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

Деформация металла при прокатке происходит на небольшом участке АВВ ₁ А ₁ (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 l ₁ к исходной l ₀, равное отношению площадей поперечного сечения первоначального F ₀ к полученному F ₁, 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 А ₁ 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

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

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

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

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

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.