Направление проката металла как определить
Прокатка металлов: процесс и принципы (с диаграммой)
Смысл прокатки:
При прокатке металл пластически деформируется путем пропускания его между роликами, вращающимися в противоположном направлении. Основной задачей прокатки является уменьшение толщины металла. Обычно наблюдается незначительное увеличение ширины, так что уменьшение толщины приводит к увеличению длины.
Процесс прокатки показан на фиг. 2.1:
Прокатка производится как в горячем, так и в холодном состоянии. Он выполняет в прокатных станах. Прокатный стан-это сложная машина, имеющая два или более рабочих ролика, опорные ролики, валковые клети, приводной двигатель, редуктор, маховик, сцепное устройство и т. д.
Ролики могут быть простыми или рифлеными в зависимости от формы проката. Металл постепенно меняет свою форму в течение периода, в котором он находится в контакте с двумя роликами.
Ассортимент продукции, которую можно производить методом прокатки, очень велик. Прокатка является более экономичным методом деформирования, чем ковка, когда требуется металл в длинных отрезках однородного поперечного сечения.
Он является одним из наиболее широко используемых среди всех процессов металлообработки, из-за его более высокой производительности и более низкой стоимости. Обычно прокатываемые материалы-это сталь, медь, магний, алюминий и их сплавы.
Способ прокатки изделий:
Процесс прокатки состоит из трех этапов для завершения изделия, как показано на фиг. 2.2:
Инжир. 2.2. Последовательность операций, связанных с производством проката.
i) первичная прокатка:
Основная завальцовка использована для того чтобы преобразовать слиток металла к простым элементам запаса как цветки и плиты. Этот процесс уточняет структуру отливаемого слитка, улучшает его механические свойства и устраняет скрытые внутренние дефекты.
ii) горячая прокатка:
Зацветает и слябы полученные от первичной завальцовки, снова преобразованной в плиты, листы, штанги и структурные формы, процессом горячей завальцовки.
iii) холодная прокатка:
Холодная прокатка обычно представляет собой процесс отделки, в котором изделия, изготовленные горячей прокаткой, получают окончательную форму. Эти процессы обеспечивают хорошую поверхностную отделку, более близкие допуски на размеры и увеличивают механическую прочность материала.
Сталь, которую мы получаем из переплавочного цеха или с заводов по производству стали, в основном представлена в виде слитков. Слитки имеют примерно квадратное поперечное сечение 1,5 м х 1,5 м и весят в тоннах.
Эти слитки сначала нагревают до температуры около 1200°C в нагревательных ямах, а затем пропускают через ролики для получения промежуточных форм, таких как цветки. Цветы свернуты к заготовкам и заготовки к пожеланным разделам любят плоско, квадратно, шестиугольно, угол, I, U, etc. Вышеупомянутый элемент имеет приблизительно следующие размеры.
Литые слитки-1,5 м х 1,5 м (прямоугольное поперечное сечение)
Цветет-от 150 мм до 400 мм квадрат.
Слябы-ширина: 500 до 1800 mm (прямоугольное поперечное сечение) толщина: 50 до 300 mm
Заготовки-от 30 мм до 150 мм квадратной формы. (Меньше, чем цветет)
Плиты-6 мм и более толщиной, шириной 1200-1400 мм, длиной 6000 мм.
Листы-толщина от 0,5 мм до 5,0 мм
Ширина полосы: 750 мм или менее. (Узкая плита или лист).
Инжир. 2.3 показаны последовательные стадии обжатия заготовки (100 х 100 мм) к круглому бруску. Заготовка поворачивается на 90° после каждого прохода.
Принципы прокатки:
Прокатка-это процесс, который заключается в пропускании металла через зазор между роликами, вращающимися в противоположном направлении. Этот зазор меньше толщины обрабатываемой детали. Поэтому, ролики обжимают металл пока одновременно переносящ его вперед из-за трения на интерфейсах ролик-металл.
