Вальцовка листового металла: особенности процесса

Главная страница » Металлообработка » Правка металла

Правка листового металла на специальном механическом оборудовании. Фото Подольский завод оборудования

В технологическом процессе изготовления некоторых изделий правка является обязательной операцией с целью их качественного изготовления. Если таких изделий требуется целая серия, то необходимо обеспечить производительность правильной операции. Здесь на помощь приходит специальное оборудование, конструкция которого преобразовывает механическую энергию в действия направленные на исправление дефектных заготовок. На этой странице идет речь о механическом оборудовании, о ручном инструменте для правки смотрите отдельную статью.

Для чего необходимо это оборудование

Потребность в таком прочном и надежном материале как металл постоянно растет, что приводит к необходимости открытия новых металлургических предприятий и модернизации уже работающих. Список отраслей промышленности, в которых без применения металла просто не обойтись, можно продолжать до бесконечности. Это машиностроение, автомобиле- и судостроение, строительная сфера и многие другие.

Для того чтобы металлическая руда превратилась в металлопрокат определенной марки, необходимо выполнить массу основных и вспомогательных операций, для каждой из которых используется специальное оборудование. Одним из основных типов металлургического оборудования, на котором в результате пластической деформации из раскаленной заготовки получается лист металла, является прокатный стан. Именно на нем производится основной объем работ, выполнением которых занимаются металлургические предприятия.

Характеристика процесса вальцевания

Принципиальная особенность вальцовки листового металла состоит в том, что процесс деформирования происходит по всей контактной поверхности. Это немного снижает производительность, но повышает стойкость прокатных рабочих валиков. К преимуществам вальцовки металла можно отнести:

  1. Снижение эксплуатационных расходов на оснастку и оборудование.
  2. Увеличение эксплуатационного срока инструментов и станков.
  3. Эффективное использование в условиях единичного и мелкосерийного производства.
  4. Снижение потерь от брака.
  5. Низкую стоимость вальцовочной машины в сравнении с гидравлическим или механическим прессом. Затраты на ее приобретение окупаются в течение полугода активного использования.

В процессе выполнения вальцовки оператор может изменять скорость деформирования металла. При других формовочных операциях штамповки это не всегда возможно.

Вальцовку листа металла можно выполнять в нескольких вариантах:

  • в поперечном направлении подачи заготовки;
  • в продольном направлении;
  • при винтовой подаче.

Первый вариант используется для получения коротких труб, второй — длинных.

Процесс листовой вальцовки характеризуется следующими особенностями:

  1. Деформирование производится крутящим моментом, а не усилием. Значение крутящего момента зависит от условий контактного трения, диаметра рабочих валиков и физико-математических характеристик материала.
  2. При выполнении операции скорость вальцовки не влияет на энергетические затраты, напротив, при увеличении показателя рабочее усилие процесса снижается.
  3. Трение между валками напрямую зависит от поверхности. Снижение шероховатости приводит к снижению трения. Поэтому при постоянной эксплуатации вальцовочных машин необходимо периодически шлифовать поверхность оснастки.

При вальцовке стального изделия до 6 мм толщиной исходный металл обрабатывается в холодном состоянии. Если работают с деталями из толстолистового материала, применяют предварительный подогрев. Вальцовочную машину в таких случаях устанавливают возле печей с безокислительной нагревательной системой. Благодаря этому процесс образования поверхностной окалины снижается.

Если производят деформацию горячекатаного листового проката, перед вальцеванием правят лист. Это оговаривается техническими требованиями ГОСТа.

Разновидности прокатных станов

Как мы уже выяснили, прокатный стан — это оборудование, на котором за счет последовательно выполняемых операций металлическая заготовка превращается в сортовой прокат с требуемыми геометрическими параметрами. В зависимости от параметров конечного продукта, эти машины могут быть нескольких типов. Заготовочные и обжимные (слябинги и блюминги) предназначены для получения из крупного слитка металла заготовки, которая поступает для дальнейшей обработки на специальное прокатное устройство. К оборудованию последнего вида, на котором уже получают металлический прокат требуемой конфигурации, относятся сортовые, трубные и проволочные станы.

