Вариант ответа на билет №1 КАНДИДАТСКОГО ЭКЗАМЕНА по специальности "ОМД"

1. Задачи теории и практики ОМД в деле ускорения научно-технического прогресса в России
2. Сущность, особенности и виды продольной прокатки
3. Сортамент прокатных изделий и перспективы его развития

Вопрос 1. Задачи теории и практики ОМД в деле ускорения научно-технического прогресса в России.

Существуют 3 разновидности обработки металлов:

1. Литье
   • (-) пористость и малая пластичность изделия,
   • (-) высокая неоднородность свойств. 
2. Резанье
   • (-) большие отходы,
   • (+) высока точность.
3. ОМД - подвергаются металлы в пластичном состоянии, не имея при этом (-) сторон присущих другим процессам обработки металлов. Разновидности ОМД:
   1. Свободная ковка
   2. Штамповка
   3. Прессование
   4. Волочение
   5. Прокатка

Задачей ОМД является анализ и разработка общих принципиальных основ рационального построения процессов, обеспечивающих получение изделий заданных форм и размеров и свойств. ОМД - научная база технологии ОМД, позволяющая творчески и осмыслено совершенствовать технологические процессы, поднимать на более высокую ступень технику России. В век научно-технического прогресса металлы по праву считаются основой всех отраслей хозяйства страны. В связи с огромным значением металлургической промышленности и растущим значением конечной металлообработки, теории и практики ОМД в российской промышленности отведена главенствующая роль. Процессы ОМД относятся к числу высокоэффективных, экономичных способов получения металлических изделий. Можно сказать, что развитие российской металлургии неразрывно связано с дальнейшим развитием всех видов ОМД.

Вопрос 2. Сущность, особенности и виды продольной прокатки. 

Сущность прокатки - процесс пластической деформации металла или другого материала между непрерывно-вращающимися телами (имеющих форму тел вращения). В большинстве случаев форма тел представляет собой цилиндр. Прокатка, как и любой процесс ОМД, основан на способностях материала пластически деформироваться без разрушения.

Особенностью процесса прокатки по сравнению с другими процессами ОМД является постоянное обновление частиц металла, т.е. в очаг деформации входят (через плоскость входа) и выходят (через плоскость выхода) все новые и новые частицы металла. Так же к процессам с постоянным обновлением металла в очаге деформации можно отнести волочение. Остальные процессы (ковка, штамповка, прессование, осадка, растяжение, гибка, кручение) протекают без обновления металла в очаге деформации.

Все многообразие процессов прокатки по кинематике взаимного перемещения валков и металла можно разбить на 3 группы:

1. Продольная прокатка - валки вращаются в разные стороны, оси валков совпадают.
2. Поперечная прокатка - валки вращаются в одну сторону, оси валков совпадают (трубы).
3. Косая прокатка - валки вращаются в одну сторону, оси валков в разных плоскостях (трубы, тела вращения).

Все многообразие видов процессов продольной прокатки можно разделить на 6 групп:

1. Условия взаимодействия валков и полосы:
   1. Симметричный процесс - полоса движется прямолинейно и все условия процесса одинаковы относительно оси полосы - геометрические, кинематические (скорости), физические (трение, механические свойства, температуры). Процесс редко встречается на практике, условно идеализирован.
   2. Несимметричный процесс - когда хотя бы одно условие процесса не одинаково выполняется относительно оси полосы. 
      1. различные окружные скорости валков,
      2. различные диаметры валков,
      3. один валок приводной, а другой холостой,
      4. разные условия трения на контакте полосы с валками,
      5. неравномерное распределение свойств металла по сечению полосы (профиль, температура, свойства).
2. Характер продольных усилий прикладываемых к полосе:
   1. Продольная прокатка - приложены продольные усилия и прокатку ведут с натяжением либо с подпором.
   2. Свободная (естественная) прокатка - отсутствуют продольные усилия, прикладываемые к полосе.
3. Характер протекания во времени:
   1. Стационарный процесс - в каждый момент времени все условия процесса сохраняются неизменные.
   2. Нестационарный процесс: разовый процесс деформации - его параметры изменяются во время пропуска одной полосы
      1. плавный процесс - каждый параметр плавно изменяется во времени (ускорение и замедление),
      2. скачкообразный процесс (переменное обжатие, рифление, прохождение сварных швов, захват),
      3. ступенчатый процесс (при прохождении передним концом нескольких клетей непрерывного стана),
      4. циклический процесс - цикл деформации и следующая за ним пауза образуют один рабочий цикл, и эти циклы многократно повторяются во время прохождения одной полосы:
         1. шаговая прокатка - расстояние между осями валков не изменяется, а меняется радиус валков (станы прокатки-ковки, холодная прокатка труб),
         2. расстояние между осями валков изменяется, валки имеют цилиндрическую форму (маятниковые и планетарные станы),
      5. периодический процесс - при прокатке одной полосы последовательно осуществляются одиночные циклы деформации для получения периодичного по длине сечения.
4. Количество валков составляющих калибр:
   1. Двухвалковая прокатка.
   2. Трехвалковая прокатка.
   3. Четырехвалковая прокатка.
   4. Многовалковая прокатка.
5. Характер распределения в объеме:
   1. Равномерная деформация - имеет одинаковую величину во всех точках каждого поперечного сечения очага деформации.
   2. Неравномерная деформация обусловлена:
      1. неравномерностью обжатий по сечению (калибровка),
      2. неравномерность свойств по сечению полосы,
      3. неодинаковые условия трения на контакте полосы с валками.
6. Комбинированные процессы прокатки - в основном сочетание несимметричности процесса и приложением продольных усилий к концам полосы (прокатка-волочение, прокатка-прессование, протяжка).

