Прокатка металлов

Прокатке подвергается до 90% всей выплавляемой стали и большая часть цветных металлов.

Сущность процесса заключается в пластическом деформировании металла при пропускании заготовки между вращающимися валками прокатного стана. Металл деформируется на небольшом участке, называемом зоной или очагом деформации [6, рис.61, а] – часть объема, заключенного между валками. В процессе прокатки уменьшается толщина заготовки при одновременном увеличении ее длины и ширины, т.е. происходит обжатие, уширение и вытяжка.

Абсолютное обжатие равно разности толщин заготовки до и после прокатки:

Dh=h₀ – h_1.

Относительное обжатие определяется как, %:

e = (h₀ – h₁) ·100.

Вытяжка характеризуется отношением полученной длины заготовки L к первоначальной L₀. Это отношение называется коэффициентом вытяжки:

m = L/L₀ = F₀/F.

m за один проход обычно составляет 1,1…1,6, иногда достигает 2…2,5.

Основные виды прокатки выделяют по взаимному расположению валков и заготовки. Их три: продольная, поперечная и поперечно-винтовая.

При продольной прокатке заготовки перемещаются перпендикулярно осям валков, вращающихся в разные стороны [6, см. рис.61, а].

При поперечной прокатке валки с параллельными осями вращаются в одном направлении и придают вращение заготовке, которая деформируется, перемещаясь вдоль оси валков [6, см. рис.61, б].

При поперечно-винтовой прокатке валки располагаются под углом друг к другу и сообщают заготовке вращение и поступательное движение [6, рис.61, в].

Последние два вида применяются при изготовлении изделий с переменным по длине сечением и при прошивке трубных заготовок.

Сортамент проката. Форму поперечного сечения проката называют профилем. Совокупность форм и размеров профилей, получаемых прокаткой называют сортаментом. Сортамент регламентируется ГОСТ (где приведены площадь поперечного сечения, размеры, масса 1 м длины, допустимые отклонения от номинальных размеров) и разделяется на четыре группы: сортовой, листовой прокат, трубы, специальные виды проката.

Сортовой прокат [6, рис.62, а] делят на профили простой геометрической формы (квадрат, круг, шестигранник, прямоугольник) и фасонные(швеллер, рельс, угловой и тавровый профили и т.д.).

Цветные металлы и их сплавы прокатывают преимущественно на простые профили.

Листовой прокат подразделяется на тонколистовой (менее 4 мм толщиной) и толстолистовой (4…160 мм) листы толщиной менее 0,2 мм называют фольгой. Все шире используется прокат с различными видами покрытия (Sn, Zn, Al, пластмасса).

Трубы разделяют на бесшовные и сварные. Бесшовные прокатывают Æ 30…650 мм с толщиной стенки 2…160 мм; сварные – Æ 5…2500 мм с толщиной стенки 0,5…16 мм.

Кроме того, выпускают трубы фасонные и переменного сечения.

К специальным видам проката относят вагонные и другие колеса (например, зубчатые), кольца, шары, периодический прокат и гнутый профиль.

Прокатные валки – инструмент прокатки [6, рис. 63, а]. Могут быть:

1) гладкими – для прокатки листов, лент и т.п.;

2) ступенчатыми – для прокатки полосовой стали;

3) ручьевыми – для прокатки сортового проката [6, рис. 63, б].

Ручьем называется вырез на боковой поверхности валка, совокупность двух ручьев образуют калибр [6, рис. 63, в, г].

Валки состоят [6, рис. 63, а]:

1) бочка (рабочая часть);

2) шейка (цапфа для установки в подшипниках);

3) трефа (для соединения валка с приводом).

Сложные профили получают, пропуская металл через серию калибров. Для рельсов – 9 калибров; для балок – 9…13 калибров; для проволоки – 15…19 калибров;

Разработку системы последовательных калибров называют – калибровкой. В зависимости от стадии прокатки различают обжимные, черновые и чистовые (отделочные) калибры.

Прокатные станы – оборудование для прокатки металла.

Стан состоит из одной или нескольких клетей и привода, включающего электродвигатель и передаточный механизм (редуктор, шестерная клеть, шпиндели и муфты [6, рис.64]).

Рабочая клеть – комплект протяжных валков со станиной.

Прокатные станы классифицируются по трем признакам:

1 По числу и расположению валков в рабочей клети станы различают с горизонтальными валками: двухвалковые (дуо-станы нереверсивные и реверсивные), трехвалковые (трио-станы), четырехвалковые, у которых два валка рабочих и два опорных и многовалковые с двумя рабочими валками, остальные – опорные [6, см. рис.65, а, б, в, г].

Использование опорных валков позволяет уменьшить диаметр рабочих валков, увеличить вытяжку и снизить усилие деформирования.

Кроме того, существуют универсальные станы, имеющие кроме горизонтальных и вертикальные валки, станы с косо расположенными валками.

2 По числу и расположению клетейстаны могут быть одно и многоклетьевыми с линейным [6, рис. 65, е] и последовательным [6, рис. 65, ж] расположением клетей. Наиболее совершенные – непрерывные станы (многоклетьевые с последовательным расположением клетей).

3 По назначению станы делят на станы для прокатки полупродукта (блюминги, слябинги - обжимные, заготовочные) и станы для производства готового проката (сортовые, листопрокатные, рельсобалочные, трубопрокатные, для специального проката).

Размер обжимных, заготовочных, и сортовых станов характеризуется диаметром бочки (например: блюминг 1500, сортовой стан 350), листовых станов – длиной бочки (например: стан 3600), трубопрокатных – наружным диаметром труб.

Технология производства проката. Изготовление сортового и листового прокатавключает нагрев заготовок, получение полупродукта на обжимных и заготовочных станах, прокатку на станах готового проката, охлаждение проката, отделку и приемку. Промежуточными операциями могут быть: обрезка концов заготовки, резка её на части, очистка от окалины, а также травление, термическая обработка, правка и т.д. Поэтому технологический процесс может включать несколько промежуточных охлаждений и нагревов заготовок.

Исходным материалом для холодной прокатки листа толщиной менее 1,5 мм обычно служат рулоны горячекатаного листа. При этом для снятия наклепа при производстве тонколистового стального проката применяют промежуточный и последующий отжиг в защитных газах и травление поверхности.

Бесшовные трубы катают на прошивных станах (поперечно-винтовая прокатка), где прошивают отверстие в заготовке, а затем на раскатных и обкатных станах. Окончательная обработка (получение заданных размеров) производится на калибровочных многоклетьевых станах продольной прокатки.

Сварные трубы изготовляют из плоской заготовки – ленты или из листов. Процесс включает операции: формовку плоской заготовки в трубу, сварку кромок, уменьшение диаметра трубы.

Процессы получения специальных видов проката разнообразны. Большое распространение нашла прокатка периодического профиля и шаров. При этом используется поперечная и поперечно-винтовая схемы прокатки.