Когда заготовка полностью проходит через зазор между роликами, она считается полностью обработанной. В результате толщина заготовки уменьшается, а ее длина и ширина увеличивается.
Однако увеличение ширины незначительно и обычно игнорируется. инжир. 2.4 показывает простую операцию прокатки пластины. Уменьшение толщины называется уклоном, тогда как увеличение длины называется абсолютным удлинением. Увеличение ширины известно как абсолютный разброс.
Два других члена являются относительной осадкой и коэффициент удлинения может быть задан следующим образом:
Приведенное выше уравнение (3) показывает, что коэффициент удлинения отрицательно пропорционален отношению конечной к исходной площади поперечного сечения изделия. Кроме того, уравнение (2) показывает, что коэффициент удлинения пропорционален отношению конечных lo исходных длин работы.
Инжир. 2.5 показаны зона деформации,напряженное состояние, угол контакта в процессе прокатки. Металл деформируется в затененной области, известной как зона деформации. Металл не претерпевает никакой деформации до и после зоны деформации.
Видно также, что металл, подвергающийся деформации, соприкасается с каждым из роликов по дуге АВ. Arc-AB называется дугой контакта. Свой соответствуя угол (α) вызван углом контакта, или углом укуса.
Исходя из геометрии рисунка и применяя простую тригонометрию, угол укуса может быть задан как:
Приведенное выше уравнение (4)дает зависимость между геометрическими параметрами процесса прокатки, углом укуса, осадкой и радиусом роликов.
Для обеспечения того, чтобы металл был сдвинут трением, угол контакта (α) должен быть меньше угла трения (β), где tan β = µ (коэффициент трения между поверхностью ролика и металлом).
Максимально допустимое значение угла контакта (α) зависит от других факторов, таких как::
i) материал роликов.
ii) материал прокатываемой работы.
iii) температура прокатки.
iv) скорость вращения роликов и т.д.
В таблице указан рекомендуемый максимальный угол укуса (α) для различных процессов прокатки:
Нагрузка и потребляемая мощность для прокатки:
Зона деформации, напряженное состояние и угол контакта при прокатке показаны на фиг. 2.4, (простая прокатка пластины). Основной системой напряжений, создаваемых в зоне деформации, является трехосное сжатие. Максимальное или главное напряжение действует перпендикулярно направлению прокатки.
Деформированный металл оказывает равное и противоположное усилие на каждый из валков для удовлетворения условий равновесия.
Поэтому эта сила, нормальная к направлению прокатки, является важным фактором, учитываемым при проектировании валков и корпуса стана. Это усилие (F) также важно в определять расход энергии в процессе завальцовки.
К сожалению, точное определение нагрузки качения и потребляемой мощности является типичной задачей и требует хорошего знания теории пластичности и исчисления.
Тем не менее, первое приближение нагрузки качения может быть задано следующим уравнением:
Это уравнение (2) пренебрегает трением на границе раздела валок-рабочий, и поэтому дает более низкую оценку нагрузки качения.
Исходя из проведенных экспериментов, в модифицированном уравнении используется коэффициент умножения 1,2, чтобы учесть трения являются:
Также, расход энергии в процессе завальцовки нельзя получить легко; однако, грубая оценка, (в низком рассмотрении трением) дается мимо:
Различные методы уменьшения разделяющей силы (F) заключаются в следующем:
а) меньший диаметр рулона (что уменьшает площадь контакта).
b) более низкое трение.
c)более высокая температура заготовки.
(d) примите «угол укуса» небольшой (таким образом уменьшая площадь контакта).
Смазка в процессе прокатки:
Смазка использована в процессе завальцовки для уменьшения трения между кренами и металлом, котор нужно свернуть. Трение играет очень важную и полезную роль в процессе прокатки.
Фактически он отвечает за перемещение работы вперед между валками и поэтому не должен устраняться или сокращаться ниже соответствующего уровня. Это является важным соображением при выборе смазки для процесса прокатки.
