Стан винтовой прокатки реферат
Обновлено: 05.07.2024
Прокатка – это способ обработки пластическим деформированием – наиболее распространенный. Прокатке подвергают до 90 % всей выплавляемой стали и большую часть цветных металлов. Способ зародился в XVIII веке и, претерпев значительное развитие, достиг высокого совершенства.
Сущность процесса: заготовка обжимается (сдавливается), проходя в зазор между вращающимися валками, при этом, она уменьшается в своем поперечном сечении и увеличивается в длину. Форма поперечного сечения называется профилем.
Процесс прокатки обеспечивается силами трения между вращающимся инструментом и заготовкой, благодаря которым заготовка перемещается в зазоре между валками, одновременно деформируясь. В момент захвата металла со стороны каждого валка действуют на металл две силы: нормальная сила и касательная сила трения (рис. 2).
Рис. 2 - Схема сил, действующих при прокатке
Угол – угол захвата, дуга, по которой валок соприкасается с прокатываемым металлом – дуга захвата, а объем металла между дугами захвата – очаг деформации.
Возможность осуществления прокатки определяется условием захвата металла валками или соотношением ,
где: – втягивающая сила - проекция силы трения на горизонтальную ось; – выталкивающая сила – проекция нормальной реакции валков на горизонтальную ось.
При этом условии результирующая сила будет направлена в сторону движения металла.
Условие захвата металла можно выразить:
Выразив силу трения через нормальную силу и коэффициент трения : , и, подставив это выражение в условие захвата, получим:
или .
Таким образом, для захвата металла валками необходимо, чтобы коэффициент трения между валками и заготовкой был больше тангенса угла захвата.
Коэффициент трения можно увеличить применением насечки на валках.
При прокатке стали = 20…25 0 , при горячей прокатке листов и полос из цветных металлов – = 12…15 0 , при холодной прокатке листов – = 2…10 0 .
Степень деформации характеризуется показателями:
– абсолютное обжатие: ( – начальная и конечная высоты заготовки);
Площадь поперечного сечения заготовки всегда уменьшается. Поэтому для определения деформации (особенно когда обжатие по сечению различно) используют показатель, называемый вытяжкой (коэффициентом вытяжки).
где: – первоначальные длина и площадь поперечного сечения, – те же величины после прокатки.
Вытяжка обычно составляет 1,1…1,6 за проход, но может быть и больше.
Когда требуется высокая прочность и пластичность, применяют заготовки из сортового или специального проката. В процессе прокатки литые заготовки подвергают многократному обжатию в валках прокатных станов, в результате чего повышается плотность материала за счет залечивания литейных дефектов, пористости, микротрещин. Это придает заготовкам из проката высокую прочность и герметичность при небольшой их толщине.
Существуют три основных способа прокатки, имеющих определенное отличие по характеру выполнения деформации: продольная, поперечная, поперечно – винтовая (рис.3).
Рис. 3 - Схемы основных видов прокатки: а – продольная; б – поперечная; в – поперечно – винтовая
При продольной прокатке деформация осуществляется между вращающимися в разные стороны валками (рис.3 а). Заготовка втягивается в зазор между валками за счет сил трения. Этим способом изготавливается около 90 % проката: весь листовой и профильный прокат.
Поперечная прокатка (рис. 3.б). Оси прокатных валков и обрабатываемого тела параллельны или пересекаются под небольшим углом. Оба валка вращаются в одном направлении, а заготовка круглого сечения – в противоположном.
В процессе поперечной прокатки обрабатываемое тело удерживается в валках с помощью специального приспособления. Обжатие заготовки по диаметру и придание ей требуемой формы сечения обеспечивается профилировкой валков и изменением расстояния между ними. Данным способом производят специальные периодические профили, изделия представляющие тела вращения – шары, оси, шестерни.
Поперечно – винтовая прокатка (рис. 3.в). Валки, вращающиеся в одну сторону, установлены под углом друг другу. Прокатываемый металл получает еще и поступательное движение. В результате сложения этих движений каждая точка заготовки движется по винтовой линии. Применяется для получения пустотелых трубных заготовок.