К категории сортовых станов относится оборудование для производства различных видов проката. Так, это могут быть станы для производства листовой стали, уголков, швеллеров, рельсов и др. В зависимости от своих функциональных возможностей, такие станы могут быть крупно- и среднесортными, рельсопрокатными и категории MPS, на которых получают профили различного сечения. Листовые прокатные станы, способные обрабатывать заготовки методом холодного или горячего деформирования, используются для получения металлических плит (толщина 50–350 мм), листового металла (3–50 мм) и полос (1,2–20 мм). Готовые изделия после производства сматываются в рулоны массой до 50 тонн.

Классификация прокатных станов, на которых производятся различные виды бесшовных труб, разделяет их на следующие категории:

  • непрерывно-удлинительные, на которых производят трубы сечением до 110 мм;
  • короткоправочные станы, необходимые для производства труб диаметром 60–450 мм;
  • оборудование трехвалкового типа — для изготовления толстостенных труб диаметром 35–200 мм (трубы, получаемые на таком оборудовании, отличаются пониженной степенью разностенности);
  • пилигримовые станы, используемые для изготовления бесшовных труб значительного диаметра (400–700 мм).

Прокатная клеть листопрокатного стана

На современных предприятиях применяются также станы деталепрокатного или специального типа. Используются они для производства профильных и трубных заготовок, длина которых не превышает 3 метров. Кроме того, возможности такого оборудования позволяют изготавливать с его помощью заготовки в виде шаров, гнутых профилей, зубчатых колес, винтов, труб с ребристым сечением и др. Доработка заготовок осуществляется уже на предприятиях, которые используют их для производства своей продукции.

Что такое прокатка

Прокаткой называют вид обработки давлением, при котором металл пластически деформируется вращающимися гладкими или имеющими нужные канавки (ручьи) валками. Взаимное расположение валков и заготовки, форма и число валков могут быть различными. При этом получают прокат — готовые изделия или заготовки для последующей обработки ковкой, штамповкой, прессованием, волочением или резанием.
Прокатке подвергается 75. . .80 % выплавленной стали. Прокатка (рис. 1) бывает продольной (а), поперечной (б), поперечно-винтовой (в). Слитки сначала поступают на мощные обжимные станы продольной прокатки: прямоугольные — на слябинги — для получения слябов — прямоугольных заготовок, квадратные — на блюминги для получения блюмов — балок квадратного сечения со стороной от 450 до 150 мм.

Виды прокатки

Рис. 1. Виды прокатки: а — продольная; б — поперечная; в — поперечно-винтовая

Слябы поступают на листовые станы продольной прокатки, имеющие гладкие валки. Горячекатаная толстолистовая сталь имеет толщину от 4 до 160 мм с допуском 16-18-го квалитета. Для тонколистовой стали характерен интервал толщин 4. . . 0,2 мм. Листы толщиной менее 0,2 мм называются фольгой Холоднокатаная сталь толщиной 5. . . 0,2 мм (допуск по 12-15-му квалитетам) имеет низкую шероховатость поверхности (Ra = l,6. . . 0,2 мкм).

Блюмы поступают на заготовочные станы, производящие заготовку — квадрат со скругленными углами, идущий на сортовой горячекатаный прокат (рис 2) простой формы: квадратный (а) со стороной до 200 мм, круглый (б) диаметром до 250 мм, полосовой (в) прямоугольного сечения размерами до 200 х 60 мм, шестигранный (г) и др. — и фасонный: угольники (д), тавры (е), двутавры (ж), швеллеры (з), рельсы (и) и др. Точность поперечного размера сортового горячекатаного проката соответствует 13-17-му квалитету.

Профили сортовой стали

Рис. 2. Профили сортовой стали: а — квадратный; б — круглый; в — полосовой; г — шестигранный; д — угольник; е — тавр; ж — двутавр; з — швеллер; и — рельс

Периодический прокат (рис. 3, а) имеет переменную по длине площадь поперечного сечения и является заготовкой для массового и крупносерийного производства.

Специальный прокат, так же как и периодический, предназначен для изготовления конкретной детали, например колеса железнодорожного транспорта (рис. 3, б).

Прокатка

Рис. 3. Прокатка: а — периодическая; б — специальная

Круглые слитки поступают на прошивные станы продольновинтовой прокатки (рис. 4, а), где в заготовке 2 при обжатии ее в валках 1 вскрывается полость, выглаживаемая пробкой 3. Между основными валками заготовка удерживается с помощью поддерживающих валков 4. В результате получается бесшовная гильза, которая затем на автоматических (рис. 4, б) или на пилигримовых станах (рис. 4, в) прокатывается в бесшовные трубы.

