмент при волочінні. У процесі волочіння на волоку діють значні навантаження, тому що в її каналі під дією зусилля волочіння відбувається пластична деформація металу.

Волока складається із двох деталей: волоки й обойми.

Волока має 4 зони: вхідну I, мастильну II, що деформує III, що калібрує IV. (Рис.)

Кут робочого конуса деформуючої зони при волочінні прутків вибирають у межах 6 – 18º залежно від виду виробу й властивостей металу, а при волочінні труб - 10 - 24 º. Чим більше твердість металу, тим менший кут робочого конуса.

Волоки виготовляють із твердих сплавів ВК6, ВК8, ВК10, ВК15, технічних сортів алмаза (для дроту діаметра менше 0,6 мм) або інструментальної сталі У8, У12, а також з легованої сталі ШХ15, Х12М.

Обладнання, на якому здійснюється волочіння, називається волочильними станами. Волочильні стани за принципом роботи тягнучих пристроїв підрозділяються на дві групи:

1. с прямолінійним рухом тягнучих пристроїв – ланцюгові, рейкові, гвинтові;

2. с намотуванням оброблюваного матеріалу на барабан – барабанні.

Волочильні стани із прямолінійним рухом виробів, за конструкцією привода бувають механічні, а також з гідравлічним і пневматичним приводом, за призначенням - для волочіння прутків або труб, за числом виробів, що простягають одночасно, - одне або багатониточні.

Барабанні стани залежно від числа потягувань діляться на однократні, коли волочіння проходить через одну волоку, і багаторазові, коли заготівля проходить послідовно декілька волок зменшуваних перетинів.

§ 3. Технологічний процес волочіння

Включає: підготовку металу до волочіння, установлення режиму волочіння й обробку готової продукції.

При підготовці металу до волочіння видаляють окалину з поверхні заготівлі й наносять на неї мастило.

Окалина видаляється хімічним, механічним або електрохімічним способами, а також за допомогою ультразвуку, вакууму й ін. Найчастіше застосовують хімічне травлення у водяних розчинах кислот.

Кінцевою операцією підготовки поверхні заготівлі є сушіння в спеціальних сушильнях з посиленою циркуляцією повітря при 300―350ºС. Під час сушіння видаляються волога й деяка частина розчиненого в металі водню, що сприяє усуненню крихкості металу.

На суху поверхню заготівлі перед протяганням наносять відповідне змащення (масло мінеральне, графіт, мило, емульсії).

Режим волочіння металу регламентується технологічними картами, у яких указується маршрут волочіння, температура й тривалість проміжного відпалу й режим травлення.

Обробка готової продукції заклечається у видаленні дефектів, виправленню, різанню на мірні довжини, маркуванню, змащенню або поверхневому покриттю й упакуванні.

Деякі види холодного прокату (дріт, прутки, труби, смуги) повинні мати точний поперечний переріз і чисту поверхню. Із цією метою їх піддають калібруванню, тобто протяганню через волоку без істотного обтиснення й витяжки.

Глава IV

Прокатка металів

§ 1. Сутність способу прокатки

Сутність прокатки полягає в пластичному деформуванні металу при пропущенні його між обертовими валками. При цьому зазор між валками повинен бути менше товщини оброблюваної заготівлі.

При звичайній прокатці товщина заготівлі зменшується, а ширина й довжина збільшуються, тобто відбувається обтиснення, розширення й витяжка.

При прокатці метал захоплюється й обжимається двома обертовими валками. Метал втягується в щілину між валками завдяки силам тертя, які виникають на поверхні зіткнення металу з валками під впливом тиску. При цьому метал піддається деформації на ділянці контакту з валками.

Вихідною заготівлею при прокатці сталі є злитки вагою до 25 т. Форма поперечного переріза прокатаної продукції називається її профілем. Перелік різних профілів усіляких розмірів прийнято називати сортаментом.

Продукція сталевого прокату ділиться на наступні основні групи: сортовий, листовий, трубний, спеціальний і періодичний прокат.

Профілі сортового прокату діляться на 2 групи:

1. простої геометричної форми (квадрат, коло, шестигранник, восьмигранник, смуга, трикутник і ін.);

2. фасонні профілі, які у свою чергу діляться на профілі загального призначення й профілі спеціального призначення.

Спеціальні профілі виготовляються для сільгоспмашинобудування, суднобудування, вагоно- і тракторобудування, будівництва й т.д.

Листовий прокат ділиться на: товстолистовий – з товщиною аркуша 4―60 мм, а в особливих випадках до 500 мм і вище й тонколистовий – з товщиною аркуша менш 4 мм. До тонколистової сталі відноситься оцинкована сталь, усіляка жерсть, стрічка.

Трубний сталевий прокат ділиться на безшовні труби із зовнішнім діаметром від 5 до 426 мм при товщині стінок 0,5―40 мм і труби зварні із зовнішнім діаметром до 1420 мм при товщині стінок до 14 мм.

Спеціальний сталевий прокат містить у собі продукцію закінченої форми, наприклад вінці зубчастих коліс, бандажі залізничних коліс, кульки для шарикопідшипникової промисловості.

Періодичний прокат – прокат, поперечний переріз якого по довжині періодично міняється, наприклад, заготівля вагонної осі, півосі для автомобілів. Періодичний прокат знаходить широке застосування у вигляді заготівель під остаточну механічну обробку.

