Определение и классификация процесса 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 и через неприводные (холостые) валки, но это уже будет не процесс прокатки, а процесс волочения. На рис. 1 представлена простейшая и основная схема процесса прокатки. 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.

Рис. 1. Схема процесса прокатки (1 – валки, 2 – полоса).

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. Некоторые из них в дальнейшем используются при изготовлении художественных изделий (профили прямоугольного и круглого поперечного сечения, лист и т.д.). При листовой прокатке изделий применяют валки, рабочая часть (бочка) которых имеет форму круглого цилиндра (прокатка на гладкой бочке). При производстве более сложных (сортовых) профилей применяют калиброванные валки, и деформация полосы происходит в калибрах. В зависимости от того какой профиль имеет калибры, такое поперечное сечение получается в полосе после прокатки (рис. 2).

Рис. 2. Форма валков для прокатки на гладкой бочке (слева) и

сортовых профилей (справа).

Как и другие способы обработки давлением прокатка бывает горячей и холодной. Горячая прокатка распространена шире, чем холодная, так как 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.

Процессы прокатки 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 осям валков, то прокатку называют продольной (рис. 1). При таком способе прокатки полоса перемещается только вперед, т.е. совершает только поступательное движение. Продольная прокатка является наиболее распространенной - около 90% всего проката получают этим способом.

Если ось прокатываемого тела параллельна оси валков, то прокатку называют поперечной. При этом 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 (рис.3). В продольном направлении обрабатываемое тело не перемещается (если нет специальных тянущих устройств). Боковые ролики 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.

Рис. 3. Схема поперечной прокатки (1 – рабочие валки, 2 – вспомогательные ролики, 3 – прокатываемая заготовка).

Если оси валков располагаются под углом друг к другу и к оси прокатываемой круглой заготовки, то такая прокатка называется косой или винтовой. Косая прокатка занимает промежуточное положение между поперечной и продольной. Благодаря такому расположению валков заготовка в процессе прокатки совершает не только вращательное, но и поступательное движение. Точки на поверхности заготовки движутся по ви-нтовой 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 - гильзу. Процесс косой прокатки на прошивном стане схематично показан (рис. 4).

Рис. 4. Схема косой (винтовой) прокатки (1 – валки, 2 – прошивающая оправка, 3 –линейки, 4 – заготовка, 5 – гильза-труба).

Для образования в заготовке отверстия правильной формы между валка-ми устанавливается оправка, закрепленная на стержне. Линейки служат для удержания заготовки в валках.

Процессы прокатки подразделяют также на симметричные и несим-метричные. Симметричной прокаткой называют такой процесс, при котором воздействие каждого из валков на обрабатываемое тело является совершенно одинаковым, идентичным. Если это условие нарушается, то прокатку назы-вают несимметричной. К числу несимметричных процессов относятся: про-катка в валках неравного диаметра, прокатка с одним приводным валком, прокатка при различных окружных скоростях валков, прокатка при неравно-мерном (несимметричном) распределении механических свойств по высоте полосы (поясните, пожалуйста, каким образом это достигается!), прокатка при различных условиях трения на валках и др.

Важной характеристикой 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 или подпором концов полосы. Силы натяжения или подпора создаются смежными прокатными клетями, намоточно-натяжными барабанами или другими устройствами. На рис. 5 показаны силы натяжения (а) и подпора (б) при прокатке: 1 - заднее натяжение; 2 – переднее натяжение; 3 - задний подпор; 4 -передний подпор.

Рис. 5. Схема несвободной прокатки: а – переднее и заднее натяжение;

б – передний и задний подпор.