» » Подготовка заготовок к калиброванию
14.01.2015

Основные операции подготовки прессованных профильных заготовок из высокопрочных сталей и титановых сплавов к калиброванию следующие: правка, очистка поверхности, контроль дефектов и геометрических параметров, острение концов. Для устранения искажения продольных и поперечных геометрических параметров прессованные профильные заготовки подвергают правке. Для правки профилей рекомендуется применять гидравлические правильно-растяжные машины, имеющие раскруточное устройство и устройство для контактного нагрева профилей непосредственно на линии правки. Такой нагрев обеспечивает минимальное остывание профиля в процессе правки и снижает неравномерность деформации, что особенно важно для тонкостенных профилей. Ниже приведена техническая характеристика одной из таких машин.
Подготовка заготовок к калиброванию

Рабочим инструментом при правке профилей растяжением служат фасонные губки, изготовленные из сталей повышенной вязкости марок 5ХНВ или 5ХНМ и термообработанные на твердость HRC = 45—48. На рабочую поверхность губок наносится насечка с шагом 3 мм; глубина насечки 1,5 мм, угол между образующими сетки насечки 60°.
Правку осуществляют со степенями деформации, обеспечивающими равномерное растяжение. При этом толщина и ширина полок профилей изменяются прямо пропорционально их линейным размерам. Режимы правки профилей на растяжной машине представлены а табл. 9.
Подготовка заготовок к калиброванию

Профили, сохранившие после раскрутки и предварительной правки растяжением местную скрутку, при дальнейшей растяжке подвергают вручную местной подправке специальными ключами. Допускается повторная правка со степенью деформации при растяжении не более 1 %.
После правки поверхность профилей должна быть очищена от окалины и смазки, оставшейся после прессования. Очистка поверхности необходима для получения высокого качества поверхности профилей после калибрования, уменьшения трения и, следовательно, снижения усилия при калибровочных процессах. Применяют два вида очистки поверхности профилей из высокопрочных сталей и титановых сплавов: дробеметная или дробеструйная обработка и травление.
Дробеметную или дробеструйную обработку применяют при очистке поверхности профилей из высокопрочных сталей. В дробеметных установках абразив приобретает требуемую скорость в аппаратах метательного (роторного) типа, а в дробеструйных установках — в аппаратах струйного типа, использующих энергию сжатого воздуха. Дробеметный и дробеструйный способы очистки близки по технологическому назначению, но отличаются эксплуатационными показателями: энергоемкостью, степенью механизации и производительностью оборудования.
Дробеструйная очистка по энергоемкости значительно уступает дробеметной. Для сообщения заданной скорости одному килограмму дроби в дробеструйном аппарате требуется в 8—12 раз больше энергии, чем в дробеметном. Так, в аппарате модели 334М при производительности по дроби 25 кг/мин, избыточном далении в сети 600 кПа и диаметре сопла 8 мм расходуется 4 м3 воздуха в минуту, Мощность двигателей компрессора 25 кВт; удельная мощность 1 кВт на 1 кг дроби. В дробеметном аппарате модели 392М при производительности по дроби 140 кг/мин мощность двигателя составляет всего 14 кВт; удельная мощность 0,1 кВт на 1 кг дроби, т.е. в 10 раз меньше, чем в дробеструйном аппарате модели 334М. По производительности дробеструйные аппараты также уступают дробеметным. Так, производительность аппаратов модели 334М в 5,5 раз меньше производительности по дроби аппарата модели 392М.
Дробеметные аппараты работают в полуавтоматическом режиме, т.е. практически не требуется участия в работе оператора. Эксплуатация же дробеструйных аппаратов невозможна без активного участия оператора, вынужденного находиться непосредственно около зоны очистки, для которой характерны повышенный уровень шума и запыленности воздуха.
Эффективность очистки абразивом характеризуется площадью поверхности, очищенной в единицу времени. Технологическая эффективность оценивается по качеству очищенной поверхности. Эти параметры зависят в первую очередь от вида и размера дроби. Так, металлический песок (колотая дробь) при размерах до 1,5 мм значительно более стоек, а его абразивное действие выше, чем литой дроби. При одинаковой скорости полета в момент удара об обрабатываемую поверхность эффективность очистки колотой дробью выше в 1,5-4,0 раза, чем литой дробью. Это объясняется тем, что каждая дробинка, как колотая, так и литая (круглая), действует как микрорезец, оказывая определенное абразивное воздействие на обрабатываемую поверхность. На единицу обрабатываемой поверхности приходится значительно больше мелких дробинок, чем крупных, благодаря их большей концентрации в струе дроби.
Очистка изделий из конструкционных и низколегированных сталей обычно производится чугунной или стальной дробью, причем вопрос о технологическом соответствии реагента и изделий в этих случаях сводится к выбору основной фракции дроби. Для очистки профилей из коррозионностойких сталей, жаростойких сплавов чугунная дробь непригодна. Поверхность изделий из этих материалов после очистки чугунной дробью при осаждении влаги имеет поверхностную коррозионную пленку, что свидетельствует о внедрении твердых частиц чугуна в поверхность изделий.
Установлено, что чем ближе химический состав материала дроби к составу очищаемого изделия, тем выше его коррозионная стойкость. Однако высокая стоимость дроби из специальных сталей и низкая производительность процесса очистки сдерживают их практическое использование.
Удовлетворительные результаты были получены при очистке изделий из нержавеющих и жаропрочных сталей высококремнистым стальным песком, содержащим 20 % Si. По производительности и качеству очистки этот песок не уступает, а по коррозионной стойкости очищенных изделий приближается к кварцевому песку. Однако острые грани дробинок от многократного соприкосновения с очищаемой поверхностью сглаживаются и частично теряют очищающую способность. Происходит резкое повышение пылеобразования и превращение дроби в мелкие, менее работоспособные фракции.
Практикой установлено, что с увеличением диаметра дроби (при равной скорости) возрастает ее износ и Соответственно уменьшается срок службы. Ниже приведена зависимость износа стальной дроби от ее размеров.
Подготовка заготовок к калиброванию