Продукція прокату становить більше 75% всієї виплавлюваної сталі. Велика кількість кольорових металів і сплавів піддається прокатці. Продукція прокату використається безпосередньо в конструкціях, а також у вигляді заготівель для виготовлення деталей у механічних і ковальсько-штампових цехах.

§ 2. Інструмент і встаткування для прокатки

Інструментом прокатки є валки, за допомогою яких обробляються злитки й інші заготівлі. Валки бувають:

1. гладкі для прокату листів, стрічок;

2. східчасті для прокатки смугової сталі;

3. струмкові для одержання сортового прокату.

Профіль вирізу на бічній поверхні валка називається струмком. Струмок верхнього й нижнього валків у сукупності утворять калібр.

На кожній парі валків розміщають кілька калібрів, форма яких залежить від профілю, що прокочує. Складні профілі прокату одержують послідовними пропусками металу через серію калібрів. Для рейок число калібрів 9, для балок від 9 до 13, для дроту - від 15 до19.

Залежно від стадії прокатки розрізняють калібри обтискні (що зменшують перетин заготівлі), чорнові (що приближають перетин заготівлі до заданого профілю) і чистові або оздоблювальні (які дають заданий профіль).

Обладнання, на якому прокочується метал, називається прокатним станом. Принцип роботи прокатного стана наступний: прокатні валки монтуються в підшипниках, що перебувають у стійках станини. Комплект валків разом зі станиною називається робочою кліттю. Робочі валки одержують обертання від двигуна через редуктор, що передає обертовий рух через шестеренну кліть і шпинделі.

До прокатного стану відносяться також допоміжні машини й механізми, що виконують підсобні операції по різанню, обробці, транспортуванню металу, який прокатують.

§ 3. Класифікація прокатних станів

Стани класифікуються по 3 основним ознакам:

1. за призначенням;

2. за числом й розташуванням валків у робочих клітях;

3. за числом й розташуванням робочих клітей.

За призначенням стани розділяють на 2 основних типи:

1. стани для виробництва напівпродукту;

2. стани для виробництва готової продукції.

До першого типу відносяться обтискні й заготовочні стани. Обтискні стани – блюмінги й слябінги з діаметром валків 800―1400 мм – призначені для прокатки злитків у заготівлі великих розмірів (блюми й сляби), які як напівпродукт надходять для наступної прокатки в заготівлі менших розмірів або для одержання готового продукту. Заготовочні стани маючи діаметр валків 450―750 мм призначені для прокатки блюмів у заготівлі більш дрібних розмірів (від 50 50 мм до 150 150 мм), що є вихідним матеріалом для подальшої прокатки на сортових станах.

До другого типу станів відносять:

1. рейкобалкові з валками діаметром 750 - 900 мм для прокатки

залізничних рейок, двотаврових балок, швелерів, куточків

великих розмірів;

2. крупносортові з валками діаметром 500 - 750 мм для прокатки крупносортової сталі (квадратної й круглої від 80 до 150 мм), балок і швелерів 120-140 мм;

3. середньосортові з валками діаметром 350-500 мм для прокатки середньосортової сталі (квадратної й круглої 40-80 мм), балок і швелерів висотою до 120 мм;

4. дрібносортні з валками діаметром 250―350 мм для прокатки дрібних сортових профілів (квадратних й круглих 8―40 мм), кутових профілів 20 20 до 50 50 мм;

5. дротові стани з валками діаметром 250-300 мм для прокатки дроту (катанки) діаметром 5-9 мм;

6. смугові (штрипсові) стани з валками діаметром 300-400 мм для прокатки смуг шириною 65-500 мм і товщиною 1,5-10 мм;

7. товстолистові стани для прокатки листів товщиною 4-60 мм;

8. тонколистові гарячої й холодної прокатки для листів товщиною 0,2-4 мм і шириною 500-2500 мм;

9. універсальні стани для прокатки універсальних смуг шириною 200-1500 мм;

10. трубні стани для виробництва безшовних і зварених труб;

11. стани спеціального призначення - колесо- і бандажепрокатні, кульопрокатні й т.д.

Як видно з наведеної класифікації, основною характеристикою сортових станів є діаметр робочих або шестеренних валків. Якщо в стані є кілька клітей, то характеристикою всього стана є діаметр валків чистової кліті. Наприклад, дротовий стан 250 означає, що діаметр робочих або шестеренних валків чистової кліті дорівнює 250 мм.

За числом й розташуванням валків у робочих клітях стани розрізняють:

1. дуо-стани - (двохвалкові) із двома валками в кожній кліті розташовані горизонтально один над іншим у вертикальній площині. (Рис.)

Стани дуо можуть мати постійний напрямок обертання валків (нереверсивні) і змінне (реверсивні). В останньому випадку валки періодично змінюють напрямок обертання й злиток або смуга проходить між валками вперед та назад кілька разів; обидва валки звичайно є приводними. Більше поширення одержали реверсивні дуо-стани: блюмінги, слябінги, товстолистові й ін.

