Обработка металлов давлением

 Ц. м. большинства  социалистических стран развивается  в соответствии с Комплексной программой социалистической экономической интеграции и согласованными планами стран — членов СЭВ под руководством Постоянной комиссии СЭВ по Ц. м. При специализации производства учитываются сырьевые ресурсы каждой страны. 

 В ПНР быстро  растет выпуск меди, в ВНР — алюминия, в НРБ — меди, в MHP — меди и молибдена, в СФРЮ — меди, свинца, цинка и алюминия, в КНДР — меди, свинца и цинка. 

 Характерной  особенностью Ц. м. капиталистических  стран является сосредоточенность  добычи рудного сырья в развивающихся, а производства металлов — в промышленно развитых капиталистических странах. 

 Наиболее  высокие темпы роста отрасли  отмечаются в Японии и Австралии,  однако 1-е место по выпуску  цветных металлов длительный  период занимают США. Производство  цветных металлов в капиталистических и развивающихся странах характеризуется данными табл.  

Табл. —  Производство цветных металлов в  отдельных странах в 1975, тыс. т

  ^*Никель в продуктах металлургического передела, остальные металлы — первичные.   

 Ц. м. промышленно  развитых капиталистических и  развивающихся стран является  высокомонополизированной отраслью  промышленности. около 70% общего  выпуска первичного алюминия  контролируется 4 монополиями (3 из  них принадлежат США и 1 —  Канаде); в медной промышленности основной частью рудников и заводов владеют 3 монополии США; в никелевой промышленности доминирующее положение занимает канадская компания «Инко» и т.д.  

  К основным видам проката относятся: полупродукт, или заготовка, листовой и сортовой прокат, катаные трубы, заготовки деталей машин (особые виды проката) — колёса, кольца, оси, свёрла, шары, профили переменного сечения и др. Перечень прокатываемых изделий с указанием размеров называемым сортаментом проката, большая часть которого в СССР стандартизована. Основное количество проката изготовляется из низкоуглеродистой стали, некоторая часть — из легированной стали и стали с повышенным (больше 0,4%) содержанием углерода. Прокат цветных металлов производится главным образом в виде листов, ленты и проволоки; трубы и сортовые профили из цветных металлов изготовляются преимущественно прессованием .

Прессование металлов, способ обработки давлением, заключающийся в выдавливании (экструдировании) металла из замкнутой полости (контейнера) через отверстие матрицы, форма и размеры которого определяют сечение прессуемого профиля. При П. м. создаётся высокое гидростатическое давление, вследствие чего значительно повышается пластичность металла. Прессованием можно обрабатывать многие хрупкие материалы, неподдающиеся обработке другими способами (прокаткой, ковкой, волочением). Различают следующие виды П. м. (рис.): с прямым истечением металла (направление движения металла совпадает с направлением движения пресс-шайбы — схемы а и б) и с обратным (металл течёт навстречу движению матрицы, которая выполняет также функции пресс-шайбы, — схемы в и г). 

 При П.  м. с прямым истечением профиля  сплошного сечения пресс-штемпель  через пресс-шайбу передаёт давление на заготовку, находящуюся в контейнере. При этом металл заготовки выдавливается в отверстие матрицы, закрепленной в матрицедержателе, и образует профиль. Скорость истечения профиля во столько раз превышает скорость движения пресс-штемпеля (скорость прессования), во сколько раз площадь сечения полости контейнера больше площади отверстия в матрице. Отношение указанных площадей называется коэффициентом вытяжки. При прессовании трубы с прямым истечением металл заготовки выдавливается в кольцевой зазор между матрицей и иглой, образуя трубу заданной конфигурации. В этом случае заготовка перемещается не только относительно контейнера, но и относительно иглы.  

При П. м. с обратным истечением силовое воздействие  на заготовку осуществляется через  контейнер, получающий движение в направлении, указанном стрелкой, через укороченный пресс-штемпель — пробку, запирающую контейнер. С др. стороны контейнер запирается удлинённым матрицедержателем, в котором закреплена матрица. При перемещении контейнера вместе с ним перемещается заготовка, и металл выдавливается в канал матрицы, образуя профиль. 

