1. Важливість нагріву фланцевих заготовок перед куванням Нагрівання металу перед куванням і гарячої...
2. плазмовий нагрів
3. Електричний нагрів фланцевих заготовок
4. індукційний нагрів
5. електроконтактні нагрів
6. Нагрівання в рідинах
7. Передача тепла заготівлі
8. Температурні інтервали обробки тиском
9. Дефекти металу заготовок, що виникають при нагріванні
10. Підвищення ефективності нагріву заготовок
11. висновок
12. Список літератури

Важливість нагріву фланцевих заготовок перед куванням

Нагрівання металу перед куванням і гарячої об'ємним штампуванням - одна з основних і відповідальних технологічних операцій ковальсько-штампувального виробництва фланців. Від правильної розробки технології і веденні процесу нагрівання заготовок фланців залежить опір металу пластичного деформації, потужність і продуктивність ковальського обладнання, якість випущених фланців, витрата металу і палива, стійкість штампувального інструменту, вартість фланців і умова праці в ковальських і термічних цехах.

При нагріванні величина опору деформацій заготовок зменшується в 10 ... 15 разів, у порівнянні з їх станом при кімнатній температурі.

У зв'язку з цим впровадження металу і енергозберігаючої технології кування і штампування вимагають застосування прогресивних способів і засобів нагріву печей і установок, за допомогою яких здійснюється нагрів заготовок і їх транспортування (завантаження, просування в зоні нагріву і вивантаження).

↑ На початок

Способи промислового нагріву заготовок

Прогресивними і ефективними способами нагріву слід вважати такі, при яких забезпечується нагрів заготовок до заданої температури за мінімальний час:

• досягається висока продуктивність печі при мінімальній або необхідної різниці температур по перетину або обсягом нагрівається вихідної заготовки фланців комірні або інших деталей трубопроводів;
• забезпечуються мінімальні втрати металу від окислення (чаду), обезуглероживания, обезлегірованія (вигоряння і випаровування хімічних елементів) і
• мінімальний витрата палива або електроенергії, матеріалів і трудовитрат на тонну нагрітого металу.

Способи нагріву заготовок можна розділити на наступні види:

• плазмовий нагрів,
• електричний нагрів,
• нагрів в рідинах,
• передача теплоти.

У ковальсько-штампувального виробництва застосовують як плазмові так і електричні способи нагріву. Плазмовий нагрів є переважаючим.

Основні фактори, що впливають на технологічний процес кування і гарячого штампування фланців:

• температурний інтервал деформування,
• режими і способи нагріву заготовок фланців комірні перед куванням і штампуванням,
• охолодження поковок після їх виготовлення.

плазмовий нагрів

Нагрівання заготовок в плазмових печах здійснюється за рахунок тепла, що виділяється при спалюванні палива. Застосування твердого палива в ковальському виробництві утруднено у зв'язку зі складністю отримання і регулювання високої температури. Тверде паливо спалюють у спеціальних камерах - топках.

В якості рідкого палива для плазмового нагріву використовується мазут. Його перевага - висока питома теплота згоряння, але мазут має недолік: його горіння супроводжується виділенням великої кількості кіптяви. Рідке паливо впорскується в вигляді дрібних крапель в камеру згоряння за допомогою форсунок.

Перевага віддається газоподібному паливу, воно не має вищевказаних недоліків. Особливо багато тепла при згорянні віддає природний газ. Для спалювання газу застосовують пальники, що забезпечують повне його згорання.

Електричний нагрів фланцевих заготовок

До найбільш ефективних методів нагріву заготовок фланців під кування, штампування і термообробку слід віднести електронагрів. Цей метод успішно використовується на різних стадіях виробництва фланців і кріпильних виробів. Крім економії металу і зниження окалинообразования електронагрів дозволяє через відсутність окалини збільшити термін служби штампів в 2 - 2,5 рази.

Основні види електричного нагріву заготовок:

• індукційний нагрів,
• контактний нагрів,
• нагрів в печах електроопору.

індукційний нагрів

Мал. 1. Схема магнітно-індукційного нагріву
заготовок комірні фланців:
1 - заготовка, 2 - котушка-індуктор,
3 - лінії індукції магнітного поля

Індукційний нагрів (рис. 1) здійснюється шляхом приміщення заготовки в котушку-індуктор, підключену до джерела змінного струму. Индуцируемое котушкою магнітне поле буде створювати в металі заготовки вихрові струми Фуко, які викликають її нагрівання.

Переваги індукційного нагріву:

• висока швидкість нагріву,
• зручність автоматизації,
• компактність установки.

Недоліки індукційного нагріву:

• висока вартість,
• складності нагріву фасонної заготовки,
• нерівномірність нагріву.

електроконтактні нагрів

При електроконтактні нагріванні (рис. 2) через заготовку 1 пропускають струм великої сили. Внаслідок наявності електричного опору в металевій заготівлі виділяється теплота Q = I 2 Rt, пропорційна квадрату сили струму і електроопору, а також часу нагріванні за законом Джоуля-Ленца. Первинна обмотка 4 трансформатора складається з декількох секцій для створення можливості регулювання напруги, що підводиться від 5 до 14 В. Заготівлю підключають до вторинної обмотці 3 трансформатора, затискаючи мідними охолоджуваними контактами 2.

