Прокат (металлообработка)

В металлообработке , прокатка — это процесс формовки металла при котором металлическую заготовку пропускают через одну или несколько пар валков для уменьшения толщины, придания однородности толщины и/или придания желаемых механических свойств. Идея аналогична раскатыванию теста . Прокат классифицируют по температуре прокатываемого металла. Если температура металла выше температуры его рекристаллизации , то процесс называется горячей прокаткой . Если температура металла ниже температуры его рекристаллизации, этот процесс называется холодной прокаткой . С точки зрения использования, при горячей прокатке обрабатывается больше тоннажа, чем при любом другом производственном процессе, а при холодной прокатке обрабатывается больше всего тоннажа из всех холодной обработки . процессов ^[1]^[2] Прокатные клети, содержащие пары валков, сгруппированы в прокатные станы , которые могут быстро перерабатывать металл, обычно сталь , в такие изделия, как конструкционная сталь ( двутавровые балки , уголки, швеллеры), прутки и рельсы . Большинство сталелитейных заводов имеют прокатные цеха, которые перерабатывают полуфабрикаты отливки в готовую продукцию.

Существует множество типов процессов прокатки, включая прокатку колец , гибку валков , профилирование , профильную прокатку и контролируемую прокатку .

Железо и сталь

Самые ранние прокатные станы в грубом виде, но с теми же основными принципами, были обнаружены на Ближнем Востоке и в Южной Азии еще в 600 году до нашей эры. ^{[ нужна ссылка ]} Изобретение прокатного стана в Европе можно приписать Леонардо да Винчи по его рисункам. ^[3]^{[ не удалось пройти проверку ]} Самыми ранними прокатными станами были продольно-продольные станы , которые были завезены из нынешней Бельгии в Англию в 1590 году. Они пропускали плоские прутки между валками, образуя железную пластину, которую затем пропускали между рифлеными валками (прорезными станками) для производства железных стержней. ^[4] Первые эксперименты по прокатке железа для жести были проведены около 1670 года. В 1697 году майор Джон Хэнбери мельницу построил в Понтипуле для прокатки «понтипульских пластин» – черной пластины . Позже ее начали перекатывать и лужить для изготовления белой жести . Ранее листовое железо в Европе производилось в кузницах, а не на прокатных станах.

Продольно-продольный стан был приспособлен для производства обручей (для бочек) и железа полукруглого или другого сечения с помощью средств, на которые были выданы два патента ок. 1679.

Некоторые из самых ранних литературных источников о прокатных станах восходят к шведскому инженеру Кристоферу Полхему в его книге «Патриотистский завет» 1761 года, где он упоминает прокатные станы как для листового, так и для пруткового железа. ^[5] Он также объясняет, как прокатные станы могут сэкономить время и рабочую силу, поскольку прокатный стан может производить от 10 до 20 и более прутков одновременно.

Патент на полировку и прокатку металлов был выдан Томасу Блокли из Англии в 1759 году. Другой патент был выдан в 1766 году Ричарду Форду из Англии на первую мельницу-тандем. ^[6] Стан-тандем — это стан, на котором металл прокатывают в последовательных клетях; Стан-тандем Форда предназначался для горячей прокатки катанки.

Другие металлы

Прокатные станы для свинца, похоже, существовали к концу 17 века. К концу 18 века также стали прокатывать медь и латунь.

Современный прокат

Вплоть до XVIII века прокатные станы получали энергию от водяных колес . Первое зарегистрированное использование парового двигателя, непосредственно приводящего в движение мельницу, относится к заводу Джона Уилкинсона в Брэдли, где в 1786 году двигатель Бултона и Уатта был соединен с продольно-прокатным станом. Использование паровых двигателей значительно расширило производственные возможности мельниц, пока этот вид энергии не был вытеснен электродвигателями . вскоре после 1900 года ^[7]

Современную практику прокатки можно отнести к новаторским усилиям Генри Корта из Funtley Iron Mills, недалеко от Фархэма в Хэмпшире , Англия. В 1783 году Генри Корту был выдан номер патента на использование рифленых валков для прокатки железных прутков. ^[8] Благодаря новой конструкции мельницы могли производить в 15 раз больше продукции в день, чем молотковые. ^[9] Хотя Корт не был первым, кто использовал рифленые валки, он был первым, кто объединил в себе многие из лучших особенностей различных процессов производства чугуна и формовки, известных в то время. Поэтому современные писатели называют его «отцом современного проката».

