Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Контрольная работа

«ТЕХНОЛОГИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ»

ВАРИАНТ ЗАДАНИЯ № 5

Выполнил: ст.группы Б 660811 А.А. Садовников

Проверил: П.И. Маленко

Прокатка - наиболее перспективный метод получения изделий из порошков (рис. 1).

Рис. 1 Схема процесса прокатки

Сущность процесса заключается в прессовании порошка, поступающего между двумя вращающимися в разные стороны валками. Из-под валков порошок выходит в виде полосы, ленты или листа. Лента спрессованного материала может непосредственно направляться в печь для спекания, а затем подвергаться дополнительному обжатию между валками. Процесс высокопроизводительный - 30-35 м/сек. При прокатке порошок подвергается сжатию, как при двустороннем прессовании. Процесс спекания железной ленты толщиной 0,5-0,7 мм при 1400 ⁰С протекает в течение долей секунды. Прочность полос можно увеличить газовой цементацией.

Перед обычным прессованием она имеет ряд преимуществ: отсутствие дорогостоящих пресс-форм; возможность получения изделий относительно больших габаритов при малой толщине и более однородных по плотности; более высокая производительность; небольшая мощность прокатных станов

Прокатка - процесс обжатия заготовки между вращающимися валками с целью придания ей требуемой формы и размеров. Различают три способа прокатки: продольную, поперечную и поперечно-винтовую (косую).

Основным способом, при помощи которого производится до 90% всего проката в стране, является продольная прокатка (рис. 2), в процессе которой металл подвергается обжатию между вращающимися в разные стороны параллельными валками. При этом уменьшается высота сечения, увеличивается длина и в некоторой степени ширина прокатываемой полосы.

Рис. 2 Продольная прокатка

Валки могут быть цилиндрическими гладкими, тогда прокат получается в виде полос и листов, либо с канавками (ручьями) различной формы, тогда получается профильный прокат - квадрат, круг, шестигранник, рельс и другие.

Сам процесс прокатки осуществляется следующим образом. Полоса высотой Н (рис. 2) силами трения, возникающими между ее поверхностью и поверхностями вращающихся валков, втягивается в щель между валками, высота которой меньше начальной высоты полосы, и обжимается до размера h. Разность между начальным Н и конечным h размерами полосы называется абсолютным обжатием.

Процесс прокатки возможен только в том случае, если угол , называемый углом захвата, не превышает некоторой величины, определяемой коэффициентом трения между металлом и валками, диаметром валков и толщиной прокатываемой полосы.

Контакт металла с валками происходит по дуге аb, называемой дугой захвата. Металл деформируется в зоне, ограниченной плоскостями входа ad и выхода bс и дугами захвата. Этот объем металла называется очагом или зоной деформации.

Одновременно с уменьшением сечения полосы при прокатке и увеличением ее длины наблюдается некоторое увеличение ее поперечных размеров, называемое уширением. Величина уширения зависит от величины обжатия, диаметра валков, коэффициента трения и других параметров.

Прокатка характеризуется непрерывностью воздействия инструмента на металл и, как следствие этого, отличается весьма высокой производительностью. Во многих случаях она позволяет получать заготовки, приближающиеся по форме и размерам к готовым изделиям, а для таких отраслей народного хозяйства, как строительство и транспорт, прокаткой получаются готовые элементы сооружений. Современное прокатное производство не только дает продукцию в виде заготовок большой длины того или иного профиля, но и позволяет получать штучные заготовки с минимальными припусками на механическую обработку.

Наиболее обширной является группа сортового проката (круглая, квадратная, шестигранная, полосовая, угловая сталь, швеллеры, двутавры, рельсы и другие).

Листовая сталь разделяется на тонколистовую и толстолистовую.

Трубы выпускаются бесшовные (горяче- и холоднокатаные) и шовные (сварные). Кроме круглых, производятся трубы других сечений (шестигранные, квадратные и другие).

