Прокатка

Прокатка (далее П) металлов, способ обработки металлов и металлических сплавов давлением, состоящий в обжатии их между вращающимися валками прокатных станов. Валки имеют большей частью форму цилиндров, гладких или с нарезанными на них углублениями (ручьями), которые при совмещении двух валков образуют т. н. (см. Валки прокатные, Калибровка прокатных валков, Профилировка валков).

Благодаря свойственной П непрерывности рабочего процесса она является наиболее производительным методом придания изделиям требуемой формы. При П металл, как правило, подвергается значительной пластической деформации сжатия, в связи с чем разрушается его первичная литая структура и вместо нее образуется структура, более плотная и мелкозернистая, что обусловливает повышение качества металла. Т. о., П служит не только для изменения формы обрабатываемого металла, но и для улучшения его структуры и свойств.

Как и др. способы обработки металлов давлением, П основана на использовании пластичности металлов. Различают горячую, холодную и теплую П Основная часть проката (заготовка, сортовой и листовой металл, трубы, шары и т.д.) производится горячей П при начальных температурах: стали 1000-1300 °С, меди 750-850 °С, латуни 600-800 °С, и его сплавов 350-400 °С, и его сплавов 950-1100°С, около 150 °С. Холодная П применяется главным образом для производства листов и ленты толщиной менее 1,5-6 мм, прецизионных сортовых профилей и труб; кроме того, холодной П подвергают горячекатаный металл для получения более гладкой поверхности и лучших механических свойств, а также в связи с трудностью нагрева и быстрым остыванием изделий малой толщины. Теплая П в отличие от холодной происходит при несколько повышенной температуре с целью снижения упрочнения (наклепа) металла при его деформации.

В особых случаях для предохранения поверхности прокатываемого изделия от окисления применяют П в вакууме или в нейтральной атмосфере.

Известны 3 основных способа П: продольная, поперечная и винтовая (или косая). При продольной П (рис. 1, а) деформация обрабатываемого изделия происходит между валками, вращающимися в противоположных направлениях и расположенными в большинстве случаев параллельно один другому. Силами трения, возникающими между поверхностью валков и прокатываемым металлом, он втягивается в межвалковое пространство, подвергаясь при этом пластической деформации. Продольная П имеет значительно большее распространение, чем 2 др. способа. Поперечная П (рис. 1, б) и винтовая (косая) П (рис. 1, в) служат лишь для обработки тел вращения. При поперечной П металлу придается вращательное движение относительно его оси и, следовательно, он обрабатывается в поперечном направлении. При винтовой П вследствие косого расположения валков металлу, кроме вращательного, придается еще поступательное движение в направлении его оси. Если поступательная скорость прокатываемого металла меньше окружной скорости вследствие его вращения, П называется также поперечно-винтовой, а если больше - продольно-винтовой. Поперечная П применяется для обработки зубьев шестерен и некоторых др. деталей, поперечно-винтовая - в производстве цельнокатаных труб, шаров, осей и др. тел вращения (рис. 2). Продольно-винтовая П находит применение при производстве сверл.

При продольной П, когда металл проходит между валками, высота его сечения уменьшается, а длина и ширина увеличиваются (рис. 3). Разность высот сечения металла до и после прохода между валками наз. линейным (абсолютным) обжатием: Dh = h₀ - h₁.

Отношение этой величины к первоначальной высоте h₀, выраженное в процентах

, называется относительным обжатием; за 1 проход оно обычно составляет 10-60%, а иногда и больше (до 90%). Увеличение длины прокатываемого металла характеризуется коэффициентом вытяжки l (отношение длины металла после его выхода из валков к первоначальной длине). Деформация прокатываемого металла в направлении ширины его сечения называется уширением (разность между шириной сечения до и после П). Уширение возрастает с повышением обжатия, диаметра валков и коэффициента трения между металлом и поверхностью валков.

