Определение и классификация процессов прокатки

ОПРЕДЕЛЕНИЕ И  КЛАССИФИКАЦИЯ ПРОЦЕССОВ ПРОКАТКИ 

    Прокаткой  называют процесс пластического  деформирования тел между вращающимися  приводными валками. В этом  определении следует обратить  внимание на слова «приводными  валками». Они означают, что энергия  для осуществления деформации  передается через валки, соединенные  с двигателем прокатного стана.  Деформируемое тело можно протягивать  через неприводные (холостые) валки, но это будет не процесс прокатки, а процесс волочения.

    На  рисунке слева представлена простейшая  и основная схема процесса  прокатки, где 1- валки, 2 – полоса. Обрабатываемое тело, в общем  случае называемое полосой, пропускается  между вращающимися навстречу  друг другу валками. Полоса  втягивается в валки под действием  сил трения на контакте. При  прохождении между валками толщина  полосы уменьшается, а длина  и ширина увеличиваются.

    Прокатка  относится к числу основных  способов обработки металлов  давлением. Методом прокатки получают  изделия самой разнообразной  формы: тонкие и толстые листы,  профили квадратного и круглого  сечений, уголки, швеллеры, двутавровые  балки, рельсы, трубы и многие  другие. При прокатке изделий  типа листов применяют валки,  рабочая часть (бочка) которых  имеет форму круглого цилиндра  без каких-либо вырезов и выступов.

    Прокатку  в гладких валках часто называют  прокаткой «на гладкой бочке» (смотри рисунок справа). При производстве  более сложных (сортовых) профилей  применяют калиброванные валки,  и деформация полосы происходит  в калибрах. Как и другие способы  обработки давлением, прокатка бывает горячей и холодной. Горячая прокатка распространена шире, чем холодная. Нагретый металл в области высоких температур обладает пониженным сопротивлением деформации и повышенной пластичностью. Холодную прокатку применяют для получения относительно тонких изделий с высококачественной поверхностью, например тонких листов или тонкостенных труб. Иногда находит применение обработка в области промежуточных температур - так называемая теплая прокатка.    Следует отметить, что прокатка не только служит для получения изделий определенной формы, но и в значительной степени способствует повышению механических свойств металла. 

Классификация процессов прокатки 

   Процессы  прокатки многообразны. Их можно  классифицировать по различным  признакам. Сначала рассмотрим  классификацию по взаимному расположению  осей обрабатываемого тела и  валков. По этому признаку различают  прокатку продольную, поперечную  и косую (винтовую). Если ось  прокатываемой полосы перпендикулярна  оси валков, то прокатку называют  продольной. При таком способе  прокатки полоса перемещается  только вперед, т.е. совершает  только поступательное движение. Продольная прокатка является  наиболее распространенной.

   При поперечной  прокатке ось обрабатываемого  тела 3 параллельна оси валков 1. Оба  валка вращаются в одну и  ту же сторону. Они постепенно  сближаются, в результате чего  уменьшается диаметр изделия,  которое также вращается, но  в сторону, противоположную вращению  валков. В продольном направлении  обрабатываемое тело не перемещается (если нет специальных тянущих  устройств). Боковые ролики 2 выполняют  вспомогательную функцию: они  удерживают изделия между валками.

   Поперечную  прокатку, используют в металлургии  и машиностроении для производства  валов, осей, втулок, шестерен и  других изделий типа тел вращения. Косая прокатка, называемая также  винтовой, занимает промежуточное  положение между поперечной и продольной.

   В этом  случае оси валков располагаются  под углом друг к другу и  к оси прокатываемой круглой  заготовки. Благодаря такому расположению  валков 1 заготовка 4 в процессе  прокатки совершает не только  вращательное, но и поступательное  движение. Точки на поверхности  заготовки движутся по винтовой  линии. Поскольку угол наклона  валков по отношению к оси  обрабатываемого тела обычно  невелик (до 12-18°), косая прокатка  по своему характеру ближе  к поперечной, чем к продольной. Процесс косой прокатки широко применяют при производстве бесшовных труб, в частности на прошивных станах, где из сплошной круглой заготовки получают черновую трубу 5 — гильзу. Процесс косой прокатки на прошивном стане схематично показан на рисунке справа. Для образования в заготовке отверстия правильной формы между валками 1 устанавливается оправка 2, закрепленная на стержне. Линейки 3 служат для удержания заготовки в валках.

   Особым  видом прокатки является так  называемая периодическая прокатка.                 Она характеризуется тем, что  в процессе деформации высота  зазора между валками периодически  изменяется. Чаще всего это достигается  путем придания валкам специальной  некруглой формы (смотри рисунок). Таким способом получают периодические  профили проката, форма сечения  которых периодически изменяется  по длине полосы. При изменении  обжатия происходит изменение  всех параметров прокатки, поэтому  периодическую прокатку можно  характеризовать как нестационарную (на переходных участках).

   Далее,  процессы прокатки подразделяют  на симметричные и несимметричные. Симметричной прокаткой называют такой процесс, при котором воздействие каждого из валков на обрабатываемое тело является совершенно одинаковым, идентичным. Если это условие нарушается, то прокатку называют несимметричной. К числу несимметричных процессов относятся: прокатка в валках неравного диаметра, прокатка с одним приводным валком, прокатка при различных окружных скоростях валков, прокатка при неравномерном (несимметричном) распределении механических свойств по высоте полосы, прокатка при различных условиях трения на валках и др.

   Важным  условием процесса прокатки является  наличие или отсутствие внешних  сил, приложенных к концам полосы. По этому признаку различают  свободную и несвободную прокатку. Свободной называют прокатку  тогда, когда на полосу действуют  силы только со стороны валков. Несвободная прокатка осуществляется  с натяжением (а) или подпором (б) концов полосы. Силы натяжения  или подпора создаются смежными  прокатными клетями, намоточно-натяжными  барабанами или другими устройствами. На рисунке показаны силы натяжения  (а) и подпора (б) при прокатке: 1 - заднее натяжение; 2 - переднее  натяжение; 3 - задний подпор; 4 -передний  подпор.

   В теории  прокатки часто используют термин  простой процесс прокатки или  простой случай прокатки. Под  этим термином подразумевается  процесс свободной симметричной  продольной прокатки, причем чаще  всего имеется в виду прокатка  полосы прямоугольного сечения  в цилиндрических валках. Теория  простого процесса прокатки является  основой для анализа других, более  сложных случаев прокатки.

   Возможность  прогнозировать, вымерять, оптимизировать  и регулировать процессы прокатки, в основном, зависят от условий  и вида прокатки вида и характера  деформации.

   Прогнозировать  прокатку можно опираясь на  методику и литературу имеющуюся в большом количестве. На оборудование и его характеристики, такие как возможности самого прокатного стана, материал прокатных валков, марку стали, и т.д.

   Измерение  параметров прокатки производятся  перед прокаткой из данных  сечения заготовки, количества  проходов (клетей), материала валков, температурных режимов, диаметров  валков и конечного продукта  прокатки (диаметра раската, т.п.). Параметры прокатки измеряются, изменяются при их несоответствии  с допустимыми значениями. В процессе прокатки измеряются для удовлетворения расчётных а соответственно допустимых значений.

   Как и  все значения параметры прокатки оптимизируются для более экономного и малозатрачиваемого производства, каждый последующий шаг оптимизации предусматривает снижение энергосиловых параметров и потребления меньшего количества ресурсов и энергии.

   Регулирование  процессов и параметров прокатки  производится непосредственно с  помощью оборудования с постов  управления прокаткой. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Список литературы:

1. Франценюк И.В. «Современное металлугическое производство» М.
2. Диомидов Б.Б., Литовченко Н.В., «Технология прокатного производства», М., 1979г., 488стр.
3. Рокотян Е.С., «Прокатное производство справочник т.1», М., 1962г., 744 стр.