Машины и оборудование заготовительного производства

Машины  и оборудование заготовительного производства.

Прокатные станы. 

            Прокатный стан, машина для обработки давлением металла и др. материалов между вращающимися валками, т. е. для осуществления процесса прокатки, в более широком значении — автоматическая система или линия машин (агрегат), выполняющая не только прокатку, но и вспомогательные операции: транспортирование исходной заготовки со склада к нагревательным печам и к валкам стана, передачу прокатываемого материала от одного калибра к другому, кантовку, транспортирование металла после прокатки, резку на части, маркировку или клеймение, правку, упаковку, передачу на склад готовой продукции и др.

 Историческая  справка. Время и место появления  первого Прокатный стан неизвестны. Бесспорно, что раньше прокатки железа применяли прокатку цветных металлов — свинца, олова, меди, монетных сплавов и др. Наиболее ранний документ (рисунок с описанием), характеризующий устройство для прокатки олова, оставлен Леонардо да Винчи (1495). Примерно до конца 17 в. привод Прокатный стан был ручным, в 18 в. — водяным. Промышленная прокатка железа началась примерно с 18 в. В России она особенно широко развивалась на Урале. Прокатный стан применялись для производства кровельного железа, плющения кричной заготовки в полосу или лист, разделения откованной полосы по длине на более мелкие профили квадратного или прямоугольного сечения (т. н. «резные» станы).

 В  конце 18 в. для привода Прокатный  стан начали применять паровые  машины; прокатка становится одним  из трёх основных звеньев производственного цикла металлургических заводов, постепенно вытесняя менее производительный способ ковки. К этому периоду относится промышленное применение Прокатный стан с калиброванными валками, сконструированного в 1783 Г. Кортом (Великооритания); Прокатный стан постепенно дифференцируются на обжимные, листовые и сортовые. В 30—40-х гг. 19 в. в связи с бурным развитием железных дорог в разных странах начинают прокатывать рельсы. В 1856—57 в Сааре (Германия) был установлен первый Прокатный стан, предназначенный для прокатки крупных балок. Развитие конструкций и специализация этих станов привели к появлению в США в конце 19 в. блюмингов и слябингов. В 1867 Г. Бедсон (Великобритания) построил непрерывный проволочный стан. В 1885 братья М. и Р. Маннесман (Германия) изобрели способ винтовой прокатки бесшовных труб в Прокатный стан с косо расположенными валками. В 1886 В. Эденборн и Ч. Морган (США) применили быстроходную проволочную моталку с осевой подачей. Первые летучие ножницы (конструкции В. Эдвардса) установлены в 1892 в США. В 1897 для привода Прокатный стан с успехом применен электродвигатель (Германия). В 1906 в г. Тршинец (ныне Чехословакия) пущен Прокатный стан с реверсивным электродвигателем. Принцип непрерывной горячей прокатки листов нашёл практическое применение в 1892 в г. Теплице (ныне Чехословакия), где был установлен полунепрерывный стан. Первый непрерывный широкополосовой (листовой) стан построен в 1923 в США. Начало холодной прокатки листов относится к 80-м гг. 19 в.; холодная прокатка труб освоена в 1930 в США.

В СССР первым достижением станостроения  явилось сооружение Ижорским заводом  двух блюмингов, которые в 1933 введены  в эксплуатацию на Макеевском и Днепродзержинском  металлургических заводах. В 1940—60-х  гг. Всесоюзным научно-исследовательским и проектно-конструкторским институтом металлургического машиностроения (ВНИИМЕТМАШ) создан ряд Прокатный стан для новых технологических процессов, обеспечивающих производство прокаткой многих изделий, которые ранее изготовлялись другими, менее эффективными способами (тонкостенные безрисочные трубы, листы переменной толщины по длине, профили круглого периодического сечения, шары, втулки, винты с крупным шагом, ребристые трубы и др.). В 1959—62 ВНИИМЕТМАШем и Электростальским заводом тяжёлого машиностроения созданы принципиально новые трубные станы с бесконечным редуцированием труб (как при печной сварке, так и при радиочастотной), а также станы для непрерывной прокатки бесшовных труб (стан 30—102) производительностью на порядок выше по сравнению с действующими (около 550 тыс. т/год). В эти же годы пущены разработанные ВНИИМЕТМАШем, Научно-исследовательским институтом автомобильной промышленности и Горьковским автомобильным заводом первые станы для прокатки цилиндрических и конических колёс.

В 60-е гг. в СССР, США, ФРГ и Италии начато создание литейно-прокатных агрегатов, в которых совмещены процессы непрерывного литья и прокатки в едином неразрывном потоке. Такие агрегаты уже получили широкое применение для производства катанки из алюминиевых и медных сплавов, листов из алюминиевых сплавов и заготовок из стали.

