Алюминиевый прокат, который выпускают алюминиевые заводы, широко применяется в современной промышленности, на основе алюминия изготавливается множество сплавов специального назначения литейные, деформируемые, антифрикционные, для раскисления стали и т.д. Ассортимент проката выпускаемого алюминиевыми заводами методами горячей, холодной прокатки, прессования, литья и другими, очень широк и включает в себя: пруток, проволоку, трубы, профили, плиты, полосу, поковки и т.д. читать далее ... (развернуть/свернуть полный текст)
Рассмотрим производство проката более подробно:
Производство листового алюминия в основном осуществляется методами горячей и холодной прокатки:
Горячая прокатка представляет головную операцию в технологическом цикле производства листовых полуфабрикатов из алюминия и его сплавов. Путем горячей прокатки изготавливают листы и плиты, сортамент которых представлен, основная же часть продукции поступает в виде рулонов толщиной 2,5—10 мм для дальнейшей холодной прокатки.
Рулоны толщиной 6—10 мм можно также получать бесслитковой прокаткой. Таким путем в промышленности получают заготовку для изготовления алюминиевой фольги. Применительно к производству листов из алюминия и особенно его сплавов этот метод пока не получил широкого распространения.
Задача холодной прокатки — получение листов и лент необходимых размеров с высоким качеством поверхности и требуемыми механическими свойствами.
Необходимость холодной прокатки вызывается:
а) интенсивным охлаждением тонких лент при горячей прокатке, в результате чего резко возрастают давления и ухудшается выкатка;
б) невозможностью получения при горячей прокатке листов и лент с высоким качеством поверхности;
в) требованиями получения материала с заданными механическими свойствами и структурой, которые невозможно обеспечить при горячей прокатке.
Холодная прокатка применяется также для получения листов специального назначения: листы с переменным сечением; с высоким качеством поверхности и зеркальные; с регламентированной структурой, особыми механическими свойствами и др.
Холодной прокаткой получают листы толщиной от 0,5 до 4,5 мм, шириной от 1000 до 2000 мм и длиной от 2000 до 7000 мм.
Холодную прокатку следует вести с максимальными обжатиями за проход, величина которых определяется следующими основными факторами:
- прочностными и пластическими характеристиками сплавов и качеством исходной заготовки;
- заданными механическими свойствами;
- требованиями к качеству поверхности, геометрии и выкатке (планшетности);
- составом и мощностью установленного оборудования;
- максимальной производительностью.
В процессе холодной прокатки происходит упрочнение металла, в результате чего показатели пластических свойств уменьшаются. Начиная со степени деформации 45—55%, величина относительного удлинения у алюминия и почти всех его сплавов примерно одинакова и составляет 3—6%. Однако способность к дальнейшей холодной прокатке у них различная. Следовательно, величина относительного удлинения не может служить критерием для назначения режима обжатий. Таким критерием является величина деформации, при которой происходит образование трещин по кромкам. При этом, если обжатие за проход не настолько велико, чтобы привести к растрескиванию кромок, то суммарная деформация может достигать значительных величин (90—92% при прокатке твердых сплавов и свыше 95%—для мягких сплавов). Однако малые деформации ухудшают качество поверхности, выкатку и, увеличивая число проходов, резко снижают производительность станов холодной прокатки. Хорошее состояние кромок является одним из основных условий получения качественного проката. Поэтому при горячей прокатке либо плакируют грани слитков малопластичных сплавов, либо удаляют кромку на дисковых ножницах. При холодной прокатке для предотвращения образования трещин по кромкам после определенной суммарной степени деформации назначают промежуточный отжиг.
Холоднокатаные листы из алюминия и его сплавов в большинстве случаев используют как конструкционный или обшивочный материал, поэтому к ним предъявляют очень высокие требования по качеству поверхности, продольной и поперечной разнотолщинности и выкатке (планшетности).
Качество поверхности холоднокатаных листов определяется качеством горячекатаной заготовки, состоянием валков, типом, количеством и чистотой технологической смазки. Состояние горячекатаной полосы оказывает также большое влияние на разнотолщинность и планшетность готовых листов.
Один из наиболее распространенных типов алюминиевого проката это профили и пруток для всевозможных конструкций. В настоящее время сортамент прессованных профилей из алюминиевых сплавов насчитывает более 12000 типоразмеров. Он может быть разделен на две основные группы: профили и прутки. Группа профилей в свою очередь разделяется на подгруппы: серийные, лонжеронные, периодического сечения, повышенной точности, повышенной прочности, гермокабинные, пустотелые, петлевые.
Площадь поперечных сечений профилей составляет от 0,4 до 500 см2; габаритные размеры сечений вписываются в окружность диаметром от 10 до 750 мм. Длина профилей до 15 м.
Прутки прессуют в основном трех видов: круглые, квадратные, шестигранные. Диаметр окружности, в которую вписываются сечения прутков, находится в диапазоне от 10 до 400 мм.
Заготовкой для получения прутков и профилей обычно служат слитки полунепрерывного литья.
В некоторых случаях используют прессованную промежуточную заготовку.
Заготовки из алюминиевых сплавов перед прессованием нагревают в электрических печах — индукционных и сопротивления.