В качестве инструмента для прокатки применяют валки прокатные, конструкция которых представлена на рис. 4. В зависимости от прокатываемого профиля валки могут быть гладкими (рис.4.а), применяемыми для прокатки листов, лент и т.п. и калиброванными (ручьевыми) (рис. 4.б) для получения сортового проката.
Ручей – профиль на боковой поверхности валка. Промежутки между ручьями называются буртами. Совокупность двух ручьев образует полость, называемую калибром, каждая пара валков образует несколько калибров. Система последовательно расположенных калибров, обеспечивающая получение требуемого профиля заданных размеров называется калибровкой.
Рис. 4 - Прокатные валки: а – гладкий ; б – калиброванный
Валки состоят из рабочей части – бочки 1, шеек 2 и трефы 3.
Шейки валков вращаются в подшипниках, которые, у одного из валков, могут перемещаться специальным нажимным механизмом для изменения расстояния между валками и регулирования взаимного расположения осей.
Трефа предназначена для соединения валка с муфтой или шпинделем.
Используются роликовые подшипники с низким коэффициентом трения, = 0,003…0,005, что обеспечивает большой срок службы.
Раздел: Промышленность, производство
Количество знаков с пробелами: 40606
Количество таблиц: 0
Количество изображений: 8
Обзор основных видов прокатки: продольной, поперечной и поперечно-винтовой. Характеристика особенностей сортового, листового, трубного, периодического и специального проката. Анализ процесса обработки заготовок ковкой, штамповкой, прессованием, резанием.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | реферат |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 31.01.2012 |
| Размер файла | 94,8 K |
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Выполнил: Максутов Дамир Ильдарович
Проверил: Доцент, кандидат технических наук. Шлыкова Альбина Васильевна
Прокатку производят на металлургических и машиностроительных заводах, при этом получают прокат, готовые изделия или заготовки для последующей обработки ковкой, штамповкой, прессованием (выдавливанием), волочением или резанием. В прокат перерабатывают около 80% всей выплавляемой стали и большую часть цветных металлов и сплавов. Прокат используют в строительстве, машиностроении и металлообработке.
В зависимости от вида прокат делят на сортовой, листовой, трубный, периодический и специальный. На рис. 133 приведены виды сортового проката общего назначения: 1 -- квадратный; 2 -- круглый; 3 -- полосовой; 4 -- угловой; 5 -- двутавровый; 6 -- швеллерный; 9 -- тавровый и некоторые виды сортового проката специального назначения 7 и 8 -- рельсовый; 10 -- шпунтовый; 11 -- полоса для башмаков гусениц тракторов; 12 -- полоса для ободьев колес автомобилей.
Трубы в зависимости от технологии их, производства делят на бесшовные сварные. К специальным видам проката относят весьма широкий ассортимент продукции: цельнокатаные колеса для вагонов, бандажи, оси, валы, шары, зубчатые колеса, сверла и многое другое.
Для прокатки нагретые или холодные заготовки пропускают между вращающимися валками прокатных станов.
Существуют три основных вида прокатки: продольная (для сортовых и фасонных профилей), поперечная и поперечно-винтовая (для тел вращения).
При продольной прокатке (рис. 134) валки вращаются в разные стороны, деформируя заготовку, толщина (высота) h0 которой уменьшается, а длина и ширина увеличиваются. Важнейшей характеристикой при прокатке является обжатие.
Относительное обжатие за один проход зависит от угла захвата а и составляет 10 -- 60 %.
Путем простейших вычислений можно найти, что ?h = D(1-cosб), т. е. абсолютное обжатие увеличивается с увеличением диаметра валка D и угла б. Угол захвата б при прокатке в насеченных валках составляет 27 -- 34°, при прокатке сортового материала 22 -- 24°, при горячей прокатке листов от 15 до 22°, при холодной прокатке 3--8°.
Валки для прокатки отливают из отбеленного чугуна или выковывают из углеродистой или легированной стали. Их делают гладкими (применяют при прокатке листов), или калиброванными с ручьями (канавками) по окружности (для сортового и фасонного проката). Профиль, составленный смежными ручьями двух валков, называют калибром.