При холодной прокатке стали используют жидкие смазочные материалы с низкой вязкостью, парафин подходит для цветных материалов, таких как алюминий, медь и ее сплавы, чтобы избежать окрашивания в процессе последующей термической обработки, в то время как горячая прокатка часто проводится без смазочных материалов, но с потоком воды для получения пара и разрушения образовавшихся чешуек, используются. Иногда в качестве смазочного материала используют эмульсию графитированной смазки.
Дефекты проката:
В процессе прокатки возникает ряд дефектов в прокатываемом изделии. Конкретный дефект обычно приходит с определенным процессом и не возникает в других процессах.
Некоторые из распространенных дефектов проката приведены ниже:
i) растрескивание кромки:
Растрескивание кромки обычно происходит в рулонных слитках, плитах или пластинах. Это связано либо с ограниченной пластичностью обрабатываемого металла, либо с неравномерной деформацией, особенно по краям.
Складки-это дефект, который обычно возникает при прокатке пластин. Это вызвано, если сокращение за один проход слишком мало.
Аллигатор-это дефект, обычно возникающий при прокатке слябов (в частности алюминия и сплавов). При этом дефекте заготовка раскалывается вдоль горизонтальной плоскости на выходе, причем сверху и снизу. Этот дефект всегда возникает, когда отношение толщины сляба к длине контакта попадает в диапазон от 1,4 до 1,65. Инжир. 2.15. Показывает дефект аллигатора.
iv) формирование шкалы:
Когда металл горячекатаный, его поверхность не гладкая и на ней образуется окалина (оксид).
Процесс прокатки металла
Процесс формообразования металлов в полуфабрикаты или готовые формы путем прохождения между валками называется прокаткой. Завальцовка наиболее широко используемый процесс формирования металла. Она использована для того, чтобы преобразовать слитки металла к простым элементам таким как заготовки, слябы, листы, плиты, прокладки и прочие.
При прокатке металл пластически деформируется путем пропускания его между роликами, вращающимися в противоположном направлении. Основной задачей прокатки является уменьшение толщины металла. Обычно наблюдается незначительное увеличение ширины, так что уменьшение толщины приводит к увеличению длины.
Операция прокатки
Прокатка производится как в горячем, так и в холодном состоянии. Он выполняет в прокатных станах. Прокатный стан — это сложная машина, имеющая два или более рабочих ролика, опорные ролики, валковые клети, приводной двигатель, редуктор, маховик, сцепное устройство и т.д.
Ролики могут быть простыми или рифлеными в зависимости от формы проката. Металл постепенно меняет свою форму в течение периода, в котором он находится в контакте с двумя роликами.
Ассортимент продукции, которую можно производить методом прокатки, очень велик. Прокатка является более экономичным методом деформирования, чем ковка, когда требуется металл в длинных отрезках однородного поперечного сечения.
Он является одним из наиболее широко используемых среди всех процессов металлообработки, из-за его более высокой производительности и более низкой стоимости. Обычно прокатываемые материалы — это сталь, медь, магний, алюминий и их сплавы.
Последовательность операций, связанных с производством проката.
1) первичная прокатка:
Основная завальцовка использована для того, чтобы преобразовать слиток металла к простым элементам таким как плиты. Этот процесс уточняет структуру отливаемого слитка, улучшает его механические свойства и устраняет скрытые внутренние дефекты.
2) горячая прокатка:
Слябы полученные от первичной завальцовки, снова преобразованной в плиты, листы, штанги и структурные формы, процессом горячей завальцовки.
3) холодная прокатка:
Холодная прокатка обычно представляет собой процесс отделки, в котором изделия, изготовленные горячей прокаткой, получают окончательную форму. Эти процессы обеспечивают хорошую поверхностную отделку, более близкие допуски на размеры и увеличивают механическую прочность материала.
Сталь, которую мы получаем из переплавочного цеха или с заводов по производству стали, в основном представлена в виде слитков. Слитки имеют примерно квадратное поперечное сечение 1,5 м х 1,5 м и весят в тоннах.
Эти слитки сначала нагревают до температуры около 1200°C в нагревательных ямах, а затем пропускают через ролики для получения промежуточных форм. Вышеупомянутый элемент имеет приблизительно следующие размеры:
Литые слитки-1,5 м х 1,5 м (прямоугольное поперечное сечение)
Слябы-ширина: 500 до 1800 мм (прямоугольное поперечное сечение) толщина: 50 до 300 мм
Заготовки-от 30 мм до 150 мм квадратной формы.
Плиты-6 мм и более толщиной, шириной 1200-1400 мм, длиной 6000 мм.
Листы-толщина от 0,5 мм до 5,0 мм
Ширина полосы: 750 мм или менее. (Узкая плита или лист).
Последовательность операций при прокатке бруса
Прокатка — это процесс, который заключается в пропускании металла через зазор между роликами, вращающимися в противоположном направлении. Этот зазор меньше толщины обрабатываемой детали. Поэтому, ролики обжимают металл при одновременном переносе его вперед из-за трения на интерфейсах ролик-металла.
Когда заготовка полностью проходит через зазор между роликами, она считается полностью обработанной. В результате толщина заготовки уменьшается, а ее длина и ширина увеличивается.
Однако увеличение ширины незначительно и обычно игнорируется. Уменьшение толщины называется уклоном, тогда как увеличение длины называется абсолютным удлинением. Увеличение ширины известно как абсолютный разброс.
Смазка использована в процессе завальцовки для уменьшения трения между кренами и металлом, которые нужно свернуть. Трение играет очень важную и полезную роль в процессе прокатки. Фактически оно отвечает за перемещение работы вперед между валками и поэтому не должен устраняться или сокращаться ниже соответствующего уровня. Это является важным соображением при выборе смазки для процесса прокатки.
При холодной прокатке стали используют жидкие смазочные материалы с низкой вязкостью, парафин подходит для цветных материалов, таких как алюминий, медь и ее сплавы, чтобы избежать окрашивания в процессе последующей термической обработки. В то время как горячая прокатка часто проводится без смазочных материалов, но с потоком воды для получения пара и разрушения образовавшихся чешуек. Иногда в качестве смазочного материала используют эмульсию графитовой смазки.
Большая Энциклопедия Нефти и Газа
Направление проката у холоднокатаных сталей учитывается при проектировании машин и указывается в чертеже. [1]
Поперек направления проката магнитная проницаемость холоднокатаной стали низкая. Наиболее целесообразно магнитопроводы трансформаторов из холоднокатаной стали изготовлять из ленты, наматываемой на соответствующем шаблоне. [2]
Поперек направления проката магнитная проницаемость холоднокатаной стали низкая. [3]
Она в направлении проката имеет меньшее сопротивление магнитному потоку, чем горячекатаная. Это объясняется тем, что при холодной прокатке кристаллы железа ориентируются не хаотически, как при горячей, а в определенном направлении. Такая электротехническая сталь с ориентированной структурой называется текстурованной. В направлении, перпендикулярном прокату, магнитные свойства холоднокатаной стали резко ухудшаются, поэтому применение ее для несегментированных листов, где направление магнитного потока может не совпадать с направлением проката, нецелесообразно. [6]
При сгибе под углом к направлению проката минимальный радиус сгиба определяют как промежуточный в зависимости от угла наклона линии сгиба. [12]
При гибке под углом к направлению проката надо брать промежуточные значения К, пропорцинальные углу наклона линии гибки. В случае гибки узких заготовок, полученных вырубкой или резкой без отжига, радиусы гибки нужно брать, как для наклепанного металла. [13]
При гибке под углом к направлению проката следует брать средние промежуточные значения в зависимости от угла наклона линии сгиба. [14]
При сгибе под углом к направлению проката минимальный радиус сгиба определяют как промежуточный в зависимости от угла наклона линии сгиба. [15]
Прокатка стали: разница между технологиями горячей и холодной прокатки
В целом прокатка стали – это пластическая обработка на прокатном стане при прохождении между валками.
По температуре обработки стали бывает горячекатаный прокат (металл нагревается выше температуры рекристаллизации, до уровня 80% температуры его плавления) и холоднокатаный прокат (30% и меньше от температуры рекристаллизации). В свою очередь, рекристаллизация – это образование и рост кристаллических зёрен материала (металла) за счёт существующих кристаллических зёрен. При горячей прокатке нагрев превышает 920 градусов. Например, для низкоуглеродистой стали температура горячей прокатки должна быть не ниже 1169 градусов.
Получение любого проката возможно 2-мя способами. При первом, на сегодня уже устаревшем, используются стальные слитки (отлитые в специальные формы-изложницы), перерабатываемые в готовый прокат в 2 стадии. Полученные слитки нагреваются и прокатываются в заготовку на обжимных станах, а после удаления дефектов поверхности (закатов, трещин и т.п.) выполняется повторный нагрев и финальная прокатка в горячекатаный лист или фасонный прокат.
При втором способе разливка в изложницы заменяется разливкой на машинах непрерывного литья (МНЛЗ), откуда заготовка также поступает на прокатные станы. Подобным образом исключается такое технологическое звено, как слябинги и блюминги, повышается качество, устраняются потери металла и ресурсов производства при обрезке слитка. В Украине большинство металлургических компаний имеет МНЛЗ и литейно-прокатные модули, а на остальных предприятиях имеются планы по внедрению такого оборудования.
По взаимному положению полосы металла и осей валков прокатка бывает продольная (полоса перпендикулярна валкам), поперечная (полоса параллельна валкам) и поперечно-винтовая или «косая» (валки под углом друг к другу и к оси полосы). Это позволяет получать продукт различной формы. Главные типы проката по форме и размерам – это горячекатаный лист, рулон или жесть и сортовой (простой или фасонный).
Сравнение горячекатаного и холоднокатаного проката
Сегодня в мире горячей прокаткой получают около 80% общего объёма металлопроката. Она требует меньше производственных усилий и, следовательно, меньше электроэнергии. Повышенная пластичность при такой прокатке позволяет за один передел получать значительное сокращение площади поперечного сечения заготовки. Слитки, в значительной мере неоднородные структурно и химически, могут быть обработаны только горячими.
Для горячекатаной (г/к) продукции во многом применяется марка стали 09Г2С, для холоднокатаной (х/к) – 08ПС. Холоднокатаная сталь проходит более длинный путь обработки – подвергается травлению, и лишь затем передаётся на стан. Поэтому, например, толщина х/к листа – не более 5 мм, а его поверхность намного ровнее.
Х/к лист обычно одинаковой толщины по всей площади, без окалины, которую не нужно сбивать перед покраской. Кроме того, при холодной прокатке поверхность металла упрочняется, а это улучшает его механические свойства; х/к лист при сгибании не трескается, более прочен на растяжение и разрыв. Тогда как г/к лист толщиной 3 мм и более обладает довольно большой погрешностью по толщине на площади листа, имеет неровную поверхность, а после термообработки его коробит, и требуется рихтовка.
ТАБЛИЦА. Сравнение свойств х/к и г/к листа
Ровная, поэтому используется там, где в конечном продукте это имеет значение, в т.ч. для металлоизделий (метизов) и в приборостроении
Неровная, чаще всего середина листа «опускается», поэтому в основном применяется в строительстве и сварке металлоконструкций
Напряжение в листе
Равномерное. Это важное свойство металла любого назначения, особенно для приборо- и автостроения
Неравномерное. Тем не менее, используется в машиностроении
Обычно делается из низкоуглеродистой стали и имеет высокую пластичность (можно неоднократно и сильно гнуть)
Делается из углеродистой, низколегированной стали. Для производства котлов и сосудов под давлением используют также легированную сталь
— авто- и судостроение
— в строительстве (для получения профнастила, кровельных листов)
— строительство (в основном в виде несущих покрытий)
— машиностроение, в т.ч. судо- и авиастроение
В Украине значительная часть прокатных мощностей металлургических предприятий нуждается в модернизации с точки зрения как производственной эффективности оборудования, так и доступного сортамента.