Область (объем) между валками, в которой прокатываемый металл непосредственно с ними соприкасается, называется очагом деформации; здесь происходят обжатие металла. Небольшие участки, примыкающие с обеих сторон к очагу деформации, называются внеконтактными зонами деформации; в них металл деформируется лишь в незначительной степени. Очаг деформации состоит из двух основных участков: зоны отставания, в которой средняя скорость металла меньше горизонтальной составляющей окружной скорости валков, и зоны опережения, в которой скорость металла относительно выше. Поэтому скорость выхода прокатываемого металла из валков несколько больше (на 2-6%) их окружной скорости. Граница между этими зонами называется нейтральным сечением. Силы трения, действующие на прокатываемый материал от валков, в зоне отставания направлены по его движению, в зоне опережения - против. Захват металла валками и стабильность протекания процесса обусловливаются силами трения, возникающими на контактной поверхности металла с валками. Для захвата необходимо, чтобы тангенс угла захвата a, т. е. угла между радиусами, проведенными от оси валков к точкам А и В (см. рис. 3), не превысил коэффициента трения: tga £ m. В тех случаях, когда к чистоте поверхности изделий не предъявляют высоких требований, для увеличения угла захвата (а следовательно, и обжатия) поверхности валков придается шероховатость путем насечки.

Практически углы захвата находятся в следующих пределах: при горячей П в гладких валках 20-26°, в насеченных - 27-34°; при холодной П со смазкой - 3-6°.

Усилие на валки при П определяется как произведение контактной поверхности на среднее удельное усилие Р = ×p_cp (удельное усилие распределено по контактным поверхностям неравномерно: его максимум находится вблизи нейтрального сечения, а по направлению к входу и выходу металла из валков удельное усилие уменьшается). При П полос прямоугольного сечения контактная поверхность рассчитывается по формуле

, где r - радиус валка. При холодной П полос действительная контактная поверхность больше из-за упругого сжатия валков в местах соприкосновения с прокатываемым металлом. Среднее удельное усилие, называется также нормальным контактным напряжением, зависит от большого числа факторов и может быть выражено формулой p_cp = n₁×n₂×n₃×s, где n₁- коэффициент напряженного состояния металла, зависящий главным образом от отношения длины дуги захвата, т. е. дуги между точками А и В на окружности сечения валка (см. рис. 3), к средней толщине прокатываемой полосы и ее ширине, от коэффициента трения и от натяжения прокатываемого металла (натяжение широко применяется при холодной П); n₂- коэффициент, учитывающий влияние скорости П: n₃- коэффициент, учитывающий влияние величины наклепа металла; s - предел текучести (сопротивление деформации) обрабатываемого металла при температуре прокатки. Наибольшее значение имеет коэффициент n₁, изменяющийся в зависимости от указанных выше факторов в широких пределах (0,8-8); чем больше силы трения на контактных поверхностях и меньше толщина прокатываемого металла, тем выше этот коэффициент. В практических расчетах принимается при горячей П n₃ = 1, а при холодной n₂ = 1. Для сталей при горячей П среднее удельное усилие находится в пределах 100-300 н/м² (10-30 кгс/мм²), при холодной П 800-1500 н/м² (80-150 кгс/мм²). Равнодействующие усилия на валки при наиболее распространенных условиях П направлены параллельно линии, соединяющей оси валков, т. е. вертикально (рис. 4).

Связь между усилием Р и моментом М, необходимым для вращения каждого валка, определяется формулой М = Р (а + r), где а - плечо силы Р, находящееся в пределах (0,35-0,5)

, а r - радиус круга трения подшипников валков, равный произведению коэффициента трения подшипника на радиус его цапфы. Усилие на валок при П стальной проволоки, узких стальных полос составляет около 200-1000 кн (20-100 тс), а при П листов шириной 2-2,5 м доходит до 30- 60 Мн (3000-6000 тс). Момент, необходимый для вращения обоих валков при П стальной проволоки и мелких сортовых профилей, составляет 40-80 кн×м (4-8 тс×м), а при П слябов и широких листов достигает 6000-9000 кн×м (600-900 тс×м).

О П различных стальных профилей и профилей из цветных металлов и сплавов см. в ст. Прокатное производство.

Лит.: Целиков А. И., Основы теории прокатки, М., 1965; Смирнов В. С., Теория прокатки, М., 1967; Целиков А. И., Гришков А. И., Теория прокатки, М., 1970; Тетерин П К., Теория поперечно-винтовой прокатки, М., 1971; Третьяков А. В., Зюзин В. И., Механические свойства металлов и сплавов при обработке давлением, М., 1973; Луговской В. М., Алгоритмы систем автоматизации листовых станов, М., 1974.

А. И. Целиков.

	Copyright © 1999-2023 Oval.ru, All Rights Reserved.