|
Технологию производства труб
прессованием можно разделить на три схемы ( 120):
1) получение трубной заготовки и готовых труб из
стали;
2) получение готовых труб из цветных металлов и
сплавов;
3) получение только трубной заготовки.
Технологический процесс начинается с подготовки слитков.
Техническими требованиями прежде всего оговариваются
допуски по диаметру и по длине слитка или заготовки. Поверхность слитков или
заготовки должна быть чистой, без глубоких раковин и других поверхностных
дефектов, которые ухудшают качество прес сованных труб. Глубина зачистки при
удалении дефектов не должна быть больше 7—10 мм, а отношение глубины зачистки
к ширине — не более 1 : 6. Размеры слитков или заготовки рассчитывают, исходя
из мощности пресса, размеров прессуемых труб, условий получения максимальной
производительности и наибольшего выхода годного. Размеры слитка или заготовки
должны обеспечить получение труб хорошего качества и удовлетворительную
стойкость рабочего инструмента. В ряде случаев размеры слитка определяются
длиной холодильника.
Слитки или заготовки нагревают в кольцевых печах с
вращающимся подом. В последнее время получает широкое распространение
индукционный нагрев. Температура нагрева слитка зависит не только от марки
самого металла, но и от размера прессуемой трубы. Необходимо обращать
внимание на равномерность нагрева: разница температур поверхности и середины
слитка не должна превышать 20—30 °С. Оптимальный температурный интервал
прессования выбирают, исходя из пластичности и сопротивления деформации
прессуемого металла. Исходя из мощности пресса определяют нижний предел
температурного интервала, а из диаграммы состояния —- верхний предел.
Крупнокристаллическая структура с пониженными
механическими свойствами характерна для металла, отпрессованного при
температуре, близкой к линии солидуса. Вместе с тем низкая температура
прессования (близкая к температуре рекристаллизации) приводит к тому, что не
происходит полной рекристаллизации после деформации и требуется
дополнительный отжиг; поэтому верхний предел температуры нагрева должен быть
ниже линии солидуса на 30—50 °С. Для устранения возможности появления
строчечной структуры у сплавов, имеющих фазовые превращения, температура их
нагрева должна быть на 10—30 °С ниже или выше температуры фазовых
превращений.
При определении скорости прессования необходимо исходить
из связи между степенью деформации, температурой нагрева заготовки и максимальным
давлением пресса. С повышением давления пресса и при постоянной скорости
прессования увеличивается степень возможной деформации, но при этом
необходимо снижение температуры предварительного нагрева. Это связано с
большим дополнительным разогревом слитка из-за выделяющегося тепла при
деформации. Несоответствие между этими параметрами прессования вызывает
оплавление и разрушение металла при деформировании. Повышение температуры
металла при деформировании зависит от разницы температур слитка, инстру мента
и теплопроводности материалов. При определенных условиях (холодный
инструмент, малая скорость деформирования) может наблюдаться падение
температуры слитка.
Технология прессования стальных труб кратко сводится к
следующему. Исходным материалом для производства труб прессованием являются
круглые катаные заготовки — штанги нержавеющих, жаропрочных и других
высоколегированных сталей и сплавов диаметром 100—320 мм, длиной 2—7 м. После
разрезки на мерные длины заготовки поступают на загрузочный стеллаж и толкателем
по одной штуке задаются в индукционную печь для нагрева до 1050—1200 °С (в
зависимости от марки стали). Нагретые заготовки выталкиваются из печи на
транспортер и загрузочным устройством их задают в контейнер прошивного
пресса. Перед укладкой в контейнер их покрывают жидким стеклом.
На гидравлическом вертикальном прошивном прессе усилием
8,8 Мн (800 Т) заготовку прошивают в полую гильзу. От прошивного пресса
транспортными устройствами гильзы подают к загру- зочно-выгрузочному
устройству, передающему их к кольцевой соляной ванне с электроподогревом, где
они нагреваются до температуры прессования. Здесь гильзы в корзинах загружают
в ванну с расплавленным хлористым барием и подогревают до температуры
прессования (1050—1250 °С) в зависимости от марки стали. При подогреве
поверхность гильзы очищается от окалины, образовавшейся при первичном нагреве
и прошивке. После нагрева в ванне оставшийся на поверхности гильзы слой
хлористого бария препятствует образованию новой окалины.
Нагрев в расплаве соли имеет и существенные недостатки:
расплавляемая соль взрывоопасна и необходимы меры предосторожности,
исключающие попадание воды или другой жидкости в ванну. Кроме того, при
высоких температурах соль испаряется, выделяя пары, которые, как правило,
вредны для здоровья. Поэтому необходима установка мощной вентиляции. Следует
отметить, что стоимость нагрева в соляных ванных достаточно высокая. В связи
с этим способ нагрева в соляных ванных имеет ограниченное применение. Более
экономичным и маневренным в эксплуатации является индукционный нагрев токами
промышленной частоты. При этом достигается весьма равномерный и быстрый
нагрев с образованием очень тонкой пленки окислов. Индукционный нагрев в
настоящее время применяют широко.
После нагрева наносят на гильзу (заготовку) слой смазки. В
качестве смазки используют волокнистое стекло, в которое обертывают
заготовку. Внутреннюю поверхность гильзы покрывают порошковым или волокнистым
стеклом, которое расплавляется. Далее гильзу подают в контейнер
гидравлического горизонтального пресса и проталкивают до упора в матрицу. В
отверстие гильзы вводят иглу (оправку), которая образует с матрицей кольцевую
щель. Через эту щель усилием пресс-штемпеля выпрессовы- вается труба или
фасонный профиль. Последовательность операции при прессовании показана на
113.
Выпрессованная труба поступает на выходную сторону пресса,
где дисковой пилой отрезают пресс-остаток и отделяют пресс- шайбу. После
этого труба поступает на дальнейшую обработку и отделочные операции.
Дефекты на прессованных трубах связаны главным образом с
характером течения металла при прессовании. При послойном (ламинарном)
истечении металла ( 121,а) в конце прессования образуется зона затрудненной
деформации. Центральные слои металла получают большую скорость течения, в
результате чего сбразуется воронка, которая при прессовании сплошных профилей
г с пресссвывается в готовое изделие в виде пресс-утяжины. При прессовании
труб игла исключает возможность образования такс го дефекта. При объемном
(турбулентном) истечении ( 121,6), когда металл наружных слоев
течет внутрь слитка, на границе интенсивного скольжения
металла может образоваться расслоение, которое переходит в готовое изделие.
Расслоению способствует попадание инородных веществ на поверхность скольжения
(смазка, окалина, шлак и т. д.) а также резкая разница температуры
пограничных слоев металла и инструмента. Чем меньше степень деформации, тем
больше склонность металла к расслоению. Чтобы исключить расслоение,
необходимо прессование вести с «рубашкой». Это достаточно сложно и
целесообразно при прессовании труб большого диаметра.
В производственных условиях трудно, а иногда и невозможно
управлять одновременно всеми перечисленными выше факторами и, как показывает
практика, процесс прессования неустойчив и непостоянен в смысле образования
расслоения и его величины, несмотря на получение значительного по длине
пресс-остатка. Полностью исключить возможность расслоения можно только
изменением характера течения металла, приближая его к послойному, и применяя
соответствующие смазки.
Часто наблюдается воронкообразное истечение металла (
121,б), которое возможно в двух случаях. Во-первых оно возникает тогда, когда
внешнее и внутреннее трение мало, а напряжения, требуемые для его преодоления,
примерно одинаковы. В этом случае центральные слои металла опережают
периферийные во беем объеме или в большей части объема слитка. Резко
выраженных поверхностей скольжения не наблюдается. В обычных условиях работы,
когда отсутствуют грубые и глубокие раковины, загрязненные шлаковыми
включениями, окислами, смазкой и пр., расслоения в процессе истечения не
происходит. В конце прессования, как и при схеме послойного истечения,
образуется утяжка металла из-за имеющейся зоны затрудненной деформации и
различия скоростей истечения по сечению слитка.
Во втором случае воронкообразное истечение создается
тогда, когда внешнее и внутреннее трение велико, а напряжения, требуемые для
его преодоления, примерно одинаковы. В этом случае,как правило, образуется
резко выраженная поверхность скольжения металла по границе с «мертвыми»
углами. Здесь, так же как и при объемном истечении, может возникнуть
расслоение. Вероятность возникновения расслоения в этом случае больше, чем в
первом, так как окисленная и загрязненная поверхность слитка полностью
попадает на поверхность интенсивного скольжения. В конце прессования
давлением пресс-шайбы начинают выпрессо- вываеться «мертвые» углы и
расслоение попадает в изделие. В этом случае расслоение располагается не в
центральной части сечения, как при объемном истечении, а по его периферии.
Для предупреждения расслоения такого вида нужно:
1) смазывать контейнер, что позволяет перевести
истечение в послойное и получить незначительный по высоте «мертвый» угол,
который ввиду обильного попадания смазки на поверхность скольжения полностью
отделяется от выпрессованного металла и попадает в пресс-остаток. Высота
пресс-остатка должна быть равна высоте «мертвых» углов;
2) применять конусную матрицу, что уменьшает или
полностью исключает «мертвые» углы и дает возможность получить послойное или
воронкообразное истечение;
3) использовать конусные пресс-шайбы, уменьшающие
пресс- остаток, не выпрессовывая мертвых углов. Кроме того, следует
использовать, как и в предыдущем случае, слиток с хорошим качеством
поверхости, так как прессовать трубы с «рубашкой» при послойном или
воронкообразном истечении в большинстве случаев невозможно.
Дефекты, связанные с износом инструмента (матрицы, иглы,
пресс-шайбы, «рубашки» контейнера и др.) и с налипанием металла на инструмент,
очевидны и не нуждаются в пояснении, а меры борьбы с ними общеизвестны.
|