Очет по практике в ООО «Ротационные компрессоры»

       
Прокатку в гладких валках часто  называют прокаткой «на гладкой  бочке» (рис 7). При производстве более сложных (сортовых) профилей применяют калиброванные валки, и деформация полосы происходит в калибрах. Как и другие способы обработки давлением, прокатка бывает горячей и холодной. Горячая прокатка распространена шире, чем холодная. Нагретый металл в области высоких температур обладает пониженным сопротивлением деформации и повышенной пластичностью. Холодную прокатку применяют для получения относительно тонких изделий с высококачественной поверхностью, например тонких листов или тонкостенных труб. Иногда находит применение обработка в области промежуточных температур - так называемая теплая прокатка. Следует отметить, что прокатка не только служит для получения изделий определенной формы, но и в значительной степени способствует повышению механических свойств металла. 
 
Классификация процессов прокатки

      
Процессы прокатки  можно классифицировать по различным признакам. Сначала рассмотрим классификацию по взаимному расположению осей обрабатываемого тела и валков. По этому признаку различают прокатку продольную, поперечную и косую (винтовую). Если ось прокатываемой полосы перпендикулярна оси валков, то прокатку называют продольной. При таком способе прокатки полоса перемещается только вперед, т.е. совершает только поступательное движение. Продольная прокатка является наиболее распространенной.

     При поперечной прокатке ось обрабатываемого тела параллельна оси валков. Оба валка вращаются в одну и ту же сторону. Они постепенно сближаются, в результате чего уменьшается диаметр изделия, которое также вращается, но в сторону, противоположную вращению валков. В продольном направлении обрабатываемое тело не перемещается (если нет специальных тянущих устройств). Боковые ролики  выполняют вспомогательную функцию: они удерживают изделия между валками.

     Поперечную  прокатку, используют в металлургии и машиностроении для производства валов, осей, втулок, шестерен и других изделий типа тел вращения. Косая прокатка, называемая также винтовой, занимает промежуточное положение между поперечной и продольной.

      В этом случае оси валков располагаются под углом друг к другу и к оси прокатываемой круглой заготовки. Благодаря такому расположению валков заготовка в процессе прокатки совершает не только вращательное, но и поступательное движение. Точки на поверхности заготовки движутся по винтовой линии. Поскольку угол наклона валков по отношению к оси обрабатываемого тела обычно невелик (до 12-18°), косая прокатка по своему характеру ближе к поперечной, чем к продольной. Процесс косой прокатки широко применяют при производстве бесшовных труб, в частности на прошивных станах, где из сплошной круглой заготовки получают черновую трубу — гильзу. Процесс косой прокатки на прошивном стане схематично показан на рисунке справа. Для образования в заготовке отверстия правильной формы между валками 1 устанавливается оправка, закрепленная на стержне. Линейки 3 служат для удержания заготовки в валках. 

      Особым видом прокатки является так называемая периодическая прокатка. Она характеризуется тем, что в процессе деформации высота зазора между валками периодически изменяется. Чаще всего это достигается путем придания валкам специальной некруглой формы (смотри рисунок). Таким способом получают периодические профили проката, форма сечения которых периодически изменяется по длине полосы. При изменении обжатия происходит изменение всех параметров прокатки, поэтому периодическую прокатку можно характеризовать как нестационарную (на переходных участках). 

     Процессы прокатки подразделяют на симметричные и несимметричные. Симметричной прокаткой называют такой процесс, при котором воздействие каждого из валков на обрабатываемое тело является совершенно одинаковым, идентичным. Если это условие нарушается, то прокатку называют несимметричной. К числу несимметричных процессов относятся: прокатка в валках неравного диаметра, прокатка с одним приводным валком, прокатка при различных окружных скоростях валков, прокатка при неравномерном (несимметричном) распределении механических свойств по высоте полосы, прокатка при различных условиях трения на валках и др.

     Важным  условием процесса прокатки является наличие или отсутствие внешних  сил, приложенных к концам полосы. По этому признаку различают свободную и несвободную прокатку. Свободной называют прокатку тогда, когда на полосу действуют силы только со стороны валков. Несвободная прокатка осуществляется с натяжением или подпором концов полосы. Силы натяжения или подпора создаются смежными прокатными клетями, намоточно-натяжными барабанами или другими устройствами.  