Производство горячекатаного проката
«Горячие» станы способны производить плиты толщиной 50-350 мм, листы 3-50 мм и полосы (сматываемые в рулоны) толщиной до 20 мм. Станы для толстого листа включают 1-2 клети типа «дуо» или «кварто» (т.е. с одной или двумя парами валков), иногда с дополнительными вертикальными клетями для обжатия боковых кромок. Для полос применяются станы из 10-15 клетей «кварто» и клетей с вертикальными валками.
На выходе из валков ставятся выходные рольганги и другое вспомогательное оборудование для дальнейшей обработки: у толстолистовых станов – правильные машины, ножницы, термические печи и др., у полосовых – моталки для сматывания в рулоны, конвейер для рулонов, оборудование для их разматывания, правки, резки.
В свою очередь, сортовые станы довольно различны по своим свойствам. Основные их типы – это
Обзор спецификаций горячекатаного проката
Г/к прокат подразделяется, среди прочего, на:
Г/к лист может классифицироваться по точности (А – повышенной точности, Б – нормальной точности), по плоскостности (ПО – особо высокой, ПВ – высокой, ПН – нормальной плоскостности), по характеру кромки (НО – с необрезной кромкой, О – с обрезной кромкой) и др.
Преимущества горячекатаного проката, общие применения
Основное преимущество г/к проката – стоимость, что позволяет использовать более значительные его объёмы в сферах, где качество поверхности или внешний вид не столь важны. Например, при строительстве крупных объектов «красота» несущих металлоконструкций не принципиальна, то же самое касается крупных внутренних узлов машин и оборудования. Соответственно, г/к сталь используется прежде всего в таких «тяжёлых» секторах, как строительная индустрия, тяжелое машиностроение.
Производство холоднокатаного проката
«Холодные» станы бывают листовые (для поштучного листа), широкополосные (для рулона), лентопрокатные (для сматываемой ленты толщиной от 1 мкм до 4 мм и шириной от 20 до 600 мм), фольгопрокатные (для полосы толщиной менее 0,1 мм), плющильные (для обжатия проволоки в узкую ленту), для холодной прокатки труб.
При рулонной прокатке с обеих сторон рабочей клети устанавливаются намоточно-натяжные барабаны – моталки, для разматывания рулона перед подачей в валки и сматывания при выходе из них. Самые эффективные листовые станы – это непрерывные.
Обзор спецификаций холоднокатаного проката
Х/к прокат подразделяется, в частности, на:
Преимущества холоднокатаного проката, общие применения
Достоинством х/к металла являются прочностные характеристики и внешний вид. На нём нет окалины. Напряжение в листе распределяется равномерно, что принципиально важно для проката любого назначения. Чаще всего делается из низкоуглеродистой стали и имеет высокую пластичность (т.е. можно неоднократно и сильно сгибать). Поэтому используется в различных сферах машиностроения (включая авто- и судостроение), в приборостроении, строительстве (профнастил, кровельный лист, отделочные материалы). Именно х/к лист подвергается оцинковке и покраске для получения металла с покрытием, который имеет улучшенные защитные свойства.
Выбор между г/к и х/к прокатом (и их различными видами) зависит от запросов потребителя: строительство ли это несущих конструкций или же, напротив, отделочный материал для внешнего фасада, изготовление крупных тяжёлых машин – или производство точной электроники. Горячекатаная сталь выигрывает по цене и многообразию вариаций, холоднокатаная – по качеству и «внешности». При этом обратим внимание, что сортовой прокат является горячекатаным, тогда как сходные между собой типоразмеры листа могут быть как горяче-, так и холоднокатаными.