Подсчитана, что замена дроби диаметром 1,0 мм на дробь диаметром 0,8 мм при одинаковой цене и годовом расходе дроби, равном 1000 т, дает экономию в 3000 долл.
Обработка дробью разных размеров приводит к увеличению средней высоты неровностей на несколько десятков микрометров. При этом с увеличением размера дроби возрастает и высота микронеровностей, а также их шаг. Внешний вид поверхности, обработанной колотой дробью, при размерах от 1,0 мм значительно лучше, чем после обработки литой круглой дробью.
При обработке изделий дробью с целью очистки от окалины и следов технологической смазки, удаление которых не требует значительных усилий, важен рациональный выбор расстояния от среза сопла до обрабатываемой поверхности для ведения интенсивной обработки рассредоточенной струей большой площади. Оптимальное расстояние от среза сопла до очищаемой поверхности (длина факела струи) при очистке тонкостенных профилей составляет 200—250 мм. Наиболее эффективны углы атаки дроби в диапазоне от 60 до 45°. При изменении диапазона этих углов происходит расширение площади обработки, при этом решающим фактором, обусловливающим увеличение съема металла, является увеличение площади обработки и перераспределение действующих усилий в сторону возрастания тангенциальных составляющих. Угол расхождения струи дроби при выходе из сопла различен для разных видов дроби, изменяясь в пределах 25—30° как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскостях.
Ниже приведены технические характеристики дробеструйной установки (ДСУ) и дробеметной установки (УДМ).
Подготовка заготовок к калиброванию

Подготовка заготовок к калиброванию

Рабочим инструментом при дробеструйной очистке профилей является сопло, которое вставляется в гнездо штуцера (направляющей трубы), соединенного с резиновым шлангом, подающим дробь из дробеструйного аппарата. Сопла изготавливаются из сплавов, обладающих высокой износостойкостью, типа ВК8, ШX15, термообработанных на твердость HRC 70.
Режимы очистки профилей на установках ДСУ и УДМ представлены в табл. 10.
Поверхность профилей из высокопрочных и нержавеющих сталей, помимо металлоструйной или дробеметной обработки, можно очищать травлением. Так, травление профилей из сталей ЗОХГСА, 30ХГСНА осуществляется в водном растворе следующего состава: 16—18 % H2SO4 и 3—5 % HCI. Температура этого раствора 60—80 °C, время выдержки 15—20 мин. Профили из стали Х18Н10Т и ЭИ654 травят в водном растворе: 4 % NaF и 10 % HNO5 при 18—25 0C, выдержка 15—20 мин.
Подготовка заготовок к калиброванию

