Разработка технологического процесса прокатки листа

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева (национальный исследовательский университет)»

Инженерно-технологический факультет

Кафедра «Обработка металлов давлением»

Курсовой проект

на тему: «Разработка технологического процесса прокатки листа»

Выполнил:

Студент Евграфов А. В.

Группа: 442

Самара 2014

Содержание

Введение

1. Физические и технологические свойства сплава Д1, химический состав

2. Горячая прокатка

2.1 Выбор прокатного стана

2.2 Выбор размеров слитка

2.3 Выбор режимов обжатий

3. Описание технологического процесса

3.1 Отливка слитка

3.2 Гомогенизация слитка

3.3 Резка слитка

3.4 Фрезерование

3.5 Мойка и сушка

3.6 Плакирование

3.7 Нагрев слитка под прокатку

3.8 Горячая прокатка

3.9 Предварительная резка

3.10 Закалка

3.11 Правка растяжением

3.12 Резка в меру

3.13 Старение

3.14 Контроль качества

3.15 Упаковка

3.16 Склад

Заключение

Список использованных источников



Введение

Прокатка - один из самых распространенных видов обработки металлов давлением. Заключается в обжатии металла между двумя, реже тремя, вращающимися в разные стороны валками. Силами трения заготовка затягивается в зазор между валками и обжимается по высоте. Тангенс угла захвата равен коэффициенту трения. После прокатки отношение площади сечения готового профиля равно отношению длины готового профиля к длине исходной заготовки (то есть объем при прокатке не изменяется) без учета потерь по пределу и называется коэффициентом вытяжки.

Прокаткой получают прокат различного назначения.

Прокатка - процесс обжатия заготовки между вращающимися валками с целью придания ей требуемой формы и размеров. Различают три способа прокатки: продольную, поперечную, поперечно-винтовую. Основным способом, при помощи которого производится до 90% проката в стране, является продольная прокатка, в процессе которой металл подвергается обжатию между вращающимися в разные стороны параллельными валками.

Важная роль в укреплении и развитии технологического потенциала страны принадлежит прокатному производству, являющемуся мощной заготовительной базой для производителей авиационной техники, для моторостроителей и создателей уникального оборудования, станков и приборов.

В авиационной промышленности прокатные цехи металлургических заводов специализируются на производстве листовых полуфабрикатов из различных алюминиевых сплавов. Листопрокатные цехи оснащены высокопроизводительным крупногабаритным оборудованием, установленным в единую технологическую линию. Широкое использование автоматизированных комплексов и применение ЭВМ при проектировании технологического процесса и контроля над его реализацией обеспечивает не только снижение энерго- и материалоемкости производства и итенсификацию технологического процесса, но и дает коренное улучшение качества, увеличение выпуска эффективных видов металлопродукции.

Прокатное производство является завершающим звеном металлургического цикла. Оно включает в себя отливку заготовок, подготовительные операции, последующую прокатку и отделочные операции.

Продукция листопрокатного производства в настоящее время применяется широко не только в авиации, но и в машиностроении, судостроении, при производстве конденсаторов, в консервной промышленности, производстве баночной тары. К алюминиевому прокату, особенно тонколистовому, предъявляются особые требования как по геометрическим размерам, так и по механическим свойствам.

Прокатка листов и плит осуществляется в рабочих клетях прокатных станов на цилиндрических валках с гладкой поверхностью. Заготовкой служит плоский слиток. Прокат, который используется на втором и последующем проходах прокатки, называется подкат. Валки расположены горизонтально, параллельно друг другу, приводятся во вращение принудительно электромеханическим приводом. Ролики, которые перемещают слиток к рабочей клети, называются рольгангом. Металл заготовки захватывается вращающимися навстречу друг другу валками за счет сил трения, возникающих на контактной поверхности между валками и заготовки при выполнении определенных соотношений между толщиной заготовки, толщиной проката и радиусом деформирующего валка.



1. Физические и технологические свойства сплава Д1, химический состав

Марка: Д1 .Используется в промышленности для лопастей винтов, узлов креплений, строительных конструкций и т.д.

Сплав Д1 относится к деформируемыми, упрочняемыми при термообработке сплавом системы Al-Cu-Mg. Основным легирующими элементами в нём являются медь и магний.

