Обработка металлов прокаткой
Тема 3. Обработка металлов давлением.
Методы получения стали высокого качества.
Получение стали высокого качества можно производить двумя методами — электродуговым и электроиндукционным.
Электродуговой метод основан на нагреве и поддержании в расплавленном состоянии шихты за счет тепла электрической дуги, возникающей между угольными электродами и шихтой. Сырьем служит стальной скрап(
90%) и передельный чугун(
10%). Окислителем служит железная руда. Емкость дуговой печи достигает 200 — 300 тонн. Данным методом можно получать любые виды жаростойкой и легированной стали, за исключением низкоуглеродистой (в системе находится углерод электродов). К недостатку метода относятся высокие затраты электроэнергии на разогрев и расплавление шихты. Для снижения затрат электропечи устанавливают рядом кислородными конверторами и переделу подвергают только — что полученную расплавленную сталь.
Электроиндукционныйметод основывается на нагреве и поддержании в расплавленном состоянии шихты внутри тигля, за счет вихревых токов (токи Фуко), возникающих в металле шихты, при пропускании тока высокой частоты (
1500 Гц) по медной обмотке индуктора. Данным методом можно получать стали любого заданного состава, однако метод дорог (высокие затраты электроэнергии) и предназначен в основном для получения специальных высоколегированных сталей.
Различают пластическую и упругую деформацию тел, связанную с воздействием физических нагрузок. Под упругой деформацией понимают такую деформацию, которая исчезает после снятия нагрузки. Пластическая деформация не исчезает после того, как снята нагрузка.
Различают следующие методы обработки металлов давлением: прокат, волочение, прессование, свободная ковка, штамповка.
Прокатка — метод обработки металлов давлением, при котором заготовка принимает нужные форму и размеры при пропускании ее между двумя вращающимися валами (валками), причем зазор между валами меньше толщины исходной заготовки. Для облегчения процесса обжатия заготовки нагревают.
 |
 |
Продольная прокатка Поперечная прокатка
Процесс прокатки производят на прокатных станах, которые состоят из отдельных клетей:
а) двигатель с редуктором. Редуктор — устройство для передачи вращательного момента с одного вала (например — вала двигателя), на другой вал с изменением частоты вращения и сохранением общей мощности;
б) передаточный механизм — служит для передачи и распределения вращающего момента на валы рабочей машины и распределения между ними;
в) рабочая машина, состоящая из рабочих клетей, где собственно и происходит обжатие заготовки.
Прокатные станы классифицируются:
— по виду производимой продукции. Например, станы, выпускающие квадратные заготовки (блюмы) называются блюмингами. Станы, выпускающие прямоугольные заготовки (слябы) — слябингами;
— по виду и направлению движения валов;
— по количеству и расположению рабочих клетей.
Перечень получаемых прокаткой изделий, с указанием формы и размеров изделий называется сортаментом проката. В зависимости от вида различают: сортовой, листовой, трубный, периодический и специальный прокат.
Прокатка относится к самым мощным видам обработки металлов давлением, более 80% получаемой стали подвергается прокатке для получения заготовок. Следует отметить, что изделия, полученные прокаткой, имеют внутренние напряжения из-за деформации кристаллической решетки в ходе обжатия. Для устранения напряжений, которые могут привести к неожиданному разрушению изделия, применяется термическая обработка. Термическая обработка — есть нагрев и охлаждение изделия по заданному режиму, с целью придания его кристаллической структуре заданных свойств.
Достоинства прокатки.
2.Очень широкая номенклатура изделий (вплоть до шариков для шарикоподшипников).
Источник
Способы прокатки
Классификация процессов обработки давлением
Исходная заготовка может быть объемным телом, прутком, листом.
По назначению процессы обработки металлов давлением группируют следующим образом:
– для получения изделий постоянного поперечного сечения по длине (прутков, проволоки, лент, листов), применяемых в строительных конструкциях или в качестве заготовок для последующего изготовления деталей – прокатка, волочение, прессование;
– для получения деталей или заготовок, имеющих формы и размеры, приближенные к размерам и формам готовых деталей, требующих механической обработки для придания им окончательных размеров и заданного качества поверхности – ковка, штамповка.
Основными схемами деформирования объемной заготовки являются:
– сжатие между плоскостями инструмента – ковка;
– ротационное обжатие вращающимися валками – прокатка;
– затекание металла в полость инструмента – штамповка;
– выдавливание металла из полости инструмента – прессование;
– вытягивание металла из полости инструмента – волочение.
Ковка — это высокотемпературная обработка различных металлов (железо, медь и её сплавы, титан, алюминий и его сплавы), нагретых до ковочной температуры. Для каждого металла существует своя ковочная температура, зависящая от физических (температура плавления, кристаллизация) и химических (наличия легирующих элементов) свойств. Для железа температурный интервал 1250–800 °С, для меди 1000–650 °С, для титана 1600—900 °С, для алюминиевых сплавов 480–400 °С.
· ковка на молотах (пневматических, паровых и гидравлических)
Изделия и полуфабрикаты, получаемые ковкой, называют поковкой.
При проковке металл упрочняется, завариваются так называемые несплошности и размельчаются крупные кристаллы, в результате чего структура становится мелкозернистой, приобретает волокнистое строение.
ПРОКАТКА (Продольная, поперечная, поперечно-винтовая)
Прокатка – это способ обработки пластическим деформированием – наиболее распространенный. Прокатке подвергают до 90 % всей выплавляемой стали и большую часть цветных металлов. Способ зародился в XVIII веке и, претерпев значительное развитие, достиг высокого совершенства.
Сущность процесса: заготовка обжимается (сдавливается), проходя в зазор между вращающимися валками, при этом, она уменьшается в своем поперечном сечении и увеличивается в длину. Форма поперечного сечения называется профилем.
Процесс прокатки обеспечивается силами трения между вращающимся инструментом и заготовкой, благодаря которым заготовка перемещается в зазоре между валками, одновременно деформируясь. В момент захвата металла со стороны каждого валка действуют на металл две силы: нормальная сила 
и касательная сила трения 
(рис. 2).
Рис. 2 — Схема сил, действующих при прокатке
Угол 
– угол захвата, дуга, по которой валок соприкасается с прокатываемым металлом – дуга захвата, а объем металла между дугами захвата – очаг деформации.
Площадь поперечного сечения заготовки всегда уменьшается. Поэтому для определения деформации (особенно когда обжатие по сечению различно) используют показатель, называемый вытяжкой (коэффициентом вытяжки).
где: 
– первоначальные длина и площадь поперечного сечения, 
– те же величины после прокатки.
Вытяжка обычно составляет 1,1…1,6 за проход, но может быть и больше.
Когда требуется высокая прочность и пластичность, применяют заготовки из сортового или специального проката. В процессе прокатки литые заготовки подвергают многократному обжатию в валках прокатных станов, в результате чего повышается плотность материала за счет залечивания литейных дефектов, пористости, микротрещин. Это придает заготовкам из проката высокую прочность и герметичность при небольшой их толщине.
Существуют три основных способа прокатки, имеющих определенное отличие по характеру выполнения деформации: продольная, поперечная, поперечно – винтовая (рис.3).
Рис. 3 — Схемы основных видов прокатки: а – продольная; б – поперечная; в – поперечно – винтовая
При продольной прокатке деформация осуществляется между вращающимися в разные стороны валками (рис.3 а). Заготовка втягивается в зазор между валками за счет сил трения. Этим способом изготавливается около 90 % проката: весь листовой и профильный прокат.
Поперечная прокатка (рис. 3.б). Оси прокатных валков и обрабатываемого тела параллельны или пересекаются под небольшим углом. Оба валка вращаются в одном направлении, а заготовка круглого сечения – в противоположном.
В процессе поперечной прокатки обрабатываемое тело удерживается в валках с помощью специального приспособления. Обжатие заготовки по диаметру и придание ей требуемой формы сечения обеспечивается профилировкой валков и изменением расстояния между ними. Данным способом производят специальные периодические профили, изделия представляющие тела вращения – шары, оси, шестерни.
Поперечно – винтовая прокатка (рис. 3.в). Валки, вращающиеся в одну сторону, установлены под углом друг другу. Прокатываемый металл получает еще и поступательное движение. В результате сложения этих движений каждая точка заготовки движется по винтовой линии. Применяется для получения пустотелых трубных заготовок.
В качестве инструмента для прокатки применяют валки прокатные, конструкция которых представлена на рис. 4. В зависимости от прокатываемого профиля валки могут быть гладкими (рис.4.а), применяемыми для прокатки листов, лент и т.п. и калиброванными (ручьевыми) (рис. 4.б) для получения сортового проката.
Ручей – профиль на боковой поверхности валка. Промежутки между ручьями называются буртами. Совокупность двух ручьев образует полость, называемую калибром, каждая пара валков образует несколько калибров. Система последовательно расположенных калибров, обеспечивающая получение требуемого профиля заданных размеров называется калибровкой.
Рис. 4 — Прокатные валки: а – гладкий ; б – калиброванный
Валки состоят из рабочей части – бочки 1, шеек 2 и трефы 3.
Шейки валков вращаются в подшипниках, которые, у одного из валков, могут перемещаться специальным нажимным механизмом для изменения расстояния между валками и регулирования взаимного расположения осей.
Трефа предназначена для соединения валка с муфтой или шпинделем.
Используются роликовые подшипники с низким коэффициентом трения, 
= 0,003…0,005, что обеспечивает большой срок службы.
Источник
Способы прокатки
Классификация процессов обработки давлением
Исходная заготовка может быть объемным телом, прутком, листом.
По назначению процессы обработки металлов давлением группируют следующим образом:
– для получения изделий постоянного поперечного сечения по длине (прутков, проволоки, лент, листов), применяемых в строительных конструкциях или в качестве заготовок для последующего изготовления деталей – прокатка, волочение, прессование;
– для получения деталей или заготовок, имеющих формы и размеры, приближенные к размерам и формам готовых деталей, требующих механической обработки для придания им окончательных размеров и заданного качества поверхности – ковка, штамповка.
Основными схемами деформирования объемной заготовки являются:
– сжатие между плоскостями инструмента – ковка;
– ротационное обжатие вращающимися валками – прокатка;
– затекание металла в полость инструмента – штамповка;
– выдавливание металла из полости инструмента – прессование;
– вытягивание металла из полости инструмента – волочение.
Ковка — это высокотемпературная обработка различных металлов (железо, медь и её сплавы, титан, алюминий и его сплавы), нагретых до ковочной температуры. Для каждого металла существует своя ковочная температура, зависящая от физических (температура плавления, кристаллизация) и химических (наличия легирующих элементов) свойств. Для железа температурный интервал 1250–800 °С, для меди 1000–650 °С, для титана 1600—900 °С, для алюминиевых сплавов 480–400 °С.
· ковка на молотах (пневматических, паровых и гидравлических)
Изделия и полуфабрикаты, получаемые ковкой, называют поковкой.
При проковке металл упрочняется, завариваются так называемые несплошности и размельчаются крупные кристаллы, в результате чего структура становится мелкозернистой, приобретает волокнистое строение.
ПРОКАТКА (Продольная, поперечная, поперечно-винтовая)
Прокатка – это способ обработки пластическим деформированием – наиболее распространенный. Прокатке подвергают до 90 % всей выплавляемой стали и большую часть цветных металлов. Способ зародился в XVIII веке и, претерпев значительное развитие, достиг высокого совершенства.
Сущность процесса: заготовка обжимается (сдавливается), проходя в зазор между вращающимися валками, при этом, она уменьшается в своем поперечном сечении и увеличивается в длину. Форма поперечного сечения называется профилем.
Процесс прокатки обеспечивается силами трения между вращающимся инструментом и заготовкой, благодаря которым заготовка перемещается в зазоре между валками, одновременно деформируясь. В момент захвата металла со стороны каждого валка действуют на металл две силы: нормальная сила и касательная сила трения (рис. 2).
Рис. 2 — Схема сил, действующих при прокатке
Угол – угол захвата, дуга, по которой валок соприкасается с прокатываемым металлом – дуга захвата, а объем металла между дугами захвата – очаг деформации.
Площадь поперечного сечения заготовки всегда уменьшается. Поэтому для определения деформации (особенно когда обжатие по сечению различно) используют показатель, называемый вытяжкой (коэффициентом вытяжки).
где: – первоначальные длина и площадь поперечного сечения, – те же величины после прокатки.
Вытяжка обычно составляет 1,1…1,6 за проход, но может быть и больше.
Когда требуется высокая прочность и пластичность, применяют заготовки из сортового или специального проката. В процессе прокатки литые заготовки подвергают многократному обжатию в валках прокатных станов, в результате чего повышается плотность материала за счет залечивания литейных дефектов, пористости, микротрещин. Это придает заготовкам из проката высокую прочность и герметичность при небольшой их толщине.
Существуют три основных способа прокатки, имеющих определенное отличие по характеру выполнения деформации: продольная, поперечная, поперечно – винтовая (рис.3).
Рис. 3 — Схемы основных видов прокатки: а – продольная; б – поперечная; в – поперечно – винтовая
При продольной прокатке деформация осуществляется между вращающимися в разные стороны валками (рис.3 а). Заготовка втягивается в зазор между валками за счет сил трения. Этим способом изготавливается около 90 % проката: весь листовой и профильный прокат.
Поперечная прокатка (рис. 3.б). Оси прокатных валков и обрабатываемого тела параллельны или пересекаются под небольшим углом. Оба валка вращаются в одном направлении, а заготовка круглого сечения – в противоположном.
В процессе поперечной прокатки обрабатываемое тело удерживается в валках с помощью специального приспособления. Обжатие заготовки по диаметру и придание ей требуемой формы сечения обеспечивается профилировкой валков и изменением расстояния между ними. Данным способом производят специальные периодические профили, изделия представляющие тела вращения – шары, оси, шестерни.
Поперечно – винтовая прокатка (рис. 3.в). Валки, вращающиеся в одну сторону, установлены под углом друг другу. Прокатываемый металл получает еще и поступательное движение. В результате сложения этих движений каждая точка заготовки движется по винтовой линии. Применяется для получения пустотелых трубных заготовок.
В качестве инструмента для прокатки применяют валки прокатные, конструкция которых представлена на рис. 4. В зависимости от прокатываемого профиля валки могут быть гладкими (рис.4.а), применяемыми для прокатки листов, лент и т.п. и калиброванными (ручьевыми) (рис. 4.б) для получения сортового проката.
Ручей – профиль на боковой поверхности валка. Промежутки между ручьями называются буртами. Совокупность двух ручьев образует полость, называемую калибром, каждая пара валков образует несколько калибров. Система последовательно расположенных калибров, обеспечивающая получение требуемого профиля заданных размеров называется калибровкой.
Рис. 4 — Прокатные валки: а – гладкий ; б – калиброванный
Валки состоят из рабочей части – бочки 1, шеек 2 и трефы 3.
Шейки валков вращаются в подшипниках, которые, у одного из валков, могут перемещаться специальным нажимным механизмом для изменения расстояния между валками и регулирования взаимного расположения осей.
Трефа предназначена для соединения валка с муфтой или шпинделем.
Используются роликовые подшипники с низким коэффициентом трения, = 0,003…0,005, что обеспечивает большой срок службы.
Источник