Первый рельсопрокатный стан был основан Джоном Биркеншоу на металлургическом заводе Бедлингтон в Нортумберленде , Англия, в 1820 году, где он производил рельсы из кованого железа с «рыбьим брюхом» длиной от 15 до 18 футов. ^[9] С развитием технологии прокатных станов размеры прокатных станов быстро росли вместе с размером прокатываемой продукции. Одним из примеров этого была Большая выставка в Лондоне в 1851 году, где была установлена тарелка длиной 20 футов, высотой 3 метра. Ширина 1/2 фута, толщина Consett 7/16 дюйма и вес 1125 фунтов были выставлены компанией Iron Company . ^[9] Дальнейшее развитие прокатного стана произошло с появлением в 1853 году трехвалковых станов, используемых для прокатки тяжелых профилей.

Горячая и холодная прокатка

Цена горячекатаной стали

Горячая прокатка

Горячая прокатка — это процесс металлообработки , происходящий выше температуры рекристаллизации материала. После деформации зерен в процессе обработки они рекристаллизуются, что сохраняет равноосную микроструктуру металла и препятствует наклепу . Исходным материалом обычно являются большие куски металла, такие как литейные полуфабрикаты , такие как слитки , слябы , блюмы и заготовки .

Слиток извлечен из ямы для выдержки
Фото холодных плит
Стальные цветы на железнодорожном вагоне
Заготовки на железнодорожном вагоне

Если эти продукты получены в результате непрерывного литья , они обычно подаются непосредственно на прокатные станы при соответствующей температуре. В небольших операциях материал начинается при комнатной температуре и должен быть нагрет. это делается в яме для замачивания, Для более крупных заготовок работающей на газе или жидком топливе; для заготовок меньшего размера индукционный нагрев используется . Во время обработки материала необходимо контролировать температуру, чтобы убедиться, что она остается выше температуры рекристаллизации.

Для поддержания запаса прочности температуру окончания определяют выше температуры рекристаллизации; обычно это на 50–100 ° C (от 122 до 212 ° F) выше температуры рекристаллизации. Если температура падает ниже этой температуры, материал необходимо повторно нагреть перед дополнительной горячей прокаткой. ^[10]

Горячекатаные металлы обычно имеют небольшую направленность механических свойств и остаточных напряжений , вызванных деформацией . Однако в некоторых случаях неметаллические включения придают некоторую направленность, а заготовки толщиной менее 20 мм (0,79 дюйма) часто обладают некоторыми свойствами направленности. Неравномерное охлаждение вызывает большое количество остаточных напряжений, которые обычно возникают в формах с неоднородным поперечным сечением, таких как двутавровые балки . Несмотря на хорошее качество готового продукта, его поверхность покрыта окалиной , которая представляет собой оксид , образующийся при высоких температурах. Обычно его удаляют травлением или процессом гладкой чистой поверхности (SCS) , в результате которого поверхность становится гладкой. ^[11] Размерные допуски обычно составляют от 2 до 5% от общего размера. ^[12]

Горячекатаная мягкая сталь, по-видимому, имеет более широкий допуск к уровню содержания углерода, чем холоднокатаная сталь, и, следовательно, ее труднее использовать кузнецу.

Горячая прокатка используется в основном для производства листового металла или изделий простого сечения, например железнодорожных путей .

Форма прокатки дизайн

Прокатные станы часто делят на черновые, промежуточные и чистовые клеть. Во время фасонной прокатки исходная заготовка (круглая или квадратная) с диаметром кромки обычно от 100 до 140 мм непрерывно деформируется для получения определенного готового изделия с меньшим размером поперечного сечения и геометрией. Начиная с конкретной заготовки, можно использовать различные последовательности для производства определенного конечного продукта. Однако, поскольку каждый прокатный стан стоит значительно дороже (до 2 миллионов евро), типичным требованием является уменьшение количества проходов прокатки. Были достигнуты различные подходы, включая эмпирические знания, использование численных моделей и методов искусственного интеллекта. Ламбиазе и др. ^[13]^[14] утвердил модель конечных элементов (FE) для прогнозирования окончательной формы проката при проходе по кругу и по плоскости. Одной из основных задач при проектировании прокатных станов является уменьшение количества проходов. Возможным решением таких требований является разрезной проход , также называемый разделенным проходом , который делит входящий пруток на две или более частей, тем самым фактически увеличивая коэффициент уменьшения поперечного сечения за проход, как сообщает Lambiase. ^[15]Еще одним решением для сокращения количества проходов на прокатных станах является использование автоматизированных систем проектирования прокатных проходов, предложенных Lambiase и Langella. ^[16] впоследствии Lambiase разработала автоматизированную систему на основе искусственного интеллекта и, в частности, интегрированную систему, включающую механизм логического вывода, основанный на генетических алгоритмах, базу данных знаний на основе искусственной нейронной сети, обученную с помощью параметрической модели конечных элементов, а также для оптимизации и автоматического проектирования прокатных станов. ^[17]