 При П.  м. с прямым истечением вследствие  трения металла о поверхность  контейнера периферийные слои  заготовки испытывают значительно  более высокие сдвиговые деформации, чем центральные слои. Неравномерность деформации приводит к различию структуры и свойств по сечению изделия; особенно заметно это при прессовании прутков большого диаметра. При П. м. с обратным истечением трение металла о поверхность контейнера отсутствует, вследствие чего неравномерность структуры и свойств по сечению изделия значительно меньше. Кроме того, при обратном истечении значительно меньше усилия, требуемые для П. м., благодаря чему возможно снижение температуры нагрева заготовок и повышение скорости процесса. 

 Для получения  труб и полых профилей из  алюминиевых и магниевых, а  в некоторых случаях медных  и титановых сплавов используется  также П. м. со сваркой (схема д). Заготовка под давлением, передаваемым пресс-штемпелем, рассекается гребнем матрицы в зависимости от его конструкции на 2 или несколько потоков металла. Эти потоки затем под действием высокого давления свариваются, охватывая сплошной массой иглу матрицы, выполненную за одно целое с гребнем. Окончательно труба формируется в кольцевом зазоре между матрицей и иглой.  

 Существуют  и другие способы прессования:  труб из сплошной заготовки  с предварительной прошивкой  её иглой; сплошных и полых  профилей плавно-переменного или  ступенчато-переменного сечения;  широких ребристых листов (панелей)  из плоского (щелевого) контейнера и т.д. Промышленное применение находит также гидростатическое П. м. (гидроэкструзия), при котором давление на заготовку передаётся через жидкость. При этом способе силовое поле создаётся жидкостью высокого давления, подаваемой в контейнер от внешнего источника, или давлением на жидкость уплотнённого пресс-штемпеля. В современных установках для гидростатического П. м. давление жидкости в контейнере достигает примерно 3 Гн/м² (30 000 кгс/см²). 

  П. м. осуществляется как с предварительным нагревом заготовки и инструмента, так и без нагрева. Холодное прессование (т. е. без нагрева) используют при обработке легкодеформируемых металлов (олова, свинца, чистого алюминия). Холодное гидростатическое прессование вследствие весьма высоких давлений и отсутствия трения заготовки о поверхность контейнера позволяет обрабатывать и более труднодеформируемые металлы и сплавы (дуралюмины, медные сплавы, стали). Горячим прессованием получают изделия из различных металлов и сплавов: алюминиевых, титановых, медных, никелевых, а также тугоплавких металлов. Наиболее высокие температуры нагрева заготовок (до 1600—1800 °С) используют при прессовании вольфрама и молибдена. 

 П. м. осуществляют  на горизонтальных гидравлических прессах; реже, в основном при прессовании труб и гидроэкструзии, используют вертикальные гидравлические прессы. В некоторых случаях для холодного прессования труб из легкодеформируемых металлов используют прессы с механическим приводом. П. м. позволяет получать сплошные профили с площадью сечения 0,3—1500 см² и диаметром описанной окружности 1,5—90 см, круглые прутки диаметром 0,6—60 см и трубы диаметром 0,8—120 см с толщиной стенки 0,1—10 см.  

  Прокатка стали. производство стального проката на современном металлургическом заводе осуществляется двумя способами. При первом исходным материалом служат слитки (отлитые в изложницы), которые перерабатываются в готовый прокат обычно в 2 стадии. Сначала слитки нагревают и прокатывают на обжимных станах в заготовку. После осмотра заготовки и удаления поверхностных дефектов (закатов, трещин и т.п.) производят повторный нагрев и прокатку готовой продукции на специализированных станах. Размеры и форма сечения заготовки зависят от её назначения: для прокатки листового и полосового металла применяют заготовки прямоугольного сечения шириной 400—2500 мм и толщиной 75—600 мм, называемые слябами; для сортового металла — заготовки квадратного сечения размером примерно от 60´60 см до 400´400 мм, а для цельнокатаных труб — круглого сечения диаметром 80—350 мм. 