Классификация и устройство прокатных станов. Главный  признак, определяющий устройство Прокатный  стан, — его назначение в зависимости  от сортамента продукции или выполняемого технологического процесса. По сортаменту продукции Прокатный стан разделяют на заготовочные, в том числе станы для прокатки слябов и блюмов, листовые и полосовые, сортовые, в том числе балочные и проволочные, трубопрокатные и деталепрокатные (бандажи, колёса, оси и т.д.). По технологическому процессу Прокатный стан делят на следующие группы: литейно-прокатные (агрегаты), обжимные (для обжатия слитков), в том числе слябинги и блюминги, реверсивные одноклетевые, тандемы, многоклетевые, непрерывные, холодной прокатки. Размер Прокатный стан, предназначенного для прокатки листов или полос, характеризуется длиной бочки валков, для заготовки или сортового металла — диаметром валков, а трубопрокатного стана — наружным диаметром прокатываемых труб.

Оборудование  Прокатный стан, служащее для деформации металла между вращающимися валками, называют основным, а для выполнения прочих операций — вспомогательным. Основное оборудование состоит из одной или нескольких главных линий, в каждой из которых располагается 3 вида устройств (рис. 1): рабочие клети (одна или несколько) — к ним относятся прокатные валки с подшипниками, станины, установочные механизмы, плитовины, проводки; электродвигатели для вращения валков; передаточные устройства от электродвигателей к прокатным валкам, состоящие большей частью из шестерённой клети, шпинделей и муфт. Между шестерённой клетью и электродвигателем часто устанавливают ещё редуктор. Если каждый валок имеет свой электродвигатель, передаточные устройства состоят лишь из шпинделей. Наибольшее распространение получили станы с горизонтальными валками: двухвалковые (дуо), трёхвалковые (трио), четырёхвалковые (кварто) и многовалковые (рис. 2). Для обжатия металла по боковым поверхностям используют клети с вертикальными валками, называемые эджерами. Станы, у которых вблизи горизонтальных валков расположены вертикальные, называются универсальными. Они служат для прокатки широких полос и двутавровых балок с широкими полками. В станах винтовой прокатки валки располагаются в рабочей клети косо — под углом подачи. Такие станы применяют для прокатки труб, осей, шаров и т.д. 

Рис. 1. Главная линия четырехвалкового стана для прокатки листов: 1 —  рабочая клеть; 2 — электродвигатель; 3 — шестеренная клеть; 4 — шпиндель; 5 — муфта. 

Рис. 2. Схема расположения валков в рабочей клети прокатного стана: а — двухвалкового; б — трехвалкового; в — четырехвалкового; г — шестивалкового; д — двенадцативалкового; е — двадцативалкового; ж — универсального. 

  Число  и расположение рабочих клетей  Прокатный стан определяются  его назначением, требуемым числом проходов металла между валками для получения данного профиля и заданной производительностью. По этому признаку Прокатный стан подразделяются на 8 типов (рис. 3). К одноклетевым станам относится большинство блюмингов, слябинги, шаропрокатные станы, станы для холодной прокатки листов, ленты и труб. В случае, когда в одной рабочей клети не удаётся расположить необходимое число калибров (см. Калибровка прокатных валков) или когда требуется высокая производительность, применяют станы с несколькими рабочими клетями. Наиболее совершенный многоклетевой стан — непрерывный, в котором металл одновременно прокатывается в нескольких клетях (рис. 4). Непрерывные станы служат для горячей прокатки заготовки, полос, сортового металла, проволоки, труб, а также для холодной прокатки листов, жести, ленты и др. профилей.

Рис. 3. Схема расположения рабочих клетей прокатного стана: 1 — одноклетевого; 2 — линейного; 3 — сдвоенного; 4 —  ступенчатого; 5 — непрерывного (а  — с групповым приводом, б —  с индивидуальным); 6 — полунепрерывного; 7 — последовательного («кросс-коунтри» ); 8 — шахматного.

Скорости  прокатки весьма различны и зависят  главным образом от требуемой  производительности Прокатный стан, сортамента прокатываемой продукции  и технологического процесса. У обжимных, заготовочных, толстолистовых, крупносортных станов скорость прокатки около 2—8 м/сек. Наибольшие скорости характерны для непрерывных станов: при прокатке сортового металла 10—20 м/сек; полосового 25—35 м/сек; проволоки 50—70 м/сек; при холодной прокатке жести 40 м/сек. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Станочное оборудование для  обработки резанием.

