Теоретичні відомості
Сутність усіх видів прокатування полягає в пластичному деформуванні заготовки (нагрітої або холодної) між валками. Розрізняють три види прокатування: поздовжнє, поперечне і поперечно-гвинтове.
При поздовжньому прокатуванні заготовка рухається перпендикулярно до осей валків, які обертаються у протилежних напрямках з однаковою частотою.
При поперечному прокатуванні валки, що обертаються навколо паралельних осей в одному напрямі, обертають заготовку, яка деформується при примусовому переміщенні вздовж валків.
Поперечно-гвинтове прокатування здійснюється при обертанні в одному напрямі валків, розміщених під кутом один до одного.
Обладнання для прокатування називають прокатним станом. Прокатний стан складається з таких основних вузлів (рис.41.1): робоча кліть 1, шестеренна кліть 7, привод 8.
Рис.41.1. Схема прокатного стана
Шестеренна кліть призначена для розмноження руху від вала привода на два робочих валка 3 і надання їх обертанню необхідного напрямку. Валки повинні мати однакову частоту обертання, тому шестеренна кліть має передаточне відношення, що дорівнює одиниці. Рух від шестеренної кліті до робочої передається через муфти 5 і шпинделі 6. Прокатні валки служать робочим інструментом і монтуються в підшипниках 4 станини робочої кліті. Зазор між валками змінюють підняттям або опусканням верхнього валка разом з підшипниками, які переміщуються в пазах станини. Піднімається верхній валок пружинами або з допомогою гідравлічного чи пневматичного привода(на рисунку не
показано), а опускається натисканням гвинта 2 на обидва підшипника.
Прокатний валок (рис. 41.2) складається з робочої частини 1, яку називають бочкою, шийок 2, що спираються на підшипники, та хрестоподібних хвостовиків (трефів) 3. Валок набуває руху за допомогою муфти 4, яка з'єднує трефи хвостовика та шпинделя 5.
Рис. 41.2. Прокатний валок
У процесі прокатування валки знаходяться в дуже важких умовах під дією значних зусиль, з проковзуванням металу заготовки по контактній поверхні валків, в умовах значної зміни температур їх робочих поверхонь. Тому валки повинні мати високі міцність і стійкість до спрацювання. їх виготовляють з вибіленого чавуну, вуглецевих та легованих сталей. Валки малого діаметру виготовляють з металокераміки марок ВК6, ВК8 та ін.
Схема поздовжнього прокатування показана на рис. 41.3 у двох проекціях: а - вид збоку; б - вид у плані.
Заготовка 1 втягується у зазор між обертовими валками 2 силою тертя Т і деформується на невеликій ділянці, яка переміщується по прокатуваному металу під час руху заготовки у напрямку прокатування. Цю ділянку АССС1А1(на рисунку 41.3 заштрихована) називають зоною деформації. Дугу АС, по якій валок контактує з заготовкою, називають дугою захвата, а центральний кут 𝛼, що спирається на дугу, - кутом захвата. У точках А і А1заготовка стикається з валками і між ними виникає взаємодія: з одного боку, сили реакції N валків намагаються відштовхнути заготовку, з іншого, сила тертя Т втримує заготовку між валками.
Рис. 41.3. Схема поздовжнього прокатування
Заготовка буде надійно захвачена валками, якщо горизонтальна складова Nх нормального тиску N буде меншою від горизонтальної складової Тх сили тертя Т:
Tх> Nх, або T cos α > N sin α (41.1)
Згідно теорії тертя можна прийняти, що T = fN, де f - коефіцієнт тертя ковзання між металом заготовки та поверхні валків при захваті.
Кут захвата α пов'язаний з абсолютним обтиском (H-h) і діаметром валків D (рис. 41.4):
Рис. 41.4. Розрахункова схема прокатування
Зі збільшенням діаметра валків кут захвата зменшується, і умови захвата поліпшуються. Тому потужність прокатного стана визначається діаметром робочих валків: чим більший діаметр валків, тим більшу товщину заготовки можна прокатувати, і тим потужніший стан.
При прокатуванні всі параметри заготовки змінюються: зменшується висота H, значно збільшується довжина L і незначно –ширина B.
Для характеристики деформації заготовки при прокатуванні користуються абсолютними, відносними величинами та коефіцієнтами:
Разове проходження заготовки в зазор між обертовими валками називають пропуском. Для здійснення наступних пропусків при прокатуванні заготовки зазор між валками кожного разу зменшують і для кожного наступного пропуску вихідними H, В і L будуть значення, отримані при попередньому пропуску.
Залежно від ряду причин (відносного обтиску, коефіцієнта тертя, хімічного складу сталі) швидкість заготовки при виході з валків перевищує їхню колову швидкість на 3-6%. Це явище називають випередженням металу при прокатуванні. Точне значення величини випередження необхідне при визначенні частоти обертання валків безперервного стана, коли заготовка деформується одночасно у кількох робочих клітях. Для визначення випередження дослідним шляхом на бочці валка роблять заглибину (керн) 3 (рис.41.3), яка дає відбитки (мітки) на заготовці. Знаючи відстань l1 між двома сусідніми відбитками і довжину кола валка l0 , можна визначити випередження в процентах:
Обладнання, інструменти та заготовка
1. Діюча лабораторна модель робочої кліті прокатного стана зі ступінчастими валками (діаметри уступів D1=77, D2=79, D3=80,5, D4=82, D5=83,5мм)
2. Вимірювальний інструмент – штангенциркуль і металічна лінійка.
3. Заготовка з литого свинцю розмірами 12х12х100мм.
Порядок проведення роботи
1. Виміряти початкові розміри H, B і L заготовки і результати записати до табл.. 41.1, графи 2…4 у рядку ”0”.
2. Виконати прокатування у п’ять пропусків. Після кожного пропуску виміряти H, B і L заготовки і результати записати до табл. 41.1, гр. 2…4 у відповідні пропускам рядки. Додатково у пропусках IV і V виміряти відстань 𝐿1 між мітками (рис. 41.3) і записати у гр. 5 (рядки IV, V).
3. За отриманими даними обчислити за формулами 41.5…41.14 величини деформації і випередження за формулою 41.15 і записати їх у відповідні місця табл. 41.1.
4. Побудувати графіки залежностей показника розширення та випередження:
Від діаметра бочки
Оформлення звіту
Протокол звіту по роботі повинен містити:
1. Номер і назву роботи.
2. Мету роботи.
3. Рис. 41.1, 41.2 і 41.4 малого масштабу.
4. Рис. 41.3 збільшеного масштабу (не менше, ніж на половину
аркуша).
5. Результати вимірювань і обчислень, занесені до табл.. 41.1.
7. Висновки по роботі.
Контрольні запитання.
1. Які основні вузли прокатного стана?
2. Як визначити умови захвата заготовки валками?
3. Як розрахувати характеристики деформації заготовки при прокатуванні?
4. Як визначається випередження при прокатуванні?
5. З яких матеріалів доцільно виготовляти валки?