Таблица 1. Химический состав в % сплава Д1

Fe	Si	Mn	Ni	Ti	Al	Cu	Mg	Zn	Примесей
До 0,7	До 0,7	0,4-0,8	До 0,1	До 0,1	91,6-95,4	3,8-4,8	0,4-0,8	До 0,3	Прочие, каждая 0.05, всего 0.1

Удельный вес: 2700 кг/м³

Твердость материала: HB 10 ^-1 = 95 МПа

Закалка дуралюмина Д1: проводится при 495-510 °С (все виды полуфабрикатов), старение при 20 °С более 96 часов

Таблица 2. Механические свойства сплава Д1 при Т=20^oС

Прокат	Толщина или диаметр, мм	Е, ГПа	G, ГПа	ув, (МПа)	у0,2, (МПа)	д5, (%)
Пруток	До 50	72	27		260
Пруток прессованный	До 10			360	220	12
Профиль прессованный	Свыше 20			410	250	10

Таблица 3. Механические свойства сплава Д1 при низких температурах

Прокат	Т испытания	ув, (МПа)	у0,2, (МПа)	д5, (%)
Штамповка закалённая и состаренная, все размеры	20	460	280	21
	-70	460	310	25
	-196	580	380	23



Таблица 4. Физические свойства сплава Д1

Т (Град)	E 10- 5 (МПа)	a 10 6 (1/Град)	l (Вт/(м·град))	r (кг/м3)	C (Дж/(кг·град))	R 10 9 (Ом·м)
20	0,72			2800		54
100		22,9	130		922

Рисунок 1. Диаграмма состояния

Как видно из диаграммы состояния растворимость легирующих элементов и алюминия заметно изменяется: при высоких температурах она довольно высока, а при снижении заметно уменьшается, что даёт возможность для упрочнения сплава Д1 путём термообработки(закалки с последующим старением).

Рисунок 2. Диаграмма пластичности сплава Д1 (1-уB, 2 -у0,2, 3- у , 4 - ш)

Сплав Д1 обычно используется в состоянии Т - после закалки и естественного старения(при комнатной температуре).

Сплавы Д1, Д16 в искусственно состаренном состоянии имеют улучшенную коррозионную стойкость, которая не снижается при повышенных температурах эксплуатации деталей, и более высокие значения у_0,2 и у_В.

Дюралюминий -- это сплав алюминия, основными легирующими элементами которого являются медь (4,4% массы), магний (1,5% массы) и марганец (0,5% массы). Отличительной чертой листового дюралюминия является высокая прочность, которая достигается за счет термообработки - закалки и естественного или искусственного старения.

Дюралевый лист Д1АТ производится из дюралюминия марки Д1 в соответствии с ГОСТ 21631-76. Где буквами «А» обозначается нормальная плакировка 4-6% от толщины листа, а буква «Т» закалённый и естественно состаренный. Благодаря термической обработке приобретает повышенную прочность, а плакировка обеспечивает дюралевый лист Д1АТ устойчивостью к коррозийному воздействию. Широко применяется в различных областях промышленного производства. Используется при создании летательных аппаратов, судов, железнодорожных вагонов и т.д

Для закалки сплав Д1 нагревают до 495--510°С, Нагрев до более высоких температур (превышающих неравновесный солидус), вызывает пережог, т. е. окисление и частичное оплавление металла по границе зерен, что резко снижает прочность и пластичность. При закалке дуралюмина важно обеспечить высокую скорость охлаждения, поэтому охлаждение проводят в холодной воде. Даже незначительный распад твердого раствора в процессе охлаждения с выделением интерметаллидных фаз по границам зерен снижает сопротивление межкристаллитной коррозии. После закалки значительная часть фаз-упрочнителей растворяется, повышая легированность твердого раствора.

Дуралюмины после закалки подвергают естественному старению, так как при этом обеспечивается более высокая коррозионная стойкость. Естественное старение наиболее интенсивно протекает в первые сутки после закалки и практически заканчивается в течение 4--5 суток. Понижение температуры тормозит старение, а повышение ее, наоборот, увеличивает скорость процесса, но понижает пластичность и сопротивление коррозии.