Прокатка бесшовных труб

Рис. 4. Прокатка бесшовных труб

Составные элементы прокатного стана

Конструкция любого прокатного стана включает в себя три основных элемента: так называемые рабочие клети, передаточные устройства и приводные электродвигатели. Валки, по которым перемещается листовой или профильный металл, входят в состав рабочих клетей. Также они включают в себя установочные механизмы, станины, плитовины и проводки. Движение всех рабочих частей прокатного стана обеспечивают мощные электродвигатели, которые соединяются с ними посредством элементов передаточного устройства: муфт, шпинделей и шестерен.

Следует знать, что основной характеристикой прокатных станов заготовочного и обжимного типа является диаметр рабочего валка. Если же в процессе обработки заготовки используется сразу несколько рабочих клетей, то в качестве такой характеристики используется диаметр валка, на котором выполняется финишная операция.

Сортовой прокатный стан, где получают изделия сложной формы и с достаточно точными геометрическими параметрами, включает в себя сразу несколько клетей, через которые прокат проходит последовательно в процессе своей обработки.

На современных предприятиях сегодня применяют универсальные прокатные станы, оснащенные 3-мя или 5-ю рабочими клетями. Часть валков таких станов (2–3) имеет диаметр 1350 мм, остальные — 800 мм. Оборудование для получения листового проката значительной толщины, как правило, оснащается одной или двумя рабочими клетями. Рабочая ширина таких станов, формируемая длиной валков, находится в диапазоне 3,5–5,5 метров. Стан для листового металла, чаще всего, оснащается дополнительными рабочими клетями с вертикальными валками, которые обеспечивают обжатие боковых кромок формируемого листа металла. Листовой металл в виде полос производится на устройстве, оснащенном 10–15 рабочими клетями, оборудованными горизонтальными валками с длиной 1,5–2,5 метров и вертикальными валками для обжимания торцов.

У прокатного стана, как видно из его конструкции, может быть значительная длина. Наиболее примечательно в этом плане трубопрокатное оборудование, в состав которого включено одновременно три стана. На первом из них выполняется прошивка отверстия в металлической заготовке, на втором — вытяжка заготовки в трубу, на третьем — калибровка, которая осуществляется для придания готовому изделию требуемого диаметра. На деталепрокатных станах заготовка подвергается как винтовой, так и поперечной обработке.

Устройство прокатного стана

Преимущества ротационной гибки на вальцах

В процессе деформировании металла на машинах ротационного действия (какими и являются вальцы) основное деформирующее усилие прикладывается не одновременно ко всей поверхности заготовки, а постепенно, по мере того, как в очаг деформации вовлекаются все новые объемы металла. В результате усилие значительно уменьшается, а некоторое снижение производительности гибки в большинстве случаев некритично. Кроме того, сам принцип работы листогибочных вальцев настолько прост, что для самостоятельного изготовления вальцовочного станка не потребуется существенных затрат труда и исходных материалов.

Последовательность операций листовой вальцовки заключается в следующем:

  1. Исходную заготовку (лист или широкая полоса) заправляют в начальный зазор между рабочими валками.
  2. Опускают подвижный валок до надежного прижима заготовки к нижним валкам.
  3. Проворачивая подвижный валок, изгибают заготовку. Количество оборотов инструмента может быть разным — все зависит от ровности поверхности заготовки.
  4. Когда нужное качество гибки достигнуто, деталь извлекают из валков.

Таким способом можно получать продукцию типа цилиндров и конических деталей, производить правку полос и т.д. Усилие ротационной вальцовки невелико, поскольку трение в ходе штамповки минимально, и необходимо лишь для фиксирования заготовки в валках. Более существенен крутящий момент, но и его значения относительно малы. Они определяются только величиной плеча приложения усилия. Более заметно на усилие процесса влияют физико–механические характеристики материала, и его толщина (для толстолистовых заготовок резко возрастает момент сопротивления сечения). Поэтому ротационная вальцовка выгодна для малоуглеродистой стали толщиной не более 4 мм, жести, алюминия и других высокопластичных металлов и сплавов.

Ввиду малости усилий и моментов, вальцы своими руками в большинстве случаев обходятся без электродвигателя. Более того, электромеханический привод приводит к увеличению металлоемкости станка и усложнению его конструкции. Так, потребуется понижающий редуктор, промежуточный вал, и, возможно, тормоз.

Рейтинг
( 2 оценки, среднее 5 из 5 )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями: