Технология наплавки прокатного валка

Федеральное государственное образовательное  учреждение  
высшего профессионального образования

«СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Политехнический Институт

 

 

 

 

 

Кафедра «О и ТСП»

 

 

 

 

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

 

Прокатный валок

 

Пояснительная записка

 

 

 

 

 

 

 

Руководитель                               __________              А.С. Рафальский

                                                      подпись, дата 

 

Студент гр. МТ 12-01М             __________                   Е.В. Елютина

                                                               подпись, дата

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Красноярск 2013 

Содержание

 

 

 

Задание

 

Разработать техпроцесс и участок наплавки прокатного валка на основе робототехнического комплекса (рисунок 1). Спроектировать приспособление.

 

 

Рисунок 1 Задание к курсовому проекту

 

Введение

 

Оборудование  для производства сварных конструкций разделяется на

следующие основные группы:

1. Оборудование для заготовительных работ по изготовлению 
   деталей сварных конструкций;
2. Оборудование для сборки;
3. Основное сварочное оборудование;
4. Механическое сварочное оборудование;
5. Механизированные и автоматические станки и линии;
6. Оборудование для контроля сварных соединений;
7. Оборудование для отделочных операций;
8. Подъемно - транспортное оборудование сварочных цехов.

Использование сборочно-сварочных приспособлений в технологическом процессе предусматривает решение целого ряда различных вопросов, основные из которых:

- получение заданных размеров сварных узлов и достижение их взаимозаменяемости;

- упрощение технологии сборки и сварки и снижение трудоемкости сборочно-сварочных работ;

- предотвращение или уменьшение деформаций сварных узлов и изделий;

- упрощение контрольно - приемочных испытаний.

Сборочно-сварочные приспособления обладают рядом специфических особенностей, отличающих их от приспособлений, обычно применяемых в машиностроении.

Так в приспособлениях  для механической обработки обычно закрепляются отдельные детали или несколько деталей, жестко собранных в узел.

Изделие под  сварку собирается обычно из значительного  числа различных деталей, установка которых ведется последовательно на самом приспособлении, а фиксируется они чаще всего независимо друг от друга.

В приспособлениях  для механической обработки крепление  изделий должно обеспечивать полную их неподвижность в процессе обработки.

В сварочных  же приспособлениях свободное перемещение  деталей свариваемых узлов в результате изменения их размеров в процессе нагрева и остывания при сварке очень часто является необходимым.

В связи с  этим в сварочных приспособлениях  часто применяется комбинированная сборка деталей, предусматривающая жесткую установку одних деталей в сочетании со свободной установкой других, фиксируемых по разметке или, по жестко установлены деталям.

Сварочные приспособления в отличие от приспособлений для механической обработки, как правило, не воспринимают в работе каких - либо значительных внешних усилий, но они подвержены воздействию местных высоких температур, в связи с этим одной из важнейших функций таких приспособлений является уменьшение деформирования деталей и узлов, развивающегося вследствие температурных воздействий.

Эти особенности  обязательно должны учитываться  при разработке сборочно-сварочных приспособлений.

В комплексе  работ по подготовке производства расходы  на проектирование специальных видов оснастки составляют до 25%, а на их изготовление - до 60% от общей суммы затрат на подготовку производства.

Каждой технологической  схеме присуще несколько типов приспособлений, отличающихся удобством установки, закрепления и съема изделия, степенью внутренней механизации и т.д. Необходимо выбирать оптимальный вариант.

 

1 Описание изделия

 

 

Прокатные валки основной инструмент, эксплуатационные характеристики которого оказывают влияние на производительность прокатных станов и качество продукции.

Исходя из условий  работы валков станов горячей прокатки и требований к ним, в первую очередь  можно выделить высокую износостойкость  по длине и глубине рабочего слоя при высоких температурах и давлениях; увеличения углов захвата, прокатываемого металла; статическую прочность (стойкость против поломок); постоянство высокого диаметра; чистоту поверхности калибров; точность обработки и некоторые другие.