2. Тріо-стани, у яких три валки розташовані горизонтально один над іншим в одній вертикальній площині. Смуга прокочується спочатку між нижнім і середнім валками, а потім спеціальним пристосуванням (підйомно-хитними столами) піднімається на рівень рознімання середнього й верхнього валків і при зворотному ході прокочується між середнім і верхнім валками. На тріо-станах прокочуються сортовий метал і листи. Листові тріо-стани мають середній не приводний валок трохи меншого діаметра, чим верхній і нижній, а на сортових - всі валки однакового діаметра.

3. кварто-стани мають чотири валки, вертикально розташовані один над іншим, два валки меншого діаметра (середні) - робочі, а більші (верхній і нижній) - опорні. Опорні валки сприймають тиск при прокатці й зменшують прогин робочих валків. Стани кварто бувають реверсивні й нереверсивні. Вони призначені для прокатки аркушів і смуг.

4. багатовалкові стани бувають шестивалкові, дванадцятивалкові, двадцятивалкові й ін. Ці стани мають два робочих вала малого діаметра, а інші - опорні. Через малий прогин робочих валків ці стани застосовують для холодної прокатки тонких смуг і вузьких стрічок у рулонах.

5. універсальні стани, які мають в одній робочій кліті вертикальні й горизонтальні валки. На цих станах метал обжимається по ширині й висоті. Універсальні стани застосовують для прокатки смуг названих універсальною сталлю. (Рис.)

По числу й розташуванню робочих клітей прокатні стани розділяють на одноклітові й багатоклітові. Найпростішим типом є одноклітовий стан. До них відносяться блюмінги, слябінги, товстолистові дуо- і тріо-стани, універсальні стани.

Багатоклітові стани мають дві й більше робочі кліті. Розташування клітей може бути: лінійним, послідовним і безперервним. У цих станів кожна робоча кліть або група з 2-4 клітей має лінію привода валків.

Лінійними станами з розташуванням робочих клітей в одну лінію є рейкобалкові й крупносортові стани.

Найпоширенішим типом сучасних багатоклітових станів є безперервні стани, у яких число робочих клітей дорівнює необхідному числу проходів; прокатка ведеться за принципом – у кожній кліті один прохід. Кліті розташовані послідовно одна за іншою так, що смуга одночасно перебуває у двох і більше клітях. Швидкість прокатки в кожній робочій кліті в міру зменшення перетину прокочуємої стрічки збільшується, що досягається зміною числа обертів валків при індивідуальному приводі валків кожної робочої кліті, або зміною передатного відношення й числа обертів валків і діаметра робочих валків при груповому приводі.

Непреривчаті стани застосовуються в якості заготовочних, сортових, дротових, штрипсових (смугових), листових для холодної й гарячої прокатки. Швидкість прокатки на цих станах досягає 3-?35 м/сек і більше, завдяки чому безперервні стани мають високу продуктивність.

Рис.

§ 4. Технологічний процес прокатки

Техпроцес прокатки являє собою комплекс послідовних термомеханічних операцій, виконуваних на відповідному встаткуванні стана для одержання напівпродукту або готової продукції.

Найбільш загальна схема техпроцеса прокатки включає наступні операції:

1. підготовка вихідного матеріалу до прокатки;

2. нагрівання металу перед прокаткою;

3. прокатка;

4. обробка й контроль якості прокату.

При підготовці вихідного матеріалу до прокатки видаляють поверхневі дефекти: плівки, шлакові включення на злитках, неглибокі тріщини й ін. Це поліпшує якість прокачаної продукції, збільшує вихід придатного.

Поверхневі дефекти видаляють вогневим зачищенням, обдиранням на металорізальних верстатах, пневматичною вирубкою, зачищенням абразивними колами, електродуговим і ін. способами.

Підготовлений вихідний матеріал нагрівають у різних нагрівальних пристроях з метою зменшення опору металу деформації, поліпшення його структури й додання достатньої пластичності. Якість нагрівання має велике значення, тому що воно впливає на продуктивність стана, якість матеріалу, що прокочує, величину браку, а також на макро- і мікроструктуру металу і його механічні властивості.

Нагрітий метал транспортується до стану для прокатки. Дотримання режиму обтиснень і температурного інтервалу прокатки забезпечує одержання прокачаної продукції потрібних розмірів, форми і якості поверхні.

Обробка прокату залежить від його виду, хім. состава металу й ін. факторів. Вона включає: різання, виправлення, охолодження або термообробку, видалення дефектів, упакування.

При виконанні всіх операцій здійснюється контроль якості поверхні металу, нагрівання, форми, розмірів і т.д. Готовий прокат піддають кінцевому контролю.

§ 5. Основні види прокатки

Розрізняють наступні види: поздовжня, поперечна й поперечнагвинтова прокатка.

При поздовжній прокатці заготівля переміщається перпендикулярно осі валків, які обертаються в протилежних напрямках. До 90% прокату виготовляють поздовжньою прокаткою (листи, прутки, смуги).

При поперечній прокатці валки, які обертаються паралельно в одному напрямку, обертають заготівлю, що деформується при примусовому переміщенні її уздовж валків.

При поперечній гвинтовій прокатці валки обертаються в одну сторону, але розташовані під кутом друг до друга. Таке розміщення валків забезпечує поява осьового зусилля, завдяки якому заготівля переміщається уздовж осей валків.

Поперечна й гвинтова поперечна прокатка застосовується при виготовленні виробів з перетином, що змінюється по довжині. Принцип гвинтової поперечної прокатки використовується також при виготовленні труб. (Рис.)

§ 6. Прокатка труб

Труби прокочуються на трубопрокатних станах. Процес прокатки безшовних труб ділиться на дві стадії:

1. одержання пустотілої гільзи зі злитка або круглого прокату;

2. одержання з пустотілої гільзи готової труби.

Пустотілі гільзи одержують частіше на прошивному стані. Для труб великого діаметра порожні гільзи можна одержати відцентровим литтям.

Прошивний стан складається із двох робочих косо розташованих валків. Валки обертаються в одному напрямку, а заготівля - у протилежному. Для втримання заготівлі між валками передбачають спеціальні пристрої. Робочі валки мають конуси прошивання й розкочування, а середні - калібрований пасок. Між валками на шляху руху порожньої заготівлі, що виходить (гільзи) установлюється оправлення. При розташуванні робочих валків під деяким кутом між їхніми осями досягається обертання заготівлі щодо своєї осі й одночасно поступальний її рух, завдяки чому заготівля насувається на оправлення й прошивається.

Після прошивання гільзу передають на періодичний нереверсивний дуо-стан. Гільза, надягнута на оправлення, подається у фасонний калібр змінного перетину. У момент, коли валки утворять калібр максимального діаметра, гільза подається у валки, а потім піддається деформуванню з висуванням її в напрямку, зворотному подачі. У момент, коли калібр знову буде максимального діаметра, гільза знову подається у валки на таку довжину, щоб надалі робоча ділянка калібру захопила нову не обтиснуту ділянку гільзи. Так поступово відбувається обтиснення гільзи в трубу. Прямий (подача заготівлі) і зворотний (момент обтиснення) хід чергується поворотом заготівлі навколо осі.

Після розкочування труби обробляються на спеціальній машині для усунення овальності й різностінність й потім піддаються прокатці на каліброваному стані для одержання остаточних розмірів.

При виробництві зварених труб вихідним матеріалом служить плоска прокачана заготівля (штрипс) у вигляді смуги згорнутої в рулон.

Процес виготовлення зварених труб складається з наступних операцій:

1. згортання заготівлі;

2. зварювання згорнутої заготівлі;

3. обробка труби.

Труби з маловуглецевої стали виготовляють із застосуванням зовнішнього зварювання на безперервному стані.

Трубна заготівля у вигляді рулону спочатку розмотується, а потім правиться на правильній машині. Передній кінець заготівлі відрізається ножицями й у зварювальному апарату зварюється з кінцем попередньої заготівлі, що попередньо був також обрізаний ножицями. Далі заготівля у вигляді стрічки надходить у довгу (до 40 м) газову піч. Нагріта в печі до температури 1350 º С стрічка направляється в безперервний трубний стан, що має 6 пар валків з відповідними калібрами, за допомогою яких стрічка поступово згортується в трубу, а потім шляхом натискання однієї крайки на іншу здійснюється зварювання крайок стрічки, тобто одержання труби. Безупинно вихідні зі стана труби розрізають пилкою по 6 - 8 м і калібрують на каліброваному стані.

Застосування електрозварювання дозволяє одержувати труби з більш тонкою стінкою, а також труби з підвищеним змістом вуглецю й навіть із легованих сталей.

Глава V

Кування металу

§ 1. Сутність процесу кування

Кування - процес деформування нагрітої заготівлі між верхнім і нижнім бойками молота або преса із застосуванням універсального інструмента.

Кування буває також ручним, із застосуванням кувалди, що застосовується в ремонтній справі для дрібних робіт.

Ковані заготівлі для наступної обробки називають куваннями. Маса їх від 0,1 кг до 300 т. Більші кування (масою більше 1,5 т) можна виготовляти зі злитків тільки куванням.

Менші кування можна виготовляти також штампуванням.

Куванням досягається не тільки необхідна форма кувань, але значно поліпшуються її первісні властивості й структура. Найбільше важко навантажені деталі сучасних машин виготовляються куванням або штампуванням. Наприклад, в автомобілі кількість деталей, виготовлених куванням або штампуванням, досягає 80%.

Вихідною заготівлею при куванні великих кувань, вага яких досягають 200 т (суднові прямі й колінчаті вали, ротори генераторів) є злитки. Кування масою 2 - 3 т іноді виготовляють із прокату у вигляді блюмів. Для виготовлення кувань вагою до 1 т вихідною заготівлею служить звичайний сортовий прокат.

За способом виготовлення кувань розрізняють вільне кування й гаряче об'ємне штампування.

§ 2. Операції вільного кування

Вільне кування ділиться на ручне й машинне. Ручне кування здійснюється на ковадлі за допомогою кувалди й різного ковальського інструмента. Ручне кування застосовують головним чином при ремонтних і складальних роботах, а також при виготовленні дрібних кувань у невеликій кількості. Її продуктивність украй низька.

Машинне кування здійснюється на ковальсько-пресовому встаткуванні, є основним методом, застосовуваному в машинобудуванні, а для одержання важких кувань (від 2 до 200 т) є поки єдиним.

