Основные виды прокатных изделий

Прокаткой изготовляют заготовки различной формы. Форму поперечного сечения проката называют профилем, который может быть по длине изделия либо постоянным, либо переменным (периодическим). Совокупность различных профилей и их размеров называют сортаментом. Сортамент проката делится на следующие основные группы: сортовой прокат, листовой прокат, трубы и профили специального назначения (рис. 29).

Рис. 29. Некоторые виды профилей, изготавливаемых прокаткой

Кроме сортового проката, прокаткой получают также заготовки для сортового проката в виде блюма, сляба, сутунки, которые получают из слитков прокаткой на блюмингах, слябингах или установках непрерывной разливки стали.

Блюм – заготовка квадратного сечения со стороной квадрата150– 400 мм, получается прокаткой на блюмингах или непрерывной разливкой стали.

Сляб – заготовка прямоугольного сечения высотой Н = 150 – 300 мм,

получается прокаткой на слябингах или непрерывной разливкой стали.

Сутунка – листовая заготовка толщиной Н = 6 – 50мм.

Заготовки в виде блюмов и слябов, полученные непрерывной разливкой стали, повышают эффективность производства за счет:

-снижения себестоимости из-за необходимости иметь прокатные станы, блюминги и слябинги.

-более благоприятной структуры металла.

Продольная прокатка

Продольная прокатка – наиболее распространенной вид прокатки.При продольной прокатке валки вращаются в разные стороны, а заготовка обжимается с уменьшением площади поперечного сечения и увеличением длины (рис. 30).

Рис. 30. Схема продольной прокатки

Высотное обжатие, или относительная степень деформации по высоте _Н, является главной деформацией при прокатке:

где Н_О, Н – высота заготовки до и после прокатки соответственно;

Н_О – Н =ΔН – абсолютное деформация по высоте;

Деформация по высоте характеризуется неравномерностью, которая вызывается силами трения, неравномерностью нагрева заготовки, структурной неоднородностью металла, а также отклонениями в процессах прокатки: не параллельностью валков (их выпуклостью или вогнутостью).

Во всех случаях неравномерность деформации вызывает появление дополнительных остаточных напряжений заготовки после прокатки.

Очаг деформации

При продольной прокатке деформируется не вся заготовка, а только ее часть, которая называется очагом деформации. При прокатке очаг деформации перемещается по длине заготовки, вызывая изменения в ее размерах и форме.

Очаг деформации подразделяется на геометрический и физический.

Геометрическим очагом деформации называется часть заготовки, находящаяся между цилиндрическими поверхностями валков AB и ED и плоскостями входа AE и выхода BD прокатки.

Физический очаг деформации значительно больше геометрического.

Дуги захвата при прокатке – дуги AB и ED, по которым валки соприкасаются с металлом.

Угол и условия захвата металла при прокатке

Центральный угол α, упирающийся на дугу захвата, называется углом захвата прокатки (см. рис. 27).

Угол захвата α можно определить по величине cos α или sin α:

где ∆H = H_O – H – абсолютное обжатие по высоте;

D – диаметр валка (D=2R);

В момент соударения заготовки с валками происходит снятие ее кромки и возникают силы трения F_ТР и реактивная N. Под действием F_ТР заготовка втягивается в валки, реактивная сила N выталкивает заготовку (рис.31).

Рис. 31. Схема захвата металла при прокатке

Для того чтобы произошло втягивание заготовки в валки необходимо, чтобы проекция сил трения F_ТР на ось Х была больше проекции на эту ось реактивной силы N:

F_ТР cos α > N sinj;

tg α < tg j;

α < j,

где φ – угол трения; α – угол захвата.

Захват металла валками произойдет в том случае, если угол захвата α будет меньше угла трения φ.

По мере заполнения металлом очага деформации увеличивается сила трения и в конце его заполнения появляется избыток сил трения, который приводит к опережению течения металла.

Обычно углы захвата составляют: для листопрокатных станов α=3-5^О; для сортопрокатных станов α=17–20^О.

Силы трения, благодаря которым осуществляется прокатка, зависят от скорости и температуры деформации. При увеличении температуры, деформация силы трения возрастает, а при увеличении скорости деформации уменьшаются.

В общем случае на захват металла влияют: угол захвата, коэффициент трения, исходная толщина полосы, диаметр валков, температура прокатываемого металла и др.

С увеличением диаметра валков при одной и той же толщине полосы уменьшается угол захвата, что облегчает захват металла.

Чем выше пластичность, тем лучше захват. Снижение температуры металла ухудшает условие захвата вследствие повышения сопротивления деформации металла.

В практических условиях с целью увеличения производительности прокатку необходимо производить с максимальными обжатиями, т.е. при максимальных углах захвата.

С целью увеличения угла захвата для обжимных прокатных станов часто применяют заталкивающие устройства, которые, оказывая мощное давление на торец заготовки, увеличивают силы трения в начале захвата металла.

Опережение

Представляет собой увеличение скорости течения металла при входе из валков по сравнению с окружной линейной скоростью валков (рис. 32).

Опережение определяется по формуле

где V_M – скорость течения металла;

V_B – линейная скорость валков.

Рис. 32. Схема опережения при прокатке

Обычно опережение составляет η=3–6%. Опережение увеличивается при увеличении сил трения и диаметра валков.

В очаге деформации различают: зоны опережения 1 и зоны отставания 2.

В зоне опережения 1 V_M>V_B. В зоне отставания 2 V_M<V_B. В нейтральной плоскости, разделяющей эти зоны, V_M=V_B.

Угол опережения γ – угол, упирающийся на дугу зоны опережения.

Опережение следует учитывать при определении линейных скоростей вращения валков, когда они расположены последовательно друг за другом (рис.33).

Рис. 33. Схема переднего Т₁ и заднего Т₂₂ натяжения при прокатке

Уширение

Уширение, или увеличение ширины, заметно проявляется при прокатке крупносортных изделий с поперечным сечением круга, квадрата и т.п. и почти не проявляется при листовой прокатке. Уширение возникает в результате неравномерного трехосного сжатия металла.

Уширение уменьшается при наличии переднего натяжения (Т₁ для валков 1–1), а также заднего натяжения (Т₂₂ для валков 2–2), Т₁ = Т₂₂. При этом для валка 2 уширение может быть отрицательным при одновременном действии переднего Т₂ и заднего натяжения Т₂₂.

Поперечно-винтовая прокатка

При поперечно-винтовой прокатке валки расположены под углом и, вращаясь в одну сторону, они придают заготовке одновременно вращательное и поступательное движения, вследствие чего заготовка втягивается в зазор между

валками (рис. 34).

Рис. 34. Схема поперечно–винтовой прокатки

Поперечно-винтовая прокатка применяется для получения периодических профилей, шаров, втулок с наружным диаметром, винтовых деталей, фрез, оребренных труб и др.

Особенно эффективна поперечно-винтовая прокатка при производстве винтовых заготовок (ходовых винтов и т.п.): наряду с высокой производительностью, превышающей нарезание резьбы на токарных станках в 30–40 раз, значительно улучшается качество металла в резьбе, создавая волокнистую структуру по контуру резьбы вместо перерезанных волокон при точении. Большая эффективность достигается поперечно-винтовой прокаткой ребристых труб, используемых в теплообменной аппаратуре. По сравнению с горячей штамповкой, поперечно-винтовая прокатка позволяет снизить расход металла на заготовку, повысить производительность труда и обеспечивает более высокую стойкость инструмента.

Производство труб прокаткой

Прокаткой изготавливаются трубы бесшовные и сварные. Для прокатки труб применяют полые или сплошные заготовки. Полые заготовки получают на прошивных станах или методом поперечной прокатки.

В поперечно-винтовых станах оси валков не параллельны, что обеспечивает поступательное движение заготовки, наряду с ее вращением между валками, а оправка формирует внутреннюю полость трубы. После поперечно-винтовой прокатки трубы прокатываются на трубно-раскатных и отделочных станах, на которых они приобретают необходимую толщину и качество.

Сварные трубы изготавливают прокаткой с использованием печной, электро- и газосварки. Сварные стальные трубы изготовляют из прокатанных полос, называемых штрипсами, или листов. Процесс изготовления сварных труб состоит из операций: свертывания заготовки в трубу, сварки (электрической, газовой, газоэлектрической), правки, калибровки и отделки.

Перед деформацией заготовка в виде ленты нагревается до температуры 1250–1300^ОС. Перед заходом в матрицу она обдувается сжатым воздухом и по линии стыка происходит сварка ленты за счет пластинчатой деформации (диффузионная сварка). Вместо матрицы применяются ролики (валки).

Сварные трубы изготовляют формовкой из полосы (штрипса) и соединением кромок различными способами сварки.

Электрическая сварка кромок после формовки трубы позволяет получать трубы с тонкой стенкой и высоким качеством шва. Наиболее широко распространена сварка сопротивлением. Труба формуется в непрерывном стане из 5–12 клетей (рис. 35).

Рис. 35. Схема непрерывной формовки трубы на трубосварочном стане

Кромки полосы разогреваются электрическим током, прижимаются друг к другу приводными роликами и свариваются.

В последние годы при производстве труб применяют индукционную сварку. При индукционной сварке кромки нагревают вихревыми токами.

При производстве труб большого диаметра для газа и нефтепродуктов применяют электрическую сварку под слоем флюса. Трубы большого диаметра с прямым швом формуют на прессе или вальцегибочном стане.

Сварные трубы значительно дешевле бесшовных, их производство расширяется с каждым годом. Пониженная прочность и коррозионная стойкость сварного шва являются недостатком таких труб.