Прессование 

     Прессование металлов, способ обработки давлением, заключающийся в выдавливании (экструдировании) металла из замкнутой полости (контейнера) через отверстие матрицы, форма и размеры которого определяют сечение прессуемого профиля. При Прессование металлов создаётся высокое гидростатическое давление, вследствие чего значительно повышается пластичность металла. Прессованием можно обрабатывать многие хрупкие материалы, неподдающиеся обработке другими способами (прокаткой, ковкой, волочением). Различают следующие виды Прессование металлов делится на : с прямым истечением металла (направление движения металла совпадает с направлением движения пресс-шайбы), и с обратным (металл течёт навстречу движению матрицы, которая выполняет также функции пресс-шайбы).  

       При Прессовании металлов с прямым истечением профиля сплошного сечения пресс-штемпель через пресс-шайбу передаёт давление на заготовку, находящуюся в контейнере. При этом металл заготовки выдавливается в отверстие матрицы, закрепленной в матрицедержателе, и образует профиль. Скорость истечения профиля во столько раз превышает скорость движения пресс-штемпеля (скорость прессования), во сколько раз площадь сечения полости контейнера больше площади отверстия в матрице. Отношение указанных площадей называется коэффициентом вытяжки. При прессовании трубы с прямым истечением металл заготовки выдавливается в кольцевой зазор между матрицей и иглой, образуя трубу заданной конфигурации. В этом случае заготовка перемещается не только относительно контейнера, но и относительно иглы. Вследствие трения металла о поверхность контейнера периферийные слои заготовки испытывают значительно более высокие сдвиговые деформации, чем центральные слои. Неравномерность деформации приводит к различию структуры и свойств по сечению изделия; особенно заметно это при прессовании прутков большого диаметра  

     При Прессование металлов с обратным истечением силовое воздействие на заготовку осуществляется через контейнер, получающий движение в направлении, указанном стрелкой, через укороченный пресс-штемпель - пробку, запирающую контейнер. С др. стороны контейнер запирается удлинённым матрицедержателем, в котором закреплена матрица. При перемещении контейнера вместе с ним перемещается заготовка, и металл выдавливается в канал матрицы, образуя профиль. Трение металла о поверхность контейнера отсутствует, вследствие чего неравномерность структуры и свойств по сечению изделия значительно меньше. Кроме того, при обратном истечении значительно меньше усилия, требуемые для  

       Прессование металлов осуществляется как с предварительным нагревом заготовки и инструмента, так и без нагрева. Холодное прессование (т. е. без нагрева) используют при обработке легкодеформируемых металлов (олова, свинца, чистого алюминия). Холодное гидростатическое прессование вследствие весьма высоких давлений и отсутствия трения заготовки о поверхность контейнера позволяет обрабатывать и более труднодеформируемые металлы и сплавы (дуралюмины, медные сплавы, стали). Горячим прессованием получают изделия из различных металлов и сплавов: алюминиевых, титановых, медных, никелевых, а также тугоплавких металлов. Наиболее высокие температуры нагрева заготовок (до 1600-1800 °С) используют при прессовании вольфрама и молибдена.

     Ковка

     Ковка — вид горячей обработки металлов давлением, при котором металл деформируется с помощью универсального инструмента. Используется: свободная ковка заготовок небольшой массы (до 300—500 кг), радиальная ковка, поперечно-клиновая прокатка. Ковкой изготавливают валы, втулки, нажимные шайбы и некоторые другие детали электрических машин.

     Кроме того, на всех заводах ковкой получают заготовки для деталей оснастки и нужд ремонтных цехов.

     Хотя  горячая штамповка имеет ряд  преимуществ перед ковкой, её применение в единичном и мелкосерийном производстве экономически не целесообразно. Это объясняется тем, что при свободной ковке используется универсальный (годный для изготовления различных поковок) инструмент, а изготовление специального инструмента (штампа) для небольшой партии одинаковых поковок экономически не выгодно. Исключение составляют грузовые болты, которые изготавливают горячей штамповкой, так как они, как правило, унифицированы и требуются в больших количествах.