Мал. 2. Схема електроконтактного
нагріву заготовок
фланців сталевих приварних встик:
1 - заготовка, 2 - контакти,
3, 4 - вторинна і первинна
обмотки трансформатора

Електропечі опору використовують для нагрівання будь-яких за формою і розмірами заготовок зі сталей, сплавів і кольорових металів, коли потрібно забезпечити в робочій камері печі високу точність регулювання температури і рівномірність нагріву заготовок. Електроконтактні нагрів застосовують при нагріванні довгомірних заготовок. Цим методом можна нагріти прутки діаметром до 100 мм, при виготовленні кріпильних виробів. Індукційний нагрів в порівнянні з нагріванням в звичайних газових печах підвищує швидкість нагріву в 10-15 разів, зменшує окалинообразования в 5-6 разів, збільшує продуктивність в 4-5 разів, підвищує мобільність виробництва. Нагрівання в соляних ваннах і нагрів в електроліті раціонально використовувати при виробництві фланців з жароміцних сталей і сплавів при дрібносерійному виробництві.

Нагрівання в рідинах

Перевагою нагріву в розплавах солі або скла є швидкість, мала кількість окалини і рівномірність нагріву заготовки. Сіль і скло є, крім того, і хорошою мастилом при куванні.

До недоліків відносяться складність автоматизації нагріву, відкладення солі або скла в вузьких порожнинах і кутах штампа, наприклад, в порожнинах фланця під ущільнювальні прокладки овального або восьмикутного перетину .

Передача тепла заготівлі

Основний вид передачі теплової енергії металу в полум'яних печах - випромінювання від нагрітих стінок печі і гарячих газів.

Конвекція полягає в передачі теплоти рухомими розпеченими газами. Конвекцією передається 5-10% теплоти, інша її кількість - випромінюванням.

Поширення теплоти всередині металевої заготівлі (незалежно від технології нагріву) відбувається за рахунок теплопровідності.

Леговані стали, мають меншу в порівнянні з вуглецевими теплопровідність, потребують більш тривалому нагріванні.

↑ На початок

Температурні інтервали обробки тиском

Наведемо формулами термо-фізичні процеси відбуваються при нагріванні і охолодженні заготовок фланців. Практично початкова температура деформації завжди нижче лінії солидус і дорівнює

t н = αt пл,

де

t пл - температура плавлення сплаву, взята з діаграми стану; α - понижуючий коефіцієнт, що враховує можливість перегріву і перепалу (α = 0,85 ... 0,95).

Для фланців з високолегованих сталей і нержавіючих сплавів орієнтовно приймається α = 0,75 ... 0,85.

Температуру кінця кування і штампування визначають виходячи з необхідності роздрібнення зерен металу, зниження швидкості рекристалізації, достатній пластичності металу і завершення деформації в однорідної по структурному станом металу температурної області. Для сталей, у яких з пониженням температури не відбувається фазових перетворень, за кінцеву температуру кування і штампування орієнтовно можна прийняти температуру t н = (0,6 ... 0,7) t пл. Рекомендовані температурні інтервали кування і штампування основних марок сталі наведені в металургійних довідниках.

Мал. 3. Температурні зони гарячої
обробки металів тиском:
1 - зона пережога; 3 - зона перегріву;
2 - інтервал гарячої обробки металу тиском
4 зона наклепу

Температурні зони гарячої обробки металів тиском заготовок зі сталей можна визначити по лівій частині діаграми стану сплавів (рис. 3). З діаграми видно, що низьковуглецевих сталі мають широкий (до 500 ºC) температурний інтервал обробки (зона 2). Зона 1 відповідає області пережога, а зона 3 - області перегріву.

Закінчення обробки тиском при температурах нижче допустимих (в зоні 4) призводить до наклепу металу - шлюбу, виправних шляхом рекристаллизационного відпалу.

Тривалість нагрівання τ холодних зливків і заготовок діаметром до 350 мм в методичних і полуметодіческіх печах можна визначити за формулою

τ = kD,

де D - діаметр заготовки фланця, в см, k - поправочний коефіцієнт, що враховує склад сталі і інших чинників; для вуглецевих сталей k = 0,10 ... 0,15; для легованих конструкційних сталей k = 0,15 ... 0,20, для високолегованих конструкційних k = 0,20 ... 0,30, для високолегованих та інструментальних сталей k = 0,30 ... 0,40.

Тривалість нагрівання холодних зливків і заготовок фланців до 300 мм в камерних печах зі стаціонарним подом визначають за формулою

,

де D - діаметр або товщина заготовки фланця, м; k - коефіцієнт, що дорівнює 12,5 для вуглецевої і низьколегованої сталей і 30 для високолегованої сталі; α - коефіцієнт, що враховує характер розташування (укладання) заготовок фланців на поду печі, форму поперечного перерізу заготовки фланця , Значення якого коливаються від 1 до 3. На ковальському виробництві ТОВ "Інженерний Союз" для визначення тривалості нагріву заготовок фланців використовуються довідкові таблиці.

