V 3/2 Совмещенные процессы в обработке металлов давлением

Совмещение различных способов обработки металлов давлением в одном производственном процессе является достаточно распространенным технологическим приемом в металлургии и смежных отраслях. Каждая новая разработка сопряжена с необходимостью создания новых технологических и проектно-конструкторских решений. Недостаток апробированных решений вызывает необходимость развития и создания новых научных подходов и делает работы в этих направлениях актуальными.

Все существующие процессы обработки металлов давлением могут быть представлены как прямые (простые) и совмещенные. К первой группе относятся: прокатка, волочение, прессование, гибка, ковка и штамповка. Вторая группа, в свою очередь, может быть представлена двумя подгруппами, в одной из них металлургические процессы совмещены преимущественно с прокаткой, во второй совмещаются различные виды обработки металлов давлением. Наиболее характерным примером первых является совмещение процессов непрерывной разливки и последующей прокатки. Металлургические и металло-перерабатывающие предприятия широко используют сочетания процессов прокатки, ковки, прессования, волочения, гибки и другие комбинации.

Совмещения процессов при обработке металлов давлением могут быть представлены следующими основными видами: прокатка-волочение, прокатка-прессование, прокатка-ковка, прокатка-гибка, прокатка-штамповка, прокатка-разделение, прессование-волочение, валковая разливка-прокатка. Большее внимание в работе уделено процессам, где основой является прокатка, а второй процесс в паре является зависимым. Во всех случаях процессы в парах имеют деформационную основу, способом, с наименее выраженной деформационной основой, можно считать прокатку-разделение (имеется в виду проход, в котором происходит первичное разделение).

Созданию совмещенных процессов (или операций) могут способствовать различные основообразующие предпосылки: снижение энергозатрат и материалоемкости, сокращение производственных площадей, создание возможности автоматизации и эффективного управления, повышение качества продукции и другие. Некоторые предпосылки имеют достаточно объективные и однозначные оценочные характеристики, другие являются более труднопрогнозируемыми, к последним может относиться, например, снижение энергозатрат. Если, к примеру, процесс прокатки дополнить операцией прессования, то общий и удельный расход электроэнергии возрастет, при всем том, что в целом способ может оказаться более технологичным. (Возрастет по той причине, что процесс прессования является более энергоемким по сравнению с другими видами обработки металлов давлением, например, если сравнивать с волочением). В этом случае оценку оптимизации следует производить по комплексному критерию. Единая и достаточно признанная классификация принципов совмещения процессов отсутствует. Одна из причин в том, что все случаи весьма разнообразны по своим задачам и постановке, отсутствует единый постановочный признак и в различных случаях возникает своя, индивидуальная потребность в оценочных критериях. Во всех случаях необходимо руководствоваться такими понятиями как практическая полезность, целесообразность и эффективность и каждый автор вправе создавать свои оценочные критерии.

Сущность процесса прокатки-ковки заключается в периодическом обжатии деформируемого металла бойками специальной формы с образованием конуса деформации, длина которого значительно превышает наибольшую длину мгновенного очага деформации. Оси бойков находятся в плоскости, перпендикулярной оси прокатки. Бойки совершают одновременно возвратно-поступательное и качательное движение. Бойки совершают рабочий ход, при котором происходит деформация металла, и обратный, где обжатие отсутствует. Число бойков – два или четыре, работают они попарно, одна пара используется для прокатки-ковки широких полос, две пары – для многогранных. Во втором случае заготовка деформируется в раскат с формой близкой к цилиндрической. Процесс ковки, как известно, сопровождается схемой напряженного состояния, близкой к всестороннему сжатию, что способствует достаточно глубокой (объемной) проработке деформируемого металла и получению качественной структуры практически во всем объеме металла. Это качество процесса ковки явилось одним из основообразующих и было положено в основу предложенного процесса, предназначенного преимущественно для деформации специальных марок сталей и сплавов. Процесс прокатки-ковки одной парой валков имеет менее выраженную объемную схему всестороннего сжатия и у его продукции несколько другая область применения.

Процесс прокатки-прессования в общем случае представляет собой деформацию металла, по меньшей мере, в двух очагах деформации, отстоящим друг относительно друга на некотором расстоянии. Причем деформация в одном из очагов обеспечивается силой заднего подпора, который создается клетью или специальным задающим устройством.

Одним из наиболее перспективных направлений в металлургии и металло-перерабатывающих отраслях является процесс валковой разливки-прокатки (существует и другой термин «бесслитковая прокатка»). Процесс содержит ряд положительных качеств: меньшая энергоемкость и материалоемкость оборудования, экологичность, меньшие производственные площади, ниже себестоимость.