При поперечной прокатке (рис. 135, а) валки вращаются в одном направлении и оси их параллельны, а заготовка деформируется ими при вращении вокруг своей оси. Радиус заготовки за один цикл (половина оборота заготовки) уменьшается на величину радиального обжатия ?r
Возникающие при этом напряжения в наружных слоях заготовки направлены тангенциально (ун), а в середине заготовки - радиально, от центра периферии (ус), что может привести к появлению отверстия с неровной поверхностью в центральной ее части. Поэтому, если получение отверстия нежелательно, прокатку ведут при небольших обжатиях, когда ус
Институт КПМТО
Кафедра МТЛП
Студент группы 9 ОД -1 А. А. СтепановПреподаватель В.В. Черномас
Содержание
Введение 3
1 Накатывание резьбы на металлических изделиях и деталях машин 6
2 Прошивка заготовки на стане поперечно-винтовой прокатки 9
3 Раскатка гильзы на стане поперечно-винтовой прокатки 13
4 Прокатка шаров 15
5 Дефекты поперечной прокатки 16
Заключение 18
Список используемых источников 20
ВведениеТрадиционные приемы формообразования металла - литье, ковка, прокатка - в период научно-технической революции претерпевают иногда существенные изменения, приобретают новые возможности. К металлургам все в большей степени переходят первичная металлообработка, формообразование изделий.
Прокатка издавна считалась завершающей стадией металлургического производства. Однако всего лишь три видапрокатанных изделий не требуют последующей обработки-рельсы, балки, трубы. Все остальное служит полуфабрикатом для машиностроительной промышленности. Причем получение готовых изделий при обработке на станках сопровождается огромной потерей металла на стружку - по нашей стране ежегодно не менее 8 млн. т.
Вот почему в период научно-технической революции появились попытки сделать прокатку более универсальнымметодом обработки металла давлением с целью замены некоторых процессов металлообработки. Приближение формы прокатываемого профиля к готовому изделию является самым эффективным средством снижения расхода металла в промышленности. Этому помогают новые процессы прокатки, созданные ВНИИметмашем.
Впервые в мировой практике методом прокатки производятся различные заготовки для машиностроения по форме и размерамочень близкие к готовому изделию.
Новый процесс получил название поперечно-винтовой прокатки. Основное отличие этих станов: валки устанавливаются относительно друг друга не строго параллельно, а под углом. Валки также часто имеют необычную коническую форму. Это изменило всю схему действующих на прокатываемый металл сил и открыло принципиально новый процесс - возможность деформировать заготовку нетолько вдоль, но и поперек. Да и сама заготовка принимает участие в процессе - она вращается и как бы ввинчивается в валки. Этот способ очень выгоден для получения тел вращения с гладкой и ребристой поверхностью. Благодаря вращению заготовки в процессе ее обработки обеспечивается более высокая точность размеров изделия. В связи с непрерывностью процесса значительно упрощается автоматизация производства.Созданные сотрудниками ВНИИметмаша станы поперечно-винтовой прокатки оказались в три-четыре раза производительнее, чем ковка и горячая штамповка, расход легированной стали при этом сократился до 20%. Такие агрегаты успешно работают на заводах ГПЗ-1 и ГПЗ-4, производя шарики диаметром от 25 до 45 мм. Шары при прокатке получаются более правильной формы, чем при ковке или штамповке. Качество ихповерхности значительно лучше, они не требуют повторного нагрева для закалки - они ее получают сразу при выходе из-под стана.
Внедрение прокатного агрегата для массового производства внутренних и наружных колец конических подшипников на ГПЗ-1 позволило ликвидировать тяжелый физический труд кузнецов-штамповщиков, снизить себестоимость и повысить коэффициент использования металла с 0,46 до 0,58.Перспективно использование поперечно-винтовой прокатки для производства изделий в форме колец и профилированных втулок. На Харьковском велозаводе внедрили прокатку велосипедных втулок. Это сократило расход металла на втулку до 30%, увеличило производительность с 1000 до 7000 шт. в смену и полностью механизировало и автоматизировало производство заготовок.
