Билет 64. Прокатка бесшовных и сварных труб

Впервые прокатка бесшовных труб началась на установках с пилигримовым станом (примерно в 1890 г.). На этих установках прокатывают трубы круглого, квадратного и других сечений из углеродистых, низко- и средне- легированных сталей наружным диаметром от 48 до 650 мм с толщиной стенки от 2,25 до 50 мм и более; в большинстве случаев диаметр прокатываемых труб более 140 со стенками толщиной не менее 7—8 мм. Длина труб, поставляемых с пилигримовых установок, обычно не превышает 22 м. Исходным материалом для прокатки являются круглые или многогранные слитки массой 1—3 т. При производстве труб ответственного назначения применяют катаную заготовку.

Технологический процесс получения гильз на установках с пилигримовым станом следующий. Нагретый до 1200—1220° С в методической печи слиток транспортируется на прошивную валковую клеть с диаметром валков 450—1000 мм. При получении толстостенной гильзы вытяжка на этой клети составляет 1,5—2,0. Обычно один прошивной стан обслуживает два пилигримовых стана.

На пилигримовом (периодическом) стане в гильзу вводится оправка (дорн); затем гильза вместе с оправкой подается в валки диаметром 600—1000 мм (в зависимости от диаметров прокатываемых труб). Частота вращения валков 40—90 об/мин.

Валки вращаются навстречу движению подаваемой гильзы. За каждый оборот валков гильза подвергается обжатию между дорном и калибром на длине подачи, которая обычно не превышает 30 мм.

Валки при вращении образуют круглый калибр с переменными высотой и шириной. В поперечном разрезе ручей одного валка можно разделить на три участка: рабочий конус («боек») с поверхностью переменного радиуса; полировочный с поверхностью постоянного радиуса; холостой или выпускной.

На первом участке происходит деформация гильзы с переходом ее в трубу, на втором — сглаживание неровностей на поверхности трубы и получение окончательных размеров диаметра и толщины стенки; на третьем — поворот гильзы с оправкой (дорном) и подача ее в валки.

Процесс прокатки на пилигримовом стане следующий. В положении I валки рабочими поверхностями начинают подвергать обжатию гильзу на длине подачи, при этом оправка вместе с гильзой смещается назад.

Подвергаемый обжатию между калибром и дорном металл в виде готовой трубы сдвигается с оправки (дорна) в противоположном направлении. Затем происходит сглаживание поверхности участка сформованной трубы (положения III), после чего она выходит из соприкосновения с валками, так как увеличивается ширина и высота калибра. В этот отрезок времени (положение IV) оправка с гильзой подается при помощи специального устройства вперед, поворачиваясь на 90° вокруг продольной оси для обеспечения равномерного обжатия по всей окружности. Вращение валков стана и движение оправки с гильзой синхронизированы. Раскатка гильзы в готовую трубу происходит за несколько минут, суммарная вытяжка при этом составляет 8—12.

Такая значительная вытяжка объясняется обжатиями за каждый оборот валков сравнительно небольшого участка гильзы, равного величине подачи. Число подач при раскатке зависит от ряда факторов и составляет обычно 120—180.

Прошивка слитков в гильзу и раскатка гильзы в готовую трубу осуществляются, как правило, с одного нагрева. Гильзу на пилигримовом стане раскатывают не до конца, задняя ее часть остается недокатаной. Эта часть, как и передний неровный отрезок трубы, обрезается на салазковых пилах; здесь же при необходимости трубы разрезаются на нужные длины, затем проходят калибровку и другие отделочные операции.

Примерный план одного из станов для горячей прокатки бесшовных труб. Технологический процесс прокатки труб на этом стане следующий. Слитки, нагретые в методических печах, подаются к прошивочному стану. После прошивки гильза направляется к одной из клетей пилигримового стана, где прокатывается до размера трубы с заданным диаметром и толщиной стенки. Готовая труба передается к центральному отводящему рольгангу, на линии которого установлена дисковая пила, предназначенная для обрезки переднего и заднего концов раската.

Обрезанный раскат нагревается в промежуточной подогревательной печи до температуры 900—1000° С и задается в калибровочный стан, где трубе придается сечение правильного круга с точным размером наружного диаметра. Калибровочный стан имеет диаметр валков 800 мм; величина обжатия на этом стане составляет 4— 5 мм, поэтому калибр делается почти без выпусков.

Если трубы не подвергаются калибровке, тогда они проходят правку в горячем состоянии на правильном стане, имеющем два наклонных гиперболоидных валка. Дальнейшие операции сводятся к обрези концов труб, разрезке труб на длины, нарезке резьбы на концах труб, навинчиванию муфт, гидравлическим испытаниям и т. д.

Производительность такого стана составляет примерно 50— 55 труб в час длиной 20—25 м наружным диаметром 300—500 мм и толщиной стенки 8,5—13 мм; при необходимости толщина стенки может достигать 20—22 мм.

