2 Прокатка
Технологический способ пластического деформирования, называемый прокаткой, состоит в том, что исходный слиток или заготовку пропускают в зазор между вращающимися валками, величина которого меньше толщины исходной заготовки. Заготовка (или слиток) подается в валки прокатного стана и захватывается ими, а дальнейшее продвижение заготовки в валках осуществляется за счет сил трения, возникающих на поверхности контакта валков с прокатываемой заготовкой (рисунок 38). При прокатке металл обжимается, в результате чего толщина заготовки уменьшается до величины зазора между валками, а длина и ширина заготовки увеличиваются.
1- прокатные валки; 2- заготовка
Рисунок 38 – Основные способы прокатки:
Степень деформации при прокатке характеризуется величинами относительного обжатия и коэффициента вытяжки. Относительное обжатие определяется отношением разности толщины заготовки до и после прокатки к исходной толщине:
где h0 – толщина заготовки до прокатки;
h – толщина заготовки после прокатки.
Коэффициент вытяжки — отношение длины заготовки после прокатки к исходной ее длине:
где l0 – исходная длина заготовки;
l – длина заготовки после прокатки.
Продукцией прокатного производства является сортовой прокат различных профилей, проволока, лист, фольга, трубы, а также различные специальные виды проката (рисунок 39).
Рисунок 39 – Некоторые виды профилей, получаемых прокаткой
Прокатный стан (рисунок 40) – машина или система машин для осуществления прокатки.
Прокатные станы различают по характеру вращения валков, по роду выпускаемой продукции, по конструкции рабочих клетей, по расположению клетей и т.д.
По характеру вращения валков различают станы реверсивные, когда направление вращения валков изменяется на обратное после каждого пропуска заготовки, и нереверсивные, в которых валки вращаются всегда в одну сторону.
1- прокатные валки; 2- станины; 3-подушечки и подшипники;
4- нажимные винты
Рисунок 40 – Общий вид прокатного стана:
3.1 По роду выпускаемой продукции станы делятся на:
3.1.1 блуминги, прокатывающие блумы и заготовку размерами от 150X150 до 350X350 мм, и слябинги, прокатывающие слябы, предназначенные для дальнейшего переката на лист, а также заготовочные станы для более мелкой заготовки;
Блюминг (рисунок 41)- прокатный стан для обжатия стальных слитков в блюмы, иногда слябов и фасонных заготовок. Характеризуется диаметром прокатных валков в мм, который обычно проставляется рядом со словом блюминг. Например блюминг1500.
Блюм- полупродукт металлургического производства- стальная заготовка квадратного сечения со стороной свыше 140 мм, получаемая прокаткой на блюминге или из жидкого металла на машинах непрерывного литья.
Сляб- стальная заготовка прямоугольного сечения с большим отношением ширины к высоте (до 15). Получают из слитков прокаткой на слябинге (иногда блюминге) или из жидкого металла на машинах непрерывного литья.
3.1.2 Слябинг – высокопроизводительный прокатный стан для обжатия крупных (массой до 45 т.) стальных слитков в слябы. Характеризуется диаметром горизонтальных валков в мм, который обычно проставляется рядом со словом слябинг. Например Слябинг1150.
3.1.3 сортовые и рельсобалочные;
3.1.4 проволочные;
3.1.5 листопрокатные;
3.1.6 трубопрокатные;
3.1.7 специальные: колесопрокатные, бандажепрокатные и пр.
3.2 По конструкции станы можно разделить на следующие группы:
3.2.1 двухвалковые (дуо-станы) — по два валка в каждой клети;
3.2.2 трехвалковые (трио-станы) —по три валка в каждой клети с постоянным направлением вращения валков;
3.2.3 многовалковые станы (не менее четырех валков в клети); в них рабочие валки малого диаметра опираются на валки большего диаметра; на таких станах можно применять большие обжатия гари минимальном диаметре рабочих валков, обеспечивая равномерную толщину листа или ленты при прокатке;
3.2.4 универсальные станы, имеющие наряду с горизонтальными валками вертикальные валки;
3.2.5 станы для прокатки труб с косым расположением валков.
1- муфта; 2,3- нижняя и верхняя шестерня; 4- коробка шестерённой клети; 5- подшипники; 6,7- нижний и верхний соединительные шпиндели; 8,9- подшипники шпинделей; 10- опорный рычажной механизм подшипника 9; 11- уравновешивающий груз; 12- электродвигатели нажимного и уравновешивающего механизма; 13- вагонетка для окалины.
Рисунок 41 – Блюминг
Различаются станы и по расположению рабочих клетей. Имеются станы с клетями, расположенными в одну линию (по одной оси) с общим двигателем и одинаковой скоростью вращения. Это является главным недостатком такой системы, так как не обеспечивает основного условия высокопроизводительной прокатки — увеличения скорости от первых пропусков к последующим. Черновые клети, обжимающие короткие заготовки с большим поперечным сечением требуют меньшей скорости вращения, чем чистовые клети, в которых получается окончательный профиль. При расположении станов в две линии этот недостаток несколько уменьшается, так как обжимная клеть выделена в особую линию. Скорость второй линии с черновыми и чистовыми клетями больше, чем первой.
Прокатные станы имеют разнообразные конструкции и различную мощность, от крупных обжимных станов, позволяющих вести прокатку стальных слитков, и до прецизионных станами холодной прокатки, дающими металлическую ленту и фольгу толщиной в десятые и сотые доли мм.
Прокатка полос, листов и фольги производится в валках цилиндрической формы с гладкой рабочей поверхностью (рисунок 42). Для прокатки сортового металла, проволоки и специальных профилей применяют калиброванные валки, на рабочей поверхности которых имеются вырезы-ручьи. Совмещенные ручьи одной пары валков образуют калибры (рисунок 43). Последовательным пропусканием прокатываемой заготовки через серию калибров осуществляют постепенное обжатие и изменение профиля и размеров заготовки. Валки монтируются в подшипниках на опорах станин и получают вращательное движение от электродвигателя. Станины вместе с валками составляют рабочую клеть прокатного стана.
Рисунок 42 – Схема прокатки листа
Рисунок 43 – Калибры валков
Прокатку металлов крупных и средних профилей ведут в горячем состоянии. Для получения тонкой проволоки (d<5 мм), тонкого листа и ленты используют станы холодной прокатки. Холодная прокатка по сравнению с прокаткой в горячем состоянии обеспечивает значительно более высокую точность и чистоту поверхности готовых изделий. Исходный горячекатаный лист или проволоку перед холодной прокаткой очищают от окалины травлением в кислотных ваннах с последующей промывкой и сушкой горячим воздухом. Для снятия наклепа, возникающего при холодной прокатке, применяют промежуточные отжиги в нормализационных печах или в печах с защитной атмосферой. Для холодной прокатки листов и ленты обычно применяют многовалковые станы. Прокатку особо тонких лент производят на специальных станах, y которых деформирующими элементами являются рабочие ролики диаметром 6—15 мм из металлокерамического сплава.
Режимы прокатки (необходимые удельные давления, степени деформации, скорость прокатки) выбирают в зависимости от пластических свойств деформируемого сплава. Медные и алюминиевые сплавы обладают высокой пластичностью и хорошо прокатываются в горячем и холодном состоянии. Слитки из алюминиевых сплавов сна; чала катают в горячем состоянии на прутки диаметром 90—100 мм, а затем — на листы толщиной 3—6 мм, из которых холодной прокаткой получают тонкий лист (0,3—0,5 мм) и фольгу. Относительное обжатие при прокатке алюминиевых сплавов, а также латуней, выбирают в пределах 65—95%- Скорости прокатки обычно высокие: до 10 м/с и более.
Бронзы также могут быть обработаны прокаткой в холодном и горячем состоянии, но с несколько меньшими обжатиями. При горячей прокатке слитков степень деформации составляет 50—55% при скоростях прокатки 0,55—2,3 м/с. Холодной прокаткой получают из бериллиевой бронзы ленты толщиной 0,10—0,15 мм.
Магниевые сплавы обладают пониженной пластичностью, поэтому слитки перед прокаткой подвергают прессованию с обжатием не менее 80—90% для измельчения зерна. Прессованные прутки катают в горячем состоянии на листы 0,8—10 мм с обжатием за один проход 10— 15% и скоростью ~0,9 м/мин. Горячекатаные листы отжигают и подвергают холодной прокатке для повышения механических свойств и получения чистой поверхности.
Нержавеющие, жаропрочные и другие сложнолегированные стали и сплавы имеют сопротивление деформации в 4—6 раз выше, чем обычные конструкционные стали. Поэтому для прокатки этих материалов требуется применение более высоких удельных давлений при минимальных скоростях прокатки. Допустимые обжатия понижают до 50—60%, а в начале деформации — до 25%.
Горячая прокатка титана и его сплавов ведется с нагревом в среде инертного газа и также требует высоких удельных давлений с обжатиями 20—40%. Дальнейшей холодной прокаткой с обжатиями 12—20% из листа титанового сплава толщиной 5—7 мм можно получить лист 0,5—1,0 мм, а для некоторых марок — до 0,2 мм толщиной.