5. Основи теорії прокатки

Прокаткоюназивається зміна розмірів і форми металу шляхом його обробки тиском за допомогою валків.

Прокатка буває поздовжньою, поперечною, косою.

Поздовжня прокатказабезпечує деформацію металу між двома валкам, які обертаються назустріч один одному. При цьому метал має поступальний рух через прокатну кліть (рис. 1.2, а).

Поперечнапрокаткавиконується валками, які обертаються в одну сторону. При цьому метал має поступово-обертальний рух. Такий тип прокатки використовують для виготовлення тіл обертання.

Коса прокаткавиконується валками, які теж обертаються в одну сторону. Валки розташовані під кутом один до одного (рис. 1.6). Метал має поступово-обертальний рух. Такий тип прокатки використовують для виготовлення безшовних труб.

По температурному режиму розрізняють холодну та гарячу прокатку.

Гаряча прокаткавідбувається при температурі металу вище 600...650С. При гарячій прокатці на поверхні з'являється окалина, яку треба зламувати. При такій прокатці неможливо виготувати тонкий лист.

Холодна прокаткавідбувається при температурі металу нижче 400...450С.

При холодній прокатці відбувається наклепзміцнення поверхневого шару металу. Метал стає жорстким та хрумким. Наклеп можна зняти, якщо нагріти метал до такої температури, при якій відбуваєтьсярекристалізація відновлення кристалічної решітки. Повна рекристалізація відбувається при температурі гарячої прокатки.

Процес прокатки розглядатимемо з умовпростої прокатки.

Умови простої прокатки: 1) метал однорідний; 2) валки мають однаковий діаметр та однакову окружну швидкість; 3) на метал діють тільки сили, які прикладені до валків (рис. 1.7); 4) метал деформується кожним валком однаково.

Введемо деякі поняття та позначення.

Однократний прохід металу через валки при їх обертанні називається пропуском.Прокатка металу виконується у декілька пропусків. В кожному пропуску здійснюється подовження заготовки за рахунок обтискання металу валками і відповідного зменшення його перетину через те, що ширина металу в результаті прокатки збільшується незначно.

Подовження заготовки характеризується витяжкою(рис.1.7) ікоефіцієнтом витяжкивідношенням довжини металу після прокатки до довжини металу до прокатки. Вважається, що об’єм металу при прокатці зостається незмінним, тому при нехтуванні розширенням металу, маємо

. (1.1)

Розрізняють частковий коефіцієнт витяжкияк відношення довжини заготовки після і-го пропускудо довжини заготовкиі-го пропуску

, (1.2)

та повний коефіцієнт витяжки як добуток часткових коефіцієнтів витяжки

. (1.3)

Дуга окружності робочого валка, яка прилягає до металу, називається дугою захвату.

Простір між валками, обмежений дугами захвату, перетинами входу і виходу металу, а також боковими сторонами металу називається зоною деформаціїметалу (рис.1.7, заштриховано).

Лінійна швидкість металу до валків більше лінійної швидкості металу після валків. Тому в зоні деформації існує такий перетин, в якому середня швидкість металу дорівнює окружній швидкості робочих валків. Такий перетин називається нейтральнимабокритичним перетином. Критичний перетин поділяє зону деформації на область відставання та область випередження.

В області відставання метал має лінійну швидкість , яка менше окружної швидкості валків. В області випередження метал має лінійну швидкість, яка більше окружної швидкості валків. Відносна різниця лінійних швидкостей в області випередження має назвувипередженняі визначається формулою

. (1.4)

Центральний кут, який відповідає критичному перетину, називається нейтральним або критичним кутом. Критичний кут визначається формулою Павлова

, (1.5)

де кут тертя.

Випередження визначається за допомогою відомого критичного кута

, (1.6)

де діаметр валка.

Величина випередження лежить в межах 3...5%. Для тонких листів величина випередження досягає 10...15%.

Процес прокатки починається з захвату металу валками. У момент захвату валки діють на метал з силою (рис. 1.8). Під дією цієї сили виникає сила тертя. Для виконання захвату металу необхідно, щоб сила втягування була більше сили відштовхування, тобто. З рис 1.8 випливає. Враховуючи, що, отримуємо умову захвату

. (1.9)

Таким чином, захват металу валками відбудеться у тому випадку, коли коефіцієнт тертя буде більше тангенса кута захвату. З даних досвіду гарячої прокатки коефіцієнт тертя коливається в межах 0,25...0,6.

З геометричних співвідношень (рис.1.8) можна знайти обтиск

. (1.10)