Нагрівання заготовок, їх кування і штампування
і продуктивність ковальсько-штампувального обладнання, якість випущених поковок, витрата металу і палива, стійкість ковальського і штампувального інструменту, собівартість продукції і санітарно-гігієнічні умови праці в ковальсько-штампувальних і термічних цехах.
У зв'язку з цим створення і впровадження метало- та енергозберігаючих технологій кування і гарячого штампування вимагають широкого застосування прогресивних способів і засобів нагріву печей і установок, за допомогою яких здійснюють нагрів заготовок і їх транспортування (завантаження, просування в зоні нагріву і вивантаження).
Прогресивними 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; забезпечуються мінімальні втрати металу від окислення (чаду), обезуглероживания, обезлегірованія і мінімальний витрата палива або електроенергії, матеріалів і праці на тонну нагрітого металу.
У ковальсько-штампувального виробництва застосовують як полум'яний, так і електричний способи нагріву. Полум'яний нагрів є переважаючим. Основні фактори, що впливають на технологічний процес кування і гарячого штампування, - температурний інтервал деформування, режими і способи нагріву заготовок перед куванням і штампуванням і охолодження поковок після їх виготовлення.
Практично початкова температура деформації завжди нижче лінії солидус і дорівнює Т = аТпл. де Тпл - температура плавлення; а - коефіцієнт, що враховує можливість перегріву і перепалу. Для високолегованих сталей і сплавів орієнтовно приймається а = 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 Т - (0,6--0,7) Тпл.
Тривалість, нагрівання т (ч) холодних зливків і заготовок діаметром або стороною квадрата по 300-350 мм в методичних і полуметодіческіх печах можна визначити за формулою
де d - діаметр або сторона квадрата заготовки або злитка, см; К - поправочний коефіцієнт, що враховує вплив з
става стали і інших чинників; для вуглецевих сталей К = = 0,10-0,15; для легованих конструкційних К = 0,15--0,20, для високолегованих конструкційних К = 0,20--0,30, для високолегованих та інструментальних сталей К = 0,30-0,40.
Тривалість нагрівання холодних зливків і заготовок діаметром від 100 до 300 мм в камерних печах зі стаціонарним подом визначають за формулою
де d - діаметр або товщина зливка (заготовки), м; а - коефіцієнт, що дорівнює 12,5 для вуглецевої і низьколегованої сталей і 30 для високолегованої сталі; К - коефіцієнт, що враховує характер розташування (укладання) заготовок на поду печі, форму поперечного перерізу заготовки і т. Д. Значення якого коливаються від 1 до 3.
На заводах для визначення тривалості нагріву злитків і заготовок часто користуються даними різних нормативів і довідкових таблиць.
При нагріванні металу в печах відкритого полум'я, т. Е. Коли він безпосередньо контактує з пічної атмосферою, відбуваються його окислення (угар), обезуглероживание і обезлегірованіе. Атмосфера застосовуваних в ковальсько-штампувальних цехах нагрівальних печей зазвичай окислювальна, так як в них паливо спалюється з надлишком повітря. Тому втрати металу на чад великі і становлять при нагріванні дрібних заготовок 1,5 2,5% від маси металу, що нагрівається, а при нагріванні злитків 3%. 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, підвищує час і витрати на додаткову обробку і знижує коефіцієнт використання металу.
Значення поверхневого чаду а (г / см 2) поверхні в залежності від температури (600-1150 ° С) і часу для середньо-вуглецевої сталі можна визначити за такою формулою:
де т - час, хв; t - температура, К.
Одночасно з окалинообразованием відбувається обезуглероживание і збіднення легирующими елементами поверхневого шару нагріваються заготовок; в окремих випадках глибина обезуглероживания досягає 2 мм. Обезуглероживание і обезлегірованіе знижують якість металу поковок, зменшують межа міцності і сприяють утворенню тріщин в деталях машин, що працюють в умовах знакозмінних навантажень, зменшують стійкість інструменту і коефіцієнт використання металу.
Для зниження або повної ліквідації окалинообразования, обезуглероживания і обезлегірованія при нагріванні великих і дрібних заготовок застосовують різні способи нагрівання і конструкції нагрівальних установок. Найбільш прогресивними енерго- і металлосберегающих способами нагріву металу, які слід рекомендувати для впровадження у виробництво, є: швидкісний нагрів, при якому нагрів дрібних заготовок під штампування проводиться зі швидкістю 5-10 мм / хв; безокислітельний нагрів, при якому а не більше 0,5 і угар металу не перевищує 0,25%; малоокіслітельний при а = 0,5-0,7 і угар металу 0,25-0,7%; нагрів металу в спеціальних контрольованих атмосферах; нагрів в розплавлених солях або розплавленому склі; нагрів заготовок із застосуванням захисних обмазок.
