Нагревательные устройства

На заводах применяют различные по принципу действия и конструкции нагревательные устройства. Они классифициру­ются по номинальной (максимальной рабочей) температуре, способу нагрева и их конструктивным признакам, определяю­щим режим загрузки-выгрузки заготовок.

По способу нагрева нагревательные устройства делятся на пламенные и электрические. В пламенных печах требуемой температуры достигают сжиганием в специальных горелках мазута или газа. В свою очередь, электрические нагреватель­ные устройства подразделяются:

□ на электропечи сопротивления косвенного нагрева, в кото­рых нагрев осуществляется энергией, выделяющейся в элемен­тах сопротивления, через которые пропускают ток;

□ электрические установки прямого контактного нагрева, в которых электрический ток проходит непосредственно через заготовку, нагревая ее;

□ установки индукционного нагрева, в которых заготовку помещают в электромагнитное поле, создаваемое токами высо­кой частоты.

Деление нагревательных устройств на печи и установки ус­ловное и означает, что в печах заготовки нагреваются излуче­нием и конвекцией за счет теплоты рабочего пространства печи, а в установках теплота возникает внутри самой заготовки.

По принципу работы нагревательные устройства бывают периодического и непрерывного действия (методические). В на­гревательных устройствах периодического действия (камерных) заготовки загружают и выгружают через одно и то же окно, а в процессе нагрева они остаются неподвижными. В методиче­ских (проходных) нагревательных устройствах Заготовки загру­жают через загрузочное окно, перемещают в процессе нагрева через рабочее пространство и выгружают через окно выгрузки.

В камерных печах (рис. 16.11) заготовки 2 укладывают на под печи 1 через загрузочное окно 4 и после нагрева выгружают через то же окно, которое закрывается заслонкой 5. Рабочее про­странство печи нагревается газом, сжигаемым с помощью двух горелок 3. Газообразные продукты сгорания из рабочей камеры отводятся через дымоход 6.

Рис. 16.11. Камерная нагревательная печь

 

В кузнечных цехах крупносерийного и массового производ­ства для нагрева заготовок под горячую объемную штамповку применяют печи непрерывного действия — методические и полу­методические. Полуметодические пламенные печи применяются чаще. Они принципиально не отличаются от методических, но имеют меньшую длину и более высокую скорость нагрева.

Полу методическая печь (рис. 16.12), имеющая вытянутую форму, состоит из камер предварительного 7 и окончательного 3 нагрева. Камеры нагреваются горелками 2 и б, причем в камере 3 их больше, чем в камере 7. Заготовки 5 укладывают на загру­зочную площадку 9 и проталкивают гидравлическим толкате­лем Ю через печь к окну выгрузки 1. Нагреваемые заготовки движутся в направлении, противоположном движению газов (на рисунке показано стрелками). Скорость передвижения заго­товок такова, что каждая из них находится в печи одинаковое вре­мя, необходимое для нагрева до требуемой температуры. С целью увеличения срока службы пода печи и уменьшения усилия про­талкивания заготовок на поду устанавливают жароупорные на­правляющие в виде труб или рельсов 4. Экономичность работы печи повышают применением рекуператора, который устанав­ливают над печью в месте выхода газов, отходящих через дымо­ходы 8.

 

Электронагрев по расходу энергии на тонну заготовок менее экономичен, чем нагрев в пламенных печах. Однако его широко применяют, так как он позволяет повысить производительность труда, автоматизировать процесс и обеспечить его высокую ста­бильность, улучшить условия труда и сократить потери металла на окалинообразование (угар).

Электрические печи сопротивления по конструкции похожи на пламенные печи, но вместо горелок внутри рабочего про­странства устанавливают нагревательные элементы, через кото­рые пропускают электрический ток.

Типовая конструкция камерной электропечи с выдвижным подом показана на рис. 16.13. Под печи 1, чаще всего вместе

 

с частью передней стенки, имеет возможность с помощью специ­ального привода выезжать за пределы печи. При этом нагрева­тельные элементы 3 и основная часть печи 4 остаются неподвиж­ны. Это дает возможность загружать крупные заготовки 2 цеховым подъемно-транспортным оборудованием (кранами, электротель­ферами и т.д.).

Электрические печи легко могут быть механизированы и авто­матизированы, что позволяет встраивать их в автоматические поточные линии.

При ОМД для нагрева заготовок кроме пламенных и электри­ческих печей применяются электронагревательные установки (устройства). Распространены два типа электронагревательных установок — индукционного и контактного (прямого) нагрева.

Индукционные установки (рис. 16.14) представляют собой индуктор-соленоид из медной трубки 2, намотанной на огне­упорную трубу 3, в которую помещают заготовку 1. Соленоид подключают к генератору переменного тока 4. Для охлаждения

Рис. 16.14.Схема установки индукционного нагрева

 

соленоида внутри трубки пропускают холодную воду. При про­хождении через соленоид переменного тока в индукторе созда­ется переменное электромагнитное поле, под действием которого в заготовке по закону электромагнитной индукции возникают вихревые токи, что ведет к выделению теплоты и нагреву заго­товки до требуемой температуры. Частоту тока выбирают в зави­симости от диаметра заготовок: чем больше диаметр заготовки, тем меньше частота применяемого тока. Для питания индукци­онных нагревательных устройств служат машинные, ламповые и.тиристорные преобразователи частоты тока.