Для массового производства изготавливаются специальные виды проката: специальные профили транспортного и сельскохозяйственного машиностроения, бандажи, колеса, периодические профили.

Прокатный стан (рис. 3) состоит из следующих основных узлов и механизмов: одной или нескольких прокатных клетей 1, валков 2, электродвигателя 8, моторной муфты 7, редуктора 6, коренной муфты 5, шестеренкой клети 4 и шпинделей 3. Все эти механизмы являются элементами главной линии прокатного стана.

Рис. 3 Прокатный стан

Рабочая клеть является основной частью прокатного стана, предназначенной для деформирования металла. Она состоит из двух станин, устанавливаемых на плитовинах и закрепляемых на фундаменте. Станины скрепляются между собой стяжными болтами и поперечиной. В рабочей клети располагаются прокатные валки, подушки с подшипниками для валков и вспомогательные механизмы для подъема и установки валков.

Прокатные валки обжимают заготовку и придают ей требуемую форму. В зависимости от назначения они изготовляются из отбеленного чугуна, литой или кованой стали.

Шестеренная клеть служит для разделения крутящего момента по отдельным валкам, если привод осуществляется от одного общего двигателя.

Помимо перечисленных механизмов, входящих в главную линию прокатного стана, имеется ряд вспомогательных механизмов, предназначенных для транспортировки исходного материала к рабочей клети, кантовки, уборки после прокатки, резки, правки, свертывания в рулон и т.д.

По первому признаку различают клети дуо (рис. 4,а), имеющие два горизонтальных валка, клети трио (рис. 4,б), имеющие три валка, клети кварто (рис. 4,в), имеющие два опорных валка 1 и два рабочих валка меньшего диаметра 2, клети многовалковые (рис. 4,г), имеющие два рабочих валка небольшого диаметра и большое количество опорных валков, и клети универсальные (рис. 4,д), в которых одновременно имеются и горизонтальные и вертикальные валки.

Клети дуо могут быть нереверсивными и реверсивными (с меняющимся направлением вращения валков после каждого пропуска металла между ними). Нереверсивные клети используются при прокатке тонких листов и лент, реверсивные - при прокатке профилей крупных размеров, в блюмингах, слябингах, а также у толстолистовых, рельсобалочных и других станов.

В клети трио прокатка производится в обе стороны без реверсирования валков. В одну сторону прокатка идет между нижним и средним валком, в другую - между средним и верхним. Эти клети требуют установки дорогостоящих подъемных столов.

Рис. 4 Расположение валков в рабочей клети

Клети кварто широко применяются для горячей прокатки толстых и тонких листов, а также для холодной прокатки тонких листов и лент. Они позволяют получить большую точность листа по толщине из-за отсутствия прогиба валков (усилие деформации в данном случае воспринимается опорными валками большого диаметра).

Многовалковые клети применяются для холодной прокатки тончайшей ленты. По назначению станы разделяются на два основных типа: 1) станы для прокатки полупродукта, являющегося исходной заготовкой для сортового проката и частично для кузнечного производства; 2) станы для выпуска готового проката.

К первому типу относятся блюминги и слябинги (диаметр валков 800-1400 мм) для прокатки слитков в полупродукт крупного сечения и заготовочные станы (диаметр валков 450-800 мм) для получения полупродукта меньшего сечения.

Ко второму типу относятся: рельсобалочные станы для производства рельсов и тяжелых балок; крупно-, средне- и мелкосортные станы для прокатки сортового проката различных размеров; проволочные станы для прокатки проволоки диаметром 5-10 мм; листовые и трубные станы, станы для специальных видов проката.

Станы одного и того же назначения могут различаться как по своей конструкции, так и по расположению рабочих клетей. Они могут быть одноклетевыми и многоклетевыми. В последнем случае клети могут располагаться в одну или в несколько линий, а также последовательно. Наиболее совершенными станами подобного типа являются непрерывные, длина которых меньше длины прокатываемой полосы, поэтому прокатка может выполняться в нескольких или во всех клетях одновременно.

