Лекція № 20

Навчальні питання:

1. Прокатування. Сутність способу прокатування.

2. Визначення умов захвату заготовки валками, та визначення показників ступеню деформації.

3. Види прокатування та сортамент виробів. Виробництво листів, сортового прокату, труб.

Навчальне питання 1. Прокатування. Сутність способу прокатування.

Сутність процесу прокатування

Характеристика процесу. При прокатуванні нагрітий зли­ток або заготовку обтискають двома обертовими валками прокат­ного стана. Метал втягується в зазор між валками силами тертя і деформується на невеликій ділянці, яка в міру обертання вал­ків і руху штаби вперед переміщується по прокатуваному металу. Ця ділянка АС Аі (рис. 71, а) називається зоною дефор­мації.

Дуга АС, по якій валок стикається з заготовкою, називається дугою захвату. Центральний кут α, що відповідає цій дузі, нази­вається кутом захвату.

Різниця між вихідною h₀ і кінцевою h₁ товщинами штаби на­зивається абсолютним обтисканням:∆h= h₀- h₁.

Приріст ширини штаби при прокатуванні (рис. 71, а) нази­вається абсолютним розширенням: ∆b=b₀-b₁.Розширення за­лежить від ряду факторів. При збільшенні обтискання, діаметра валків і коефіцієнта тертя розширення зростає. При збільшенні ширини штаби, її товщини, підвищенні температури нагрівання і зниженні внаслідок цього коефіцієнта тертя розширення змен­шується. При прокатуванні листів і широких стрічок розширення невелике. При прокатуванні сортового (профільного) прокату розширення становить 5—10% величини обтискання.

Відношення довжини штаби після прокатування l ₁ до вихід­ної довжини l ₀ називається коефіцієнтом витяжки λ. Цей коефі­цієнт, якщо знехтувати розширенням, пропорційний площі попе­речного перерізу до і після прокатування (F ₀ i F ₁):

Λ= =

Практично коефіцієнт витяжки за одне пропускання заготовки через валки дорівнює 1,3—2,5.

Прокатування буває поздовжнім, коли заготовка рухається в напрямі, перпендикулярному до осей валків (про­катування прутків і листів), і поперечним (косим), коли заго­товка рухається вздовж осей валків (прошивання гільзи труби, прокатування куль.

Навчальне питання 2. Визначення умов захвату заготовки валками, та визначення показників ступеню деформації.

Умови захвачування заготовки валками. Заготовка з при­водного рольганга подається в зазор між валками з деякою силою Q. У точках А і А₁ (рис. 71, б) заготовка дотикається до валків і між ними виникає взаємодія. З однієї сторони штаба робить радіальний тиск Р на валки і загальмовує їх, а з другої сили тертя Т з боку валків намагаються втягнути штабу в зону деформації, а сили реакції валків R — відштовхнути штабу від валків. Щоб визначити захвачувальну спроможність валків, тре­ба порівняти дії сил Т і R у напрямі прокатування, тобто роз­глянути їх горизонтальні проекції Т_х і R_х.

Валки захоплять метал, коли втягувальна сила Т_х буде біль­ша за виштовхувальну силу Я_х. Таким чином, умову захвачуван­ня можна зобразити нерівністю Т_х > R_х. Ця умова здійсненна, якщо кут захвату а буде меншим за кут тертя р.

Практикою встановлено, що при гарячому прокатуванні сор­тового (профільного) прокату кут захвату становить 20—24°, а листів і штаби —15—22°. Якщо ці значення будуть перевищені, захвату заготовки не станеться і валки почнуть ковзати по заго­товці. У цьому випадку для прокатування листів або штаби треба підняти верхній валок, що приведе до зменшення кута захва­ту а, а також величини обтискання ДА. Прокатний стан має спе­ціальний механізм для зменшення зазора між валками. Кут захвату а зменшиться також при збільшенні діаметра валків. Тому валками великого діаметра можна прокатувати товщі заго­товки.

Коли штаба вже втягнута у валки, настає усталений процес прокатування (рис. 71, в), при якому кут захвату становитиме і процес прокатування здійснюється легше, ніж його почат­кова стадія (захвачування).

При цьому утворюється надлишок сил тертя, що витрачається на випередження металу, яке в зв’язку з дим розвивається.