В установках электроконтактного нагрева через заготовку пропускают электрический ток большой силы (1...40 кА), но малого напряжения (2...20 В) и за счет сопротивления в заго­товке выделяется тепловая энергия. Схема установки электро­контактного нагрева представлена на рис. 16.15.

2 3 Рис. 16.15.Схема электроконтактной установки

 

К нагреваемой заготовке 1 с помощью контактов 2 подключена вторичная обмотка понижающего трансформатора 3. Электрокон­тактный способ рекомендуется использовать в крупносерийном и массовом производстве для нагрева длинномерных заготовок диаметром до 100 мм, имеющих постоянное поперечное сечение по длине, для которых I >l,5d², где I — длина заготовки, d — диаметр заготовки.

 

ВИДЫ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ

к.

Волочение

 

Волочение — процесс обработки Давлением, при котором пла­стическая деформация заготовки в холодном состоянии осущест­вляется за счет ее протягивания через постепенно сужающееся отверстие в инструменте, называемом волокой, или фильерой. Схема волочения прутка и трубы и примеры профилей, полу­чаемых волочением, представлены на рис. 17.1. Волочение труб можно производить без оправки и на оправке, если требуется уменьшить наружный диаметр и толщину стенки. При этом мо­гут применяться оправки, движущиеся вместе с трубой, жестко- закрепленные оправки (рис. 17.1, б) и плавающие, или само­устанавливающиеся. Волочение на оправках позволяет получить трубы с высокой точностью размеров и качеством внутренней поверхности. При волочении площадь поперечного сечения заго­товки уменьшается, а длина увеличивается. Поэтому количест­венно деформацию при волочении можно оценить коэффициентом

а

б

 

в

Ш

Шг

<ш>

Рис. 17.1. Схемы волочения прутка (а), трубы (б) и примеры профилей, получаемых волочением (в): 1 — фильера; 2 — заготовка; 3 — оправКа

вытяжки (I — отношением полученной длины к исходной или отношением площади исходного поперечного сечения к конеч­ному.

В связи с тем что на выходящем из волоки конце прутка или трубы пластическая деформация недопустима, величина дефор­мации за один проход ограничена и коэффициент вытяжки не должен превышать 1,05...1,5, а сама она осуществляется в хо­лодном состоянии.

При волочении возникает трение между заготовкой и инстру­ментом, что приводит к увеличению тягового усилия и, соответ­ственно, мощности оборудования. Силы трения можно умень­шить, выбирая оптимальную шероховатость рабочей поверхности фильер, подавая смазку в зону деформации и накладывая ульт­развуковые колебания.

В связи с низким коэффициентом вытяжки обычно для полу­чения необходимых размеров сечения заготовок процесс волоче­ния повторяют многократно, а для восстановления пластичности металл, упрочненный волочением, подвергают промежуточному отжигу после одного-двух переходов.

В настоящее время применяют волочильные доски со встав­ными фильерами из инструментальных сталей, твердых сплавов и технических алмазов.

Волочение производят на барабанных и цепных станах. Ба­рабанные станы (рис. 17.2) служат для волочения проволоки и прутков небольшого диаметра. Исходную заготовку в виде бунта 1 укладывают на барабан 2. Предварительно заостренный конец проволоки пропускают через отверстие в волоке 3 и за­крепляют на барабане 4, который приводится во вращение от электродвигателя через редуктор и зубчатую передачу 5. Кроме

Рис. 17.2.Схема барабанного волочильного стана

 

станов для однократного волочения существуют станы для мно­гократного волочения. Они имеют до 20 барабанов с установ­ленными перед каждым из них волоками.

3 4 5 6 7 8

 

Цепной волочильный стан (рис. 17.3) состоит из станины I, приводной звездочки 8, волокодержателя с волокой 3 и звездоч­ки 2. Между звездочками 8 и 2 имеется цепь 7, верхняя ветвь которой движется от волоки к приводной звездочке. Вращение приводной звездочки осуществляется электродвигателями через редуктор. По направляющим станины на катках передвигается тележка 5, снабженная крюком 6 для захвата цепи и клещами 4 для захвата переднего конца заготовки, протягиваемой через волоку. Такие станы применяют для волочения относительно коротких прутков и труб длиной 5...10 м. Усилие волочения цепных волочильных станов 5...1500 МН, скорость волочения 10...20 м/мин. Для сравнения: усилие волочения барабанных станов 25...75 МН, скорость волочения 30...120 м/мин.

Прессование

Прессование — способ обработки металлов давлением, при котором металл выдавливают из замкнутой полости через от­верстие инструмента, называемого матрицей, в результате чего получают изделие с сечением по форме отверстия матрицы (рис. 17.4).

При прессовании металл подвергается всестороннему неравно­мерному сжатию, благодаря чему имеет высокую пластичность.

Рис. 17.4.Примеры профилей, получаемых прессованием

 

Коэффициент, характеризующий степень деформации и опре­деляемый как отношение площади сечения заготовки к площа­ди сечения прессуемого профиля, при прессовании составляет 10...50.

К недостаткам прессования следует отнести значительные отходы, так как весь металл заготовки не может быть выдавлен из контейнера через отверстие матрицы, и в нем остается так называемый пресс-остаток, который после окончания прессова­ния отрезается от полученного профиля. При прессовании труб большого диаметра масса пресс-остатка может достигать 40 % массы исходной заготовки.