ПРОКАТКА

ПРОКАТКА металлов, способ обработки
металлов и металлич. сплавов давлением, состоящий в обжатии их между вращающимися
валками прокатных станов. Валки имеют б. ч. форму цилиндров, гладких
или с нарезанными на них углублениями (ручьями), к-рые при совмещении двух
валков образуют т. н. калибры (см. Валки прокатные, Калибровка прокатных
валков, Профилировка валков).

Благодаря свойственной П. непрерывности
рабочего процесса она является наиболее производит. методом придания изделиям
требуемой формы. При П. металл, как правило, подвергается значительной
пластич. деформации сжатия, в связи с чем разрушается его первичная литая
структура и вместо неё образуется структура, более плотная и мелкозернистая,
что обусловливает повышение качества металла. Т. о., П. служит не только
для изменения формы обрабатываемого металла, но и для улучшения его структуры
и свойств.

Как и др. способы обработки металлов
давлением, П. основана на использовании пластичности металлов. Различают
горячую, холодную и тёплую П. Осн. часть проката (заготовка, сортовой и
листовой металл, трубы, шары и т. д.) производится горячей П. при начальных
темп-pax: стали 1000-1300 °С, меди 750-850 ^оС, латуни 600 -800
^оС, алюминия и его сплавов 350-400 °С, титана и его сплавов
950-1100 ^оС, цинка ок. 150 ^оС. Холодная П. применяется
гл. обр. для произ-ва листов и ленты толщиной менее 1,5-6 мм, прецизионных
сортовых профилей и труб; кроме того, холодной П. подвергают горячекатаный
металл для получения более гладкой поверхности и лучших механич. свойств,
а также в связи с трудностью нагрева и быстрым остыванием изделий малой
толщины. Тёплая П. в отличие от холодной происходит при несколько повышенной
температуре с целью снижения упрочнения (наклёпа) металла при его деформации.

В особых случаях для предохранения поверхности
прокатываемого изделия от окисления применяют П. в вакууме или в нейтральной
атмосфере.

Известны 3 осн. способа П.: продольная,
поперечная и винтовая (или косая). При продольной П. (рис. 1, а) деформация
обрабатываемого изделия происходит между валками, вращающимися в противоположных
направлениях и расположенными в большинстве случаев параллельно один другому.
Силами трения, возникающими между поверхностью валков и прокатываемым металлом,
он втягивается в межвалковое пространство, подвергаясь при этом пластич.
деформации. Продольная П. имеет значительно большее распространение, чем
2 др. способа. Поперечная П. (рис. 1, б) и винтовая (косая) П. (рис.
1, в) служат лишь для обработки тел вращения. При поперечной П. металлу
придаётся вращательное движение относительно егр оси и, следовательно,
он обрабатывается в поперечном направлении. При винтовой П. вследствие
косого расположения валков металлу, кроме вращательного, придаётся ещё
поступательное движение в направлении его оси. Если поступательная скорость
прокатываемого металла меньше окружной скорости вследствие его вращения,
П. наз. также поперечно-винтовой, а если больше - продольно-винтовой. Поперечная
П. применяется для обработки зубьев шестерён и нек-рых др. деталей, поперечно-винтовая
- в произ-ве цельнокатаных труб, шаров, осей и др. тел вращения (рис. 2).
Продольно-винтовая П. находит применение при произ-ве свёрл.

Рис. 1. Схема продольной (а), поперечной
(6) и винтовой (в) прокатки: 1 - прокатываемый материал; 2 и 3 - валки.

Рис. 2. Схема винтовой прокатки круглых
периодических профилей.

Рис. 3. Схема деформации металла при
продольной прокатке

При продольной П., когда металл проходит
между валками, высота его сечения уменьшается, а длина и ширина увеличиваются
(рис. 3). Разность высот сечения металла до и после прохода между валками
наз. л и-нейным (абсолютным) обжатием: дельта h = ho - h

Отношение этой величины к первоначальной
высоте hвыраженное в процентах (дельта h/h• 100), наз. относительным обжатием; за 1 проход оно обычно составляет
10-60%, а иногда и больше (до 90% ). Увеличение длины прокатываемого металла
характеризуется коэффициентом вытяжки X (отношение длины металла после
его выхода из валков к первоначальной длине). Деформация прокатываемого
металла в направлении ширины его сечения наз. уши рением (разность между
шириной сечения до и после П.). Уширение возрастает с повышением обжатия,
диаметра валков и коэфф. трения между металлом и поверхностью валков.

Область (объём) между валками, в к-рой
прокатываемый металл непосредственно с ними соприкасается, наз. очагом
деформации; здесь происходят обжатие металла. Небольшие участки, примыкающие
с обеих сторон к очагу деформации, наз. внеконтактными зонами деформации;
в них металл деформируется лишь в незначит. степени. Очаг деформации состоит
из двух осн. участков: зоны отставания, в к-рой ср. скорость металла меньше
горизонтальной составляющей окружной скорости

валков, и зоны опережения, в к-рой скорость
металла относительно выше. Поэтому скорость выхода прокатываемого металла
из валков несколько больше (на 2-6% ) их окружной скорости. Граница между
этими зонами называется нейтральным сечением. Силы трения, действующие
на прокатываемый материал от валков, в зоне отставания направлены по его
движению, в зоне опережения - против. Захват металла валками и стабильность
протекания процесса обусловливаются силами трения, возникающими на контактной
поверхности металла с валками. Для захвата необходимо, чтобы тангенс угла
захвата а, т. е. угла между радиусами, проведёнными от оси валков
к точкам А и В (см. рис. 3), не превысил коэфф. трения: tgа=<м.
В тех случаях, когда к чистоте поверхности изделий не предъявляют высоких
требований, для увеличения угла захвата (а следовательно, и обжатия) поверхности
валков придаётся шероховатость путём насечки.

Практически углы захвата находятся в след.
пределах: при горячей П. в гладких валках 20-26°, в насечённых - 27-34°;
при холодной П. со смазкой - 3-6°.

Усилие на валки при П. определяется как
произведение контактной поверхности на ср. удельное усилие Р = F <^.
р(удельное усилие распределено по контактным поверхностям
неравномерно: его максимум находится вблизи нейтрального сечения, а по
направлению к входу и выходу металла из валков удельное усилие уменьшается).
При П. полос прямоугольного сечения контактная поверхность

рассчитывается по формуле

где r - радиус валка. При холодной
П. полос действительная контактная поверхность больше из-за упругого сжатия
валков в местах соприкосновения с прокатываемым металлом. Среднее удельное
усилие, наз. также нормальным контактным напряжением, зависит от большого
числа факторов и может быть выражено формулой р<^. n . n.
o, где nгл. обр. от отношения длины дуги захвата, т. е. дуги между точками Л и
В на окружности сечения валка (см. рис. 3), к ср. толщине прокатываемой
полосы и её ширине, от коэфф. трения и от натяжения прокатываемого металла
(натяжение широко применяется при холодной П.); n - коэфф.,
учитывающий влияние скорости П.; nвеличины наклёпа металла; а - предел текучести (сопротивление деформации)
обрабатываемого металла при темп-ре прокатки. Наибольшее значение имеет
коэфф. n, изменяющийся в зависимости от указанных выше
факторов в широких пределах (0,8-8); чем больше силы трения на контактных
поверхностях и меньше толщина прокатываемого металла, тем выше этот коэффициент.
В практич. расчётах принимается при горячей П. nхолодной n = 1. Для углеродистых сталей при горячей
П. ср. удельное усилие находится в пределах 100-300 и/V (10 - 30 кгс/мм²),
при холодной П. 800 - 1500 н/м² (80-150 кгс/мм²).
Равнодействующие усилия на валки при наиболее распространённых условиях
П. направлены параллельно линии, соединяющей оси валков, т. е. вертикально
(рис. 4). Связь между усилием Р и моментом М, необходимым для вращения
каждого валка, определяется формулой

где а - плечо силы Р, находящееся
в пределах

радиус круга трения подшипников валков,
равный произведению коэфф. трения подшипника на радиус его цапфы. Усилие
на валок при П. стальной проволоки, узких стальных полос составляет ок.
200-1000 кн (20-100 тс), а при П. листов шир. 2-2,5 м
доходит до 30- 60 Мн (3000-6000 тс). Момент, необходимый
для вращения обоих валков при П. стальной проволоки и мелких сортовых профилей,
составляет 40-80 кн<^.м (4-8 тс<^.м),
а при П. слябов и широких листов достигает 6000-9000 кн<^.м
(600-900 тс<^.м).

Рис. 4. Направление равнодействующих
сил усилия на валки при простом процессе прокатки с учётом влияния трения
в подшипниках.

О П. различных стальных профилей
и профилей из цветных металлов и сплавов см. в ст. Прокатное производство.

Лит.: Целиков А. И., Основы теории
прокатки, М., 1965; Смирнов В. С., Теория прокатки, М., 1967; Целиков А.
И., Гришков А. И., Теория прокатки, М., 1970; Тетерин П. К., Теория поперечно-винтовой
прокатки, М., 1971; Третьяков А. В., Зюзин В. И., Механические свойства
металлов и сплавов при обработке давлением, М., 1973; Луговской В. М.,
Алгоритмы систем автоматизации листовых станов, М., 1974.

А. И. Целиков.

А Б В Г Д Е Ё Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ъ Ы Ь Э Ю Я