Рис. 72. Деякі основні профілі стального прокату і калібри валків

Випередження при прокатуванні полягає в тому, що у вихід­ній частині валків штаба набуває більшу швидкість, ніж колова швидкість самих валків. Величина випередження звичайно становить 3—6%. Із збільшенням величини обтискання, діаметра валків і коефіцієнта тертя випередження зростає. При зниженні температури прокатування коефіцієнт тертя збільшується, вна­слідок чого збільшується і випередження.

Навчальне питання 3. Види прокатування та сортамент виробів. Виробництво листів, сортового прокату, труб.

Сутність усіх видів прокатування полягає в пластичному деформуванні заготовки (нагрітої або холодної) між валками. Розрізняють три види прокатування: поздовжнє, поперечне і поперечно-гвинтове.

При поздовжньому прокатуванні заготовка рухається перпендикулярно

до осей валків, які обертаються у протилежних напрямках з однаковою

частотою.

При поперечному прокатуванні валки, що обертаються навколо

паралельних осей в одному напрямі, обертають заготовку, яка деформується при примусовому переміщенні вздовж валків.

Поперечно-гвинтове прокатування здійснюється при обертанні в одному напрямі валків, розміщених під кутом один до одного.

Сортамент прокату. Прокат класифікують за сортаментом (профілями та розмірами) і якістю (хімічним складом і меха­нічними властивостями).

Профілем прокатаного виробу називається форма його попе­речного перерізу, а сукупність профілів і розмірів становить сортамент прокату. Увесь сортамент прокатуваних виробів мож­на розбити на чотири групи: 1) спеціальний і періодичний прокат; 2) листовий прокат; 3) сортовий прокат; 4) труби. Деякі основні профілі стального прокату показано на рис. 72, а.

Частину стальних злитків масою 5—12 г обтискають на вели­ку заготовку — блюм, що має в перерізі форму квадрата розмі­ром від 150X150 до 450X450 мм або прямокутника. З блюмів прокатують усі види сортового прокату. Частину великих злитків масою 7—25 т обтискають на товсті плити — сляби, які е заго­товками для прокатування товстих і широких листів.

Виробництво зварних труб. За методом виготовлення труби поділяють на зварні і безшовні (цільнокатані). Зварні труби виготовляють, згортаючи штабу (штрипс) у трубу і зварюючи місця з’єднання кромок. Такі труби значно дешевші, ніж без­шовні, але менш міцні.

Для виробництва зварних труб застосовують безперервне піч­не зварювання, контактне електричне зварювання опором, дугове •електричне зварювання та ін.

Для труб малого діаметра стрічка згортається в рівчаках валків неперервного стана (рис. 74, а), а для труб великого діаметра (300—1600 мм) — на листозгинальному верстаті (рис. 74, б) або в штамїіі на гідравлічному пресі.

Безперервне пічне зварювання — високопродук­тивний спосіб виробництва дешевих зварних труб. Цим способом виготовляють труби з низьковуглецевої сталі з зовнішнім діа­метром 10,2—60 мм з нескінченної стрічки (штрипса) завтовшки 2—4,5 мм. Стрічка в рулоні надходить у розмотувач 1 (рис. 74,

в), за яким установлена роликова випрямляльна машина 2. Потім стрічка надходить на ножиці 3 для відрізання нерівного кінця рулону і на стиковий електрозварювальний апарат 4 для приварювання кінця цього рулону до кінця попереднього. Під час приварювання стрічка посувається за рахунок запасної петлі 5. При проходженні стрічки через газову нагрівну піч Є її краї нагріваються до температури зварювання (1300—1350° С). Потім заготовка проходить послідовно від шести до дванадцяти пар валків неперервного стана 7, в яких відбуваються згортан­ня, зварювання і деяке зменшення діаметра труби. Труба розрі­зається пилкою 8 на куски по 4—12 м, які калібруються в кліті 9 і надходять на стелаж 10. Швидкість заварювання становить 2,7 м/сек для труб діаметром 13,5 мм.-

Рис. 74. Схеми згортання заготовки і поздовжнього зварювання труб

Контактне поздовжнє електрозварювання труб опором — найбільш поширений метод виробництва зварних труб. Таким способом виготовляють труби діаметром 6—660 мм з товщиною стінки 0,4—5 мм із сталей різних марок.