  При втором способе, применяемом с середины 20 в., прокатка исходной заготовки заменяется непрерывным литьём (разливкой) на специальных машинах. После осмотра и удаления дефектов заготовка, как и при первом способе, поступает на станы для прокатки готовой продукции. Благодаря применению непрерывно-литой заготовки упраздняются слябинги и блюминги, повышается качество проката, устраняются потери на обрезку головной части слитка, доходящие у слитков спокойной стали до 15—20%.  

 Преимущества применения непрерывно-литой заготовки в производстве проката становятся ещё более значительными при совмещении процессов непрерывного литья и прокатки в одном неразрывном потоке. Для этой цели созданы литейно-прокатные агрегаты, в которых слиток на выходе из кристаллизатора не подвергается разрезке, проходит печь, где выравнивается температура по сечению, и затем поступает в валки прокатного стана. Т. о. осуществляется процесс кристаллизации и прокатки бесконечного слитка, т. е. пепрерывное производство проката из жидкого металла. Процесс получил широкое распространение при прокатке цветных металлов; он применяется также для производства стальной заготовки небольших сечений (примерно менее чем 150´150 мм) повышенного качества. Основная трудность в развитии этого процесса состоит в относительно низкой скорости выхода слитка из кристаллизатора (1—6 м/мин), что не позволяет в полной мере использовать производственные возможности непрерывного прокатного стана. 

 Прокатка  листового металла производится  из катаных или непрерывно-литых слябов и только листов толщиной свыше 50—100 мм — непосредственно из слитков или кованых слябов. В технологический процесс входят следующие основные операции: подача слябов со склада к нагревательным печам; нагрев; подача по рольгангу к рабочей клети стана и прокатка в несколько проходов (пропусков между валками), причём в первые проходы для получения листов требуемой ширины сляб иногда подаётся в валки поперёк или под углом; правка на роликовых правильных машинах; охлаждение на холодильниках; контроль и разметка; обрезка продольных кромок; обрезка концов, разрезка на листы определённой длины; иногда термическая обработка и покраска; отправка на склад готовой продукции. 

 Листы толщиной  от 4 до 50 мм и плиты толщиной до 350 мм прокатываются на толстолистовых или броневых станах, состоящих из одной или двух рабочих клетей, а листы толщиной от 1,2 до 20 мм — на значительно более производительных непрерывных станах, на которых листы получаются в виде длинных (более 500 м) полос; при выходе из последней клети стана полосы сматываются в рулон. Листы толщиной менее 1,5—3 мм выгоднее прокатывать в холодном состоянии, поэтому дальнейшее уменьшение толщины листа осуществляется обычно на станах холодной прокатки. Для этого рулоны после их получения на непрерывных станах горячей прокатки транспортируются в цех холодной прокатки, где с поверхности металла удаляется окалина (в линии непрерывного травления), затем обрезаются концы и производится стыковка (электрическая контактная сварка) для полной непрерывности дальнейшего процесса. Травленые рулоны разматываются и в несколько проходов обжимаются до требуемой толщины (общее обжатие для низкоуглеродистой стали доходит до 75—90%). Прокатка осуществляется на непрерывных станах, состоящих из 4 или 6 четырёхвалковых клетей, или на одноклетевых реверсивных станах. После холодной прокатки полосу отжигают для устранения наклёпа, затем подвергают дрессировке, правке, резке на листы и упаковке (рис. 1). 

 Прокатка  сортового металла включает следубющие  основные операции: нагрев до 1100—1250 °С; подачу нагретой заготовки  к рабочим клетям и прокатку  в несколько проходов в калибрах, постепенно приближающих сечение  исходной заготовки к сечению  готового профиля; резку проката на пилах или ножницах на части требуемой длины или сматывание в бунты; охлаждение на холодильниках; правку на роликовых правильных машинах; контроль и отправку на склад готовой продукции.