Продукция прокатного производства, оборудование и инструмент. Оборудование прокатных станов Основными инструментами при прокатке являются

В прокатных цехах размещается оборудование , служащее как непосредственно для пластической обработки металлов давлением, так и осуществления различных вспомогательных операций. Оборудование прокатного стана, служащее для деформации металла называется основным, а для выполнения прочих операций - вспомогательным. Наиболее простым прокатным станом является одноклетьевой стан (Рисунок 25).

Рисунок 25 - Схема прокатного стана: 1 – валок; 2 – шпиндели; 3 – станина; 4 – шестеренная клеть; 5 – редуктор; 6 – двигатель; 7 – механизм для установки валков.

Основным рабочим инструментом прокатного стана являются прокатные валки, устанавливаемые в подшипниках, которые в свою очередь располагаются в станине. Станина с валками и механизмами для установки валков формируют рабочую клеть. Вращение валкам передается от двигателя через редуктор, шестеренную клеть и шпиндели. Наличие в передаточном механизме всех вышеуказанных элементов не является обязательным. Например, у обжимных станов часто отсутствуют редуктор и шестеренная клеть. В некоторых станах шестеренная клеть и редуктор объединены в один агрегат. Так же возможна схема двигатель, шестеренная клеть, шпиндели.

Всю нагрузку от усилия прокатки воспринимают литые станины. Расстояние между валками для осуществления необходимого обжатия устанавливают с помощью механизма для установки валков (нажимное устройство).

В зависимости от назначения прокатного стана их рабочие клети могут быть с горизонтальными, вертикальными и косорасположенными валками.

Клети с горизонтальными валками наиболее часто используются. Они подразделяются в зависимости от количества валков на следующие типы (Рисунок 26): «дуо», «трио», «кварто», шестивалковые, двенадцативалковые, двадцативалковые, планетарные.

Рисунок 26 - Схемы рабочих клетей с горизонтальными валками: а – «дуо», б – «трио», в – «кварто», г – шестивалковая.

Применение клетей с количеством валков более двух или трех связано с необходимостью получения большой жесткости прокатных валков при производстве тонких полос.

В зависимости от назначения прокатного стана, от требуемого числа проходов при прокатке станы делятся на следующие виды (Рисунок 27):

Одноклетьевые;

Многоклетьевые.

В свою очередь многоклетьевые станы делятся на следующие виды:

Линейные (клети расположены в линию);

С последовательным расположением клетей;

Полунепрерывные;

Непрерывные.

Рисунок 27 – Установка рабочих клетей прокатных станов: а – одноклетьевого, б – полунепрерывного, в – линейного, г -непрерывного, д – с последовательным расположением клетей.

Одноклетьевые станы наиболее распространены и применяются для прокатки блюмов, слябов, листов.

Когда прокатываются сортовые профили, то не удается расположить в валках одной клети все калибры. В этом случае применяются многоклетьевые станы с расположением клетей в одну или несколько линий, а также станы с последовательным расположением клетей. Для увеличения производительности и уменьшения размеров зданий цеха применяются полунепрерывные и непрерывные прокатные станы. Если в станах с последовательным расположением клетей заготовка может находиться одновременно только в одной клети, то в непрерывных станах она одновременно прокатывается во всех валках. Для обеспечения непрерывности прокатки без обрывов полосы и образования петель в этом случае необходимо соблюдение равенства секундных объемов, проходимых в каждой паре валков:

где – площадь сечения металла в соответствующей клети;

– скорость валков в соответствующей клети.

Из этого условия следует, что скорость прокатки по мере уменьшения сечения должна увеличиваться. Всякое изменение сечения полосы требует автоматического изменения скорости прокатки. Потому существуют трудности в настройке стана при переходе с одного типоразмера проката на другой. В связи с этим непрерывные станы применяются при получении простых по форме заготовок. А для производства сортовых профилей используются полунепрерывные станы, у которых черновая группа клетей выполняется непрерывной, а чистовая – в виде линейного стана. Черновая группа не требует точной настройки валков, так как ее назначение - произвести максимальное обжатие заготовки. В чистовой же группе клетей последовательно формируется профиль сечения, что требует уже индивидуальной настройки каждой пары валков.