Технологічні процеси одержання кувань дуже різноманітні, але всі вони представляють різні сполучення основних ковальських операцій: осідання, (висадження), витяжки, прошивання, гнучкі, закручування, рубання й ковальське зварювання.

Осіданням називається операція, за допомогою якої збільшують поперечний переріз вихідної заготівлі за рахунок зменшення її висоти.

Осіданням одержують заготівлі зубчастих коліс, фланців, трубних дисків з більшим поперечним перерізом при відносно малій висоті із заготівель меншого поперечного переріза.

Осідання, як попередню операцію перед прошиванням застосовують при виготовленні пустотілих кувань (кільця, барабани), а іноді як попередню для знищення дендритної структури злитка, підвищення його якості.

Місцеве осідання, застосовуване до частини заготівлі, наз. висадженням. Прикладом висадження служить операція одержання головки болта, коли заготівлею служить пруток діаметром, рівним діаметру болта.

Витяжкою називають операцію, за допомогою якої збільшують довжину заготівлі за рахунок зменшення її поперечного перерізу (вали прямі й з уступами). Для витяжки застосовують бойки (плоскі, вирізні), обтискачі. При витяжці круглих кувань застосовують патрони для втримання й кантування заготівлі й ін. інструмент.

Витяжку здійснюють послідовними ударами або натисканнями з подачею заготівлі уздовж осі й поворотом її навколо цієї осі. Два послідовних обтиски із проміжним кантуванням на 90º наз. переходом, за яким іде подача. Відношення площі поперечного переріза заготівлі до отриманої площі перетину кування наз. ступенемуковування.

Різновидом витяжки можуть бути: розгін, витяжка з оправленням, витяжка на оправленні.

Розгін застосовується тоді, коли необхідно метал роздати в сторони.

Витяжка з оправленням збільшує довжину пустотілої заготівлі за рахунок зменшення товщини стінок. Внутрішній діаметр визначається діаметром оправлення.

Витяжка на оправленні (роздача отвору) збільшує одночасно зовнішній і внутрішній діаметр пустотілої заготівлі за рахунок зменшення товщини її стінок.

Прошивання – операція, за допомогою якої в заготівлі одержують отвір (наскрізне прошивання) або поглиблення (глухе прошивання). Прошивання бувають циліндричної форми й фасонні. Отвори діаметром до 400 мм виконують суцільними прошиваннями, а понад 400 мм - пустотілі. При прошиванні отворів більших діаметрів в заготівлях у вигляді злитків прибуткову частину розташовують унизу.

Згинанням називають операцію, за допомогою якої міняють напрямок осі заготівлі з метою одержання продукції заданої форми.

Згинання супроводжується перекручуванням поперечного перерізу вихідної заготівлі й зменшенням її площі. При згинванні можливе утворення складок по внутрішньому діаметрі й тріщин по зовнішньому. Для одержання в заготівлі вигину перетину заданих розмірів заготівлі заздалегідь надають на цій ділянці збільшені поперечні розміри.

Закручування – операція, за допомогою якої одну частину заготівлі повертають стосовно іншої навколо загальної осі. Закручування застосовується при виготовленні колінчатих валів з розташуванням колін у різних площинах, спіральних свердлів. Інструментом для закручування служать качани, воротки й ін.

Рубанням – називають операцію, за допомогою якої заготівлі розділяють або тільки підрозділяють (підрубування) на частини.

Рубання іноді застосовують як заготівельну операцію при підготовці заготівель мірної довжини або при видаленні донної або прибуткової частини злитка.

До рубання прибігають при куванні кувань для видалення зайвого металу, а також при куванні фігурних кувань. Інструментом є сокири й підставки.

Ковальське зварювання – операція, за допомогою якої місцевим нагрівом й механічним впливом з'єднують в одне ціле частини або кінці поковки, що зварюється. Її застосовують тільки для одержання дрібних кувань. Ковальським зварюванням добре зварюється сталь, що містить до 0,3 % С. Домішки знижують зварюваність. Зварювання здійснюється в зоні високих температур (1275 - 1400 º).

§ 3. Устаткування для вільного кування

Ці машини підрозділяються на молоти й преси. У свою чергу молоти підрозділяються: приводні (важільні, пневматичні, фрикційні) і пароповітряні; а преси – гідравлічні й парогідравлічні.

Основною характеристикою молотів є маса падаючих частин, а пресів - найбільше зусилля, що розвиває плунжером.

Молоти забезпечують у плині робочого ходу ударний динамічний до 6,5 - 7 м/сек, а преси - відносно повільний статичний до 0,1 м/сек вплив робочого інструмента на оброблюваний матеріал.

При вільному куванні дрібних кувань застосовують пневматичні кувальні молоти, середніх й великих - пароповітряні кувальні молоти й гідравлічні преси, а для дуже великих кувань - тільки гідравлічні преси.

Гідравлічні кувальні машини розрізняють простої й подвійної дії. У молотах I типу повітря працює тільки в порожнині під поршнем робочого циліндра, а в молотах II типу - над і під поршнем. У цей час застосовують тільки молоти II типу.