2. Разработка технологического процесса

2.1 Выбор прокатного стана

Прокатный стан - это совокупность привода, шестеренной клети, одной или нескольких рабочих клетей. Прокатные станы классифицируют по трем основным признакам: по числу и расположению валков; по числу и расположению рабочих клетей; по их назначению.

В зависимости от числа и расположения валков в клети стан разделяют на двухвалковые, трехвалковые, четырехвалковые, многовалковые, универсальные.

В соответствии с шириной проката выберем полунепрерывный семиклетьевой стан горячей прокатки «2800».

Выбранный тип прокатного стана относится к типу четырехвалковых станов. Параметры стана представлены в таблице 1.

Таблицы 5. Основные параметры прокатного стана

Группа клетей	Диаметр рабочих валков, мм	Диаметр опорных валков, мм	Длина бочки валка, мм	Конечная толщина, мм	Мах скорость прокатки, м/мин	Допустимое усилие прокатки, тс	Номинальный момент прокатки, тм	Мощность главного привода, кВт
Клеть 1	750	1400	2800	100-200	90	3000	104	6400
Клеть 2	750	1400	2800	20-90	90	3000	104	6400
Клеть 3	650	1500	2800	-	-	3000	123	4200
Клеть 4	650	1500	2800	-	-	3000	123	4200
Клеть 5	650	1500	2800	-	-	3000	86	4200
Клеть 6	650	1500	2800	-	-	3000	40.8	4200
Клеть 7	650	1500	2800	3-8	300	3000	40.8	4200

2.2 Выбор размеров слитка

Выбор размеров слитка производим по рекомендациям источника [1] таблицы 3 на страница 45.

Наиболее выгодная толщина слитков - 0,3-0,4 м. Ширина достигает 1,5-2,1 м, а длина 2,5-6 м.

Исходные размеры слитка:

Ширина слитка - 2100 мм;

Толщина слитка - 400 мм;

Длина слитка - 2500 мм.

Толщина фрезерованного слоя - 15 мм.

После фрезерования слиток будет иметь следующие размеры:

Ширина слитка - 2070 мм;

Толщина слитка - 370 мм;

H_сл=Н₀-2Н_фр Н_сл=400-30=370

В_сл=В₀-2В_фр В_сл=2100-30=2070

После плакировки слиток будет иметь следующий размеры:

А- нормальная плакировка (4-6%)

H_пл= Н_сл*д/(80-2д)

После плакировки слиток будет иметь следующий размеры:

Толщина плакировки - 26 мм, планщет накладывается с 2 сторон.

Толщина слитка - 422 мм



2.3 Выбор режимов обжатий

Величина обжатия - важная характеристика процесса прокатки и, будучи связана с температурой и скоростью деформации, она определяет качество продукции и производительность стана. Большие обжатия уменьшают неравномерность деформации, способствуют получению горячекатанных полос с равномерной структурой и стабильными свойствами, существенно уменьшают возможность раскрытия слитка, обеспечивают высокую производительность.

Обжатие в общем случае ограничивается предельным углом захвата, давлением металла на валки, величиной момента прокатки.

Определим количество проходов, необходимое для получения заданных размеров листа:

Обжатие за проход определяется по формуле:

Дh=е*Н_i

где: е - степень деформации,

Дh - абсолютное обжатие, мм,

Н_i - начальная толщина на входе в i-м проходе, мм:

Дh=0,02*422=8,5 мм.

h_i= Н_i - Дh,

где: h_i - конечная толщина на выходе в i-м проходе, мм,

h_i = 422?8,5=413,5 мм.

Величина угла захвата:

б_i=

где: R_i - радиус рабочего валка в i-м проходе, мм,

Дh - абсолютное обжатие, мм.

