Волочение

Определение и классификация процессов прокатки

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.

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.

Волочение заключается в однократном или многократном протягивании металла на особых станках через отверстие, площадь поперечного сечения которого меньше, чем площадь поперечного сечения протягиваемой заготовки.

 

Рис.10.4.Волочение на самоустанавливающейся оправке

Отверстие, через которое протягивают металл («очко» или «глазок»), находится в инструменте, который называется волоком (фильером). Заостренный конец протягиваемой через очко заготовки захватывается клещами, которые перемещаются тянущим устройством привода

После волочения получаются изделия (проволока, прутки, трубы и др.) с точными размерами и с весьма гладкими, но наклепанными поверхностями. Путем волочения получают проволоку диаметром от 0,01 до 4 мм и выше. Проволоку малых диаметров образуют многократным пропусканием ее через несколько (до 17) волоков, постепенно уменьшающихся в диаметре. Волоки изготовляют из твердых сплавов, а в некоторых случаях из алмазов (например, для волочения проволоки диаметром менее 0,5 мм). Наклеп на поверхности металла, возникший при его волочении, устраняют отжигом.

Волочение труб применяют для калибровки их размеров и получения более гладкой поверхности, а также в некоторых случаях для утонения их стенок. В последнем случае при волочении внутрь трубы вводят оправку.

Волочению (калибровке) подвергают также горячекатаные металлические прутки круглого, шестигранного, квадратного и других профилей. Такие калиброванные прутки, носящие название холоднотянутого сортового материала, используют главным образом для изготовления из них деталей на токарных автоматах.

Существенным отличием от прототипа является агрегатное состояние рабочего вещества: для прототипа это кристаллогидрат CaCl26H2O, описываемые же материалы содержат в порах матрицы растворы неорганических солей или их смесей, причем содержание влаги составляет более 6 молекул воды на каждый ион металла. Установлено, что заявленное агрегатное состояние рабочего вещества реализуется в широком диапазоне условий: при температуре окружающей среды от -10 до +50oC, давлении 700-1500 кПа и влажности воздуха более 15%.

Теплозащитные композитные материалы - покрытия легко подвергаются формованию, прессованию и нанесенные в виде покрытий позволяют существенно увеличить время защиты покрываемой поверхности от различных видов мощного теплового воздействия. Процесс тепловой защиты происходит следующим образом. В отсутствие теплового воздействия (при комнатной температуре) теплозащитный материал-покрытие способен удерживать значительное (до 50 мас.%) количество сорбированной из окружающей среды воды. При подаче теплового потока на поверхность теплозащитного материала-покрытия в последнем происходит десорбция воды - либо полная, если подводимая извне энергия обеспечивает уровень температуры более 100-120oC, либо частичная, если равновесный уровень температуры менее указанной величины. При этом в ходе десорбции, являющейся эндотермическим процессом, температура защищаемой поверхности не превышает 90-120oC вплоть до полного удаления воды из теплозащитного материала-покрытия. Момент полного удаления воды и определяет время t3 тепловой защиты, по истечении которого теплозащитный материал-покрытие выполняет роль обычного теплоизолятора. При этом время тепловой защиты зависит от величины падающего теплового потока, количества адсорбированной воды и толщины теплозащитного материала-покрытия, причем, как показывают измерения, увеличение толщины в 2 раза приводит к увеличению t3 примерно в 4 раза.