Сущность процесса прокатки

Прокатка - вид обработки давлением, при котором заготовка обжимается двумя вращающимися навстречу друг другу валками прокатного стана, (рис. 28).

Рис. 28. Схемы основных видов прокатки

а

б

в

Деформация металла при прокатке происходит на небольшом участке АВВ₁А₁ (рис. 28, а), который называется зоной деформации.

Дуга АВ называется дугой захвата, а центральный угол a, отвечающий дуге АВ, - углом захвата.

При прокатке увеличиваются длина и ширина заготовки и уменьшается ее толщина. Относительное уменьшение толщины заготовки в процессе прокатки 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 отношению площадей поперечного сечения первоначального F₀ к полученному F₁, называется коэффициентом вытяжки m:

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

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 (см. рис. 28, а). Валки захватят металл тогда, когда втягивающее усилие будет больше, чем выталкивающее: .

Учитывая, что сила трения , где f - коэффициент трения, который зависит от состояния поверхности валков и заготовки и уменьшается
с ростом температуры, условие захвата заготовки примет вид , или .

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

Основные виды прокатки. Различают продольную, поперечную и поперечно-винтовую прокатку.

При продольной прокатке (см. рис. 28, а) 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. 28, б) валки с параллельными осями вращаются в одном направлении и вращают заготовку, которая деформируется, перемещаясь вдоль оси валков.

Поперечно-винтовая прокатка (рис. 28, 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 и при прошивке трубных заготовок.

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

По сортаменту прокат разделяется на группы: 1) 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. 29, а) – и профили специального назначения - рельсы и профили
для автотракторостроения, судостроения, транспортного машиностроения и других отраслей промышленности (рис. 29, б).

Листовая сталь делится на тонколистовую (толщиной менее 4 мм)
и толстолистовую (толщиной 4-160 мм).

Рис. 29. Основные профили проката

а

б

в

г

д

Трубы: бесшовные и сварные. Кроме того, выпускают трубы фасонные и переменного сечения.

К специальным видам проката относятся вагонные колеса (рис. 29, в), зубчатые колеса, шары, периодический прокат (рис. 29, г), а также гнутый профиль (рис. 29, д).

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

Прокатные валки и станы

Прокатные валки - основной рабочий инструмент могут быть гладкими (рис. 30, а), калиброванными (ручьевыми) (рис. 30, б) и специальными.

Гладкие валки применяют при прокатке листов, полос и т.п. На калиброванных валках прокатывают все виды сортового проката.

Рис. 30. Прокатные валки: а - гладкий; б - с фигурными вырезами

а

б

Рис. 31. Калибры: а - открытый; б - закрытый

а

б

1

2

3

Валки имеют рабочую часть (бочку) 1 (см. рис. 30), две шейки 2 для установки в подшипниках и крестообразные концы 3 (трефы) для соединения валка с приводом.

На рабочей поверхности калиброванных валков имеются канавки - ручьи. Совокупность ручьев пары валков называется калибром. На каждой паре валков размещается несколько калибров. Калибры могут быть открытыми (рис. 31, а) и закрытыми (рис. 31, б).

По назначению калибры прокатных станов разделяют на обжимные (или вытяжные), черновые (или подготовительные) и чистовые (или отделочные).

Обжимные калибры предназначены только для уменьшения сечения прокатываемого металла.

В черновых калибрах уменьшается площадь, изменяется форма поперечного сечения прокатываемого металла с постепенным приближением
к готовому изделию. Чистовые калибры отличаются от прокатываемого профиля тем, что в них учтены коэффициент линейного расширения и допуски на размеры профиля.

Прокатку заготовок осуществляют на прокатных станах. Прокатный стан состоит из одной или нескольких рабочих клетей и привода, включающего в себя электродвигатель и передаточный механизм.

Рабочая клеть состоит из станины 2 (рис. 32) с установленными в ней в подшипниках валками 1. Для изменения зазора между ними верхний валок вместе с подшипниками перемещается в пазах станины с помощью нажимного устройства 5. Движение от электродвигателя 9 к валкам передается через редуктор 8, электромуфту 7, шестерную клеть 6 и трефовые шпиндели 3, которые соединены с валками трефовыми муфтами 4.

Рис. 32. Схема прокатного стана

1

2

5

9

8

7

6

4

3

Классификация прокатных станов. Прокатные станы классифицируют по трем признакам: назначению, числу и расположению валков
в клетях, числу и взаимному расположению клетей.

По назначению прокатные станы делят на станы для прокатки полупродукта (блюминги, слябинги и заготовочные станы) и станы для прокатки готовых изделий (сортовые, листопрокатные, рельсобалочные, трубопрокатные, для специального проката).

По числу и размещению валков в клетях станы бывают: с горизонтальными валками; универсальные с горизонтальными и вертикальными валками; с косо расположенными валками. Станы с горизонтальными валками по числу их в рабочей клети подразделяют на двух-, трех- и многовалковые. Двухвалковые станы (дуостаны) могут быть нереверсивные (рис. 33, а) и реверсивные. На трехвалковых (трио) станах (рис. 33, в) заготовка в одну сторону идет между нижним и средним, а в обратном направлении - между средним и верхним валками. Двух- и трехвалковые станы применяют при производстве всех видов сортового проката и листов.

Многовалковые станы (рис. 33, г, д, е) имеют два рабочих валка малого диаметра, а остальные валки большего диаметра являются опорными. Они предотвращают прогиб тонких рабочих валков, благодаря чему повышается точность изделий. Такие станы применяют для горячей и холодной прокатки тонких листов и полос.

Универсальные станы (рис. 33, ж), имеющие пару горизонтальных
и пару вертикальных валков, используют при прокатке слябов, толстых листов и широкополочных двутавровых балок.

Станы с косо расположенными валками (рис. 33, з, и, к) применяют при поперечно-винтовой прокатке бесшовных труб, периодического проката, шаров.

В зависимости от числа взаимного расположения клетей прокатные станы могут быть одноклетьевыми и многоклетьевыми с линейным и последовательным расположением клетей.

а б в г д

Рис. 33. Основные способы прокатки и типы прокатных станов

1

2

м

л

е ж з и к

У линейных станов клети 2 (рис. 33, л) расположены в одну линию
и имеется один привод 1. Они характеризуются невысокими скоростями прокатки (до 4 м/с) и производительностью. Последовательное расположение валков используется в непрерывных станах (рис. 33, м). Для них характерны высокая скорость прокатки (до 45 м/с) и производительность (1…4 млн т проката в год). Непрерывные станы - основное оборудование современных прокатных цехов.