Прокатка металла является одним из основных способов обработки металлов давлением. Суть процесса заключается в пластической деформации заготовки при пропускании ее между вращающимися валками. Прокатка позволяет получать изделия заданной формы и размеров: листы, ленты, прутки, трубы, рельсы и многое другое.
Прокатка металла широко применяется в металлургии благодаря высокой производительности и возможности автоматизации процесса. Рассмотрим основные виды и особенности "прокатки металла".
Горячая прокатка
При горячей прокатке металла заготовка нагревается до температуры 1200-1250 °C. Это обеспечивает повышенную пластичность металла и снижение усилий деформации. Горячекатаные изделия обладают более однородной структурой.
Особенности горячей прокатки:
- Высокая производительность процесса.
- Возможность значительных обжатий за один проход.
- Получение прочной однородной структуры.
- Высокие энергозатраты на нагрев заготовок.
Горячая прокатка применяется для производства сортового проката: листов, полос, прутков, рельсов, балок.
Обработка металла прокаткой
Обработка металла прокаткой осуществляется при комнатной температуре. Это снижает пластичность, поэтому обжатия за проход невелики (до 30%). Холодная прокатка используется:
- Для упрочнения горячекатаных полуфабрикатов.
- При изготовлении тонких листов и фольги.
- Для получения точных размеров и высокого качества поверхности.
Преимущества холодной прокатки в высокой точности размеров и минимальной шероховатости поверхности. К недостаткам относят низкую производительность.
Прокатка листового металла
Листовой прокат широко используется в промышленности для изготовления деталей методом штамповки и во многих других областях.
Технология прокатки листового металла включает:
- Нагрев заготовок в печи до температуры горячей прокатки.
- Деформацию заготовок между валками в несколько проходов с постепенным уменьшением зазора.
- Контроль геометрии и качества поверхности готовых листов.
- Резку листов на заданные размеры.
К преимуществам листовой прокатки относят высокую производительность и качество поверхности листов.
Профилирование металла прокаткой
Профильный прокат представляет совокупность изделий постоянного поперечного сечения, отличного от круга, квадрата или прямоугольника. К профилям относятся швеллеры, уголки, тавры, рельсы, балки и др.
Профилирование осуществляется на специальных станах при прокатке металла:
- В универсальных калибрах, охватывающих профиль.
- В роликовых калибрах овальной формы.
- В специальных калибрах сложной формы.
Преимущества профилей - экономия металла, удобство монтажа, возможность автоматизации сборки конструкций.
Непрерывная прокатка
Непрерывная прокатка металла осуществляется на специальных станах, состоящих из нескольких клетей. Заготовка последовательно проходит обжатие в каждой клети без вывода из валков.
Преимущества непрерывной прокатки:
- Высокая производительность.
- Возможность автоматизации.
- Стабильность размеров и качества проката.
Непрерывная горячая прокатка используется для изготовления сортового проката. Холодная непрерывная прокатка применяется для производства высококачественных листов и лент.
Таким образом, прокатка металла - высокоэффективный метод формообразования, позволяющий получать изделия с требуемыми свойствами. Подбор оптимального вида прокатки определяет качество и себестоимость продукции.
Разновидности валков
Для осуществления процесса прокатки применяются валки различных конструкций. Рабочие валки выполняют непосредственную деформацию металла. Опорные валки поддерживают рабочие и передают усилие прокатки. Различают следующие типы валков:
- Гладкие цилиндрические валки для прокатки полос и листов.
- Валки с калибрами сложного профиля.
- Рифленые валки для прокатки ребристых листов.
- Валки с закаленной поверхностью, устойчивые к износу.
Правильный подбор валков имеет большое значение для обеспечения требуемого качества поверхности и размерной точности проката.
Смазочно-охлаждающие жидкости
Для облегчения процесса прокатки и предотвращения пригорания металла к валкам используют смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ). Основные функции СОЖ:
- Уменьшение трения между металлом и валками.
- Отвод тепла деформации от очага деформации.
- Предотвращение окисления поверхности металла и валков.
В качестве СОЖ применяют масла, эмульсии, мыльные растворы. Правильный выбор СОЖ влияет на качество поверхности, стойкость инструмента, производительность процесса.
Контроль качества проката
Контроль качества проката имеет большое значение для обеспечения соответствия изделий требованиям технических условий. Основные контролируемые параметры:
- Геометрические размеры (толщина, ширина, длина).
- Форма и взаимное расположение поверхностей.
- Состояние поверхности.
- Механические свойства.
- Химический состав.
Для контроля используются измерительные и испытательные приборы, а также методы неразрушающего контроля. Современные средства автоматизации позволяют осуществлять контроль в режиме реального времени.
Автоматизация процессов прокатки
Большинство современных прокатных станов оснащены системами автоматического управления, которые обеспечивают:
- Автоматическое регулирование зазора между валками.
- Контроль и стабилизацию температурного режима.
- Корректировку режимов прокатки и охлаждения.
- Автоматическую смазку валков.
Внедрение автоматизации повышает производительность, снижает брак и позволяет получать стабильное качество проката при минимальных затратах.
Влияние режимов прокатки на свойства металла
Режимы прокатки (скорость, степень обжатия, температура) оказывают существенное влияние на структуру и свойства деформируемого металла. Оптимальный выбор параметров процесса позволяет получать прокат с заданным комплексом характеристик.
Основные зависимости:
- Повышение температуры прокатки увеличивает пластичность, но снижает предел текучести.
- Увеличение степени деформации приводит к измельчению зерен и повышению прочности.
- Высокая скорость деформации способствует дроблению зерен и упрочнению.
Таким образом, варьируя параметрами прокатки, можно в широких пределах регулировать комплекс механических свойств.
Влияние нагрева на свойства проката
Качество нагрева заготовок перед прокаткой оказывает существенное влияние на свойства готового проката. Неправильный нагрев приводит к:
- Неравномерной деформации по сечению.
- Повышенной закалочной структуре.
- Появлению дефектов (трещин, расслоений).
Для получения однородной структуры и свойств необходимо:
- Обеспечить равномерный нагрев по всему сечению.
- Выдержать оптимальную температуру и время нагрева.
- Исключить перегрев поверхностных слоев.
Автоматизация процессов термообработки является важным условием высокого качества проката.
Влияние последующей обработки
Для придания прокату необходимого комплекса свойств используют различные виды дополнительной обработки:
- Термическая обработка (закалка, отпуск) для регулирования структуры и прочности.
- Химико-термическая обработка (цементация, азотирование) для упрочнения поверхности.
- Механическая обработка (шлифовка, полировка) для повышения чистоты поверхности.
Комплексная обработка позволяет получить прокат, оптимально соответствующий условиям эксплуатации изделий.
Обеспечение экологической безопасности
Прокатное производство связано с воздействием на окружающую среду, основные факторы:
- Выбросы и шум при работе оборудования.
- Сбросы смазочно-охлаждающих жидкостей.
- Образование твердых отходов (окалина, обрезь).
Для минимизации воздействия применяют:
- Очистку выбросов и сбросов.
- Безотходные технологии переработки окалины и обрези.
- Замкнутые системы водооборота.
Внедрение передовых решений позволяет сделать прокатное производство экологически безопасным.
