1 Прокатка

Сущность процесса прокатки заключается в том, что заготов­ка или слиток вследствие действия сил трения втягивается вра­щающимися валками в зазор между ними и обжимается.

Различают три вида прокатки: продольную, поперечную и ко­сую (винтовую).

При продольной прокатке слиток или заготовка втягивается в зазор между валками, вращающимися в разные стороны(рис. 158), обжимается по высоте и увеличивается по длине и ширине; при этом сечение заготовки принимает форму зазора (калибра) между валками.

Для втягивания заготовки валками необходимо, чтобы меж­ду ними и заготовкой действовали силы трения достаточной ве­личины. Условие захвата металла валками имеет вид (см. гл. IV):

или

где — угол захвата;

— угол трения.

Следовательно, захват произойдет в том случае, если угол захвата равен или меньше угла трения.

Следовательно, возможное абсолютное обжатие при данном диаметре валков тем больше, чем больше угол трения или коэф­фициент трения. Для интенсификации процесса прокатки (повы­шение обжатий) трение иногда искусственно (насечка и навар­ка валков) увеличивают в начальных стадиях прокатки слитков.

Однако трение, как указано выше, при обработке давлением и, в частности, при прокатке играет отрицательную роль; оно повышает потребное усилие, увеличивает неравномерность де­формации и т. д. Поэтому при дальнейшей прокатке с уменьше­нием высоты полосы, уменьшением в связи с этим абсолютных обжатий и облегчением условий захвата принимают меры (шли­фовка и полировка валков, смазка их поверхности) для умень­шения коэффициента трения до минимальных значений, обеспе­чивающих захват.

В этом проявляется особая, двойственная роль трения при

Следует отметить двойственную роль и диаметра валков. По условию захвата целесообразно принимать большой диаметр валков. Однако чем больше диаметр валка, тем больше удельное и полное давление, больше уширение. Поэтому с уменьшением сечения и абсолютного обжатия диаметр валков уменьшают.

Качественно процесс прокатки в каждый момент времени можно рассматривать как процесс осадки металла между кри­волинейными наклонными бойками. Однако внешние зоны (жест­кие концы, по терминологии И. М. Павлова (9, 24]) перед зоной деформации и за ней существенно влияют на силовые и дефор­мационные условия прокатки от осадки и аналогия здесь только качественная.

При прокатке, как и при осадке, уменьшаются размеры за­готовки по высоте (толщине) и увеличиваются по длине (вытяж­ке) и ширине (уширение).

Течение металла по длине в отношении валков в результате осадки происходит как в направлении прокатки, так и в проти­воположном (назад). Поэтому скорость выхода металла из вал­ков больше, а скорость входа — меньше окружной скорости валков:

. v_H < v₀ < v_h,

где v_H, Vh — скорость металла на входе в зону деформации и на

выходе из нее;

Vo — окружная скорость валков.

На выходе из зоны деформации металл опережает валки. Это явление называют опережением. На входе в зону деформации металл отстает от валков. Это явление называют отставанием.

Таким образом, зона деформации делится на две зоны; опе­режения и отставания. Границей между ними является нейтраль­ное сечение, в котором скорость металла и горизонтальная со­ставляющая окружной скорости валков равны между собой. В нейтральном сечении металл не перемещается относительно валков. Положение нейтрального сечения определяется цен­тральным углом (рис.159).

При поперечной прокатке цилиндрическую заготовку помеща­ют между валками с параллельными осями, вращающимися в одну сторону (рис. 161). В процессе прокатки валки сближают­ся, заготовка вращается вокруг своей оси, диаметр ее умень­шается, длина увеличивается. Подробный теоретический анализ процесса поперечной прокатки и описание различных типов ста­нов дал В. С. Смирнов [97, 98].

Поперечная прокатка осуществляется при резко выраженной неравномерности деформации. Пластическая деформация охва­тывает очень небольшую область по ширине и глубине сечения заготовки. Схематически можно представить зону пластической деформации локализованной в объемах ЛЕВ и CFD (рис. 162). В этих объемах основные напряжения следующие: , создавае­мое давлением валков, осевое напряжение и перпендикуляр­ное к ним — сжимающие. В объемах АОС и BOD напряжения — сжимающее, и — растягивающие, вызванные раскли­нивающим действием объемов АЕВ и CFD.