Наиболее важными технологическими параметрами процесса прессования являются температура слитка перед прессованием и скорость истечения. Эти два параметра (особенно для трудно-деформируемых сплавов) непосредственно связаны между собой. Проведенные работы показали, что с увеличением скорости истечения температура металла в очаге деформации резко повышается. Это увеличение связано с тем, что почти вся энергия, затрачиваемая на прессование металла, переходит в тепло.
Вследствие незначительного отвода тепла в процессе прессования через контейнер, матрицу и изделие температура металла в очаге деформации может возрасти на 100—200 град и более по сравнению с первоначальной температурой слитка.
Увеличение скорости истечения выше допустимой повышает температуру в очаге деформации, что может привести к пережогу. Прессуемый металл при этом переходит в область хрупкого состояния, способность к пластической деформации резко падает. В этих условиях напряжения трения основного металла о металл «мертвой зоны», на границе которой происходит интенсивное повышение температуры, и о рабочий поясок матрицы, оказываются для данного сплава выше допустимых, и на поверхности изделия образуются трещины.
Наряду с производством профилей, алюминиевые заводы широко выпускают панели. Это связанно с тем, что за последние годы за рубежом и в отечественном машиностроении, особенно в самолетостроении, начали широко применять монолитные прессованные панели, представляющие собой листы, изготовленные за одно целое с продольными элементами жесткости — стрингерами.
Использование монолитных панелей в конструкциях самолетов имеет существенные преимущества, заключающиеся в следующем:
монолитные панели на 15—20% легче клепаных. Поскольку в современных самолетах масса панелей составляет около 50% всей массы крыла, то при прочих равных условиях масса крыла, собранного из монолитных панелей, на 7—10% меньше, чем собранного из клепаных узлов;
повышается прочность, выносливость и долговечность, а следовательно, и эксплуатационные ресурсы и надежность самолета.
Это достигается благодаря значительному уменьшению количества концентраторов напряжений в монолитных панелях. Выносливость крыльев из прессованных панелей в 2—3 раза выше, чем из клепаных.
Вследствие сокращения в 3—5 раз количества продольных швов значительно повышается герметичность крыла, что особенно важно при расположении в нем топливных отсеков.
В настоящее время разработано несколько вариантов технологического процесса производства монолитных панелей. Эти варианты рассмотрены ниже.
1. прессование панелей из круглого сплошного слитка применяется в настоящее время для получения изделий самой различной конфигурации. Форма панелей, прессуемых из круглого сплошного слитка, может быть плоской и V-образной. В последнем случае отпрессованная панель распрямляется на специальной машине.
Максимальная ширина панелей, прессованных в плоском виде, определяется диаметром контейнера, в окружность которого вписывается поперечное сечение панели с учетом необходимых зазоров не менее 20—25 мм на сторону для пресса усилием 5000 Т и 30—50 мм для прессов усилием 12 000—20 000 Т.
2. прессование панелей из плоского контейнера - освоение такого способа производства панелей сложной конфигурации с продольными стрингерами было осуществлено благодаря разработке нового способа прессования из плоского контейнера, рабочая втулка которого имеет внутреннюю полость в виде прямоугольника со скругленными малыми гранями.
Процесс прессования ребристых панелей из плоского контейнера отличается более равномерным истечением металла по сравнению с прессованием подобных изделий из круглого контейнера. При этом способе создаются оптимальные условия прессования, высокие удельные давления при минимальной степени деформации, позволяющие получать панели любой конфигурации с минимальными толщинами как полотна панели, так и стрингеров.
Кроме того заводы постепенно наращивают производство трубного проката методами горячей и холодной прокатки, а также прессования.
Процесс холодной прокатки труб (ХПТ) осуществляется на неподвижной конической оправке калибрами, имеющими ручей переменного сечения. В исходном положении трубная заготовка перемещается в направлении прокатки на величину подачи. При этом внутренняя поверхность рабочего конуса отходит от поверхности оправки и образует с ней зазор.
Вследствие этого перед деформацией заготовки по стенке происходит редуцирование ее по диаметру до соприкосновения внутренней поверхности рабочего конуса с оправкой.
Деформация при движении калибров вперед достигается благодаря постепенному уменьшению диаметра ручья калибров и толщины кольцевого зазора между ручьем калибров и оправкой. В крайнем переднем положении заготовка вместе с оправкой поворачивается на 70—100 град, затем калибры вместе с рабочей клетью стана начинают возвратное движение. При обратном ходе клети калибры раскатывают металл, находившийся при прямом ходе в выпусках ручья.
На калибрах, в начале и в конце ручья имеются выточки — «зевы», освобождающие заготовку и трубу в момент подачи и поворота.
При качении калибров вперед происходит непрерывное увеличение зазора между внутренней поверхностью рабочего конуса и оправкой на участках, расположенных впереди калибров (за счет увеличения вытяжки по мере прохождения процесса деформации). Так как обжатию стенки рабочего конуса предшествует редуцирование, очаг деформации металла в калибрах состоит из двух участков.
Участок, ограниченный центральным углом калибров, на котором происходит только редуцирование рабочего конуса по диаметру до соприкосновения его внутренней поверхности с оправкой, называется участком редуцирования. Участок, ограниченный углом, на котором обжатия по стенке и по диаметру идут параллельно, называется участком обжатия. Кратко сущность прокатки можно выразить в том, что в течение одного рабочего хода клети определенный участок заготовки прокатывается в отрезок трубы, прокатанный за один двойной ход клети, который называют суммарным линейным смещением металла.