Во избежание межкристаллитной коррозии профили из сталей 13Х15Н4АМЭ-Ш, 08Х15Н5Д2Т-Ш, 16Х12МВСФБР-Ш травлению не подвергают.
Травление всех профилей из титановых сплавов ведут в щелочном расплаве. Состав ванны: 65—80 % NaOH, 32—20 % NaNO3. Температура расплава 430—450 °C; время выдержки 30—45 мин. Профили перед погружением в ванну укладывают в корзины из нержавеющей стали Х18Н10Т, между рядами профилей устанавливают прокладки из титановых полос. После горячей промывки профили промывают в ваннах с проточной холодной водой. Полная смена воды в этой ванне осуществляется за 1 ч. После холодной промывки корзины с титановыми профилями подают в кислотную ванну следующего состава: 20—35 % HCI, 2 % CaF2, остальное — вода. Температура этого раствора 80—90 0C, время нахождения садки в растворе 20—40 мин, После этого профили промывают в ваннах с проточной горячей водой (80—90 °C), попеременно поднимая и опуская садку 5—7 раз.
Сушку профилей ведут путем продувки их горячим воздухом до полного удаления влаги. В ваннах для горячей и холодной воды и для кислотного раствора содержимое перемешивают сжатым воздухом. Ванны оборудованы бортовой вытяжной вентиляцией.
Прессованные профильные заготовки после правки растяжением и очистки поверхности проходят контрольную операцию. Контроль геометрических параметров ведут такими измерительными инструментами, как линейки, штангенциркули, микрометры и др. Размеры и формы поперечного сечения прессованных профильных заготовок должны соответствовать чертежу на прессованную заготовку; при этом необходимо предусмотреть соответствующий припуск под калибровку по всем элементам профиля. Припуск тем больше, чем толще стенка заготовки, чем ниже качество ее поверхности и чем шире поле допуска на толщину полок прессованной заготовки.
Геометрические параметры прессованной заготовки должны соответствовать следующим условиям: плавная продольная кривизна без резких изгибов, изломов и пережимов в пределах до 5 мм на 1 м длины любого участка заготовки; скручивание вокруг продольной оси не более 10° на 1 м длины любого участка профиля; отклонение углов поперечного сечения от номинала ±3°.
Качество поверхности заготовок и полуфабрикатов контролируют, как правило, визуально. На поверхности профилей не допускаются дефекты в виде окалины, трещин, надиров и наплывов металла. Если дефекты обнаружены, то их удаляют с помощью абразивного инструмента. Для зачистки используют абразивные круги прямого профиля из электрокорунда средней твердости (Ст-1), зерно № 24, 36, 46, связка бакелитовая.
Прессованные заготовки, прошедшие операцию контроля качества, поступают на участок калибрования. Калибрование прессованных тонкостенных профилей осуществляют способами волочения, радиального обжатия или прокатки. При этом процесс волочения может осуществляться двумя способами: с острением и без острения концов профилей. При волочении без острения применяется специальная волочильная наладка с разъемной волокой. Если волочение производится через монолитные волоки, то профили подвергают операции острения. При острении профилей сложной конфигурации наиболее экономичным способом является электрохимическое фрезерование. Одним из наиболее важных вопросов при электрохимическом фрезеровании является выбор формы инструмента — катода, которым определяется характер съема металла по периметру профиля.
Интенсивность анодного растворения можно регулировать, изменяя расстояние между анодом и катодом, так как с его увеличением плотность тока уменьшается. Поэтому была предпринята попытка осуществить равномерный съем металла по полке профиля за счет переменного зазора между анодом и катодом. На рис. 4 дана схема установки, на которой производились эксперименты по определению оптимальной конфигурации катода. В электролитной ванне 1, наполненной электролитом (водный раствор 15 % NaCI), помещали темплет профиля 2 высотой 10 мм, который служил анодом, и катод 3, представляющий собой медную пластинку в форме уголка с различными углами α<90°. Преобразователем тока служил выпрямитель. Режимы обработки регулировались делителем напряжения 5 и реостатом 6, а контролировались измерительными приборами 4; для перемешивания электролита применялась крыльчатка 7. Время обработки было постоянным во всех случаях.
Неравномерность съема металла определялась по величине уклона по полкам профиля вследствие электрохимического фрезерования.
Подготовка заготовок к калиброванию

На рис. 5 дана зависимость величины уклона от угла катода. При этом уклон со знаком "плюс" показывает, что съем металла уменьшался от основания к кромке, а со знаком ''минус'' — от кромки к основанию. Точка пересечения экспериментальной линии с осью абсцисс соответствует углу а, при котором съем по всей поверхности одинаков. Найденный угол примерно равен 60° для случая, когда угол между полками профиля составляет 90 . В общем случае профиль катода-инструмента строится по биссектрисе угла профиля, а угол между образующей инструмента и полкой профиля должен составлять 15°.
Срок работы электролита при условии использования трех электролизных гнезд составляет 72 ч. Оптимальная температура электролита, обеспечивающая наибольший съем металла без форсированного разложения поваренной соли, составляет 40—60 °С.