При вращении заготовки и ее обжатии наружные слои рас­катываются на внутренних, как на оправке, стремятся умень­шить толщину и увеличить длину и диаметр.

Наружные слои заготовки стремятся отслоиться от внутрен­них. Однако вследствие целостности заготовки этого не происхо­дит, но появляются дополнительные напряжения сжатия в пери­ферийных слоях и растяжения в центральных.

Дополнительные напряжения растяжения суммируются с ос­новными и в результате в центральной части заготовки будут действовать рабочие напряжения растяжения и . Схема на­пряженного состояния в этом случае имеет два напряжения ра­стяжения. По мнению В. С. Смирнова, дополнительные напря­жения в центральной части сечения заготовки могут быть по абсолютной величине больше основных сжимающих. Поэтому в центральной части заготовки получается схема всестороннего растяжения.

Схема напряженного состояния с напряжениями растяжения по двум осям и тем более схема всестороннего растяжения, как указано выше, являются неблагоприятными для пластической деформации. При этих схемах велика вероятность хрупкого раз­рушения и действие механизма пластической деформации (сдвиг по плоскостям максимальных касательных напряжений) затруд­нено вследствие небольшой разницы между растягивающими рабочими напряжениями в центре заготовки, благодаря чему ка­сательные напряжения малы.

В результате такой схемы напряженного состояния при по­перечной прокатке в центральных слоях заготовки появляются разрывы и образуется полость даже при малых степенях дефор­мации.

Поперечная прокатка не получила большого распростране­ния, но ее применяют при прокатке периодических профилей ча­сто в сочетании с косой (винтовой) прокаткой.

При косой прокатке заготовка, как и при поперечной прокат­ке, получает вращательное движение от валков, вращающихся в одну сторону. Кроме того, заготовка получает поступательное движение в направлении своей оси. В результате сложения этих движений каждая точка заготовки (за исключением точек на ее оси) движется по винтовой линии. Схемы косой прокатки приве­дены на рис. 163 [99].

Поступательное движение заготовки на станах с бочкообраз­ными и грибовидными валками обеспечивается тем, что оси вал­ков не лежат в одной плоскости, они перекрещиваются. В станах с дисковыми валками оси дисков лежат в одной плоскости и па­раллельны между собой; ось заготовки смещена от осевой плос­кости валков.

Благодаря поступательному движению заготовка втягивает­ся в суживающийся зазор между валками и получает обжатие по диаметру, при этом в заготовке может образоваться по­лость.

Косую прокатку применяют при производстве труб для про­шивки заготовки, в результате чего из сплошной заготовки или слитка получается полая заготовка — гильза.

В настоящее время процесс прокатки осуществляют так, что­бы полость самопроизвольно не образовалась, так как это при­водит к получению плохой внутренней поверхности (пленистой) гильзы и трубы. Для предотвращения образования полости оправ­ку устанавливают надлежащим образом. Заготовка при прокат­ке надвигается на оправку, прошивается и затем прокатывается между валками и оправкой.

При косой прокатке заготовка скручивается в результате того, что по мере проникновения заготов­ки в зев валков число оборотов ее сечений повышается в связи с увеличением диаметра валков и уменьшением диаметра заго­товки.

В последнее время получила большое развитие поперечная и поперечно-винтовая прокатка периодических профилей, представ­ляющих собой тела вращения. Эти процессы разрабатывают со­трудники ВНИИМЕТМАШ под руководством А. И. Целикова.

Поперечно винтовая прокатка,периодических профилей име­ет две разновидности [95, 98]: прокатка в винтовых калибрах и прокатка в трехвалковых станах.

Прокаткой в винтовых калибрах получают трубы с попереч­ными и винтовыми ребрами, шары, ролики, велосипедные втулки и т. п. Сущность прокатки в винтовых калибрах ясна из схемы прокатки шаров (рис. 164) и ребристых труб (рис. 165) [95].

Схемы поперечно-винтовой прокатки периодических профи­лей на трехвалковых станах представлены на рис. 166. Три косольных валка вращаются в одну сторону. Цилиндрическая за­готовка, находящаяся между валками, получает вращательное движение от валков и поступательное от зажимного патрона.

Валки могут сближаться и раздвигаться с помощью гидравличе­ских цилиндров по закону, задаваемому копировальной линей­кой, прикрепленной к зажимному патрону.