Технологическая схема современного прокатного производства содержит следующие обязательные элементы: подготовка исходного материала, нагрев его, прокатка и отделка.

Слитки, поступающие в прокатный цех, проходят операцию зачистки с целью удаления поверхностных дефектов (плены, трещины, волосовины) путем вырубания их пневматическими зубилами, выжигания кислородно-ацетиленовым пламенем, зачистки абразивным кругом.

Весьма ответственной операцией является нагрев слитков в колодце, блюмов, слябов и заготовок - в методических печах. Поэтому контроль режима нагрева производится автоматически.

В процессе прокатки необходимо контролировать размер и форму получаемого профиля. Наиболее распространенными профилями сортового проката являются квадрат, круг, угловая сталь. Прокатка их ведется из заготовок, полученных на блюмингах и заготовочных станах.

Листовой металл выпускается в виде толстого (свыше 4 мм) и тонкого (до 4 мм) листа или ленты. В качестве исходного материала при прокатке толстых листов используют слябы, а для изготовления листов толще 50 мм и весом более 8-10 т - тяжелые слитки. Прокатка ведется на двухклетевых последовательных станах, у которых одна клеть черновая, вторая - чистовая.

В процессе прокатки особое внимание уделяется удалению окалины, иначе она может вдавиться в поверхность листа и ухудшить его качество. Наилучшим способом является гидроочистка. С этой целью на клетях устанавливаются сопла для подачи воды на лист под давлением до 100 атм.

После прокатки и контроля листы режутся на нужный размер. Тонкие листы изготавливаются прокаткой в горячем и холодном состоянии. В современных цехах горячекатаные тонкие листы прокатываются из слябов на непрерывных, полностью автоматизированных станах, производительность которых достигает 250 т/ч. Эти станы имеют черновые и чистовые группы рабочих клетей кварто и самостоятельные клети с вертикальными валками для обжатия боковых кромок. Прокатный металл сматывается в рулоны.

Горячекатаный металл в рулонах либо поступает на дальнейшую прокатку в холодном состоянии, либо подвергается отделочным операциям - резке на требуемый размер, нормализации и отжигу для снятия наклепа, а также травлению для удаления окалины. Отожженный и протравленный листовой материал называется декапированным.

Прокаткой в холодном состоянии получают тонкий лист для автомобильной, тракторной, консервной промышленности и других.

При производстве бесшовных труб первой и основной операцией является прошивка слитка или заготовки с образованием гильзы. Прошивка выполняется на прошивных станах с косо расположенными валками (рис.4,а) либо на прессах. В первом случае заготовка подается в валки, расположенные под углом 8-10⁰ друг к другу и вращающиеся в одну сторону. При такой схеме в осевой части заготовки создаются радиальные растягивающие напряжения, разрыхляющие металл и облегчающие прошивку отверстия оправкой, устанавливаемой на пути движения заготовки.

Прошитая гильза поступает либо на непрерывный трубопрокатный стан, либо на стан пилигримовой прокатки.

В первом случае гильза прокатывается на длинной оправке в стане, имеющем 7-9 рабочих клетей с круглыми калибрами. После прокатки и извлечения оправки труба может обрабатываться на калибровочном или редукционном стане.

Во втором случае гильза одевается на оправку и прокатывается между валками, имеющими ручей переменной ширины и высоты по окружности (рис. 5,б). Валки вращаются в разные стороны навстречу движению заготовки. При вращении размер калибра в свету все время меняется. При максимальном размере используется холостой калибр, размеры которого больше диаметра гильзы. В этот момент происходит подача гильзы на шаг 20-30 мм). При повороте валков размер калибра постепенно повьшается и происходит обжатие гильзы до необходимого диаметра. На части окружности меры постоянны. Это полирующаяся часть калибра, обеспечивали выравнивание диаметра и толщины стенки трубы. После полного оборота происходит раскрытие холостого калибра и очередная подача гильзы на шаг. При прокатке на пилигримовом стане остается недокатанный участок гильзы, который отрезается на пиле.

Рис. 5 Прокат бесшовных труб

Сварные трубы изготавливаются печной, газовой, электрической и электрогазовой сваркой из мерной полосы - штрипса, длина которой равна длине трубы, ширина - длине окружности трубы с припуском на сварку и толщина - толщине стенки трубы. Наиболее широко применяется печная и электрическая сварка. При печной сварке нагретый: температуры 1300-1350 ⁰С шрипс протягивается через сварную воронку. В воронке происходит полное свертывание штрипса в трубу и сваривание кромок под действием высокого давления. В качестве оборудования применяются цепные и непрерывные валковые станы.

При электросварке заготовку формируют в трубу без нагрева формовочных непрерывных станах дуо и затем сваривают трубосварочном стане, где кромки заготовки сближаются и сжимаются до сварочного давления. Электрический ток, подводимый к заготовке, нагревает стык до температуры сварки.

Поперечной прокаткой получаются профили, имеющие форму тел вращения - шары, шестерни и т.д., а также периодический прокат, который все шире применяется в кузнечном производстве.

Прокатка осуществляется на специальных станах (рис. 6,а), у которых валки 1 и 2 вращаются в одну и ту же сторону. Заготовка 3 подается вдоль валков, имеющих ручьи соответствующей формы, расположенные по винтовой линии. Материал перемещается по длине валков и принимает форму их калибров.

Рис. 6 Специальные методы прокатки

Прокатка - процесс обжатия заготовки между вращающимися валками с целью придания ей требуемой формы и размеров. Различают три способа прокатки: продольную, поперечную и поперечно-винтовую (косую).

Основным способом, при помощи которого производится до 90% всего проката в стране, является продольная прокатка (рис. 7), в процессе которой металл подвергается обжатию между вращающимися в разные стороны параллельными валками. При этом уменьшается высота сечения, увеличивается длина и в некоторой степени ширина прокатываемой полосы.

Рис. 7 Продольная прокатка

Валки могут быть цилиндрическими гладкими, тогда прокат получается в виде полос и листов, либо с канавками (ручьями) различной формы, тогда получается профильный прокат - квадрат, круг, шестигранник, рельс и другие.

Сам процесс прокатки осуществляется следующим образом. Полоса высотой Н (рис.6) силами трения, возникающими между ее поверхностью и поверхностями вращающихся валков, втягивается в щель между валками, высота которой меньше начальной высоты полосы, и обжимается до размера h. Разность между начальным Н и конечным h размерами полосы называется абсолютным обжатием.

Процесс прокатки возможен только в том случае, если угол , называемый углом захвата, не превышает некоторой величины, определяемой коэффициентом трения между металлом и валками, диаметром валков и толщиной прокатываемой полосы.

Контакт металла с валками происходит по дуге аb, называемой дугой захвата. Металл деформируется в зоне, ограниченной плоскостями входа ad и выхода bс и дугами захвата. Этот объем металла называется очагом или зоной деформации.

Одновременно с уменьшением сечения полосы при прокатке и увеличением ее длины наблюдается некоторое увеличение ее поперечных размеров, называемое уширением. Величина уширения зависит от величины обжатия, диаметра валков, коэффициента трения и других параметров.

Прокатка характеризуется непрерывностью воздействия инструмента на металл и, как следствие этого, отличается весьма высокой производительностью. Во многих случаях она позволяет получать заготовки, приближающиеся по форме и размерам к готовым изделиям, а для таких отраслей народного хозяйства, как строительство и транспорт, прокаткой получаются готовые элементы сооружений. Современное прокатное производство не только дает продукцию в виде заготовок большой длины того или иного профиля, но и позволяет получать штучные заготовки с минимальными припусками на механическую обработку.