Пневматичний молот подвійної дії має, станину, у верхній частині якої розташовані компресорний і робочий циліндри. Поршень компресорного циліндра служить для нагнітання повітря, що приводить у рух робочий поршень, до якого прикріплений шток з падаючою довбнею молота. Робочий і компресорний циліндри з'єднані повітророзподільним пристроєм, через яке стисливе повітря направляється в робочий циліндр поперемінно знизу й зверху. Стиснене повітря переміщає довбню молота відповідно нагору й униз. Управляючи розподілом повітря, можна регулювати переміщення падаючих частин молота й робити автоматичні й одиничні удари бойка по заготівлі, притискати кування до нижнього бойка або тримати довбню молота у висячому положенні.

Маса падаючих частин молота (поршня, штока й довбні) змінюється в межах від 50 до 1000 кг. Число ударів верхнього бойка молота становить 210 - 95 у хвилину.

Пароповітряні кувальні молоти можуть проводитися в дію паром або стисненим повітрям. Пароповітряні молоти розрізняють простої й подвійної дії. В останньому випадку пар або повітря піднімає рухливі частини молота й додатково збільшує енергію удару.

Пароповітряні молоти по конструкції розділяють на одностоїчні з падаючими частинами масою 500, 750 і 1000 кг, двохстоїчні аркового типу з падаючими частинами масою 1 - 5 т і двохстоїчні мостового типу з падаючими частинами масою 2 - 5 т.

На пароповітряному молоті можна робити одиничні й автоматичні удари бойка об кування, а також притиск кування бойками.

Тиск пару або повітря 7 - 9 атм.

До складу гідропресової установки входить гідравлічний прес, насосна установка, мережа високого тиску з акумулятором високого тиску, мережа низького тиску з акумулятором низького тиску, що живить насоси й прес на певних етапах циклу; орган керування - водорозподільник (дистрибутор); система трубопроводів з відповідними апаратурами, що з'єднує всі елементи в одну гідравлічну систему.

У сучасних пресових установках як робоча рідина застосовують водні емульсії й мінеральні масла під тиском 200 - 220 атм.

Гідравлічні кувальні преси мають номінальне зусилля 200 - 1500 т.

Парогідравлічні преси, на відміну від гідравлічних, мають привод від спеціального апарата - мультиплікатора, що може приводитися в рух паром, повітрям або електрикою.

§ 4. Технологічний процес вільного кування

При виборі тех. процесу вільного кування виходять із того, щоб одержати кування гарної якості, досягти високої продуктивності встаткування й мати мінімальна витрата металу, а також забезпечити безпеку в роботі.

Техпроцес складається з наступних операцій:

1. підготовка вихідного матеріалу;

2. нагрівання металу перед куванням;

3. кування на молотах або на пресах;

4. обробки кування.

Основними документами для виготовлення кування є креслення кування й технологічна карта.

У карті вказуються: марка сталі кування, розміри й маса заготівлі; норми витрати металу; основні й допоміжні оздоблювальні операції; основний і допоміжний інструмент і пристосування; тип і силові характеристики встаткування; режим нагрівання заготівлі; і ін.

Складання технологічної карти починається зі складання креслення кування й підбора заготівлі по ньому.

Креслення кування становлять по кресленню деталі з урахуванням припуску на механічну обробку, допуску на номінальні розміри кування (точність виготовлення) і припуску (надлишку металу) для спрощення обрисів кування.

Далі, виходячи із креслення кування, вибирають заготівлю або злиток.

Підготовка металу здійснюється в заготівельному відділенні цеху, при цьому видаляються поверхневі дефекти. Виробляється різання або ламання заготівлі на мірні довжини.

Заготівлі нагрівають у ковальських горнах, камерних або методичних печах.

Нагріту заготівлю подають до молота або до преса для кування. Порядок виконання ковальських операцій указують у технологічній карті.

Отримане кування піддають обробці, що складається у видаленні поверхневих дефектів, очищенні від окалини, термічної обробки (відпал або нормалізація).

У теперішній час вихід придатного металу при одержанні кувань зі злитків на пресах не перевищує 60%, а із прокату на молотах досягають 90%.

Коефіцієнт використання металу становить 0,4 - 0,5, а іноді 0,25 - 0,3.

Глава IV

Гаряче об'ємне штампування металу

§ 1. Сутність процесу гарячого об'ємного штампування

Об'ємне штампування - процес одержання кувань у штампах, при якому переміщення металу в сторони під час деформації обмежені поверхнями внутрішньої порожнини штампа.

Штампування в порівнянні з вільним куванням має ряд переваг:

1. висока продуктивність (в 50 - 100 разів);

2. однорідність і точність отриманих кувань (припуски в 3 - 4 рази менше);

3. висока якість поверхонь штампованих кувань;

4. можливість виготовлення кувань складної форми.

Об'ємне штампування має також і недоліки:

1. складність і висока вартість штампів;

2. обмеженість штампованих кувань по вазі (до 100 кг).

§ 2. Види штампів і способи штампування

Розрізняють об'ємне штампування у відкритих і закритих штампах.

У відкритих штампах між рухливою й нерухомою частинами штампа є зазор – облойна канавка, куди випливає зайвий обсяг металу заготівлі. Облой (або заусенец),що утвориться при цьому, потім відрізається.

У закритих штампах деформація металу відбувається в закритій порожнині. Штампування не супроводжується утворенням облоя, і в цьому випадку витрати метал менше, але пред'являються високі вимоги до точності обсягу заготівлі.