На стане осуществлена деформация исходного круглого прутка путем его ввинчивания в межвалковое пространство, образованное двумя или тремя вращающимися валками с винтовыми калибрами. Как вращательное, так и поступательное движение прутка достигаются вращением валков и соответствующим наклоном их к оси прутка. Деформация прутка при этом происходит вследствие изменения формы витков на валках, постепенно приближающейся к требуемой конфигурации и размерам прокатываемого изделия. Этот процесс имеет широкие возможности и оказался весьма эффективным для прокатки червяков, крупных винтов и других сплошных изделий с винтовой или поперечно оребренной поверхностью; коротких сплошных тел вращения (шаров, роликов и др.); различных пустотелых изделий (колец, втулок, оребренных труб и др.).
Прокатка в винтовых калибрах винтов по сравнению с широко распространенным способом накатывания резьбы поперечной прокаткой обладает тем преимуществом, что изделие обрабатывают не сразу на протяжении всей длины резьбы, а участком, движущимся вдоль оси изделия (рис. 221). Следовательно, этим методом можно получать резьбу на витках неограниченной длины и практически с неограниченным шагом, чего нельзя достичь на существующих станках.
Рис. 221. Схема непрерывного накатывания резьбы на винтах неограниченной длины
В табл. 20 приведена техническая характеристика станов.
Метод прокатки в винтовых калибрах за последние годы широко распространен при изготовлении винтов домкратов, червяков, винтов механизмов шахтной крепи, ходовых винтов для станков, роторов винтовых компрессоров и др. Прокатку осуществляют двумя или тремя валками, оси которых наклонены к оси заготовки под углом. В настоящее время освоена прокатка длинных винтов с крупной резьбой любого профиля: винты с шагом до 8 мм прокатывают в холодном состоянии, винты с более крупным шагом — в горячем.
Производительность при прокатке резьбы составляет 0,3—1,2 м/мин, что в 10 — 20 раз превышает производительность при нарезании резьбы на токарных и резьбофрезерных станках. Экономия металла при этом составляет 10—15%. Винты, полученные прокаткой, характеризуются более высокой прочностью и твердостью рабочей поверхности, что составляет их существенное преимущество, обеспечивающее повышение несущей способности и износостойкости по сравнению с винтами, изготовленными обработкой резанием.
Применение прокатки для изготовления винтов весьма эффективно не только в массовом и крупносерийном производстве, но и при изготовлении сравнительно небольших партий.
Одним из примеров может служить разработанный ВПИИметмашем способ обработки червяков. Профиль зуба получается настолько точным, что можно было оставлять припуск только на последующее шлифование. Это позволяет совместить процессы прокатки с последующей закалкой. В результате применения этого способа производства червяков на двух редукторных заводах сэкономлено 20 — 25 % металла, а производительность труда повышена в 10 — 12 раз.
Станы винтовой прокатки с меняющимся положением осей валков
Станы винтовой прокатки с меняющимся положением осей валков применяют для производства валов и осей переменного диаметра и большой длины (когда отношение длины к диаметру превышает 10—20). К таким изделиям относят, например, ступенчатые и конические оси типа вагонных осей, торсионные валы, полуоси автомобилей, шпиндели текстильных веретен и многие другие. Эти детали обычно изготовляли механической обработкой из обычного круглого проката, а также из заготовок, получаемых ковкой или штамповкой. При первом способе до 35 % металла уходило в стружку, при этом большой парк металлорежущих станков загружали непроизводительными обдирочными работами.
При обработке таких деталей большой эффект был получен в результате применения оригинального метода винтовой прокатки. На основании исследований удалось установить условия, при которых в центральной зоне изделия не возникает полостей или рыхлых участков, наблюдаемых при обычных процессах винтовой прокатки. Одно из этих условий — обработка тремя валками дисковой или конической формы на ограниченном участке по длине изделия. При этом для обеспечения более благоприятных условий винтовой прокатки без рыхлых участков в сердцевине в заготовке создается осевое натяжение. Изменение диаметра изделия во время прокатки осуществляют раздвижением или сближением валков с помощью гидравлических цилиндров, управляемых специальной следящей системой (рис. 228).