Вопросы и темы для самоконтроля:

1.Как определяется скорость деформации?

2. Что такое внешнее трение?

3. Как определяется угол трения?

4. Стадии процесса прокатки?

5. Условия захвата металла валками при прокатке?

6. Что такое опережение и отставание металла при прокатке? 7. Сортамент прокатной продукции.

8. Стадии получения проката из заготовки.

9. Стадии получения проката из слитка.

10. Особенности нагрева заготовок и охлаждения проката.

11. Что такое калибр и виды калибров?

12. Классификация станов по количеству рабочих валков.

13.Классификация станов по расположению клетей.

Инструментом прокатки являются валки , которые в зависимости от прокатываемого профиля могут быть гладкими (рис. 4, а) - для прокатки листов, лент и т. п., ступенчатыми - для прокатки полосовой стали, ручьевыми (рис. 4, б) - для получения сортового проката.

Рис. 4. Инструмент и оборудование прокатки: а - гладкий валок; б - ручьевой валок; в - открытый и закрытый калибры; г - схема прокатного стана

Ручьем называют вырез на боковой поверхности валка, а совокупность двух ручьев пары валков образует калибр . Калибры различают открытые и закрытые (рис. 4, в). У открытых калибров линия разъема валков находится в пределах калибра, а у закрытых - вне его пределов. На каждой паре ручьевых валков обычно размещают несколько калибров. Разработку системы последовательных калибров, необходимых для получения того или иного профиля, называют калибровкой . Чем больше разница в размерах поперечных сечений исходной заготовки и конечного изделия и чем сложнее профиль последнего, тем большее количество калибров требуется для его получения. Так, для получения рельсов используют систему из 9 калибров, балок - из 9-13, для получения проволоки - из 15-19.

Валки состоят из бочки 1 (рабочая часть валка), шеек 2 (цапф) и трефы 3. Шейки валков вращаются в подшипниках, устанавливаемых в стойках станины. В станине имеются механизмы для изменения расстояния между валками и взаимного расположения их осей.

Комплект валков вместе со станиной называется рабочей клетью 4 (рис. 4, г). Валки получают вращение от двигателя 8 через понижающий редуктор 7, передающий вращательное движение через шестеренную клеть 6 и шпиндели 5. Совокупность привода, шестеренной клети, одной или нескольких рабочих клетей образует прокатный стан .

Методом поперечной прокатки получают, например, зубчатые колеса и звездочки цепных передач на специальных станках с зубчатыми валками.

Поперечно-винтовая (косая) прокатка широко применяется при производстве бесшовных труб из сплошной заготовки (рис. 5, б). Валки 1 вращаются в одном направлении, а оси их расположены под некоторым углом, поэтому заготовка 2 при обработке не только вращается (vy), но также и перемещается вдоль своей оси(vx). Для получения правильной формы и гладкой поверхности отверстия трубы (гильзы) в зоне образования отверстия устанавливается оправка 3. Полученные на прошивном стане гильзы раскатываются на трубопрокатных станах. Метод поперечно-винтовой прокатки применяют также для производства шаров, осей и других изделий с использованием специально калиброванных валков. Сталь для горячей прокатки нагревают до температуры выше линии 68К (см. рис. 5); медь, алюминий и их сплавы также прокатывают в горячем состоянии. Из горячекатаной заготовки (лист толщиной 1,25 мм) холодной прокаткой получают тонкие изделия (до 0,1 мм и меньше), ленты для пружин, листы, фольгу и прочее.

Прокатные станы различают по назначению, количеству валков в клети, количеству клетей и схеме их расположения.

По назначению прокатные станы делятся на обжимные (блюминги и слябинги), заготовочные, сортовые, листовые и специальные. Вначале слиток прокатывают на обжимном стане, затем на заготовочном и, наконец, на сортовом, листовом или специальном.

По числу и расположению валков в рабочих клетях станы классифицируют на дуо-станы, трио-станы, кварто-станы, многовалковые и универсальные.

Рис. 5.

Стан дуо имеет два валка (рис. 5, а), которые имеют либо постоянное направление вращения (нереверсивные станы) , либо направление вращения, которое можно менять и таким образом пропускать обрабатываемый металл в обе стороны (реверсивные станы) .

Стан кварто (рис. 5, б) имеет два рабочих и два опорных валка, расположенных один над другим. Приводными являются рабочие валки. Многовалковые станы : 12-валковые (рис. 5, в) и 20-валковые имеют также только 2 рабочих валка, а все остальные - опорные. Рабочие валки приводятся через промежуточные опорные валки. Использование опорных валков позволяет применять рабочие валки малого диаметра, благодаря чему увеличивается вытяжка и снижается давление металла на валки.

Универсальные станы имеют не только горизонтальные, но еще и вертикальные валки (рис. 5, г).

По расположению рабочих клетей различают станы одноклетьевые и многоклетьевые с линейным или последовательным расположением клетей. У линейных станов клети расположены в одну или несколько линий (рис. 6, а); в каждой линии валки связаны между собой и вращаются с одной скоростью. Последовательное расположение клетей в непрерывных станах (рис. 6, б) позволяет значительно повысить производительность прокатки.

Рис. 6.

Привод рабочих клетей непрерывных станов может быть групповым - от одного двигателя, или индивидуальным - каждая клеть имеет свой двигатель. В обоих случаях скорость прокатки в каждой последующей клети выше скорости в предыдущей. В непрерывных станах металл движется прямолинейно и деформируется одновременно в нескольких клетях.

По назначению прокатные станы разделяют на станы производства полупродукта и станы для выпуска готового проката . К первой группе относятся обжимные и заготовочные станы. Станы готового проката характеризуются видом выпускаемой продукции: рельсобалочные, сортовые, листовые, трубопрокатные, проволочные и станы для специальных видов проката.

Обжимные станы (блюминги и слябинги) предназначены для прокатки слитков (до 60 т) в крупные заготовки (блюмы и слябы). Блюм - заготовка квадратного сечения с размерами от 450 до 150 мм, после блюминга ее прокатывают на сортовых станах. Сляб имеет прямоугольное сечение толщиной 65-300 мм и шириной 600-1600 мм и представляет собой заготовку для листа. Заготовочные станы предназначены для получения полупродукта более мелкого сечения из блюмов, слябов или слитков небольшой массы.

Основным инструментом для прокатки являются валки, которые в зависимости от прокатываемого профиля могут быть гладкими (рис. 3.20, а), калиброванными (ручьевыми) (рис. 3.20, б) и специальными. Гладкие валки применяют при прокатке листов, полос и т. п. На калиброванных валках прокатывают все виды сортового проката. Специальные валки используются при производстве специальных видов проката.

Валки имеют рабочую часть (бочку) 1, две шейки 2для установки в подшипниках и крестообразные концы (трефы) 3 для соединения валка с приводом (рис. 3.20).

На рабочей (боковой) поверхности калиброванных валков имеются канавки - ручьи. Совокупность ручьев пары валков называется калибром. На каждой паре валков обычно размещается несколько калибров. Калибры могут быть открытыми (рис. 3.20, в) и закрытыми (рис. 3.20, г).

Валки шейками опираются на подшипники, установленные в станине. С помощью специального нажимного механизма расстояние между валками может регулироваться. Комплект прокатных валков со станиной называют рабочей клетью. Прокатный стан состоит из одной или нескольких рабочих клетей и привода, включающего электродвигатель и передаточный механизм (рис. 3.21).

В зависимости от конструкции и расположения валков рабочие клети прокатных станов подразделяют на шесть групп (рис. 3.22): дуо, трио, кварто, многовалковые, универсальные и специальной конструкции.

Клети дуо (двухвалковые) бывают реверсивные (прокатка ведется в обе стороны) и нереверсивные (прокатка ведется в одну сторону). Клети трио (трехвалковые) чаще всего нереверсивные. Прокатка на таких станах ведется вперед между нижним и средним валком и назад между верхним и средним. Клети кварто (четырехвалковые) имеют четыре валка, расположенные друг над другом, из них два рабочих валка меньшего диаметра и два опорных - большего диаметра. Благодаря жесткости и относительно малому прогибу опорных валков на этих клетях производится холодная прокатка тонких полос и узких лент с малым допуском по толщине. Универсальные клети имеют горизонтальные и вертикальные валки: последние обеспечивают обжатие металла в поперечном направлении. Вертикальные валки располагаются, как правило, с передней стороны. К клетям специальной конструкции относятся клети прокатных станов узкого назначения: колесопрокатных, бандажепрокатных, кольцепрокатных, шаропрокатных, станов для прокатки профилей переменного сечения.

По роду выпускаемой продукции прокатные станы классифицируют на следующие основные типы: обжимные, заготовочные, рельсобалочные, сортовые, проволочные, листопрокатные, трубопрокатные и станы специального назначения.

Обжимные станы предназначены для обжатия стальных слитков в крупные заготовки. К обжимным станам относятся блюминги, производящие заготовки квадратного профиля - блюмы и слябинги, производящие прямоугольный прокат - слябы.

Заготовительные станы используют для прокатки блюмов в сортовые заготовки, преимущественно квадратного сечения, которые в дальнейшем используются для проката на сортовых станах.

Рельсо-балочные станы служат для получения из блюмов рельсов, крупных балок, швеллеров и других профилей.

Сортовые станы, применяют для изготовления сортового проката простого и фасонного профиля.

Проволочные станы предназначены для прокатки проволоки диаметром 5 … 10 мм.

Листопрокатные станы, подразделяют на толстолистовые и тонколистовые. Толстолистовые станы прокатывают лист толщиной более 6 мм. Заготовкой являются слябы.

Трубопрокатные станы применяют для производства бесшовных и сварных труб.

Специальные станы предназначены для получения заготовок специального и периодического профилей. На специальных станах прокатывают шарики, ребристые трубы, вагонные оси, зубчатые колеса и много других изделий сложной конфигурации.

Форму поперечного сечения прокатанной полосы называют профилем. Совокупность форм и размеров профилей, получаемых прокаткой, называют сортаментом. В СССР почти весь сортамент проката изготовляется в соответствии с ГОСТом (Государственным общесоюзным стандартом). В ГОСТах на сортамент проката приведены площадь поперечного сечения, размеры, масса 1 м длины профиля и допустимые отклонения от номинальных размеров. Сортамент прокатываемых профилей разделяется на четыре основные группы: сортовой прокат, листовой, трубы и специальные виды проката.

Сортовой прокат делят на профили простой геометрической формы (квадрат, круг, шестигранник, прямоугольник) и фасонные (швеллер, рельс, угловой и тавровый профили и т. д.). Круглую и квадратную сталь прокатывают соответственно с диаметром или стороной квадрата 5-250 мм; шестигранную - с диаметром вписанного круга 6-100 мм; полосовую - шириной 10-200 мм и толщиной 4-60 мм.

Цветные металлы и их сплавы прокатывают преимущественно на простые профили - круглый, квадратный, прямоугольный.

Листовой прокат из стали и цветных металлов используют в различных отраслях промышленности. В связи с этим листовую сталь, например, делят на автотракторную, трансформаторную, кровельную жесть и т. д. Расширяется производство листовой стали с оловянным, цинковым, алюминиевым и пластмассовым покрытиями. Кроме того, листовую сталь разделяют на толстолистовую (толщиной 4-160 мм) и тонколистовую (толщиной менее 4 мм). Листы толщиной менее 0,2 мм называют фольгой.

Трубы разделяют на бесшовные и сварные. Бесшовные трубы прокатывают диаметром 30-650 мм с толщиной стенки 2-160 мм из углеродистых и легированных сталей, а сварные - диаметром 5-2500 мм с толщиной стенки 0,5-16 мм из углеродистых и низколегированных сталей.

К специальным видам проката относят колеса, кольца, шары, периодические профили с периодически изменяющейся формой и площадью поперечного сечения вдоль оси заготовки

Инструмент и оборудование для прокатки

Рис. 2. Инструмент для прокатки:

а- гладкий валок; б - ручьевой валок; в - калибр; г - расположение валков в четырех валковой клети, д – то же, в 12-валковой клети.

Инструментом для прокатки являются валки, которые в зависимости от прокатываемого профиля могут быть гладкими (рис. 2, а), применяемыми для прокатки листов, лент и т. п., ступенчатыми, например для прокатки полосовой стали, и ручьевыми (рис. 2, б) для получения сортового проката. Ручьем называют вырез на боковой поверхности валка, а совокупность двух ручьев образует калибр (рис. 2, в). Каждая пара ручьевых валков обычно образует несколько калибров.

Валки состоят из рабочей части - бочки 1, шеек 2 и трефы 3. Шейки валков вращаются в подшипниках, которые у одного из валков могут перемещаться специальным нажимным механизмом для изменения расстояния между валками и регулирования взаимного расположения их осей. Комплект прокатных валков со станиной называют рабочей клетью; последняя вместе со шпинделем для привода валков, шестеренкой клетью для передачи вращения с одного на два вала, редуктором, муфтами и электродвигателем образуют рабочую линию стана.

Рабочие клети по числу и расположению валков могут быть двухвалковые; четырехвалковые (рис. 2, г), у которых два валка рабочих и два опорных; многовалковые (рис. 2, д), у которых также два валка рабочих, а остальные - опорные. Использование опорных валков позволяет применять рабочие валки малого диаметра, благодаря чему увеличивается вытяжка и снижается усилие деформирования.

Прокатные станы могут быть одноклетьевыми (с одной рабочей клетью) и многоклетьевыми.

Наиболее совершенные многоклетьевые станы - непрерывные, у которых рабочие клети располагают последовательно одну за другой. Прокатываемая полоса через каждую клеть проходит только один раз, т. е. число рабочих клетей этих станов равно требуемому числу проходов полосы. Расстояние между клетями обычно меньше длины прокатываемой полосы, следовательно, она прокатывается одновременно в нескольких клетях. На непрерывных станах достигается высокая производительность при полном исключении ручного труда. Максимальная скорость прокатки на современных непрерывных станах составляет 50-60 м/с.

По назначению прокатные станы подразделяют на станы для производства полупродукта и станы для выпуска готового проката. К первой группе относят обжимные станы для прокатки слитков в полупродукт крупного сечения (блюминги, дающие заготовку для сортового проката, и слябинги, дающие заготовку для листового проката) и заготовочные для получения полупродукта более мелкого сечения.

К станам для производства готового проката относят сортовые, листовые, трубные и специальные. Размер блюмингов, слябингов, заготовочных и сортовых станов характеризуется диаметром бочки валков (например: блюминг 1500; сортовой стан 350); размер листовых станов - длиной бочки (например: стан 3600), а размер трубопрокатных станов - наружным диаметром прокатываемых труб.

Прокаткой называют процесс пластического формоизменения материала, последовательно увлекаемого в очаг деформации силами трения, действующими на контактной поверхности «деформируемая заготовка - движущийся инструмент».

При прокатке одновременно подвергается пластической деформации не весь объем материала, а лишь его часть, находящаяся в очаге деформации. Это позволяет обрабатывать большие массы материала при оптимальных энергозатратах и размерах оборудования, производить обработку с огромными скоростями, обеспечивать высокую точность получаемых изделий при минимальном износе инструмента.

Прокатка является одним из наиболее прогрессивных способов получения готовых металлоизделий и занимает ведущее положение среди существующих способов обработки металлов давлением.

Различают три основных способа прокатки, отличающиеся направлением обработки или характером выполнения деформации: продольная, поперечная и поперечно-продольная (винтовая). Каждый из этих способов можно производить при нагреве обрабатываемых заготовок (горячая) и без нагрева (холодная прокатка).

Продольная прокатка основана на деформации металла валками, расположенными параллельно в одной плоскости и вращающимися в разные стороны; ось прокатки металла перпендикулярна большим осям валков (рис. 3.1а).

Поперечная прокатка - это деформация металла двумя валками, вращающимися в одну сторону; ось прокатки параллельна большим осям валков (рис. 3.1б).

Рис. 3.1

Косая прокатка представляет собой деформацию металла двумя валками, расположенными под определенным углом друг к другу и вращающимися в одну сторону. При этом металл задается в валки вдоль их больших осей (рис. 3.2). Такое расположение валков придает металлу вращательное и поступательное движение.

Рис. 3.2

Последние два способа прокатки предназначены для изготовления изделий в виде тел вращения (трубы, шары и т. д.).

Технологический процесс прокатки предварительно зачищенной и нагретой стали включает в себя следующие операции:

1) резка проката на мерные длины;

2) охлаждение;

3) термообработка;

4) правка;

5) отделка;

6) контроль качества.

К технологическим параметрам прокатки относят: температуру деформируемой заготовки, частное (за один проход между валками) и общее обжатие заготовки, скорость прокатки (скорость выхода заготовки из валков может достигать до 100 м/с), диаметр валков и коэффициент контактного трения между инструментом и деформируемой заготовкой. Для характеристики деформации при прокатке используют абсолютные и относительные показатели:

Абсолютное обжатие;

Относительное обжатие;

Коэффициент вытяжки, где:

h0 - высота заготовки до деформации;

h1 - высота заготовки после деформации;

L0 - длина заготовки до деформации;

L1 - длина заготовки после деформации.

Абсолютное и относительное обжатие заготовки за один проход ограничено условием захвата металла прокатными валками, а также их прочностью. Поэтому в зависимости от условий прокатки относительное обжатие за проход обычно не превышает 0,35 - 0,45. Кроме того, определенные ограничения накладывают физико-механические свойства деформируемого материала, особенно при холодной прокатке.

Основным деформирующим инструментом для прокатки металлоизделий обычно являются прокатные валки, в редких случаях используется и плоский клиновой инструмент. При изготовлении труб используют оправки (короткие, длинные, плавающие), назначение которых - оформлять внутреннюю поверхность полых изделий.

Валок состоит из рабочей части, или бочки, двух опор, или шеек, и хвостовика для передачи крутящего момента вращающемуся валку. Валки бывают цельные и составные, ручьевые и безручьевые (с гладкой цилиндрической или конической поверхностью, например, для прокатки листов или сортового профиля). Прокатные валки являются деформирующим инструментом, воспринимающим высокие удельные и суммарные давления и работающим в тяжелых условиях (температура, трение скольжения). Валки изготавливают из чугуна, стали и твердых сплавов. Обычно рабочая поверхность валков должна иметь высокую твердость, особенно при холодной прокатке, которая характеризуется большими удельными нагрузками. Диаметр рабочей поверхности валка в зависимости от назначения прокатного оборудования может лежать в широких пределах - от 1 мм до 1800 мм.

Малые диаметры применяют при холодной прокатке высокопрочных сплавов. В этом случае для обеспечения их нормальной эксплуатации применяют так называемые опорные валки, которые устанавливаются в специальных многовалковых клетях.

Прокатку осуществляют на специальном оборудовании, которое принято называть прокатным станом. Он включает комплекс технологических машин и устройств. Основное оборудование прокатного стана предназначено для выполнения главной операции в технологическом процессе - прокатки, т.е. для осуществления вращения валков и непосредственной пластической деформации заготовки для придания ей необходимой формы, размеров и свойств. Это оборудование принято называть главной линией прокатного стана. Различают станы: одновалковые, двухвалковые, многовалковые, линейные, непрерывные, полунепрерывные, заготовочные, листовые, сортовые, балочные, специальные и т.д.

Помимо пластической деформации, на прокатном стане выполняют другие разнообразные операции, включающие в себя как рассмотренную выше подготовку к прокатке, так и транспортировку, отделку и контроль качества готовой продукции.

Транспортные устройства перемещают заготовки вдоль и поперек стана, поднимают и опускают, поворачивают вокруг горизонтальной и вертикальной оси. К ним относят: рольганги, манипуляторы, кантователи и поворотные механизмы, подъемно-качающие столы, опрокидыватели, слитковозы и т.д. Оборудование для отделки и контроля проката включает: устройства для резки металла, машины для правки проката, устройства для термообработки проката, агрегаты для металлических и полимерных покрытий, устройства и приборы для контроля качества проката, машины для увязки и пакетирования проката.