Глава 10. Современные технологии обработки металлов давлением

Обработка металлов давлением — технологический процесс получения заготовок или деталей в результате силового воздействия инструмента на обрабатываемый материал.

Процессы обработки металлов давлением по назначению подразделяют на два вида:

для получения заготовок постоянного поперечного сечения по длине (прутков, проволоки, лент, листов), применяемых в строительных конструкциях или в качестве заготовок для последующего изготовления из них деталей — только обработкой резанием или с использованием предварительного пластического формоизменения, основными разновидностями таких процессов являются прокатка, прессование и волочение;

для получения деталей или заготовок (полуфабрикатов), имеющих приближённо формы и размеры готовых деталей и требующих обработки резанием лишь для придания им окончательных размеров и получения поверхности заданного качества; основными разновидностями таких процессов являются ковка и штамповка.

10.1 Прокатка

Прокатка — один из самых распространённых видов обработки металлов давлением. Заключается в обжатии металла между двумя, реже тремя, вращающимися в разные стороны валками. Силами трения заготовка затягивается в зазор между валками и обжимается по высоте. Тангенс угла захвата равен коэффициенту трения. После прокатки отношение площади сечения заготовки к площади сечения готового профиля равно отношению длины готового профиля к длине исходной заготовки ( то есть объем при прокатке не изменяется) без учёта потерь по переделу и называется коэффициентом вытяжки.

Прокаткой получают прокат различного назначения.

Если температура прокатки выше температуры рекристаллизации, то прокатку называют горячей. Если температура прокатки ниже температуры рекристаллизации, то прокатку, в зависимости от температуры, называют тёплой, либо холодной.

10.2 Определение и классификация процессов прокатки

Прокаткой называют процесс пластическая деформирования тел между вращающимися приводными валками. Приводные валки 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.

Рис.10.1Простейшая 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.

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» (рис.2). 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 опр.формы, но и в значительной степени способствует повышению мех.свойств металла.

Рис.10.2.Прокатка в гладких валках

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 яв-ся 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.

Рис.10.3.Поперечная прокатка

Поперечную прокатку, испытывают в металлургии и машиностроении для производства валов, осей, втулок, шестерен и другие 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.