Штампування в закритих штампах забезпечують більший ступінь деформації, поліпшення мікроструктури й дає можливість штампувати малопластичні сплави.

Штампи являють собою бойки, у яких вирізують або виготовляють іншим способом форму необхідного кування. Штамп придатний для одержання кування одного профілю-розміру. Штампи виготовляють із легованих штампових сталей 5ХНМ, 5ХГМ, 5ХНВ, 4Х3ВМФ, 4Х2В5МФ, і ін.

Гаряче штампування кувань простої форми здійснюють в однострумкових штампах.

Штамп складається із двох рознімних частин, які в зібраному виді утворять один струмок. Форма й розміри порожнини штампа відповідають формі й розмірам готового гарячого кування.

Кування складної форми виготовляють у багатострумових штампах з послідовним деформуванням заготівлі в декількох струмках з поступовим наближенням до кінцевої форми кування.

Струмки штампів розділяють на заготівельні й штампувальні.

Заготівельні струмки призначені для підготовки виробу до наступного штампування. У них виконують: осідання - на рівній площадці штампа; протягання - зміна частини заготівлі; подкатку - місцеве збільшення перетину заготівлі за рахунок зменшення сусідніх ділянок; пережим - зчавлювання заготівлі; формування - для надання заготівлі форми, наближеної до кування; згинання й ін.

Штампувальні струмки бувають чорнові (попередні) і чистові (остаточні).

Чорновий струмок не має канавки для облоя і його призначення - захистити чистовий струмок від зношування. Форма чистового струмка така ж, як і в чистового, але з більшими радіусами закруглень і штампувальних ухилів.

Чистовий струмок це точна копія кування, але з розмірами більшими на величину усадки при остиганні (близько 1,5%). По периметрі чистового струмка розміщається канавка для облоя, призначення якої - перешкоджати вільному витисненню металу й створити в порожнині штампа високий тиск і полегшити обрізання облоя.

§ 3. Устаткування для об'ємного штампування

Гаряче об'ємне штампування здійснюється на штампувальних молотах, пресах, горизонтально-кувальних машинах і спеціальних машинах вузького призначення.

Штампувальні молоти використаються для штампування кувань різної форми в основному в багатострумових відкритих штампах. Основним типом таких молотів є пароповітряні штампувальні молоти з масою падаючих частин 0,63 - 16 т, рідше застосовуються фрикційні молоти з масою падаючих частин 0,5 - 15 т.

Пароповітряні штампувальні молоти розрізняють простої й подвійної дії. Ці молоти відрізняються від кувальних молотів конструкцією станини й шабота, але вони забезпечують більшу точність переміщення частин штампів. Для точного збігу положення верхньої половини штампа, прикріпленої до довбні, щодо нижньої, що зміцнює на штампотримачі ліву й праву стойки станини молота монтують на шаботі й установлюють на доном фундаменті. Крім того, штампувальні молоти мають більш зроблені напрямні, що прикріплюють до стійок, для забезпечення строго певного напрямку руху довбні по всій довжині робочого ходу. Для нормальної роботи штампувального молота необхідно, щоб маса шабота була в 20 - 30 разів більше маси падаючих частин.

Застосовують також бесшаботні пароповітряні штампувальні молоти. У цих молотів замість важких шаботів є дві довбні (верхня й нижня), які при роботі рухаються назустріч один одному по напрямним загальної станини. На нижній довбні встановлюють нижню половину штампа із заготівлею, верхня половина штампа кріпиться до верхньої довбні. Штампування відбувається при зіткненні обох довбень. Привод у бесшаботних молотів паровий або повітряний. Число ударів - 6 - 20 в хв.

Застосовуються також молоти гідравлічні й фрикційні з дошкою.

Штампування на молотах здійснюються як правило, за 3 - 5 ударів. Наприкінці останнього удару обидві частини штампа стикуються по площині рознімання. Середня маса кувань при масі падаючих частин 1000 кг становить 0,5 - 5 кг, при 10 000 кг - 40 - 100 кг.

Штампувальні преси застосовують гвинтові фрикційні, гідравлічні й кривошипні.

Гвинтові фрикційні преси застосовують для штампування у відкритих і закритих штампах невеликих кувань (до 20 кг) і використаються в дрібносерійному виробництві.

Гідравлічні преси для штампування аналогічні кувальним гідравлічним пресам, але мають більше жорстку конструкцію й виштовхувачі для видалення кувань зі штампа. На цих пресах штампують головним чином великі кування (масою 100 - 350 кг) у відкритих і закритих штампах з однієї або декількома площинами рознімання.

Кривошипні кувальноштампові преси ставляться до числа найбільш прогресивних кувальних машин. Впровадження кривошипних пресів забезпечує підвищення продуктивності штампування в 1, 5 - 2 рази в порівнянні зі штампуванням на молотах, економію металу - прокату, застосовуваного у вигляді заготівель на 10 - 30%, а штампування в закритих штампах скорочують виробничий цикл (тобто зменшує число операцій). Виготовлення кувань на цих пресах з найменшими припусками на механічну обробку дозволяє на 15 - 30% заощадити час на їхню наступну обробку в механічних цехах.

