Сущность процесса прокатки

1. Характеристика процесса. Прокатка — вид обработки дав­лением, при котором заготовка обжимается двумя вращающимися валками прокатного стана.

Рис. III. 2. Основные виды прокатки.

Деформация металла при прокатке происходит на небольшом участке ABB₁A₁ (рис. III. 2, a), который называется зоной деформации. По мере вращения валков, и перемещения заготовки вперед она передвигается по прокатываемому металлу. Дуга АВ называет­ся дугой захвата, а центральный угол а, отвечающий этой дуге, — углом захвата.

При прокатке увеличиваются длина и ширина заготовки и умень­шается ее толщина. Относительное уменьшение толщины заготовки в процессе прокатки ε = (h₀-h₁)/h₀ называется относительным об­жатием или степенью деформации (в %). Максимальное значение относительного обжатия в зависимости от типа изделия составляет 0, 2...0, 5. Уширение заготовки в процессе прокатки составляет 5...10 % от обжатия.

Отношение длины заготовки после прокатки l₁ к исходной l₀, равное, если пренебречь уширением, отношению площадей попе­речного сечения первоначального F₀ к полученному F₁ называ­ется коэффициентом вытяжки μ:

μ = l₁/ l₀=F₀/F₁

Это одна из основных характеристик процесса прокатки. Зна­чение ц за один проход заготовки составляет обычно 1, 1...1, 6, а иногда достигает 2...2, 5.

2. Условия захвата заготовки валками. При прокатке металл втягивается в зазор между валками силами трения между заго­товкой и валками. В точках А и А₁ действуют силы давления вал­ков на металл N и силы трения Т, проекции которых на ось х соответственно N_X = N sin α, Т_Х=Т cos α (рис. II. 5, а). Валки за­хватят металл тогда, когда втягивающее усилие будет больше, чем выталкивающее: Т_X > N_X.

Учитывая, что сила трения T= f N, где f — коэффициент тре­ния, который зависит от состояния поверхности валков и заго­товки и уменьшается с ростом температуры, условие захвата за­готовки примет вид sin α < f cos α, или tg α < f.

Угол, тангенс которого равен коэффициенту трения, назы­вается углом трения. Таким образом, условие захвата соблю­дается, если угол захвата меньше угла трения.

При горячей прокатке на гладких валках угол захвата со­ставляет 15...24°, а на валках с вырезами (ручьями) —32...33°. При холодной прокатке листов α =3...10°.

При прокатке скорость выхода металла из валков больше, а скорость металла на входе меньше скорости вращения валков. Это необходимо учитывать при установлении скорости последова­тельной прокатки на нескольких валках, чтобы избежать петлеобра­зования и чрезмерного натяжения заготовки между парами валков.

3. Основные виды прокатки. Различают три основных вида прокатки: продольную, поперечную и поперечно-винтовую.

При продольной прокатке (рис. III. 2, a) заготовка перемеща­ется перпендикулярно к осям валков, которые вращаются в про­тивоположных направлениях. До 90 % всего проката изготов­ляют продольной прокаткой (листы, полосы, прутки).

При поперечной прокатке (рис. III. 2, б) валки с параллельными осями вращаются в одном направлении и вращают заготовку, ко­торая деформируется, перемещаясь вдоль оси валков.

Рис. III. 3. Основные профили проката.

Поперечно-винтовая прокатка (рис. III. 2, в) осуществляется вра­щающимися в одном направлении и расположенными под углом один к другому валками. Такое расположение валков обеспечивает возникновение осевого усилия, перемещающего заготовку.

Поперечная и поперечно-винтовая прокатки применяются при изготовлении изделий с переменным по длине сечением. Принцип поперечно-винтовой прокатки используется также при прошивке трубных заготовок.

4. Сортамент проката определяется совокупностью профилей и размеров прокатанного металла. Профилем прокатанного изделия называется форма его поперечного сечения.

По сортаменту продукцию прокатного производства можно разделить на следующие группы: I) сортовой прокат; 2) листовой прокат; 3) трубы; 4) специальный и периодический прокат.

Сортовая сталь делится на профили общего назначения — круг­лая, полосовая, квадратная, угловая, швеллеры, двутавровые балки и др. (рис. III. 3, a) и профили специального назначения— рельсы и профили для автотракторостроения, судостроения, транс­портного машиностроения и других отраслей промышленности (рис. III. 3, б).

Листовая сталь делится на тонколистовую (толщиной менее 4 мм) и толстолистовую. Некоторые сорта листовой стали предна­значены для определенных отраслей промышленности, среди них выделяют сталь: котельную, автотракторную, электротехническую и др.

Трубы разделяют на две группы: бесшовные и сварные. Кроме того, выпускают трубы фасонные и переменного сечения.

К специальным видам проката относятся вагонные колеса (рис. III. 3, в), зубчатые колеса, шары, периодический прокат (рис. III. 3, г), а также гнутый профиль (рис. III. 3, д).

Заготовками для сортового проката являются блюмы (сечением от 150 х 150 до 450 x 450 мм), а для листового проката — слябы (толстые плиты толщиной до 350 мм).