горячей прокатке алюминиевых сплавов

=22 ? - 24 ? (0,39-0,41 рад),

б_i = =0,15, это меньше, чем

Таблица 6. Обжатия по проходам прокатки

№	H0	Дh	h	е	Б
1	422	8,5	413,5	2	0,16
2	413,5	8,5	405	2	0,16
3	405	32,5	372,5	8	0,32
4	372,5	48,5	324	13	0,39
5	324	52	272	16	0,4
6	272	54	218	20	0,41
7	218	55	163	25	0,41
8	163	52	111	32	0,4
9	111	39	72	35,1	0,35
10	72	27	45	37,5	0,27
11	45	18	27	40	0,24
12	27	11,6	15,4	43	0,19
13	15,4	6,8	8,6	44	0,14
14	8,6	3,8	4,8	44	0,11
15	4,8	0,6	4,2	12,5	0,04

3. Описание технологического процесса

Технологическая схема прокатного производства включает в себя три стадии. Первая стадия - подготовка листа к прокатке. В результате получают полупродукт, т.е. передельную заготовку (для листовой прокатки - сляб). На второй стадии из полученного полупродукта прокатывают продукцию заданной формы. На третьей стадии производится отделка и контроль продукции.

3.1 Отливка слитка

Отливка слитков производиться в литейном агрегате. Для литья алюминиевых сплавов применяется электромагнитный кристаллизатор.

Для литья алюминиевых сплавов применяются 2 типа кристаллизаторов: кристаллизатор скольжения (металл касается стенок кристаллизатора и скользит по ним во время литья) и электромагнитный кристаллизатор. Основным дефектом в слитках является горячие трещины, возникающие при кристаллизации, и холодные трещины при охлаждении слитков до низких температур. Крупные слитки позволяют в полной мере использовать мощность и производительность прокатных станов. Однако получить крупный слиток не просто, т.к. большое увеличение массы жидкого металла при литье крупных слитков приводит к значительному замедлению кристаллизации, в результате чего ухудшается структура и свойства листового металла. В нашем случае мы отливаем слиток в электромагнитном кристаллизаторе, так как качество слитка выше, чем в кристаллизаторе скольжения. Размеры слитка: 400 x 2100 x 2600 мм.



3.2 Гомогенизация слитка

технологический процесс прокатка лист

После того как отлили слиток необходимо подвергнуть его гомогенизации. Гомогенизация - это разновидность отжига, которую широко применяют для деформируемых сплавов. Гомогенизация необходима для снятия напряжений, возникающих во время литья, и для устранения внутрикристаллитной ликвации, появляющейся при затвердении. В результате гомогенизации значительно возрастает пластичность слитка, что более пригодно для горячей прокатки - высокие и стабильные пластические характеристики позволяют применять повышенные степени деформации и скорости при прокатке. Гомогенизация осуществляется путем нагрева слитков до температуры, близкой к линии солидуса, при условии длительной выдержки при этой температуре и медленного охлаждения. Гомогенизацию можно осуществить в прокатном цехе, совмещая ее с нагревом под прокатку. Температура под гомогенизацию принимается равной 350 - 410 С° выдержкой 15 ч. Данные из источника [4], страница 248.

Проводится гомогенизация в гомогенизационных колодцах (электрические шахтные печи).

3.3 Резка слитка

Осуществляется на дисковых пилах. Резка слитков ведут в литейном цехе дисковыми фрезами на специальной линии резки. Для резки применяем дисковые фрезы. После резки получаем слитки со следующими размерами: ширина слитка - 2000 мм, толщина слитка -400 мм, длина слитка -2500 мм.

3.4 Фрезерование слитка

Фрезерование поверхности слитков необходимо для удаления ликвационных наплывов, разливающихся при затвердевании вследствие наличия в составе сплавов легкоплавких фаз и эвтектик. Глубина слоя, снимаемого при фрезеровании, составляет 10-15 мм на сторону. Фрезерование производится на горизонтально-шпиндельных и вертикально-шпиндельных слиткофрезерных станках типа ГФ-212, ГФ-388. После фрезерования слиток будет иметь размеры: ширина слитка -1970 мм , толщина слитка -370 мм, длина слитка - 2500 мм.

3.5 Мойка и сушка слитка

Мойка слитка осуществляется в моечно-сушильном агрегате содовым раствором с целью удаления поверхностной коррозии, масла, эмульсии и других загрязнений с последующей промывкой горячей водой.

Промывка и сушка слитков производится после фрезерования в моечно-сушильном агрегате, где через форсунки подается вода с температурой 60-80⁰ С под давлением более 10 атм. После этого на слиток подается горячий воздух при скорости движения 3м/мин. Данные со страницы 30 источника [1].

