Обработка металлов давлением. 4

 

Министерство образования и науки Челябинской области

государственное автономное учреждение среднего профессионального образования

(ССУЗ) ЧО «Политехнический колледж»

 

 

 

150106

«Обработка металлов давлением»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                             Проверил: преподаватель

                  ____________(И.М. Курлова)

          «____»____________2013 г

 

                                                      Выполнил: студент 

                                                      группы ОМ9-10  

                                                      __________(Кураков А.Е)

 

          «____»____________2013 г

 

Магнитогорск,2013

 

 

 

 

 

 

                                        Введение

Волочение — обработка металлов давлением, при которой изделия (заготовки) круглого или фасонного профиля (поперечного сечения) протягиваются через отверстие, сечение которого меньше сечения заготовки.

В настоящее время одним из актуальных вопросов в металлургической промышленности является разработка новых и совершенствование имеющихся технологий, позволяющих вести обработку металла давлением с наименьшими затратами. Одним из ресурсосберегающих направлений развития волочения можно считать волочение на основе применения процессов с комбинированным погружением и сокращением количества циклов термической обработки.

Как известно производство проволоки включает три главные операции: термическую обработку, подготовку поверхности к волочению и волочение.

В связи с многообразием требований, предъявляемых к проволочной продукции, применяются различные сочетания операций волочение термической обработки, а так же подбираются режимы исполнения.

Целью дипломного проекта является оптимизация технологического процесса волочения углеродистой проволоки и прутков для армирования железобетона в условиях КПЦ ОАО «ММК-Метиз».

Для достижения цели были поставлены следующие задачи:

описать сортамент продукции;

проанализировать существующие конструкции волочильных станов;

рассчитать мощность привода и выбор элементов привода стана В-1/750;

представить правила технической эксплуатации волочильного стана;

описать виды и методы контроля качества проволоки;

проанализировать опасные и вредные факторы производства;

проанализировать экологическую обстановку в КПЦ ОАО «ММК-Метиз».

Практическая значимость дипломного проекта заключается в предложении мероприятий для процесса модернизации разматывателя  волочильного   стана   В-1/750, который позволит применять данный процесс с большой эффективностью при наименьших экономических затратах.

  

1.Теоретическое обоснование выбора оборудования стана В-1/750 КПЦ ОАО   «ММК-Метиз».

1.1 Краткая  характеристика технологического  процесса и механического оборудования  на участке волочения.

     Однократные волочильные машины предназначены для волочения проволоки через одну волоку и имеют следующую область применения:

   калибровка – отделочная протяжка заготовки для получения готовой проволоки требуемых геометрических размеров, формы а также качества поверхности;

подтяжка на передел заготовки толстых размеров для для дальнейшего волочения;

волочение сложных фасонных профилей, которые в силу технических причин не могут быть протянуты на многократных волочильных машинах;

     волочение трудно деформируемых металлов и сплавов, которые из-за низкой пластичности металла не могут быть подвергнуты многократному волочению со сколько-нибудь значительными суммарными обжатиями и которые после каждой очередной протяжки подлежат термической обработке для возможности дальнейшего волочения.

      В проволочно-волочильном производстве применяются следующие типы однократных волочильных машин:

1) однократная волочильная машина с вертикальным расположением от барабана и со съемом проволоки вверх (рисунок 1).

                         

 1 – волока; 2 – направляющий ролик; 3 – нижний волочильный барабан;

 4 – верхний волочильный барабан.

Рисунок 1 – Схема заправки барабана

 

    Волочильный барабан данной конструкции  может принять достаточно большое  количество проволоки (200 кг и  более), а при приеме проволоки  на катушку намоточного аппарата  – значительно больше в зависимости  от емкости катушки.

    На рисунок 1 показана схема вертикальной однобарабанной волочильной машины, у которой барабан выполнен в виде двух ступеней разного диаметра, что позволяет осуществлять двухкратное волочение.

2) Однократная волочильная машина с вертикальным расположением оси барабана, но со съемом проволоки вниз (рисунок 2);

                             

1 – волочильный  барабан; 2 – приемное устройство; 3 – конечная волока.

  Рисунок 2 – С вертикальной осью и  съемом проволоки вниз на синхронно   вращающееся приемное устройство.

3) Однократная волочильная машина с горизонтальным расположением оси волочильного барабана принимает на барабан небольшое количество  проволоки (всего один слой), но при сканировании с намоточным аппаратом этот недостаток устраняется (рисунок 3);

                             

          Рисунок 3 – С горизонтальной осью.

    1.2 Сортамент  продукции

Габаритные размеры и масса бунтов стальной катанки

Диаметр катанки 5,5-10,0

Наружный диаметр 1200-1400

Внутренний диаметр 950-100

Высота 400-500

Масса 300-600

 Геометрическую  форму, размеры и предельные отклонения- для катанки фасонного сечения;

Массу бунта в зависимости от способа прокатки, а также габаритные размеры бунта катанки;

Химический состав металла катанки (массовое содержание основных компонентов и максимально допустимое содержание примесей в процентах) либо ГОСТ на металл, из которого должна быть изготовлена катанка.

Таблица 1 - Механические свойства катанки канатной класса КК по ОСТ 14-15-37-85.

Марка стали	Предел прочности	Относительное Удлинение не менее, %	Относительное сужение, не менее, %
60	980	10	30
70	1080	8	25
75	1130	8	20
80	1180	7	18
85	1230	6	16

 

 

Катанка, ускоренно охлажденная с прокатного нагрева. Структура катанки - сорбитообразный перлит с величиной зерна в пределах 6 - 9 номеров по ГОСТ 5639-82 с разбегом в плавке не более трех номеров.

 

 

 

       1.3. Назначение, устройство и работа  стана

      Волочильный стан представляет собой однобарабанный блок вертикально расположенного барабаном 750 мм. Привод к барабану осуществляется от электродвигателя с фазовым ротором через коническую пару, смонтированную в одном корпусе. Электродвигатель монтируется на отдельной сварной плите.

       С левой стороны к корпусу крепится кронштейн, на котором устанавливаются волокодержатель, направляющие ролики и поворотная консоль с гидроножницами.

        С рабочей стороны на верхней плите устанавливается прижимной ролик для прижима выходного конца из фильеры.

        На передней стенке корпуса редуктора стана предусмотрен барьерный выключатель для быстрой остановки стана.

        На боковой стенке ограждения установлена площадка для обслуживания барабана стана.

        Механизм переключения скоростей смонтирован механиком при оттянутом фиксаторе.

        Съем готового бунта с грейфера производится на опрокидывающийся стеллаж. 

Волочильный стан - машина для обработки металлов волочением.

Волочильный стан состоит из двух основных элементов:

    рабочего инструмента - волоки

   тянущего устройства, сообщающего обрабатываемому металлу движение через волоку.

     Вращение от двигателя к тянущему устройству передаётся через редуктор.   При волочильном стане имеется ряд вспомогательных устройств для механизации и автоматизации производства.

      В зависимости от принципа работы тянущего устройства волочильные станы подразделяются на:

  станы с прямолинейным движением обрабатываемого металла

  станы с наматыванием обрабатываемого металла (барабанные).

Волочильные станы с прямолинейным движением обрабатываемого металла применяются для получения прутков и труб, барабанные — для волочения проволоки и металла других профилей, сматываемого на бунты.

1.4 Правила  технической эксплуатации волочильного  стана.

Регулярный уход и техобслуживание машины способствует надежной работе машины.

При работах по уходу и техническому обслуживанию следует соблюдать общие законодательные предписания, особенно те, которые касаются работы с промышленными силовыми установками. Носите защитную одежду.

При работах по уходу и техобслуживанию выключайте основной выключатель на распределительном шкафу.

Открывать шкаф разрешается только обученному и имеющему на это разрешение персоналу.

Измерения напряжения выше 50 В проводится только с защитными перчатками.