Щоб зменшити час нагрівання заготовок в полум'яних печах і підвищити продуктивність праці в ковальсько-штампувальних цехах, необхідно інтенсифікувати процеси нагрівання. Один з надійних і гарантованих способів швидкісного і економічного нагріву металу і підвищення енергетичного ККД печей - підігрів що надходить в піч повітря і застосування раціональної конструкції пальників.
Для підігріву повітря, що йде на горіння, за рахунок утилізації тепла відхідних з печі газів ВНИПИ «Теплопроект» розроблені і впроваджені в 1980-1984 рр. в виробництво радіаційні щілинні з подвійною циркуляцією повітря, конвективні петльові багатосекційні, конвективні кожухотрубні і комбіновані радіаційно-конвективні рекуператори, що забезпечують підігрів повітря на 250-600 ° С. Рекуператори впроваджені на Куйбишевському металургійному заводі імені В. І. Леніна, в ПО «Ленінградський завод турбінних лопаток» ім. 50-річчя СРСР (ЛЗТЛ), ВО «Електростальтяжмаш», Рівненському заводі високовольтної апаратури ім. 50-річчя Радянської України та інших заводах. Всього впроваджено 46 рекуператорів різних типів на 11 заводах країни. Економія палива при використанні в нагрівальних печах розроблених конструкцій рекуператорів становить 15-35%, а сумарний економічний ефект від впровадження 2179 тис. Руб. на рік.
Інтенсифікація нагрівання заготовок в ковальсько-штампувального виробництва досягається і за рахунок використання непрямого радіаційного нагріву (КРН) із застосуванням плоскополум'яних пальників. Печі КРН з плоскополум'яних пальниками в порівнянні з традиційними печами дозволяють знизити питомі витрати палива на 10-20%, забезпечити високу рівномірність нагріву металу і скоротити його угар на 30-50%.
Фахівцями ВО «Кіровський завод» розроблена і впроваджена у виробництво малоокіслітельная полуметодіческая автоматизована нагрівальна піч для нагрівання під ковку злитків масою 2,5 т, що забезпечує високу питому продуктивність (300 кг / год), мала питома витрата тепла (1000 ккал / кг)
і низький угар металу (до 1%). На ЛЗТЛ впроваджено технологію малоокіслітельного нагріву фасонних заготовок в прохідних газових механізованих печах форкамерно-факельного нагріву для точної штампування поковок турбінних лопаток з корозійностійких сталей марок 12Х13-Ш, 20Х13-Ш, 15Х11МФ-Ш та ін. Форкамерно-факельний малоокіслітельний нагрів заготовок забезпечив наступний рівень критеріїв якості поверхні поковки: товщина окалини 0,027 мкм, глибина обезуглероженного шару 0,046 мм, глибина шару зі зміненим складом легуючих елементів 0,04 мм, шорсткість Ra = 12,5 мкм.
Щоб впровадити металлосберегающих технології точної штампування, треба застосувати безокислітельний нагрів з лімітованої товщиною окалини. Для впровадження технології многополосной точної штампування з високою якістю поверхні на Уралмашзаводі створена і впроваджена у виробництво економічна камерна газова піч безокисного 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 а = 0,5 і продукти неповного згоряння грають роль захисної атмосфери, а на другій стадії продукти неповного згоряння використовуються тільки для нагріву заготовок.
До найбільш ефективним метало- і енергозберігаючим методам нагріву заготовок під кування, штампування і термообробку слід віднести електронагрів. Найбільш він поширений на заводах автотракторної промисловості, де 35-40% від загальної кількості металу, що нагрівається піддається електричним і. Крім економії металу і зниження окалинообразования електронагрів дозволяє через відсутність окалини збільшити термін служби штампів в 2-2,5 рази.
Для нагріву заготовок застосовують печі опору, індукційні і контактні нагрівальні пристрої, нагрів в соляних ваннах, в електроліті і т. Д. Електропечі опору широко 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 рекомендується застосовувати для нагріву довгомірних заготовок при l> 1,5d 2. де l - довжина заготовки, d - діаметр заготовки. Цим методом можна нагрівати прутки діаметром до 100 мм. Індукційний нагрів в порівнянні з нагріванням в звичайних газових печах підвищує швидкість нагріву в 10- 15 разів, зменшує окалинообразования в 5-6 разів, покращує умови праці, збільшує продуктивність в 4-5 разів, підвищує мобільність виробництва. Нагрівання в соляних ваннах і нагрів в електроліті найбільш раціонально використовувати при виробництві поковок з інструментальних сталей і жароміцних сталей і сплавів при одиничному, дрібно-і среднесерийном виробництві.