Способы удаления поверхностных дефектов

Тема урока: СПОСОБЫ УДАЛЕНИЯ ПОВЕРХНОСТНЫХ ДЕФЕКТОВ

Цель урока: Изучить классификацию способов удаления поверхностных дефектов полупродукта, их преимущества и недостатки. 

Метод урока: Лекция с элементами беседы.

Оснащение урока: Мультимедийная презентация.

План урока

1.  Организационная часть.

2.  Проверка домашнего задания.

3.  Изучение нового материала.

4.  Закрепление изученного материала.

5.  Домашнее задание.

6.  Итог занятия. Ход урока

1) Организационная часть

-  приветствие, 

-  проверка готовности учащихся к уроку, 

-  проверить явку,

-  сообщить тему и цель урока.

2)                  Проверка домашнего задания. Самостоятельная работа. Время выполнения – 10 минут.

3)                  Изучение нового материала

Вырубкой пневматическим зубилом (молотком) с исходных заготовок и готового проката удаляют местные поверхностные дефекты в виде неглубоких трещин, волосовин, плен, закатов и др. Эта операция в 4 … 8 раз производительнее ручной, причем производительность тем больше, чем выше твердость и вязкость обрабатываемого металла. Глубина вырубки зубилом за один рабочий ход достигает 2…2,5 мм. Раздваивание стружки при вырубке указывает на более глубокое расположение трещины. Допустимая глубина удаления дефектов стали зависит от размеров сечения, например при диаметре или толщине проката от 140 до 200 мм допустимая глубина зачистки углеродистой качественной стали составляет до 5% диаметра или толщины. Если глубина дефектов превышает допустимые нормы, металл бракуют. Образовавшаяся после вырубки выемка должна иметь плавно скругленную форму и ширину не менее 5-кратной глубины во избежание образования новых дефектов при последующей деформации (ковке или штамповке заготовок).

Пневматические зубила работают на сжатом под давлением 300…600 кПа (3 … 6 кгс/см²) воздухе. Прием зачистки показан на рис. 3.5, а, формы зубил — на рис. 3.5, б, в. Зубила с прямым лезвием (рис. 3.5, б) служат для зачистки участков с мелкими волосовинами, а с закругленным лезвием (рис. 3.5, в) — для вырубки местных дефектов. Угол заточки для мягкой стали составляет 55 … 60 ° , для твердой стали — 70 . . . 75 °. В качестве материала для зубил используют стали 4ХС, 6ХС, 4ХВ2С, 5ХВ2С, У8, У9. Лезвие на длине 30 … 35 мм имеет твердость HRC3 55 … 60, хвостовик — HRC3 40 … 45.

 

                               волосовины

Удаление дефектов пневматическими молотками производят в направлении оси заготовки, так как при поперечной вырубке такие дефекты, как трещины, зачеканиваются и становятся невидимыми. 

Пневмо-рубка является одной из наиболее трудоемких и вредных для здоровья работ, на долю которой приходится около 50—60 % зачистных работ на обрубочных участках литейных цехов. Его применяют преимущественно в качестве дополнительной отделочной операции при зачистке другими способами.

Данный способ зачистки металла раньше являлся наиболее распространенным. Однако он малопроизводителен, требует значительной затраты физического труда. Кроме того, сильная вибрация и шумы при работе пневматическими молотками ухудшают условия работы.

Зачисткой шлифовальными (абразивными) кругами удаляют поверхностные неглубокие трещины и выравнивают края выемок, образовавшихся при вырубке дефектов пневматическими зубилами. Схема зачистки представлена на рис. 3.6. Вращение шлифовального круга обеспечивается пневматическим ротационным двигателем, расположенным в корпусе шлифовальной машинки.

При удалении мелких дефектов с поверхности металла, а также более крупных дефектов на стали, имеющей повышенную твердость, применяют абразивные круги с различной величиной зерна и твердостью. Обычно сталь повышенной твердости зачищают сравнительно мягкими кругами, что предохраняет их от «засаливания», так как затупленные зерна своевременно выкрашиваются и обнажаются новые более острые зерна. При зачистке стали пониженной твердости используют более твердые круги, так как в данном случае необходимо иметь одновременный износ абразивного вещества и бакелитовой связки. 