Початок процесу аналогічний до розглянутого вище. Згор­тання заготовки здійснюється в холодному вигляді на трубозги­нальному неперервному стані 7(рис.74,г).Потім згорнута за­готовка надходить на трубоелектрозварювальний стан 11 для стикового зварювання. Зовнішній наплив (грата) видаляється на верстаті 12 різцем. Потім труби розрізають пилкою 8 і калібру­ють у кліті 9.

Схему трубоелектрозварювального стана показано окремо на рис. 74, д. Однофазний змінний струм промислової частоти 50 гц220/380 в надходить у знижувальний трансформатор 13, де напруга знижується до 5—10 в. За допомогою щіток 15 елек­тричний струм потрапляє на обертові зварювальні ролики 14 з електродними мідними кільцями, а звідти — на заготовку. Зав­дяки високому електроопору стику заготовки її краї розігріва­ються до високої температури (1300°С) і стик зварюється під тиском натискних роликів 16. Труба просувається за допомогою приводного рольганга 17. Швидкість зварювання при товщині стінки 1 мм становить 0,5 м/сек, при товщині 5 мм — 0,125 м/сек.

Рис. 75. Схеми прокатування безшовних труб.

Дугове поздовжнє електрозварювання труб електродом під шаром флюсу застосовується у виробництві труб з вуглецевих і легованих сталей діаметром 140—1800 мм з тов­щиною стінки 3—15 мм\ довжина труб — 6—12 м. На вітчизня­них заводах освоєно виробництво труб із заготовки, згорнутої по спіралі.

Виробництво безшовних труб складається з трьох основних операцій: 1) виготовлення товстостінної гільзи І (рис. 75, а) з трубної заготовки діаметром 120—320 мм або злитка; 2) виго­товлення труби II з гільзи; 3) обробка труби.

Гільзу труби прошивають на станах поперечного прокату­вання. На рис. 75 показано прошивний стан з бочкоподібними вал­ками. Стан має два робочих валки 1 (рис. 75, б), що оберта­ються в одному напрямі, і ролики 2, що підтримують заготовку 3. Обидва валки розміщені в робочій кліті в горизонтальній пло­щині; у вертикальній площині їх осі нахилені до осі заготовки на кут а, що регулюється- в межах 5—12° (рис. 75, в).

Процес виготовлення гільзи складається з трьох періодів: у / ділянці валків 1 і 4 (рис. 75, г) прошивається гільза; у II гільза розкатується між валками і пробкою (дорном) 5, а в III гільза набуває остаточних розмірів. Заготовка 3 має гвинтоподібний рух. Колове зусилля валків (} (рис. 75, в) може бути розкладене на фі, що діє в напрямі прокатування (воно просуває заготовку вздовж валків), і (}₂, що обертає і обтискає заготовку.

Утворення порожнини пояснюється розм’яканням металу в осьовій зоні заготовки; цього досягають, поперемінно сплющуючи її конусами валків при гвинтоподібному русі заготовки і більшій деформації металу в поверхневих її шарах. У серцевині заготов­ки виникають розриви, що приводять до утворення порожнини, яка потім розширяється пробкою, виготовленою з жаростійкої сталі.

Після прошивання гільза з температурою 1100—1150° С по­дається до автоматичного стана на розкатування. Стан має два робочих валки 6 (рис. 75, д) діаметром 500—1000 мм з 8—10 круглими калібрами для труб різного діаметра. Гільза штовха- чем подається в потрібний калібр, в якому розміщена пробка 5, установлена на довгому стержні 8. Прокатування провадять у три-чотири пропуски. Холостий хід труби здійснюється роликами 7 зворотної подачі. При цьому верхній валок 6 піднімається, пробка 5 скидається з стержня 8, ролики 7 повертають трубу у вихідне положення, а на стержні закріплюється пробка меншого діаметра.

Прокатування труб на автоматичному стані характеризуєть­ся високою механізацією всього процесу виробництва. Цим спо­собом виробляють труби завдовжки 4,5—15,5 м. При прокату­ванні труб діаметром 200 мм продуктивність досягає 2,5—2,8 км труб за зміну.

Після розкатування труби надходять на обкатний і калібру­вальний стани для обробних операцій.