Робочий орган преса - повзун, що несе верхню частину інструмента (штампа), приводиться у зворотно-поступальний рух за допомогою кривошипно-шатунного механізму.

На відміну від молотів кривошипні преси мають твердий графік руху повзуна. Повний хід (шлях) повзуна дорівнює подвоєному радіусу кривошипа. Кожному куту повороту кривошипного вала відповідає певне положення повзуна й певна його швидкість, що у крайніх точках (угорі й унизу) дорівнює 0.

Кривошипні преси для гарячого штампування мають високу твердість конструкції, що необхідна для зниження пружних деформацій і одержання найбільш точних розмірів кувань. Прес має виштовхувачі в столі й повзуні для автоматичного видалення кувань зі штампа.

До недоліків таких пресів відноситься:

1. необхідність точного визначення маси заготівель;

2. вимоги відсутності окалини на заготівлях;

3. вартість в 3 - 4 рази більше, ніж молотів.

Горизонтально-кувальні машини застосовуються для гарячого висадження різних деталей (типу стрижня зі стовщенням, з наскрізним отвором, із глухою порожниною, а також складної конфігурації) із пруткового матеріалу або із труб у багатострумових штампах. Конструкція штампів дозволяє здійснювати також пробивання отворів, обрізку по контуру, відрізку від прутка. ГКМ розрізняють із розніманням матриць у вертикальній і горизонтальній площинах. Дві площини рознімання складаються з 3 частин: нерухомої й рухливої матриць і пуансона.

Подвійна площина рознімання штампів дає можливість штампувати більшість кувань без штампувальних ухилів і облоя. Заготівлю (пруток) установлюють у нерухому матрицю до упору. Головний повзун з пуансоном приводиться в рух від кривошипно-шатунного механізму. Перш ніж пуансон стикнеться з торцем заготівлі, рухлива матриця притискає її до нерухомої матриці, а упор приділяється убік. Повзун з нерухомою матрицею переміщається від бічного повзуна, що у свою чергу, приводиться в рух від кулачків, закріплених на головному валу.

Вихідним матеріалом для штампування на ГКМ служить круглий, рідше квадратний або прямокутний прокат підвищеної точності, діаметром до 270 мм і масою до 100 кг.

ГКМ виготовляють із зусиллям 100 - 3150 т і числом ходів 95 - 21 у хвилину. Продуктивність висока - 400 - 900 кувань у годину.

§ 4. Технологічний процес гарячого об'ємного штампування

Складається з наступних операцій:

1. різання вихідного матеріалу на заготівлі мірної довжини;

2. нагрівання заготівель;

3. штампування заготівель;

4. обробки кувань.

Основними документами регламентуючими тех. процес штампування, є креслення кування й технологічна карта.

Штампи виготовляються по кресленню кування з урахуванням коефіцієнта температурного розширення. Розміри кування визначають по кресленню готової деталі з урахуванням припусків на наступну мех. обробку, напусків для спрощення нетехнологічних елементів кування й одержання штампувальних ухилів, а також допусків на штампування згідно Дст.

Після складання креслення кування визначають переходи й розбивають креслення штампів на штампування й обрізку облоя кування.

Для вільного добування кування зі штампа при штампуванні на молотах передбачають ухили вертикальних поверхонь: зовнішніх - 5 - 7 º; при штампуванні на пресах з виштовхувачами в повзуну й столі ухили становлять - 1 - 3 º.

По кресленню кування визначають форму й розміри вихідної заготівлі. Як заготівля застосовують круглий, квадратний, прямокутний і фасоний періодичний прокат і ін. заготівлі.

Потім розробляють технологічну карту. У карті вказують вихідний матеріал (марка стали, профіль, перетин), відходи (масу, розміри), розміри заготівлі, витрата металу на одне кування, операції й переходи штампування, устаткування, штампи, інструмент, пристосування, температурні режими, норми часу й ін. дані.

Технологічний процес виготовлення кувань починається з різання заготівель на мірні довжини.

Після цього заготівлі нагрівають у камерних або методичних печах до заданої температури. Перед подачею до преса або молота із заготівель видаляють окалину.

Потім заготівлі піддають штампуванню в одно- або багатострумових штампах залежно від конфігурації й розмірів кування, а також наявного встаткування.

При обробці кувань після гарячого об'ємного штампування роблять обрізку облоя, просічку отворів (видалення плівок), виправлення, термічну обробку й очищення від окалини.

При облойному штампуванню на молотах і пресах облой видаляють на кривошипних або ексцентрикових пресах із застосуванням обрізних штампів. Якщо штампують кування з наскрізними отворами, то в отворах утворяться внутрішній облой - плівка металу, що також видаляють.

Після обрізки облоя кування правлять у спеціальних або чистових штампах на молотах або пресах.

Далі кування піддають термічній обробці й очищенню від окалини. Окалину з кування видаляють у піскоструминні або шротометних апаратах, травленням у розчинах кислот, в обертових барабанах.

Для одержання кувань із точними розмірами й чистою поверхнею застосовують калібрування й карбування.

Вихід придатного при гарячому об'ємному штампуванні становить 72 - 80%, а видатковий коефіцієнт 1,4 - 1,25. Коефіцієнт використання металу 0,5 - 0,55.

Глава VII

Холодне об'ємне штампування

§ 1. С