Зубофрезерный полуавтомат модели 5М32.

   Конструктивно станок состоит  из следующих основных узлов:  станины А, на которой закреплена стойка B, по ней перемещается фрезерный суппорт Г. Стол E движется по горизонтальным направляющим станины (рис. 3). Узел Д поддерживает верхний конец оправки с установленными на ней заготовками. Коробка скоростей Ж расположена в станине, а в суппортной стойке - коробка подач Б. При обработке заготовок на станке осуществляется главное движение — вращение фрезы.

   Кинематическая схема станка  показана на рис. 3.

   При настройке станка на нарезание  прямозубых цилиндрических колес  фрезу устанавливают наклонно под углом у к горизонтали, равным углу подъема витков червячной фрезы А (рис. 4, а) 

Рис. 3. Кинематическая схема зубофрезерного полуавтомата мод. 5М32:

Рис. 4. Схема нарезания зубьев червячной  фрезой: a — прямозубых цилиндрических колес; б — цилиндрических колес с винтовым зубом; в — червячных колес методом радиальной подачи; г — червячных колес методом тангенциальнойподачи.

   Подобно зуборезной гребенке  червячная фреза обеспечивает  большую точность по шагу зубьев  нарезаемого колеса за счет меньшего накопления ошибок. Однако для получения эвольвентного профиля зубьев колеса необходимо строить профиль зуба нарезающей его фрезы на базе эвольвентного основного червяка. Профилирование эвольвентной фрезы в настоящее время может быть осуществлено лишь приближенно. Отрицательно сказывается на точности профиля зубьев нарезаемого колеса и ограниченное число резов, приходящихся на одну впадину при зубофрезеровании.

   При отсутствии специальной червячной  фрезы можно воспользоваться  методом обкатки, применив «летучий» резец, т. е. оправку с резцом, представляющим собой один зуб фрезы.

   Нарезание зубчатых колес зубодолблением

   При нарезании блочных колес  и колес с буртами, колес  с внутренними зубьями, зубчатых  секторов обработка зубодолблением  является единственно возможным методом обработки. Во всех других случаях выбор метода обработки зубчатых колес подтверждается технико-экономическим расчетом.

   Более низкая стоимость долбяка,  по сравнению с фрезой, также  положительно характеризует зубодолбление. При повышении требований к степени точности и уменьшению параметра шероховатости поверхности зубьев обрабатываемых колес время, необходимое на зубофрезерование, растет быстрее, чем время на зубодолбление.

   Сравнительные исследования основного  времени при зубодолблении и зубофрезеровании показывают, что в общем случае долбяки предпочтительнее применять при нарезании колес с меньшими модулями, с большими числами зубьев, с меньшими ширинами венцов и с большими углами наклона зубьев.

   Для создания движения резания долбяк получает возвратно-поступательное движение в направлении, параллельном оси обрабатываемого колеса. Скорость перемещения долбяка является скоростью резания.

   Долбяк и заготовка в процессе  зубодолбления непрерывно вращаются  относительно своих осей.

   Во время холостого хода для  предохранения долбяка от трения  об обрабатываемую поверхность  долбяк или заготовку отводят  друг от друга. Перед началом  рабочего хода оси долбяка  и обрабатываемого колеса сближаются.

   При нарезании косозубых колес применяют косозубый долбяк. Он имеет тот же угол наклона зубьев, что и у нарезаемых колес, но с разноименным направлением для колеса с внешними зубьями (левый — для правого колеса, правый - для левого) и одноименным — для колеса с внутренними зубьями.

   Для образования зубьев колеса  в этом случае долбяк при  его поступательном движении  должен получать дополнительный  поворот вокруг своей оси. Это  достигается установкой на станке  специальных винтовых копиров-направляющих  вместо обычных прямолинейных направляющих. Один из копиров прикрепляют к ползуну. Он совершает с ним возвратно-поступательное движение. Второй — неподвижный копир, закрепляют в отверстии червячного колеса, сквозь которое проходит ползун.

   Долбяк при зубообработке врезается  в заготовку в радиальном направлении. Такое врезание осуществляется двумя способами, при помощи специального ходового винта и автоматического делительного механизма; при помощи одного из специальных кулачков — копиров, определяющих число проходов, необходимых для нарезания полного профиля зубьев (под проходом понимается оборот заготовки в процессе нарезания). Скорость врезания характеризуется радиальной подачей за один двойной ход долбяка. После врезания на заданную глубину радиальная подача выключается, и в дальнейшем следует только обкат.

   При нарезании зубчатых колес  без радиальной подачи применяют  специальный долбяк, у которого  число зубьев в два раза  больше, чем у нарезаемого колеса.