     Ковка является единственным способом изготовления тяжелых поковок (до 250 т и более) типа валов гидрогенераторов, роторов  турбогенераторов, валов, втулок, ободов крупных трансформаторов. Исходными  заготовками для ковки тяжелых крупных поковок являются слитки массой до 320 т. Крупные поковки поступают с металлургических заводов после грубого обтачивания наружных поверхностей, чистового растачивания поверхности осевого канала, термической обработки и соответствующих испытаний на заводе-поставщике. Особенно жесткие требования предъявляются к поковкам для роторов турбогенераторов. Ротор турбогенератора является магнитопроводом, поэтому к материалу предъявляется ряд требований в отношении магнитных свойств. Роторы крупных турбогенераторов изготавливают из хромоникельмолибденованадиевой стали. Поковка после термической обработки имеет предел текучести 540—660 Па, предел прочности 735—813 Па и относительное удлинение 28—46 %.

     Для бандажных колец ротора используется немагнитная аустенитовая сталь  на основе железа с присадками никеля и марганца. В целях получения  высоких механических свойств производят упрочнение металла способами полугорячей раскатки, растяжки в клиновых кольцевых приспособлениях, гидравлического холодного растяжения. При гидравлическом холодном растяжении значительно улучшаются механические свойства металла, повышается предел упругости на 15—22 % и текучести на 8—10%, обеспечивается направленное распределение механических свойств по сечению заготовки. Кроме того, гидравлическое растяжение является проверкой прочности кольцевых заготовок, предназначенных для весьма нагруженных в механическом отношении бандажных колец.

     На  электромашино- и трансформаторостроительных заводах для получения деталей  и заготовок используется прессование  горячего алюминия, металлических порошков, пластических масс.

     К основным операциям ковки относятся:

     1. осадка (уменьшение высоты заготовки  за счет увеличения площади  поперечного сечения);

     2. протяжка (удлинение заготовки за  счет уменьшения площади поперечного сечения);

     3. прошивка (получение полостей в  заготовке за счет вытеснения  металла);

     4. отрубка (отделение части заготовки);

     5. гибка (придание заготовке изогнутой  формы по заданному контуру);

     6. скручивание.

     Перед ковкой каждый металл или сплав должен быть нагрет до определенной температуры. Если нагреть сталь до температуры, близкой к температуре плавления, наступает пережог. При пережоге наступает полная потеря пластичности и пережженный металл представляет собой неисправимый брак и может быть отправлен только на переплавку.

     Ниже  температуры пережога лежит зона перегрева. Механические свойства изделия, полученного обработкой давлением  из перегретой заготовки, оказываются низкими. В процессе ковки металл остывает, соприкасаясь с более холодным инструментом и окружающей средой. Заканчивать ковку также следует при определенной температуре. Если продолжать деформирование при более низких температурах, металл упрочнится и, вследствие падения пластичности, в изделии могут образоваться трещины.

     Таким образом, каждый металл и сплав имеет  свой строго определенный температурный  интервал горячей обработки давлением.

     Ковкой  достигается не только изменение  формы заготовки, но и улучшение  ее механических свойств. Исходной заготовкой при ковке может быть слиток или  прокат. При ковке слитка происходит частичная заварка пористости и  раковин. Микроструктура металла становится полосчатой (волокнистой).

     Для получения заготовок валов диаметров  от 60 до 150 мм и длиной от 500 до 1200 мм используют радиально-ковочные машины. Радиально-ковочные машины являются дорогостоящим сложным оборудованием. 

Рис. 8. Схема радиально-ковочной машины. 

     Рассмотрим  принцип работы радиально-ковочной машины на примере образца, работающего на Новокаховском электромашиностроительном заводе. Схема машины представлена на рис. 8.  Ковку заготовок валов производят из круглого проката, который нарезают нужной длины. Заготовки проката 12 помещают в индукционный нагреватель, который имеет два индуктора 10 и нагревают два конца вала до температуры 1100°С. Нагрев производят с определенной скоростью. При слишком большой скости нагрева между более нагретыми (поверхностными) и менее нагретыми (внутренними) слоями металла могут возникать напряжения. Последние могут возрасти настолько, что будет нарушена целостность металла — образуются внутренние микро- и макротрещины. При слишком медленной скорости нагрева увеличивается поверхностное окисление металла и образуется окалина. Кроме безвозвратных потерь металла с окалиной, последняя, вдавливаясь в поверхность металла, при деформации вызывает необходимость увеличения припусков на механическую обработку. Окалина также ускоряет износ деформирующего инструмента, так как ее твердость значительно больше твердости горячего металла.