Билет 65
Художественная ковка (художественная и машинная)

Ковка — это высокотемпературная обработка различных металлов (железо, медь и её сплавы, титан, алюминий и его сплавы), нагретых до ковочной температуры. Для каждого металла существует своя ковочная температура, зависящая от физических (температура плавления, кристаллизация) и химических (наличия легирующих элементов) свойств. Для железа температурный интервал 1250–800 °С, для меди 1000–650 °С, для титана 1600—900 °С, для алюминиевых сплавов 480–400 °С.
Различают:
ковка на молотах (пневматических, паровых и гидравлических)
ручная ковка
штамповка.
Изделия и полуфабрикаты получаемые ковкой называют - поковка.
При ковке в штампах металл ограничен со всех сторон стенками штампа. При деформации он приобретает форму этой полости.
При свободной ковке (ручной и машинной) металл не ограничен совсем или же ограничен с одной стороны. При ручной ковке непосредственно на металл или на инструмент воздействуют кувалдой или молотом.
Свободную ковку применяют также для улучшения качества и структуры металла. При проковке металл упрочняется, завариваются так называемые несплошности и размельчаются крупные кристаллы, в результате чего структура становится мелкозернистой, приобретает волокнистое строение.
Машинную ковку выполняют на специальном оборудовании — молотах с массой падающих частей от 40 до 5000 кг или гидравлических прессах, развивающих усилия 2–200 МН (200–20000 тс), а также на ковочных машинах. Изготовляют поковки массой 100 т и более. Для манипулирования тяжёлыми заготовками при ковке используют подъёмные краны грузоподъёмностью до 350 т, кантователи и специальные манипуляторы.

Билет 66
Прессование труб и полых профилей имеет некоторые особенности. Прессовщики обычно стремятся к получению труб с малой разностенностью, т. е. добиваются наименьшего различия между толщиной стенок труб в различных местах поперечного сечения, а также по длине. Вполне понятно, что чем меньше разностенность, тем качество труб выше. Разностенность труб зависит от большого числа условий, но в первую очередь — от разностенности заготовки: чем больше разностенность заготовки, тем больше и разностенность отпрессованной из нее трубы.
Кроме того, разностенность трубы связана с жесткостью оправки и ее длиной: чем короче и жестче оправка, тем она меньше отклоняется от оси трубы и, следовательно, меньше разностенность. Особенно трудно добиться правильного (концентричного) расположения оправки относительно канала матрицы, если форма отверстия не круглая, а имеет сложную несимметричную конфигурацию. При прессовании таких профилей выпрессовываемый металл будет стремиться повернуть оправку и отжать ее в сторону. В результате образуется разностенность и несоответствие внутреннего и наружного контуров полого профиля.
Важным показателем качества труб является качество их внутренней поверхности. Для ее улучшения необходимо иметь достаточно чистую внутреннюю поверхность заготовки и смазывать оправку перед прессованием какой-либо технологической смазкой. Для облегчения схода отпрессованной трубы с оправки ее делают слегка конусной — это снижает количество царапин и надиров внутри труб.
Особый интерес в настоящее время представляет прессование полых профилей из сплошной заготовки, во-первых, потому, что получение полой заготовки представляет собой далеко не простую задачу, требует затрат труда значительно больших, чем для заготовки сплошного сечения, а также специального оборудования. Кроме того, и это чрезвычайно важно, таким способом можно прессовать полые пресс-изделия любой конфигурации как наружного, так и внутреннего контура. Интересна матрица особой конструкции (рис. 10): она объединяет в себе и непосредственно матрицу, т. е. деталь инструмента, который оформляет наружную конфигурацию профиля, и оправку, формирующую внутренний контур. На этом рисунке стрелками показано движение потоков металла, огибающих рассекатель (верхнюю часть матрицы) и входящих в сварочную зону, где разделенные потоки металла свариваются в монолитное пресс-изделие. Такую матрицу называют комбинированной, иногда еще язычковой. Для нее характерна очень небольшая длина оправки и жесткая установка оправки относительно матрицы. При такой конструкции получаются полые профили с наименьшей разностенностью, а оправка здесь может быть любой формы, так как она не будет скручиваться и изгибаться при прессовании. Следовательно, имеются все условия для получения доброкачественных изделий любой сложной конфигурации.

Рис. 10. Схема прессования полых профилей из сплошной заготовки через комбинированную (язычковую) матрицу:
1 — контейнер; 2 — пресс-шайба; 3 — матрица; 4 — заготовка; 5 — пресс-изделие
Стрелками показано движение потоков металла, огибающих рассекатель (верхнюю часть матрицы) и входящих в сварочную зону, где разделенные потоки металла свариваются в монолитное пресс-изделие.

Суть процесса такова. При прессовании нагретой заготовки она разделяется частью матрицы — «ножом» рассекателя на несколько потоков, которые огибают нож и входят в так называемую сварочную зону. Здесь под воздействием высоких давлений и температур потоки соприкасаются и при отсутствии различных загрязнений в месте контакта свариваются вокруг оправки. Затем металл уже в виде прочно сваренной заготовки, внутри которой находится оправка, выпрессовывается через канал матрицы, образуя заданное полое пресс-изделие. Конечно, так можно прессовать не каждый металл. Например, мягкие алюминиевые сплавы хорошо свариваются в условиях прессовой сварки и прессуются в профили сложной конфигурации. Из таких сплавов в промышленных масштабах прессуют очень длинные трубы, в стенках которых по всей их длине расположено несколько отверстий малого диаметра. Никакими другими способами, кроме как прессованием через комбинированную матрицу, такие трубы не получить. Можно назвать еще много примеров прессования очень сложных профилей из мягких алюминиевых сплавов. Однако высокопрочные алюминиевые сплавы свариваются неудовлетворительно, поэтому через комбинированные матрицы их не прессуют. Ряд титановых сплавов может свариваться вполне удовлетворительно, но прессование их через комбинированные матрицы также невозможно — на сегодня еще отсутствуют инструментальные материалы, из которых можно было бы создать достаточно стойкую комбинированную матрицу, выдерживающую температуру около 1000°С и давления порядка 600—800 МПа. А ведь именно при таких условиях прессуются титан и сталь. Поэтому в настоящее время через комбинированные матрицы прессуют в основном мягкие алюминиевые и некоторые магниевые сплавы. Из них в больших количествах получают такие профили, которые применяют в самых различных отраслях техники — от авиастроения до строительства зданий.