Валки черновых плетей делают обычно из кованой стали. Предчистовые и чистовые (обладающие высокой износостойкостью, для получения высокой точности проката) – чугунные (легированные) валки.

Основные эксплуатационные свойства валков достигаются путем  соответствующего регулирования таких механических свойств валкового материала, как твердость, пластичность, шероховатость, ударную вязкость, временное сопротивление и др. В настоящее время для горячей прокатки черных и цветных металлов применяют как чугунные, так и стальные прокатные валки, причем на долю чугунных прокатных валков приходиться 65% всего производимого объема волков в стране.

Таким образом, материал валков может выступать оптимизирующим фактором.

К числу эффективных  мероприятий по повышению изнокостойкости, являющейся наиболее важной эксплуатационной характеристикой качества валков, можно отнести повышение их поверхностной твердости и увеличение содержания углерода и хрома в валковых сталях.

Однако установлено, что  повышение твердости валков и  увеличение содержания углерода в стали оказывают отрицательное влияние на сопротивление выкрошиванию.

Химический состав материала  стальных валков неоднозначно влияет на их служебные свойства. Так. С повышением содержания углерода возрастает износостойкость валков. Например, увеличение до 0,6 – 0,8 % С повышает износостойкость металла вследствие уменьшения в его структуре малоизносостойкого феррита; дальнейшее увеличение содержания углерода в стали вызывает образование избыточных карбидов, которые, кроме повышения износостойкости валков, способствуют улучшению качества поверхности проката. Марганец, в количестве 0,5 – 0,9 %, являясь хорошим раскислителем, способствует очищению стали от неметаллических включений и придает им сферическую форму. Одновременно он легирует феррит, повышая прочность стали. Увеличение до 1,4 – 2, 2 % Mn благоприятно сказывается и на термической обработке валков, вследствие переохлаждения стали в процессе нормализации. Содержание от 0,25 до 0,6% Si способствует раскислению стали, а при увеличении его содержания до 0,8 – 1,2 % происходит легирование феррита. Что повышает прочность металла. Легирующие элементы (Ni, Cr, Mo и др.) способствуют модифицированию, получению мелкозернистой и дисперсной структуры, упрочнению структурных составляющих и улучшению её термической обработки.

Износ прокатных валков во многом зависит от структуры и  химического состава. При применении стальных валков наибольшим сопротивлением износу обладают заэвтектоидные валки; они истираются в 2 – 3 раза медленнее, чем равные им по твердости эвтектоидные валки. Износостойкость тем выше, чем дисперсней структура эвтектоидных валков и чем больше количество избыточных карбидов содержится в эвтектоидных валках.

Механизм разрушения рабочей поверхности валков эвтектоидного  и заэвтектоидного химического состава различен. Резкое повышение стойкости прокатных валков может быть достигнуто путем увеличения твердости их рабочего слоя. Чем больше твердость валков и выше их стойкость, тем большее количество металла можно прокатать за период между перевалками. Прогрессивным средством увеличения стойкости прокатных валков против износа и поломок является легирование металла. Замечено, что в чугуне положительное влияние легирующих элементов на износ, часто превосходит их влияние на механические свойства. Легирующие элементы способствуют измельчению зерна, изменяют форму графита, структуру металлической основы, состав и строение карбидов, повышают эффективность термической обработки, сообщают валкам повышенную прочность, твёрдость и стойкость. Повышению твердости поверхности способствует легирование чугуна хромом, ванадием, молибденом, никелем и бором.

 

2 Выбор материала, обоснование  и описание

2.1 Выбор основного металла

 

ЗОХГСА или  хромансиль это сталь, которая относится  к группе легированной стали. Легированная сталь, в частности ЗОХГСА, представляет собой такой тип стали, в состав которой вводились легирующие элементы. Данная процедура способствует обретению сталью новых характеристик, таких как устойчивость к ударам, коррозии, прочность и многих других. Для легирования такой стали, как ЗОХГСА были применены такие элементы как хром (X), марганец (Г) и кремний (С). Цифра же перед аббревиатурой сообщает об этом. Насколько была легирована сталь. Также из названия следует, что данная сталь является высококачественной, о чем нас информирует буква «А».

Заменитель 40ХФА, 35ХМ, 40ХМ, 25ХГСА, 35ХГСА. Легированные элементы, используются в определенном процентном соотношении, которое фактически и определяет, полученный тип стали. Следует также отметить и то, что легированная сталь ЗОХГСА является улучшенной сталью, которая прошла закалку и высокий отпуск с температурным режимом от 550 до 660 градусов по Цельсию. Такую сталь применяют для создания авиационных деталей, в машиностроении - для лопаток компрессорных машин, а также для создания валов, осей и многого другого. Применяемые в качестве наплавочных материалов хромоникелевые аустенитные стали обладают высокими антикоррозионными свойствами. Если в эту сталь добавить марганец, возрастет ее вязкость, что важно для процесса наплавки. Когда хромоникелевые аустенитные стали используются для наплавки, то использовать надо покрытые электроды одинакового с этой сталью состава. Сама наплавка ведется в среде газа аргона или под флюсом. Подогревать хромоникелевые стали не требуется.

Таблица 1 Химический состав % материала ЗОХГСА

C	Si	Мn	Ni	S	Р	Сг	Сu
0,28-0,34	0,9-1,2	0,8-1,1	до 0,3	до 0,025	до 0,025	0,8-1,1	до 0,3

 

Таблица 2 Технологические свойства материала 30ХГСА

Свариваемость	Ограниченная
Флокеночувствительность	Чувствительна
Склонность к отпускной хрупкости	Склонна

 

Твердость материала 30ХГСА после отжига HB=229

 

2.2 Выбор флюса и сварочной проволоки для автоматической сварки под флюсом

 

Флюсы АН-348А являются кислыми флюсами марганце-силикатного  типа. Легируют металл швом кремнием и марганцем, поэтому могут применяться в сочетании с бескремистыми сварочными проволоками. Предназначен для механизированной сварки и наплавки конструкций из низкоуглеродистых нелегированных и низколегированных сталей, нелегированной и низколегированной сварочной проволокой марок СВ-08, СВ-08 ГА, S1, S2 при температурах эксплуотации конструкции до 40 °С. Флюс с содержанием Fe2O3 на верхнем пределе 2 25% рекомендуется только для сварки кремнийсодержащими и марганецсодержащими проволоками.

Содержание инородных  частиц не более 0,3%.

Содержание белых непрозрачных зерен  не более 10%.

Влажность флюса  не более 0,10.

Цвет зерен  от желтого до коричневого всех оттенков.

При влажности, превышающей  допустимую, флюс перед употреблением подвергают сушке при температуре 250-350°С - не менее 2 часов.

ГОСТ Р-52222-2004.

Под высококремнистыми  марганцевыми флюсами сваривают  соединения, к которым не предъявляются  высокие требования по ударной вязкости металла шва. Обычно при использовании флюсов этого типа ударная вязкость металла шва на сталях типа ЗОХГСНА не превышает 3—4 кгс-м/см2 даже в соединениях, подвергающихся термообработке после сварки. К преимуществам сварки под такими флюсами следует отнести повышенную стойкость швов против образования кристаллизационных трещин. Плавленые флюсы стабилизируют горение электрической дуги, уменьшают опасность возникновения горячих трещин в металле и хорошо защищают расплавленный металл от воздействия воздуха. Если наплавляемый слой требует легирования, то применяют керамические флюсы. Эти флюсы состоят из тех же компонентов, что и плавленые флюсы, но к ним добавляют ферросплавы, например, ферромарганец, ферросилиций, феррохром.

 

Таблица 3 Химический состав флюса марки АН-348А

Массовая  доля химических элементов в наплавленном металле, %
SiO2	Fe2ОЗ	Аl2ОЗ	СаО	МgО	МnО	СаF2	S	Р
40-44	0,5-2,2	не>13	не>12	не>7	31-38	3-6	не>0,11	не>0,12