8.5. Литье и прокатка металлов

Высокими литейными свойствами обладают чугун и цветные сплавы, поэтому значительная часть деталей из этих материалов изготовляется литьем. Из-за относительно низких литейных свойств сталей они перерабатываются и используются для изготовления деталей и строительных конструкций, в основном, методами прокатки.

Рис. 8.3. Разливка металла сверху и снизу

Из конвертора или мартена сталь выпускают в сталеразливочный ковш (5…250 т). В основном применяются два традиционных способа разливки (рис. 8.3.): в изложницы (чугунные формы) — сверху и сифонная — снизу. Сверху — для крупных слитков, снизу — для мелких слитков и изготовления некоторых деталей.

Очень эффективна непрерывная разливка стали (рис. 8.4). Расплавленная сталь через регулируемый стакан непрерывно поступает в водоохлаждаемый кристаллизатор. Дальнейшее охлаждение проводится струями воды. После этого выполняется прокатка слитка валками. С помощью кислородного резака отрезается необходимой длины слиток. Слитки изготовляются прямоугольного (150500, 300200 и др.), квадратного (150150, 400400 и др.) или круглого (диаметром 200...300 мм) сечения. В слитках непрерывной разливки нет усадочных раковин и создается более однородная структура металла.

Рис. 8.4. Схема непрерывной разливки стали

До 90 % сталей и до 50 % цветных металлов используются в виде проката, штампованных и кузнечных заготовок (рис. 8.5). Достоинством процесса прокатки является высокая экономичность:

• мало потерь металла, т. к. происходит перераспределение металла по объему, а при обработке резанием много металла идет в стружку;

• процесс высокопроизводительный;

• прокат эффективно использовать для изготовления сварных и клепаных конструкций и конструктивно сложных и громоздких деталей.

Деформация металла может быть холодной и горячей. В последнем случае снижаются усилия деформации, но обезуглероживается поверхностный слой и образуется окалина.

На прокатных станах используются различные (рис. 8.5) виды калибров. Калибровка валков — это разработка схемы прокатки и такое последовательное размещение калибров по прокатному стану, при котором металл проходит через большое количество калибров, в каждом происходит

его деформация, а в результате последовательного воздействия на металл обеспечивается получение заданного профиля проката (рис.8.7).

Рис. 8.5. Виды обработки металлов давлением

Волочение металла — это процесс протягивания проволоки, прутка или трубы через очко специнструмента (волоку). В итоге получаются высокоточные размеры, чистая и гладкая поверхность. Перед волочением металл очищают от ока­лины, промывают, наносят подсмазочный слой (омеднение, фосфатирование и т. д.), сушат и наносят слой смазки (графит, эмульсии, минеральные масла).

Рис. 8.6. Схемы калибров

П рессование металла используется чаще всего для цветных сплавов: можно получить прутки диаметром 5…200 мм, трубы до 800 мм диаметром с толщиной стенок 1,5…8 мм, и изготовить, самое главное, различные сложные по конфигурации строительные фасонные профили. Нагретый металл из контейнера выдавливается через очко матрицы. При прессовании труб заготовка прошивается стальной иглой, конец которой проходит через очко; металл выпрессовывается между иглой и очком.

Ковка и штамповка — промежуточные операции для изготовления заготовок деталей на пневматических, гидравлических или механических прессах. Механические свойства кованных и штампованных изделий выше, чем у полученных механической обработкой, т. к. в этом случае волокна перераспределяются в соответствии с формой деталей.

Штамповка может быть горячая и холодная. Объемная штамповка проводится в штампах, где течение металла ограничено поверхностями штампа. По сравнению со свободной кузнечной ковкой объемная штамповка в 50…100 раз производительнее, получаются выше качество и прочность поковок, имеется возможность получения поковок сложной формы. В автомобилестроении листовой штамповкой получают до 75 % деталей, а при производстве товаров широкого потребления — до 98 %.

Толстолистовую сталь изготовляют из слябов массой до 2 т. Сначала раскатывают сляб в поперечном направлении до получения необходимой ширины, а затем раскатывают вдоль. На стане имеются нормализационная печь, травильная установка и сушильная машина.

Тонколистовую сталь выпускают в листах и рулонах. После травления рулоны поступают на станы холодной прокатки, где проводится лужение (горячее, электролитическое), или цинкование, или нанесение пластмассового покрытия.

Стальные трубы по способу изготовления делятся на две группы:

- бесшовные (цельнотянутые);

- шовные (сварные).

Шовные трубы могут быть прямошовными и спиральношовными, однослойными (традиционная технология) и многослойными (перспективная технология).

Сварные трубы дешевле цельнотянутых, но они менее надежны. Сварные трубы изготовляют диаметром от 10 до 2500 мм, а цельнотянутые — только до 100 мм. Для прокатки листовой стали используются гладкие валки, а на калиброванных валках более сложной формы изготовляются остальные виды проката. На калибровочных валках имеются канавки (выступы) и ручьи. Совокупность ручьев пары валков называется калибром.

Сортамент проката:

1. Сортовая сталь: круглая (диаметром 5–250 мм); квадратная (5–250 мм); шестигранная (6–100 мм); полосовая (шириной 10–200 и толщиной 4–60 мм); угловая сталь, лента, проволока; швеллеры, двутавры, рельсы.

2.Листовая сталь (тонколистовая до 4 мм толщиной и толстолистовая — более 4 мм).

3.Специальные виды проката (колеса, периодические профили, арматурная сталь, гнутые профили и др.).

4. Стальные трубы (бесшовные и сварные).