Вопрос 3. Сортамент прокатных изделий и перспективы его развития.

Сортамент прокатной продукции - совокупность профилей проката, выпускаемых станом, предприятием или отраслью.

В зависимости от формы прокатную продукцию подразделяют на четыре основных вида:

1. Сортовой прокат
   1. простые сортовые профили - простая геометрическая форма (круг, квадрат, шестигранник, полосовой профиль), все они общего назначения. Сюда же относят заготовки всех видов.
   2. фасонные профили - имеют относительно сложную форму поперечного сечения. В зависимости от сферы использования подразделяются:
      1. профили общего назначения (угловой профиль, швеллер, двутавровые балки),
      2. профили отраслевого назначения (рельс).
   3. периодические профили - форма поперечного сечения периодически изменяется по длине прокатываемой полосы. Все они относятся к изделиям специального назначения (арматура).
2. Листовой прокат
   1. толстолистовой - толщиной 4 мм и более (до 160 мм), шириной от 600 мм до 5000 мм).
   2. тонколистовой - толщиной менее 4 мм и свыше 0,2 мм, шириной 500 мм и более.
   3. жесть - толщиной от 0,15 мм до 0,36 мм.
   4. фольга - менее 0,1 мм.
   5. лист с защитными покрытиями.
3. Трубы
   1. бесшовные
      1. круглая форма
      2. фасонная
   2. сварные
4. Специальные профили проката (ж.д. колеса, бандажи, кольца, шары, ступенчатые валы). Сюда можно отнести и гнутый профиль.

По маркам стали можно разграничить:

1. Углеродистые марки стали
   1. Низкоуглеродистые стали - из них изготовляется основная масса конструкционного проката:
      1. обыкновенного качества (Ст 1, Ст 2, Ст 1, Ст 4, Ст 5),
      2. качественная (08, 10, 15, 20).
   2. Высокоуглеродистые стали - используются в качестве инструментальных (У7 - У13), более прочные, но менее пластичны.
2. Легированные марки сталей
   1. Низколегированные (09Г2-50Г2, 20ХГСА-35ХГСА, 20ХН-50ХН),
   2. Среднелегированные (12ХН3А - 30ХН3А, 18Х2Н4МА, 25Х2Н4МА),
   3. Высоколегированные
      1. коррозионностойкие (08Х13, 12Х18Н9, 12Х18Н10Т),
      2. жаропрочные (10Х11Н20Т3Р, 12Х25Н16Г7АР),
      3. быстрорежущие (Р9-Р18).
3. Цветные металлы
   1. Тяжелые - (Cu, Ni, Zn, Sn, Pb) первое место занимает медь (М1-М3) и ее сплавы (латуни, бронзы).
   2. Легкие - (Al, Mg, Ti) первое место занимает алюминий (А00-А2) и его сплавы (дуралюмин, АМц, АМг).

Тенденции развития сортамента прокатных изделий заключаются в уменьшении их геометрических размеров, повышение геометрической точности исполнения, получение законченного (не требующего дополнительной обработки) изделия, улучшении технико-экономических показателей и свойств.

Основными направлениями совершенствования технологии сортопрокатного производства является освоение новых профилей, по своей форме и размерам максимально приближенных к готовым изделиям и обеспечивающих при этом экономию металла и трудозатрат в сфере их производства и потребления. Тенденция совершенствования технологии производства стальной проволоки заключается в увеличении скорости прокатки до 60-100 для обычных и 30-40 м/с для качественных марок сталей, сужении диапазона допусков.

Существует мировая тенденция снижения массы автомобиля, резкого увеличения объемов применения сталей с повышенной прочностью. Сейчас 70-80% сталей имеют т до 210 Н/мм², предусматривается применение 45% сталей с прочностью 350 Н/мм². Поэтому основная перспектива - освоение прогрессивных видов сортамента (автолиста на основе IF-сталей, металлополимеров, лакокрасочных и полиуретановых композиций).

В 1999 году по сравнению с 1998 г. увеличилась доля бесшовных труб и соответственно уменьшилась доля сварных, увеличилась доля выпуска листового проката (особенно толстого листа), возросло производство сортовых штрипсов, средне- и мелкосортной стали, сократился выпуск рельсов, балок и швеллеров, крупносортной стали, катанки.

Возможно, начнется освоение видов продукции, пользующихся спросом на рынке (трубы, штрипс, толстый лист). Огромное значение будут приобретать специальные профили проката.

Итак, существует два основных направления развития сортамента прокатной продукции:

1. Улучшение качества традиционных сортаментов, путем совершенствования технологических операций.
2. Создание микролегированных высокопрочных и высокотехнологичных сталей.