Основные теоретические сведения. Прокаткой называется процесс пластической деформации металла, в результате которого заготовка обжимается вращающимися валками прокатного стана

Прокаткой называется процесс пластической деформации металла, в результате которого заготовка обжимается вращающимися валками прокатного стана. При этом происходит уменьшение площади поперечного сечения и одновременное увеличение длины, а при прокатке на профилированных валках обжимаемый металл приобретает требуемую форму.

Существует три основных способа прокатки:

1. Продольная прокатка (рис. 3.1, а), при которой направление движения заготовки совпадает с направлением вращения валков; производится либо на гладких валках (в этом случае продукцией проката являются листы, лента), либо на профилированных (калиброванных) – продукцией в этом случае является сортовой прокат (круг, квадрат, уголки, рельсы, балки и т.д.). Продольная прокатка является самым распространенным способом прокатки – с его помощью производится около 90% всей продукции прокатных цехов.

2. При поперечной прокатке валки вращаются в одну сторону (рис. 3.1, б), при этом заготовка получает не поступательное движение, как при продольной прокатке, а вращательное. Обжатие заготовки по диаметру и придание ей требуемой формы обеспечивается соответствующей профилировкой валков и изменением расстояния между ними. Данным способом прокатки изготавливают цилиндрические шестерни с накатанным зубом.

3. Поперечно-винтовая (косая) прокатка выполняется в валках, оси которых располагаются под некоторым углом друг к другу (рис. 3.1, в). При вращении валков в этом случае создаются силы, придающие прокатываемой заготовке совокупность вращательного (как при поперечной прокатке) и поступательного (как при продольной прокатке) движений. Метод поперечно-винтовой прокатки лежит в основе производства цельнокатаных труб, шаров, периодического проката.

Рис. 3.1. Основные виды прокатки:

а – продольная; б – поперечная; в – поперечно-винтовая

Сортаментом прокатной продукции называют перечень выпускаемого проката с указанием профилей и размеров поперечного сечения, а также длины, стандартизованных в соответствующих ГОСТах. Сортамент проката делится на следующие группы (рис. 3.2):

1. Сортовой прокат, получаемый на профилированных валках:

· сортовой прокат простого профиля (круг, квадрат, шестигранник, сляб и т.п.) используется как исходный материал для получения фасонного проката, а также в качестве заготовки для кузнечно-штамповочного производства и механической обработки;

· фасонный сортовой прокат подразделяется на профили общего назначения (уголки, швеллер, двутавр, рельсы и т.д.), используемые в строительстве и в различных отраслях машиностроения, и профили специального назначения (подкладки железнодорожных рельсов, шпунты, сталь для лемеха плуга, автообод автомобильных колес и т.д.), предназначенные для сельхозмашиностроения, гидростроительства, железнодорожного транспорта и других отраслей промышленности.

Рис. 3.2. Сортамент продукции, получаемой различными видами

прокатки: а – сортовой прокат простого профиля; б – фасонного;

в – специальные виды

2. Листовой прокат, получаемый на гладких валках:

· толстолистовой прокат прокатывают из слитков в виде листов толщиной 4–60 мм, шириной 600–5000 мм;

· тонколистовой прокат имеет толщину 0, 20–3, 75 мм при ширине 200–2200 мм, выпускается обычно в виде рулонов.

3. Трубы цельнокатаные с наружным диаметром
51–650 мм и толщиной стенки 2, 5–50 мм; методом продольной прокатки получают сварные трубы с прямым или спиральным швом с наружным диаметром 10–1420 мм.

4. Специальные виды проката – оси вагонов, втулки велосипедные, зубчатые колеса, бандажи железнодорожных колес, шары для подшипников качения и т.д.

5. Периодический прокат применяется в качестве фасонной заготовки в кузнечно-штамповочном производстве или для чистовой механической обработки. Он представляет собой прокат, поперечное сечение которого периодически меняется по длине.

6. В особую группу можно выделить гнутые профили, которые получаются путем последовательного профилирования плоской листовой заготовки в холодном состоянии. Форма гнутых профилей может быть относительно простой (профиль открытого типа) и весьма сложной (профили полузакрытого и закрытого типа). Гнутые профили характеризуются меньшим весом и более высокими механическими свойствами и широко используются в автомобильной и авиационной промышленности, машиностроении и строительных конструкциях.

Формоизменение металла при обработке давлением рассмотрим на примере продольной прокатки на гладких валках. При прокатке узкой полосы в этом случае будут иметь место высотная, продольная и поперечная деформации. Поскольку объем металла при обработке давлением практически не изменяется (), можно записать:

_, (3.1)

где – размеры (высота, ширина, длина) прямоугольного параллелепипеда до прокатки; – размеры (высота, ширина, длина) полосы после прокатки.

В практике используют несколько способов оценки степени деформации.

Абсолютная деформация характеризует изменение размеров полосы (мм) в результате прокатки и определяется разностью размеров до и после деформации:

· абсолютное обжатие

; (3.2)

· абсолютное удлинение

; (3.3)

· абсолютное уширение

. (3.4)

Относительная деформация более полно характеризует процесс формоизменения и представляет собой отношение абсолютной деформации по оси к начальным размерам тела по этой же оси (в долях единицы или в процентах):

· относительное обжатие

; (3.5)

· относительное удлинение

; (3.6)

· относительное уширение

. (3.7)

Практическое применение при измерении степени деформации имеют только относительное обжатие и относительное уширение.

Из закона постоянства объема (формула (3.1)) легко вывести коэффициенты деформации, наиболее характеризующие изменение размеров тела по различным осям:

или , (3.8)

где – коэффициент высотной деформации; – коэффициент продольной деформации; – коэффициент поперечной деформации.

Процесс прокатки осуществляется за счет сил трения, возникающих между вращающимися валками и прокатываемой полосой (рис. 3.3). При этом можно выделить следующие понятия: угол захвата – угол, образованный радиусом, проведенным в точку касания полосы с валком и линией, соединяющей центры валков.

Дуга АВ – часть окружности валков, отвечающая углу захвата ; при небольших углах захвата длина дуги АВ принимается равной ее горизонтальной проекции. Она характеризует длину зоны деформации (мм).

Рис. 3.3. Схема обжатия заготовки

при продольной прокатке: а – изменение толщины заготовки;

б – изменение ширины заготовки

Зона деформации АБВГ – часть металла, соответствующая дуге захвата и подвергающаяся в данный момент деформации; зону деформации удобнее характеризовать площадью горизонтальной проекции контактной поверхности заготовки (мм²).

Значения рассмотренных параметров могут быть определены по формулам

, град; (3.9)

, мм; (3.10)

, мм. (3.11)