↑ На початок

Дефекти металу заготовок, що виникають при нагріванні

При нагріванні металу заготовки фланця в печах відкритого полум'я, коли він безпосередньо контактує з пічної атмосферою, відбувається його окислення (угар), обезуглероживание і обезлегірованіе. Атмосфера нагрівальних печей зазвичай окислювальна, так як в них паливо спалюється з надлишком повітря. Тому втрати металу на чад великі і становлять у дрібних заготовок комірні фланців 1,5 ... 2,5% від маси металу, що нагрівається фланця. При повторному нагріванні злитків чад додатково складає 1,5%.

Шкода чаду не вичерпується тільки втратою металу з окалиною. При куванні і штампуванні окалина вдавлюється і заштамповивается в поковки, знижує якість і збільшує шлюб, прискорює зношування ковальського інструменту і штампів, вимагає збільшення припусків на механічну обробку фланців, підвищує час і витрати на додаткову обробку і знижує коефіцієнт використання металу (КІМ).

Значення поверхневого чаду

α г / см2 поверхні в залежності від температури (600 ... 1150 ° C) і часу для среднеуглеродистой стали можна визначити за такою формулою:

де τ - час, хв; T - температура, К.

Одночасно з окалинообразованием відбувається обезуглероживание і збіднення легирующими елементами поверхневого шару нагріваються заготовок комірні фланців; в окремих випадках глибина обезуглероживания досягає 2 мм. Обезуглероживание і обезлегірованіе знижують якість металу фланця, зменшують межа міцності і сприяють утворенню тріщин в деталях трубопроводів, що працюють в умовах знакозмінних навантажень і екстремальних температур, зменшують стійкість інструменту і коефіцієнт використання металу (КІМ).

↑ На початок

Підвищення ефективності нагріву заготовок

Для зниження або повної ліквідації окалинообразования, обезуглероживания при нагріванні великих і дрібних заготовок фланців застосовують різні способи нагрівання і конструкції нагрівальних установок. Найбільш прогресивними і ефективними способами нагріву металу є:

• швидкісний нагрів, при якому нагрів дрібних заготовок під штампування проводиться зі швидкістю 5-10 мм / хв;
• безокислітельний нагрів, при якому α ≤0,5 і угар металу не перевищує 0,25%;
• малоокіслітельний при α = 0,5 ... 0,7 і угар металу 0,25 ... 0,7%;
• нагрів металів в спеціально контрольованих атмосферах;
• нагрів в розплавлених солях або розплавленому склі;
• нагрів заготовок із застосуванням захисних обмазок.

Щоб зменшити час нагрівання заготовок в плазмових печах і підвищити продуктивність праці в ковальських печах, необхідно інтенсифікувати процеси нагрівання. Гарантований спосіб швидкісного і економічного нагріву металу і підвищення енергетичного ККД печей - підігрів що надходить в піч повітря і застосування раціональної конструкції пальників.

Інтенсифікація нагрівання заготовок досягається за рахунок непрямого радіаційного нагріву (КРН) із застосуванням плоскоплазменних пальників. Печі КРН в порівнянні з традиційними печами дозволяють знизити питомі витрати палива на 10-20%, забезпечити високу рівномірність нагріву металу фланців і скоротити чад на 30-50%.

Щоб впровадити металлосберегающих технології точної штампування, треба застосовувати безокислітельний нагрів з лімітованої товщиною окалини.

Для впровадження технологи многополосной точної штампування фланців з високою якістю використовуються у виробництві економічні камерні газові печі без окисного нагріву з рекуператором трубчастого типу для нагрівання сталевих заготовок.

Для ефективного безокисного нагріву використовують печі з двохстадійною спалюванням палива, в яких на першій стадії природний газ спалюється з α = 0,5 і продукти неповного згоряння грають роль захисної атмосфери, а на другій стадії продукти неповного згоряння використовують тільки для нагріву заготовок.

↑ На початок

висновок

До найбільш ефективних методів нагріву заготовок фланців під кування, штампування і термообробку слід віднести електронагрів. Цей метод успішно використовується на різних стадіях виробництва фланців і кріпильних виробів. Крім економії металу і зниження окалинообразования електронагрів дозволяє через відсутність окалини збільшити термін служби штампів в 2 - 2,5 рази.

Список літератури

1. Брюханов О.М. Кування і об'ємна штампування .. - М .: Машинобудування, 1975. - 408 c.
2. Кузьминцях В.Н. Кування на молотах та пресах .. - М .: Вища школа, 1979. - 256 c.
3. Охріменко Я.М Технологія ковальсько-штампувального виробництва: Підручник для вузів .. - М .: Машинобудування, 1976. - 560 c.

Отримавши доступ до даної сторінки, Ви автоматично приймаєте Користувача угода .