Проследите, чтобы средства подачи воды и обеспечения смазочными материалами были достаточно удалены  от распределительных шкафов и электрических приводных модулей.

На полу перед дверцами распределительного шкафа не должно лежать никаких металлических листов.

Регулярно проводите визуальный контроль. Особое внимание обратите на утечки в пневматическом и масляном напорном трубопроводах.

Контролируйте вентиляторы с приводом от постороннего двигателя на загрязнения.

Регулярно контролируйте передачи и приводы на необычные шумы.

На основе техники безопасности, необходимо регулярно контролировать следующие части установки:

  тормозные обкладки колодчатого тормоза;

  давление воздуха;

  давление масла.

На основе техники безопасности, необходимо ежедневно контролировать следующие части установки:

  схемы переключения АВАР. – ВЫКЛ.;

  блокировку, а также контроль защитных дверей.

У намоточной машины имеется решетка, которую разрешается снимать только во время техосмотра и ремонтных работ. Эта решетка предохраняет от соприкосновения с вращающими деталями.

     Смазка

Конические роликовые подшипники узла привода и пиноли смазаны специальным смазочным маслом – NBU 8 EP – фирмы KLUBER.

Время работы до следующего смазывания равно около 2000 рабочих часов.

Если отсутствуют точки для смазки (ниппели смазки), то речь идет о подшипниках с долговечной смазкой. В таком случае дополнительная смазка не требуется.

Направляющие ролики проволоки оснащены полностью замкнутыми подшипниками качения ряда 2RS1, которые смазаны долговечной смазкой и таким образом  не требуют никакого ухода.

Продольная направляющая укладочного узла имеет 12 штук опорных роликов с дополнительной смазкой. Такие необходимо еженедельно смазывать.

Продольную направляющую вала пиноли смазывайте регулярно, один раз в неделю.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.5 Мероприятия по повышению надежности стана

    Процесс производства проволоки  и прутков заключается в чередовании  различных операций, куда относятся  термическая обработка, подготовка  поверхности и волочение. При  осуществлении этих операций  происходит уменьшение сечения и достигаются необходимые свойства, предусмотренные техническими требованиями.

   При производстве проволоки технологических  операций и число чередований могут быть различными. Число повторений всех операций (технологических циклов) зависит от диаметра готовой проволоки и от пластичности металла. Чем тоньше готовая проволока и чем менее пластичен металл, тем больше число циклов необходимо при ее переработке.

 Катанка  из низкоуглеродистой стали диаметром 6,0-9,0 мм проходит операции по  подготовке поверхности и протягивается  в зависимости от назначения  на размеры 0,8 до 1,2 мм. Если нужно  иметь более тонкую проволоку , то следует ее термически обработать (отжечь) и затем повторить волочение до необходимого диаметра. В зависимости от назначения проволока может быть использована без дополнительной термической обработки.

   Если учесть, что из низкоуглеродистой  стали изготовляется около 70-75% проволоки, то производство ее должно  быть достаточно дешевым. При  изготовлении этой проволоки  можно применять высокие суммарные  и единичные  обжатия, несложную  термическую обработку, наиболее  высокие скорости волочения, сравнительно  наибольшие усилия волочения. Для  волочения с высокими скоростями  требуется металл повышенной  чистоты по неметаллическим включениям  и однородный по химическому составу. Содержание углерода в стали для катанки не более 0,15% относительное сужение не менее 60%. Катанка, предназначенная для волочения проволоки средних размеров с высокими обжатиями и скоростями, должна иметь овальность не более 0,5 мм и высокое качество поверхности.

 

 

 

 

 

Катанка из сталей М10-30

Подготовка поверхности к волочению

Острение или сварка концов

Волочение

Термическая обработка

Подготовка поверхности к цинкованию

Цинкование

Испытание

Сортировка и сдача

 

 

Рисунок 1 - Схема технологического процесса производства оцинкованной низкоуглеродистой проволоки.

Производство проволоки из средне и высокоуглеродистой стали. Изготавливают канатную пружинную, арматуру для напряженного железобетона, игольную и другие виды проволоки. Проволоку из средне и высокоуглеродистой стали с содержанием 0,5- 1,2% С можно условно разделить на проволоку, получаемую из сорбитизированного металла, и проволоку, протянутую из стали, отожженной на зернистый перлит.

Из технологического процесса следует, что катанка может быть направлена на производство либо без термической обработки, либо после термической обработки. Обычно катанка из низкоуглеродистых и среднеуглеродистых сталей, а так же ряда легированных сталей и сплавов протягивается без термической обработки. Катанку из высокоуглеродистых сталей, некоторых легированных сталей и отдельных сплавов невозможно протянуть без термической обработки.

Калиброванную сталь в виде прутков изготавливают из заготовки-подката или горячекатаных бунтов диаметром, большим на величину принятого обжатия.

Существуют три схемы производства калиброванных прутков:

1. Подкат подвергается черному (подготовительному) отжигу перед острением концов штанг, далее проводится травление, острение концов и волочение. В этом случае металл поставляется потребителю без термической обработки в нагартованном виде.
2. Подкат подвергается травлению, проводится трение концов и волочение. Конечной операцией является термическая обработка.
3. Подкат подвергается термической обработке с целью умягчения металла, травлению, острению и волочению. После волочения калиброванный металл подвергается термической обработке.

Подкат из сталей У7-У13А (из бунтов)

Подготовка поверхности к калибровке

Острение концов

Калибровка

Термическая обработка

Испытание

Отделка

Сортировка и счада

 Калиброванный  металл, изготовленный по указанным схемам, при необходимости подвергается правке, консервации и упаковке. Одна из схем представлена на рисунке 2. Здесь же приведена схема производства прутков из бунтовой заготовки.

 Калиброванный  металл, изготовленный по указанным схемам, при необходимости подвергается правке, консервации и упаковке. Одна из схем представлена на рисунке 2. Здесь же приведена схема производства прутков из бунтовой заготовки.

Подкат из сталей У7-У13А(из штанг)

Зачистка заусенцев

Термическая обработка

Правка

Травление и сушка

Зачистка дефектов

Калибровка

Правка

Резка концов

Термическая обработка

Испытание

Отделка

Сортировка и сдача

 
                 (а)                                     (б)

 
                 (а)                                     (б)

    

        

Рисунок 2 - Схема   технологических   процессов производства стальных калиброванных прутков из подката «а» и  горячекатаной бунтовой заготовки «б».

1.6 Виды  и методы контроля качества проволоки

Готовая проволока на предприятии-изготовителе предъявляется контрольно-приемному органу (ОТК) партиями.

Партия состоит из проволоки одного номинального диаметра, одной марки металла, одного вида поверхности, а также имеющей иные однотипные свойства, характеризующие конкретный вид проволоки, и сопровождается документом о качестве (сертификатом).

Осмотр и замер проволоки. Визуальный осмотр и замер предъявленной к сдаче проволоки производится с целью:

– определения качества намотки мотка (катушки) и обвязки его;

– установления соответствия массы мотков и габаритных размеров принятой норме для данной партии проволоки;

– проверки качества поверхности проволоки, в том числе целостности защитного покрытия;

– установления фактического диаметра проволоки или других геометрических размеров, а также определения наличия дефектов, которые могут повлиять на качество проволоки.

Осмотру и обмену подвергаются, как правило, все 100% предъявленных к сдаче мотков (катушек).

Осмотр поверхности проволоки производится невооруженным глазом. Лишь в сомнительных случаях, а также при осмотре микротонкой проволоки нормативно-техническая документация на конкретные виды проволоки допускает применение увеличительных приборов определенной кратности (не более Х25).

При осмотре поверхности проволоки могут быть установлены следующие дефекты: волнистость, рябизна, продольные риски, трещины, раковины, волосовины, ржавчина, остатки технологических покрытий, наплывы защитных покрытий или, наоборот, местное отсутствие его и другие дефекты.

Отнесение того или иного дефекта, а также совокупность дефектов к браковочному признаку производится в каждом случае в зависимости от требований НТД на проволоку и возможности влияния этих дефектов на качество конкретного вида проволоки. Например, отдельные местные дефекты на поверхности проволоки в виде незначительных вмятин, забоин, царапин, рисок могут не являться браковочными признаками, если их глубина не превышает определенной части предельного отклонения по диаметру, установленной нормативно-технической документацией на конкретный вид проволоки. Также не являются браковочными признаками отдельные наплывы защитного металла, если они не выводят проволоку за предельные отклонения по диаметру.

Измерение диаметра и овальности круглой проволоки, а также геометрических размеров проволоки фасонного сечения производится в двух взаимно перпендикулярных направлениях одного и того же сечения и не менее чем в трех местах мотка, при этом применяется измерительный инструмент с достаточной степенью точности для конкретного вида проволоки.

 Требования к проволоке, зависящие от ее назначения, предусматриваются государственными стандартами (ГОСТами), техническими условиями (ТУ) или соглашениями, заключенными между потребителями и поставщиками. В этих документах оговариваются: форма сечения, размеры, отклонения от них (допусками), механические свойства, состояние поверхности, микроструктура и при необходимости некоторые физические свойства.

 Вывод:   ГОСТами, ТУ и отдельными соглашениями устанавливаются методы определения свойств проволоки, правила испытания и способов отбраковки, чтобы не было разногласий между поставщиками и потребителями. Кроме того, предусматриваются отдельные методы упаковки и маркировки проволоки во-избежании ее порчи при хранении и транспортировке, а так же для исключения перепутывания марок стали.

Процесс производства проволоки и прутков заключается в чередовании различных операций, куда относится термическая обработка, подготовка поверхности и волочения. При осуществлении этих операций происходит уменьшение сечения и достигаюся необходимые свойства, предусмотренные техническими требованиями.

  

 

 

 

 

2. Практическое  обоснование проектирование технологического  процесса 

   волочения проволоки.

 2.1 Анализ существующих конструкций волочильных станов

Анализ конструкций волочильных станов, эксплуатируемых на ведущих предприятиях Беларуси (БМЗ), России (Череповецкий сталепрокатный завод)  и т.д., показывает, что, в основном, предприятия оснащены станами производства стран «дальнего зарубежья»: «КОХ», «СКЕТ», «САМП», «ДИГЕП». Эти станы конструктивно аналогичны. Схема проводки проволоки по волочильным барабанам традиционна и предполагает значительное количество рихтовальных устройств.  Усилие волочения определяется косвенным методом. Охлаждение волок и барабанов ведется без контроля их температуры. Предлагаемая нами конструкция волочильного стана лишена этих конструктивных недостатков.

Применяемые технические решения, позволяют:

 упростить конструкцию стана;

задавать и отслеживать усилия волочения с визуализацией параметров процесса;

оперативно задавать, поддерживать и регистрировать температуру волок и проволоки;

автоматически корректировать процесс волочения;

  система управления позволяет проводить настройку стана методом «самообучения»;

 блочное исполнение клетей. Данные преимущества позволяют упростить конструкцию стана, а следовательно, и его обслуживание. А так же увеличат надежность и долговечность оборудования при высоком качестве получаемого изделия.

Основные характеристики и свойства

Стан предназначен для изготовления стальной проволоки из высокоуглеродистой стали с содержанием углерода 0,6…0,9 % и пределом прочности 1430 н/мм.

Габариты стана:

Длина  - 20 метров

Ширина - 4,5 метра

Высота - 2 метра

Вес  - 25 тонн

Скорость волочения - до 18 м/с

Диаметр заготовки - до 6,5 мм

Диаметр готовой проволоки - до 1,4 мм

Стан представляет собой комплекс устройств, собранных в единый агрегат и управляемых одним контроллером.

Работа стана выглядит следующим образом:

Бунт катанки (проволока диаметром 6,5 мм) устанавливается на размотчик - устройство, позволяющее в автоматическом режиме поддерживать необходимую натяжку проволоки на входе в волочильную машину. Натяжение обеспечивается электродвигателем, работающим в тормозном режиме. Затем проволока поступает в роликовое профилирующее устройство, которое делает первое обжатие, в силу физики процесса роликовый механизм обжимает проволоку в большей степени, чем волоки при меньших энергозатратах.

На стане «КОХ» протягивание проволоки в машине осуществляют вытяжные барабаны с водяным охлаждением. Вода же охлаждается встроенными полупроводниковыми холодильниками. Волочильная машина выполнена в блочном варианте. (Блок – это рама с закрепленными на ней барабанами, волокодержателем, роликовыми механизмами, электродвигателями привода барабанов и другими устройствами).

Контроллер, установленный в каждом блоке, управляет натяжением проволоки, проходящий через блок, а опорные сигналы для контроллера выдают датчики усилия, находящиеся в волокодержателе и барабане. После прохода проволоки через все блоки она сматывается на катушку, шаг раскладки бесступенчатый.

Потребительские качества

Предлагаемый проект стана, при относительно простой механике, благодаря новой, сложной системе управления позволяет низкоквалифицированному обслуживающему персоналу производить проволоку высокого качества, т. к. весь технический процесс волочения – под контролем системы управления стана.

Конкурентоспособность и новизна

Представленная конструкция стана является очень конкурентной, т.к. компьютер, управляющий станом, постоянного сравнивает измеряемые усилия на волоках, барабанах, размотчике, намотчике, температуру проволоки на выходе изволок с заданными предельными параметрами программы и производит регулировку тяги волочильных барабанов, температуру волокодержателей и барабанов натяжения проволоки на размотчике и намотчике. Все это позволяет производить волочение с максимально возможной скоростью.

Новизна стана в том, что все измерения производятся непосредственно малоинерционными системами (усилия натяжения), а не опосредованно – роликом по углу прогиба проволоки.

 

   2.2 Обоснование технологических  параметров процесса волочения

Определение технологических параметров процессов волочения (скорость волочения, единичные и суммарные вытяжки, переходы волочения и т.д.) производятся: расчетным путем; по номограммам, по таблицам.

Скорость волочения, v – скорость движения металла при выходе его из волоки (при многократном волочении- скорость на выходном барабане). Выбор скорости волочения зависит от размеров и свойств протягиваемой проволоки и условий волочения ).

Фактическая скорость волочения VБn при заданной скорости волочения на барабане VБк может быть найдена из соотношения

VБn= VБк/µБк-Бк,

А при вытяжке

VБn= VБк/µn ,

где п – кратность волочения между конечным барабаном и входным барабаном.

Выбор величины единичной или суммарной деформации для волочения катанки зависит от: материала и размера протягиваемой заготовки; наличного парка волочильного оборудования.

При выборе величины деформаций следует учитывать общие закономерности:

а) чрезмерно малые единичные обжатия приводят к неоднородности механических свойств проволоки, повышению кратности волочения, увеличению расхода мощности и вспомогательных материалов на волочение и в целом снижению к.п.д. волочения.

С возрастанием величины общей (суммарной) деформации должны уменьшаться единичные (частные) деформации, и тем больше, чем выше степень общей деформации. Также должна уменьшаться величина частной деформации при волочении тончайшей и наитончайшее проволоки в связи с необходимостью повышения для волочения этой проволоки коэффициента запаса y3.

Вместе с тем, увеличение числа переходов волочения за счет уменьшения величины способствует удалению мелких поверхностных дефектов и снижению степени шероховатости проволоки;

б) чрезмерно большие единичные обжатия хотя и сокращают кратность волочения и повышают в целом к.п.д. волочения, но могут привести к неустойчивому процессу волочения, т.е. к надрывам на поверхности, затяжкам и наконец к обрывам проволоки, особенно в переходные периоды процесса волочения.