Процесс получения круглых периодических профилей на этих трехвалковых станах эффективен при производстве большинства заготовок круглого сечения вместо ковки (полуосей автомашин, вагонных осей и Др.). В этом случае повышается точность заготовок и благодаря этому устраняются обдирочные операции на металлорежущих станках (валов электродвигателей, осей вагонеток, шпинделей веретен и др.). Этот процесс позволяет также рационализировать изготовление поковок. Прокатанную заготовку целесообразно использовать как подкат для кривошипных прессов, производительность которых при этом возрастает.
ВНИИметмашем разработан ряд автоматизированных станов для винтовой прокатки круглых периодических профилей диаметром от 10 до 220 мм и длиной от 700 до 4000 мм (станы 10, 20, 50, 70, 80, 100, 120 и 250). Эти станы для прокатки периодических профилей небольшого размера устанавливают на машиностроительных заводах с массовым производством, а крупные станы 120 и 250 — на металлургических заводах.
Так, на Днепровском металлургическом заводе работает стан 120, где организована прокатка периодических профилей и заготовок для деталей 80 наименований, таких как валы электродвигателей, оси катков для тракторов, штанги буровых машин и т. д.
Большим достижением в этой области стала совместная работа ЭЗТМ, ВНИИметмаша, Днепровского завода и Укргипромеза по созданию первого в мировой практике стана для прокатки осей вагонов магистральных железных дорог.
Стан представляет собой комплексную автоматизированную линию от исходной заготовки до готовой оси производительностью более 340 тыс. осей в год. Исходным материалом служит круглая осевая заготовка, которую указанным методом обрабатывают на стане винтовой прокатки.
Применение этого стана дает значительную экономию металла, которая составляет 15—20 тыс. т/год вследствие уменьшения массы исходной заготовки и снижения припусков на токарную чистовую обработку. Съем стружки при механической обработке снижается на 40—60 кг для каждой оси.
Станы для винтовой прокатки пустотелых изделий в винтовых калибрах
Указанные станы также весьма эффективны. В головную часть линии такого стана добавляют машину для прошивки, т. е. небольшой косовалковый прошивной стан (рис. 226).
Такие станы успешно эксплуатируют на Харьковском велосипедном заводе и 1-м ГПЗ. На первом из этих станов прокатывают заготовки для втулок заднего колеса велосипеда. Исходным металлом для прокатки служит нагретый цилиндрический пруток диаметром 60 мм, который прошивают вращающимися косорасположенными валками, превращая его в толстостенную гильзу. Гильзу без дополнительного подогрева прокатывают на оправке в стане винтовой прокатки в профилированную трубу длиной 2500 мм, представляющую собой группу кольцевых заготовок, соединенных между собой перемычками. Этот технологический процесс характеризуется весьма высокой производительностью, причем в качестве исходного материала используют дешевую заготовку, т. е. обычный круглый сортовой прокат.
Кроме того, применение прокатки вместо ковки позволяет приблизить форму и размеры заготовок к форме и размерам готового изделия, а непрерывность процесса прокатки дает возможность сравнительно простыми средствами полностью механизировать и автоматизировать производство заготовок. Применение прокатки таких заготовок вместо ковки на горизонтально-ковочных машинах сокращает расход металла при изготовлении каждой втулки с 1,0 до 0,7 кг, увеличивает производительность с 1000 до 7000 заготовок в смену и дает возможность полностью механизировать и автоматизировать производство втулочных заготовок.
Аналогичный процесс прокатки и конструкция специализированного прокатного стана созданы и освоены для производства заготовок колец конических роликоподшипников с наружным диаметром 60 — 110 мм (рис. 227). Этот процесс по сравнению с существующим способом производства колец из труб обеспечивает экономию до 28 % легированной стали и повышение производительности труда как при производстве заготовок, так и при дальнейшей токарной обработке колец.
Производительность первого промышленного стана на 1-м ГПЗ составила 20 млн. заготовок в год.
На станах рассматриваемого типа освоено также производство труб с поперечными ребрами из черных и цветных металлов и специальных сплавов. Процесс прокатки этих изделий способствовал организации производства ребристых труб—наиболее эффективных по теплопередаче и экономичных в изготовлении. Благодаря освоению прокатки ребристых труб широкое применение в теплообменной аппаратуре получили алюминиевые трубы взамен труб из меднолатунных сплавов.