Удаление поверхностных дефектов наждачными кругами производят, как правило, в поперечном направлении, так как обнаружить трещины, волосовины при продольной чистке, т. е. в направлении залегания самого дефекта, значительно труднее. 

Следует иметь в виду, что зачистка наждачными кругами при большой стружке может служить причиной появления так называемых шлифовальных трещин. Это явление происходит изза значительного местного разогрева зачищаемого участка металла и затем интенсивного охлаждения его вследствие отвода тепла в остальную массу металла, т. е. в результате действия термических напряжений.

Следует учитывать особенности шлифования и закономерности. Первая особенность – высокая скорость снятия стружки. При стандартной обработке шлифкругами скорость вращения круга достигает почти 2000 метров за минуту, при скоростной – все 3000 метров.

На работу шлифовального станка уходит в пять раз больше электроэнергии, чем при работе фрезеровочного агрегата и в 10 раз больше, чем при обработке детали на токарном станке.

Малая прочность и жесткость станка или отдельных его деталей приводит к ограничениям скорости, поскольку при высоких скоростях возникают сильные вибрации, вместе  с этим уменьшается точность, увеличивается износ расходных материалов, падает производительность.

Очистка поверхности металла от окалины и ржавчины осуществляется также шлифовальной машинкой, но вместо шлифовального круга на валу ротора закрепляют проволочные (крацовочные) щетки. Для зачистки заготовок из стали и бронзы щетки изготовляют из стальной проволоки ф 0,05 … 0,4 мм, заготовки из никеля и меди зачищают щетками, для изготовления которых используют проволоку из ней-  зильбера (сплава меди с никелем и цинком) Ø 0,15 . . . 0,25 мм, а латунные заготовки — щетками из медной или латунной проволоки Ø 0,15 . .. 0,2 мм.

 

Бесцентровое шлифование на специальных станках применяют для зачистки проката круглого сечения. Заготовку 2 устанавливают на опорный нож 4 между режущим 1 и направляющим 3 кругами. При обработке заготовка под действием сил трения вращается и равномерно зачищается по всей поверхности. Поступательное движение заготовки вдоль оси обеспечивается поворотом направляющего круга под некоторым углом к режущему. За один рабочий ход с заготовки снимается слой толщиной 0,2 мм. Рассмотренный способ применяют для очистки поверхности заготовок от ржавчины и мелких дефектов прокатки и прессования (в основном при обработке давлением дорогостоящих сплавов).

Наиболее экономичным и прогрессивным способом удаления поверхностных дефектов является огневая зачистка. Ее применяют для снятия, как местных дефектов, так и всего поверхностного слоя. В процессе такой зачистки слой металла сжигается и удаляется с поверхности кислородной струей.

Огневую зачистку выполняют вручную (резаком) и машинами огневой зачистки (МОЗ), на которых производят сплошную зачистку поверхности металла.

Как правило, при ручной огневой зачистке удаляются определенные дефекты поверхности слитков и заготовок. В этом случае резак подводят к дефекту и в течение нескольких секунд подогревают металл до 950—1000°С. Резак устанавливают под углом 75—80° к поверхности заготовки. После достижения температуры воспламенения металла увеличивают количество впускаемого в резак кислорода, который сжигает и удаляет слой металла, при этом наклон резака к поверхности заготовки уменьшают до 25—30°. Ручная огневая зачистка осуществляется вдоль заготовки.

В настоящее время огневой зачистке подвергают стали почти всех видов. Легко поддаются огневой зачистке все углеродистые и низколегированные стали. При огневой зачистке нержавеющих, жаропрочных и других сталей с большим содержанием хрома применяют специальные флюсы и обмазки, облегчающие зажигание и получение легкоплавкого шлака.

 

Широкое распространение получили машины огневой зачистки, устанавливаемые в технологическом потоке на линии рольганга между блюмингом и ножницами.

При машинной огневой зачистке удаление поверхностных дефектов осуществляется сплошным сжиганием поверхностного слоя с двух или четырех сторон раската.

Сплошную огневую зачистку применяют также на складе заготовок. При этом металл зачищают в холодном или подогретом состоянии комбинированными агрегатами, которые совмещают осмотр и зачистку заготовок.

При огневой зачистке возможно образование трещин. Причиной образования трещин являются термические напряжения, возникающие в результате значительного температурного перепада по поперечному сечению заготовки. Для уменьшения напряжений во время зачистки сталь подогревают или зачищают ее в горячем состоянии непосредственно после прокатки.

Вследствие высокой производительности и относительной дешевизны удаления поверхностных дефектов на многих металлургических заводах огневая зачистка полностью вытеснила остальные способы.

Кроме рассмотренных способов удаления поверхностных дефектов со слитков и заготовок, применяют и другие, например обточку на специальных токарных станках, строжку, фрезерование в холодном или подогретом состояниях. Эти дорогостоящие способы зачистки поверхности полупродукта применяют при получении сортового проката, листов и труб из жаропрочных, коррозионно-стойких и других высоколегированных сталей, очень сложных в технологическом отношении. К качеству поверхности изделий из этих полупродуктов предъявляют весьма высокие требования.

Зачистка поверхностных дефектов фрезерованием и на токарных станках применяется на заготовках легированных и высоколегированных сталей (быстрорежущих, хромоникелевых, нержавеющих), когда приходится удалять сравнительно мелкие и неглубокие пороки. Эти стали, как правило, имеют высокую твердость и низкую пластичность, затрудняющие их зачистку другими способами. Качество поверхности, обработанной такими способами, имеет высокую точность.

Эти способы малопроизводительны по сравнению с другими, поэтому применяются редко. Кроме того, потери металла в стружку достигают 15 % и более.

 

 

Сущность процесса воздушно-дуговой строжки заключается в расплавлении металла электрической дугой на больших токах (1200-1800А) и интенсивном удалении расплавленного металла струей сжатого воздуха, непрерывно подаваемого в зону реза. Процесс воздушно-дуговой резки на токах повышенной мощности применяется для выборки трещин, внутренних и поверхностных дефектов проката.

Строжка дефектного места производиться послойно. Толщина срезаемого за один проход металла зависит от силы тока и скорости резки. Края разделки, не должны иметь острых углов.

Процесс воздушно-дуговой строжки очень вредный процесс с большим выделением вредных аэрозолей. Во избежание распространения пыли и аэрозолей, образующейся в результате удаления расплавленного металла струей сжатого воздуха, в окружающее пространство цеха работы должны производиться на специальных участках, которые должны обязательно иметь местную вытяжную вентиляцию.

Применение поверхностной строжки позволяет значительно облегчить условия труда рабочих. Этот процесс способен заменить пневморубку и наждачную обработку ручными пневмомашинками на предприятиях по производству сварных конструкций, на участках литейных цехов.

Процесс воздушно-дуговой строжки трудно поддается механизации, так как расходуемые электроды часто приходится заменять, причем стоимость этих электродов весьма значительная и составляет 50—80% всей стоимости процесса.

 

 

Часто технологический процесс зачистки поверхностных дефектов на заготовках легированной и высоколегированной стали включает две операции: удаление с металла окалины травлением или дробеструйным способом (дробь изготовляется из специальной износостойкой стали или чугуна) и зачистку поверхности металла с помощью абразивных установок.

Удаление с поверхности металлов окислов, ржавчины и окалины в растворах кислот, солей

или щелочей называется травлением.

4) Закрепление изученного материала.

Фронтальный опрос.

-     В чем заключается подготовка металла к прокатке?

-     Какие способы удаления дефектов вы запомнили?

-     Какими способами удаляют дефекты с горячего металла?

-     Какими способами удаляют дефекты с холодного металла?

-     Какие способа наиболее дорогие?

5) Домашнее задание

Конспект лекций. Доклады на тему:

-  Механическая обработка изделий на токарных станках.

-  Механическая обработка фрезерованием.

-  Машины огневой зачистки.

6) Итог занятия.

В ходе занятия были изучены операции подготовки металла к прокатке. Также рассмотрены основные способы удаления поверхностных дефектов с проката: огневая зачистка, вырубка пневматическими зубилами, механическая обработка и т.д. Были выявлены преимущества и недостатки этих способов.