Наиболее обширной является группа сортового проката (круглая, квадратная, шестигранная, полосовая, угловая сталь, швеллеры, двутавры, рельсы и другие).

Дуговая сварка в защитных газах.

При сварке в защитном газе электрод, зона дуги и сварочная ванна защищены струёй защитного газа.

В качестве защитных газов применяют инертные газы (аргон и гелий) и активные газы (углекислый газ, азот, водород и другие), иногда - смеси двух газов или более. В нашей стране наиболее распространено применение аргона Аr и углекислого газа СО₂.

Углекислый газ бесцветный, со слабым запахом, в 1,52 раза тяжелее воздуха, нерастворим в твердых и жидких металлах. Выпускают углекислый газ сварочный, пищевой и технический, имеющие соответственно чистоту 99,5, 98,5 и 98,0 %. Для сварки газ поставляют и хранят в стальных баллонах в сжиженном состоянии под давлением 7 МПа.

прокатка валок сварка газ

Рис. 8 Виды сварки в защитных газах: 1 - присадочный пруток или проволока; 2 - сопло; 3 - токоподводящий мундштук; электрод; 4 - корпус горелки; 5 - неплавящийся вольфрамовый электрод; 6 - рукоять горелки; 7 - атмосфера защитного газа; 8 - сварочная дуга; 9 - ванна расплавленного металла; 10 - кассета с проволокой; 11 - механизм подачи; 12 - плавящийся металлический электрод (сварочная проволока)

Сварку в углекислом газе выполняют только плавящимся электродом на повышенных плотностях постоянного тока обратной полярности (рис. 8,в,г). Такой режим обусловлен теми же особенностями переноса электродного металла и формирования шва, которые рассмотрены для сварки плавящимся электродом в аргоне.

При применении СО₂ в качестве защитного газа необходимо учитывать некоторые металлургические особенности процесса сварки, связанные с окислительным действием СО₂. При высоких температурах сварочной дуги СО₂ диссоциирует на оксид углерода СО и кислород О, который, если не принять специальных мер, приводит к окислению свариваемого металла и легирующих элементов. Окислительное действие О нейтрализуется введением в проволоку дополнительного количества раскислителей марганца и кремния. Поэтому для сварки в СО₂ углеродистых и низколегированных сталей применяют сварочную проволоку с повышенным содержанием этих элементов (Св-08ГС, Св-10Г2С и т.д.). На поверхности шва образуется тонкая шлаковая корка из оксидов раскислителей. Часто применяют смесь CO₂ + 10 % О₂.

Сварка в атмосфере защитных газов в зависимости от степени механизации процессов подачи присадочной или сварочной проволоки и перемещения сварочной горелки может быть ручной, полуавтоматической и автоматической.

По сравнению с ручной сваркой покрытыми электродами и автоматической под флюсом сварка в защитных газах имеет следующие преимущества: высокую степень защиты расплавленного металла от воздействия воздуха; отсутствие на поверхности шва при применении аргона оксидов и шлаковых включений; возможность ведения процесса во всех пространственных положениях; возможность визуального наблюдения за процессом формирования шва и его регулирования; более высокую производительность процесса, чем при ручной дуговой сварке; относительно низкую стоимость сварки в углекислом газе.

Области применения сварки в защитных газах охватывают широкий круг материалов и изделий (узлы летательных аппаратов, элементы атомных установок, корпуса и трубопроводы химических аппаратов и т.п.).

В углекислом газе сваривают конструкции из углеродистой и низколегированной сталей (газо- и нефтепроводы, корпуса судов и т.д.). Преимущество полуавтоматической сварки в СО₂ с точки зрения ее стоимости и производительности часто приводит к замене ею ручной дуговой сварки покрытыми электродами.

Размещено на Allbest.ru