Там, где по условиям эксплуатации нельзя использовать алюминиевые трубы, изготавливают биметаллические ребристые трубы из различных металлов: латунь — алюминий, медь — алюминий, сталь — алюминий (алюминий снаружи) и др. Производительность стана в зависимости от размеров и типов ребристых труб составляет 1,0 — 6,0 м/мин. Себестоимость прокатанных ребристых труб всего на 10— 15 % превышает стоимость исходных заготовок гладких труб, а их использование в 1,5 — 2,5 раза сокращает потребление гладких труб по массе и в 2 — 4 раза по метражу.
Большой эффект также достигается применением станов винтовой прокатки с винтовыми калибрами для производства спиральной буровой стали. Существовавший способ производства этой стали методом скручивания не обеспечивал достаточной точности шага спирали, а получение центрального отверстия считалось нерешенной проблемой.
В связи с этим разработана принципиально новая технология изготовления буровой стали, основанная на применении прокатки в винтовых калибрах. Образование внутреннего отверстия достигается тем, что в системе стана предусматривается выполнение двух предварительных операций: прошивки сплошной заготовки в гильзу и редуцирования гильзы с целью уменьшения диаметра внутреннего отверстия до требуемого.
Применение новой буровой стали улучшило условия труда шахтеров в результате снижения запыленности воздуха в шахтах, уменьшения вибрации и повышения скорости бурения на 10—15 %.
Станы для прокатки в винтовых калибрах
Эти станы для прокатки относительно коротких тел вращения характеризуются тем, что в последнем витке калибра бурты сделаны более высокими, чтобы перешеек между изделиями был возможно меньше с целью полного отделения прокатанного изделия от остальной части заготовки (рис. 222). Этот процесс прокатки разработан ВНИНметмашем в конце 40-х годов и впервые применен для прокатки шаров диаметром 25 — 50 мм. В настоящее время имеются станы для прокатки шаров диаметром 25 — 40; 40 — 80 и 80 — 120 мм.
Рис. 222. Схема прокатки шаров: 1 — проводки: 2 — валки
Стан (рис. 223) состоит из рабочей клети 1, имеющей валки 2 с винтообразными калибрами, привода валков (шпинделей 3, шестеренной клети 4, редуктора 5 и электродвигателя 6) и установки для индукционного нагрева заготовок (на рисунке не показана). Исходным материалом являются круглые заготовки длиной 3 — 5 м. Очередная заготовка после нагрева в индукционной печи по наклонной решетке скатывается в приемный желоб 7, расположенный между шпинделями привода валков. При этом автоматически включается толкатель, который задает заготовку передним концом во вращающиеся валки стана.
Конструкция рабочей клети аналогична обычно прошивной клети, но валки имеют винтообразные калибры с переменными по высоте гребнями. За каждый оборот валков с выходной стороны выходит один шар; таким образом, при частоте вращения валков 1—2,5 с -1 производительность стана соответственно равна 60—150 шаров в минуту.
За последние годы потребность в стальных шарах, главным образом для шаровых мельниц, сильно возросла и достигла 0,6 млн. т/год. В настоящее время она полностью удовлетворяется, благодаря организации производства шаров указанным методом.
Проведенные исследования показали, что винтовую прокатку можно с успехом применять для формообразования многих других тел вращения небольшой длины. В результате была освоена в промышленных условиях прокатка роликов, заклепок, цильпепсов, представляющих цилиндры диаметром около 20 мм (рис. 224), служащие для тонкого помола цемента и осей для пластинчатых цепей. Вопрос о прокатке этих осей возник в связи с механизацией животноводческих ферм и выявившейся огромной потребностью в разборных пластинчатых цепях для кормораздатчиков. Для этой цели потребовалось несколько десятков миллионов осей ежегодно. Для организации производства этих осей традиционным методом понадобилось бы 160 токарных автоматов.
Благодаря освоению формообразования осей методом винтовой прокатки (рис. 225) удалось резко повысить производительность труда; стан прокатывает 6 — 7 тыс. осей/ч, а токарный автомат может выпускать около 150 осей/ч, т. е. примерно в 40 раз меньше. Кроме того, наряду с заменой 160 токарных автоматов четырьмя станами был снижен на 14 % расход металла, уходившего ранее в стружку.
Читайте также: