10.3. Прокатка: схемы процесса, продукция, оборудование и инструмент
Прокатка представляет собой механическую обработку металлов путем обжатия между вращающимися валками прокатного стана с целью уменьшения сечения прокатываемого слитка или заготовки и придания им заданной формы (профиля).
Прокатке подвергают до 90 % всей выплавляемой стали и большую часть цветных металлов. По расположению валков различают прокатку продольную, поперечную или винтовую (рис. 10.7).
Рис. 10.7. Схемы продольной (а), поперечной (б) и винтовой (в) прокатки: 1 – заготовка; 2, 3 – валки
При поперечной прокатке металлу придаётся вращательное движение относительно его оси и, следовательно, он обрабатывается в поперечном направлении. При винтовой прокатке вследствие косого расположения валков металлу кроме вращательного придаётся ещё поступательное движение в направлении его оси.
Наиболее распространенным в практике является процесс продольной прокатки металла между двумя принудительно вращающимися валками (рис. 10.7а).
Основная часть проката (заготовка, сортовой и листовой металл, трубы, шары и т. д.) производится горячей прокаткой. Холодная прокатка применяется главным образом для производства листов и ленты толщиной менее 6 мм, прецизионных сортовых профилей и труб.
Все типы машиностроительных профилей, получаемых прокаткой, можно разделить на пять групп: сортовые профили простой геометрической формы (квадрат, круг, шестигранник, прямоугольник) и фасонные (швеллер, рельс, тавр и т. д.); листовой металл; трубы; специальные виды проката (колеса, шары, бандажи и др.); профили, имеющие периодически изменяющиеся форму и площадь поперечного сечения вдоль оси заготовки (рис. 10.8).
Рис. 10.8. Примеры профилей сортового проката: 1 – квадратный, 2 – круглый, 3 – полосовой, 4 – угловой, 5 – двутавровый, 6 – швеллерный, 7 – железнодорожный рельс, 8 – трамвайный рельс, 9 – тавровый, 10 – шпунтовый, 11 – полоса для башмаков тракторных гусениц, 12 – полоса для ободьев колес грузовых
автомобилей, 13 – полоса для турбинных лопаток
Прокатка металла осуществляется с помощью системы машин и агрегатов, называемой прокатным станом (рис. 10.9).
Рис. 10.9. Схема устройства прокатного стана: 1– электродвигатель, 2 – упругая муфта, 3 – редуктор, 4 – главная муфта, 5 – шестеренная клеть, 6 – шпиндели, 7 – рабочие валки
Основной частью прокатного стана является рабочая клеть. В подшипниках станины рабочей клети вращаются рабочие валки 7. Подшипники верхнего валка могут перемещаться специальным нажимным устройством для изменения расстояния между валками и регулирования взаимного расположения их осей. Вращение валкам передается от электродвигателя 1 через упругую муфту 2, редуктор 3, главную муфту 4, шестеренную клеть 5 и шпиндели 6. Для соединения шпинделей с прокатными валками рабочей клети и валами шестеренной клети служат соединительные трефовые муфты.
По назначению прокатные станы подразделяют на пять типов: 1) обжимные и заготовочные (блюминги, слябинги, заготовочные сортовые, трубозаготовочные); 2) сортовые (рельсобалочные, крупно-, средне- и мелкосортовые, проволочные); 3) листовые; 4) трубопрокатные; 5) специальные.
Блюминг – это высокопроизводительный прокатный стан для обжатия стальных заготовок большого сечения массой от 1 до 12 т в стальные заготовки квадратного сечения со стороной свыше 140 мм, предназначенные для дальнейшей прокатки. Производительность блюмингов – около 2 млн. т в год или около 400 т/ч.
Стальные заготовки прямоугольного сечения шириной от 400 до 2500 мм и толщиной от 75 до 600 мм, предназначенные для последующего листового проката, называют слябами, а прокатные станы для переработки крупных стальных слитков в слябы – слябингами.
Инструментом для прокатки являются валки (рис. 10.10).
Рис. 10.10. Прокатные валки: а – гладкий валок для листа; б – ручьевой валок для сортового проката: 1 – бочка, 2 – шейки, 3 – трефы
Прокатный валок имеет рабочую часть 1, называемую бочкой, шейки 2, опирающиеся на подшипники станины клети, и трефы 3 для передачи крутящего момента. Бочка валка может быть гладкой (рис. 10.10а) для прокатки листов или ручьевой (рис. 10.10б) для получения сортового проката.
Ручьем называют кольцевой вырез на боковой поверхности валка. Ручьи верхнего и нижнего валков образуют калибры (рис. 10.10в). Калибр называют открытым, если линия раздела проходит по оси симметрии, параллельной оси валков, и закрытым, если линия раздела является ломаной и смещенной на одну из границ калибра.
Кроме рабочих валков, непосредственно осуществляющих деформацию металла, в прокатных станах часто используются также опорные валки. Это позволяет применять рабочие валки меньшего диаметра, благодаря чему снижается усилие деформирования.