Для зменшення діаметра труб розміром менше 70 мм засто­совують редукційні стани, які складаються з послідовно встанов­лених клітей з вертикальними і горизонтальними валками. До діаметра 38—40 мм труби редукують в гарячому стані без оп­равки; при цьому довжина труби збільшується, а товщина стінки труби майже не змінюється. Дальшого зменшення діаметра (до 15 мм) і товщини стінки труби можна досягти на стані холодного прокатування методом обтискання на конічній оправці. Для цього ж застосовують волочіння труб.

Класифікація прокатних станів

Прокатні стани класифікують за трьома ознаками: за призна­ченням; за кількістю валків і їх розміщенням у робочих клітях; за кількістю і взаємним розміщенням робочих клітей.

Класифікація за призначенням. За призначенням прокатні стани поділяють на два основних типи: 1) стани для виробництва заготовок — напівпродукту для дальшого прокатування різних виробів (обтискні стани — блюмінги та слябінги — і заготовочні стани); 2) стани для прокатування готових виробів (сортові, у тому числі рейкобалкові і дротові, листові, трубопрокатні, спеці­ального призначення).

Класифікація за кількістю валків і їх розміщенням у ро­бочих клітях. За розміщенням валків прокатні стани бувають з горизонтальними валками, з горизонтальними і вертикальними валками, з косо розміщеними валками та ін.

Стани з горизонтальними валками виконані за такими схемами:

Двовалковий (дуо) може бути нереверсивний і ревер­сивний (рис. 73, б). Нереверсивний стан має сталий напрям обер­тання валків. У реверсивного стана напрям обертання валків після кожного пропускання заготовки змінюється, тобто штаба прокатується в обидві сторони.

Тривалковий (тріо) стан (рис. 73, в) має в робочій кліті один над одним три валки з сталим напрямом обертання. Прокатувана заготовка після пропускання між нижнім і середнім валками піднімається і повертається назад між середнім і верх­нім валками. Дво- і тривалкові стани застосовують для вироб­ництва всіх видів сортового прокату і листів.

Чотиривалковий стан (рис. 73, г) має два робочих валки невеликого діаметра (середні) і два опорних валки вели­кого діаметра (крайні). Опорні валки оберігають середні тонкі валки від прогину і збільшують тиск на метал, що особливо важ­ливо при прокатуванні тонких широких листів. Такі стани при­значені для гарячого і холодного прокатування листів, широких штаб і стрічки.

Багатовалкові стани використовують для холодного прокатування тонких листів і стрічки.

Універсальні стани (рис. 73, д) мають горизонтальні і вертикальні валки. їх використовують для прокатуван­ня широкої штаби, для обтискання злитків у сляби (на слябін­гах) і остаточного прокатування широкополицевих двотаврових балок з висотою вертикальної стінки 500—1200 мм. Вертикальні валки обтискають прокатувану заготовку з боків.

Стани з косо розміщеними валками (рис. 73, е) призначені для гвинтового поперечного прокатування і застосо­вуються для виробництва безшовних труб, періодичного прокату і куль.

Класифікація за взаємним розміщенням робочих клітей.

За цією ознакою розрізняють багато типів станів. Основними з них є: одноклітьові (рис. 73, є), лінійні (рис. 73, ж) і неперер­вні (рис. 73,з). Напрям руху заготовки через валки показано стрілками.

Прикладом одноклітьового стана є блюмінг. Лінійні стани мають малу продуктивність. Швидкість штаби на виході з ос­танньої кліті в них становить 2—4 м/сек. Неперервні стани забезпечують рух штаби тільки в одному напрямі. Це сучасні стани з найвищою продуктивністю. Швидкість штаби на виході з останньої кліті становить 18—42 м/сек. Продуктивність пов­ністю механізованого неперервного стана досягає 1—4 млн. т прокату на рік.

Інформаційні джерела:

1. Технологія конструкційних матеріалів./За ред. А.М. Сологуба. - К.: Вища школа, 1993 –

300 с.

2. Большаков В.І., Береза О.Ю., Харченко В.І. Прикладне матеріалознавство: Підручник. Дніпропетровськ: РВА „Дніпро VAL”.2000 – 290 с.

3. Технология конструкционних материалов. /Г.А. Прейс, М.А. Сологуб, И.А. Рожнецкий/ - К.: Вища школа 1991 – 391 с.

4. Дальский А.М. и др. Технология конструкционных материалов, М.: Машиностроение. 1990 -