Сушка слитков осуществляется в сушильном агрегате путем обдувания слитка горячим воздухом.

3.6 Плакирование

Плакирование осуществляется путём горячей прокатки фрезерованного сляба с наложенными на него с обеих сторон планшетами. Для технологической плакировки используют алюминий марки АД1 толщиною 26 мм. В результате совместного действия высокой температуры, высокого давления и пластической деформации основной и плакирующий металл прочно соединяются. Ширина планшета принимается большей ширины слитка для напуска боковых граней. Плакирование боковых граней предотвращает растрескивание кромок при горячей прокатке и даёт возможность повысить обжатия при холодной прокатке. После плакирования слиток имеет размеры 422х2022х2500

3.7 Нагрев слитка под прокатку

Нагрев слитка перед прокаткой является одной из самых ответственных операций технологического процесса изготовления листовой продукции. Нагрев перед прокаткой должен обеспечить максимальную пластичность при минимальном сопротивлении деформации. Нагрев производится до 420С - страница 208, источник [6]. Для нагрева применяются электрические конвейерные печи с циркуляцией атмосферы.

Рисунок 3. Схема конвейерной печи

а -- с подподовым конвейером; б -- с подовым конвейером; в -- с надподовым конвейером; 1 -- цепь конвейера; 2 -- несущий элемент; 3 -- нагреваемое изделие

3.8 Горячая прокатка

Прокатка осуществляется на полунепрерывном семиклетьевом стане горячей прокатки «Кватро 2800». Так как требуется получить лист толщиной до 3,6 мм, то задействованы будут только первая и вторая клети. После первого, третьего и пятого проходов используются эджерные клети. Параметры стана указаны в таблице 1. Выбрано 15 проходов прокатки.

Прокатка производится 15 проходов по схеме:

422413,5>405>372,5>324>272>218>163>111>72>45>27>15,4>8,6>4,8>4,2

Для смотки прокатанных полос в рулон используется две моталки подпольного типа. Смотка в рулон осуществляется на первую моталку, смотка на вторую моталку производится в аварийных ситуациях (когда неисправна первая моталка).

Для обеспечения устойчивого захвата полосы скорость вращения барабана моталки на 25…30% выше скорости вращения рабочих валков последней клети стана.

Вначале процесса смотки барабан моталки разжат, верхняя проводка опущена, нижние проводки сведены, поворотная опора подведена к моталке, захлестыватель подведен. Полоса подается и захватывается барабаном, начинается наматывание. После намотки трех витков захлестыватель отводится. По окончании смотки в рулон устанавливается так, чтобы конец внешнего витка находился вверху. Под барабан моталки подводится сниматель рулонов. Поднимается подъемный стол до упора роликами в рулон и остается в этом положении. Прижимной ролик поднимается. Поворотная опора отводится. Барабан сжимается. Сниматель рулонов вывозит рулон от моталки в зону обвязки. Рулон обвязывается.

Обвязанные вязками рулоны тележкой устанавливаются на конвейер и транспортируется на промежуточный склад.



3.9 Предварительная резка проката

На линии предварительной резки - резка осуществляется на специализированной линии предварительной резки. Прокат режется больше требуемого размера на 10 см, т.к. во время правки он крепится за края, которые потом отрезаются. 5000+100=5100мм- длина листа.

3.10 Закалка

Закалкой называется термическая обработка, заключающая в том, что лист нагревается до требуемой температуры и выдерживается при ней наиболее полного образования пересыщенного твёрдого раствора. При быстром опускании листа в закалочный бак с водой фиксируется при температуре закалочной среды, полученный пересыщенный твёрдый раствор на основе алюминия, устойчивый при высоких температурах и способный к последующему старению. В процессе закалки листов алюминиевых сплавов и последующего естественного старения получаются листы с механическими свойствами соответствующими требованиям нормативной документации, которые подвергаются дальнейшей обработке на линии обработки закалённых листов. Закалка проводится в вакуумной печи, серии VOQ.

