8. Теоретические основы прокатки
Прокаткой называется процесс деформации металла путём сдавливания (обжатия) его между двумя вращающимися валками. При прокатке уменьшается толщина заготовки – сляба, блюма или полосы – и увеличивается ее длина и ширина (частично), а в ряде случаев изменяется и первоначальная форма заготовки. Некоторые виды профилей, получаемые прокаткой, показаны на рис. 9.
Рис. 9. Виды профилей, получаемые прокаткой
Прокатка является одним из наиболее распространенных видов обработки металлов давлением. В настоящее время прокатке подвергается 75–80 % всей выплавляемой стали и 55 % выплавляемого цветного металла. Широкое применение прокатки объясняется рядом преимуществ её по сравнению с другими видами обработки давлением (прессованием, волочением), а также высокой производительностью и меньшей стоимостью изготовления изделий.
Имеются три основных вида прокатки: продольная, поперечная и косая, как показано на рис. 10.
Рис. 10. Основные способы прокатки:
а – продольная; б – поперечная; в – косая; 1– рабочие валки; 2 – металл
При продольной прокатке металл деформируется (обжимается) между двумя валками, вращающимися в разные стороны, и перемещается перпендикулярно осям валков; при этом уменьшается площадь поперечного сечения заготовки и увеличивается (главным образом) её длина. Этот способ имеет наибольшее распространение и используется при изготовлении профильного и листового проката.
При поперечной прокатке валки, вращаясь в одном направлении, придают вращение заготовке, которая деформируется вдоль оси валков.
При косой прокатке благодаря расположению валков под углом заготовка кроме вращательного движения имеет ещё и поступательное. С помощью такой прокатки получают пустотелые заготовки для бесшовных труб и периодический прокат, представленный на рис. 24. При прокатке металл подвергается деформации только на некотором участке, который по мере вращения валков и движения заготовки вперёд перемещается по прокатываемому металлу. Этот участок называется очагом деформации, он представлен на рис. 11 и характеризуется продольным и поперечным сечением.
Форма поперечного сечения очага деформации зависит от формы поперечного сечения прокатываемого профиля и может быть самой различной: квадратной, прямоугольной, круглой, овальной и т.д.
Длина дуги захвата рассчитывается по формуле:
.
(11)
Часто длину дуги
ввиду сравнительно небольшого угла
захвата заменяют длиной хорды
.
Длину хорды легко определить из
рассмотрения подобия треугольников
АВС и АВЕ, что видно из рис. 11:
.
(12)
Из прямоугольного треугольника АВС находим, что длина очага деформации равна:
АС=
.
(13)
Ввиду того, что при применяемых на
практике углах захвата второй член
подкоренного выражения в этом уравнении
весьма мал по сравнению с первым, величина
может быть принята равной
.
Уменьшение толщины заготовки при прокатке называется линейным или абсолютным обжатием, т.е.
.
(14)
Отношение абсолютного обжатия к первоначальной толщине, выраженное в процентах, называется относительным обжатием и представляет собой степень деформации при прокатке:
.
(15)
Рис. 11. Сечение очага деформации:
а – продольное сечение; б – поперечное сечение
Разность между шириной полосы до и после прокатки называется абсолютным уширением
,
(16)
а отношение абсолютного уширения к первоначальной ширине – относительным уширением (характеризует деформацию по ширине)
.
(17)
Отношение длины заготовки после прокатки L1 к длине до прокатки L, характеризующее продольную деформацию, называется коэффициентом вытяжки
.
(18)
Важнейшими параметрами, необходимыми при проектировании технологического процесса прокатки, являются степень деформации u и коэффициент вытяжки μ.