Температура закалки сплава Д1 t=495-510°С, температура начала отсчёта продолжительности выдержки t=490°С,продолжительность выдержки 5-8 минут, охлаждение в воде.[4]

3.11 Правка растяжением

Листы и ленты больших габаритов правят растяжением на горизонатьно-правильнорастяжных машинах. Схема такой правки показана на рисунке 2 а,б. Сущность такой правки заключается в том, что лист вследствие пластических деформаций, возникающих при растяжении, происходит выравнивание всех длин волокон материала.

Процесс растяжения происходит по следующей схеме: подготовленный к правке лист вставляется в пазы зажимных головок. Головки расходятся под действием гидроприводов, лист зажимается между верхней 1 и нижней 2 частями головки и начинается процесс растягивания. Вследствие растяжения хлопуны и волнистость выправляются. После правки головки разжимаются и лист освобождается. Степень деформации при правке 3%. 5100•0,03=153мм. Следовательно, длина листа после правки растяжением станет 5253 мм.

Рисунок 4. Схема закрепления листа в зажимных головках - (а), схема растяжения - (б)

Рисунок 5. Схема процесса правки

3.12 Резка в меру

Резка проката в меру осуществляется на гильотинных ножницах.

Гильотинные ножницы используются для резки листового металла. На гильотинах производят резу листа толщиной до 35мм. По исполнению гильотины разделяют на ножницы прямого и поворотного действия по типу привода гильотины разделяют на гидравлические, электромеханические и ручные (применяются резки металла небольшой толщины).

Гильотинные ножницы отличаются высокой производительностью и чистотой реза. При этом управление гильотиной осуществляется при помощи контролера или системы ЧПУ.

После резки в меру получаем лист с требуемыми габаритами: 4,2х 2000 х 5000 мм.

3.13 Старение

Старение - процесс распада пересыщенного твердого раствора, полученного в ходе закалки. Старение при комнатной температуре, называется естественным. Старение является диффузионным процессом, поэтому он зависит от температуры и времени выдержки. Выдержка около 96 часов.

3.14 Контроль качества

Контроль ведут контролеры с использованием специальных столов, они проверяют геометрические размеры, разнотолщинность, качество поверхности. Так же производятся механические испытания в лаборатории для данной партии для оценки уровня механических свойств и структуры.



3.15 Упаковка

Упаковка - очень ответственная операция. Листы прокладывают сухой или промасленной бумагой, заворачивают в бумагу, фольгу. Далее производят стяжку. Поле этого пакет укладывают в деревянный ящик.

3.16 Склад

Отправка на склад готовой продукции. Ведется путем перевоза упакованных изделий на склад готовой продукции с оформлением необходимой документации.



Заключение

В курсовой работе разработан технологический процесс изготовления листа из сплава АД1М размерами 3.6 х 1950 х 3500 мм. Приведена характеристика данного сплава, его химический состав и влияние легирующих добавок, типичные механические свойства. При анализе вариантов прокатки листа выбрана горячая на полунепрерывным стане.

Произведен расчет обжатий при горячей прокатки с целью получения заданной толщины слитка. Рассчитаны основные параметры прокатки, такие как угол захвата.

Выбраны режимы окончательной термической обработки полученных листов, описаны способы контроля качества.



Список использованных источников

1. Каргин В.Р., Чертков Г.В., Осиновская И.В., Дипломное проектирование листопрокатных цехов: Учебное пособие. - Самара: СГАУ, 2010. - 96 с.

2. Лахтин, Ю.М. Металловедение и термическая обработка металлов [Текст]/ Ю.М. Лахтин. - М.: Металлургия, 1983. - 360 с.

3. Сорокин, В.Г. Марочник сталей [Текст]: справочник В.Г. Сорокин, А.В. Волосникова, С.А. Вяткин. - М.: Машиностроение, 1989. - 640

4. Каргин В.Р., Элементы теории и технологии прокатки листов из легких сплавов, - Метод. Указания. - Куйбышев: КуАИ, 1987. - 36 с.

5. Колпашников А.И., Прокатка листов из легких сплавов. - 2-е издание перераб. И доп. - М. Металлургия. 1967. - 319 с.

6. Колачев Б.А., Габидуллин Р.М., Технологическая термическая обработка цветных металлов и сплавов.

Размещено на Allbest.ru

...