Холодная прокатка

Холодная прокатка происходит при температуре металла ниже температуры его рекристаллизации (обычно при комнатной температуре), что повышает прочность за счет деформационного упрочнения до 20%. Это также улучшает качество поверхности и обеспечивает более жесткие допуски . Обычно холоднокатаная продукция включает листы, полосы, прутки и прутки; эти изделия обычно меньше по размеру, чем те же изделия, которые подвергаются горячему прокату. Из-за меньших размеров заготовок и их большей прочности по сравнению с горячекатаным прокатом применяют четырехвалковые или кластерные станы. ^[2] Холодная прокатка не может уменьшить толщину заготовки так сильно, как горячая прокатка за один проход.

Холоднокатаные листы и полосы выпускаются в различных состояниях: полностью твердые , полутвердые , четвертьтвердые и дрессированные . Полнотвердая прокатка уменьшает толщину на 50%, в то время как другие виды предполагают меньшее обжатие. Холоднокатаную сталь затем отжигают, чтобы придать ей пластичность, которая известна просто как холоднокатаная и близко отожженная сталь . Скин-прокатка, также известная как дрессировка , предполагает наименьшую степень обжатия: 0,5–1%. Он используется для получения гладкой поверхности, одинаковой толщины и уменьшения явления предела текучести (за счет предотвращения полос Людерса образования при последующей обработке). Он фиксирует дислокации на поверхности и тем самым снижает возможность образования полос Людерса. Чтобы избежать образования полос Людерса, необходимо создать значительную плотность незакрепленных дислокаций в ферритовой матрице. Он также используется для разрушения блесток на оцинкованной стали. Шкуренный прокат обычно используется в последующих процессах холодной обработки, где требуется хорошая пластичность.

Другие формы можно подвергать холодной прокатке, если поперечное сечение относительно однородно, а поперечный размер относительно мал. Холодная прокатка профилей требует ряда операций формования, обычно таких как калибровка, раскройка, черновая, получерновая, получистовая и чистовая обработка.

Если сталь обрабатывается кузнецом, более гладкая, однородная сталь и более низкий уровень углерода, инкапсулированного в сталь, облегчают обработку, но ценой более высокой стоимости. ^[18]

Процессы

Гибка валков

Вальцовая гибка позволяет получить изделие цилиндрической формы из листового или стального металла. ^[19]

Профилирование рулонов

Профилирование валков, гибка валков или прокатка листов — это непрерывная операция гибки, при которой длинная полоса металла (обычно рулонная сталь) пропускается через последовательные наборы валков или клетей, каждый из которых выполняет лишь небольшую часть изгиба, до достижения желаемого поперечного сечения. - получен профиль сечения. Профилирование идеально подходит для производства деталей большой длины или в больших количествах.Существует три основных процесса: 4 ролика, 3 ролика и 2 ролика, каждый из которых имеет разные преимущества в зависимости от желаемых характеристик выходной пластины.

Плоский прокат

Плоская прокатка — это основная форма прокатки, в которой исходный и конечный материал имеет прямоугольное поперечное сечение. Материал подается между двумя валками , называемыми рабочими валками , которые вращаются в противоположных направлениях. Зазор между двумя валками меньше толщины исходного материала, что приводит к его деформации . Уменьшение толщины материала приводит к его удлинению. Трение . на границе между материалом и валками приводит к проталкиванию материала Величина деформации, возможная за один проход, ограничена трением между валками; если изменение толщины слишком велико, валки просто скользят по материалу и не втягивают его. ^[1] Конечный продукт представляет собой лист или пластину, причем толщина первого составляет менее 6 мм (0,24 дюйма), а второго - более; однако тяжелые пластины, как правило, формуют с помощью пресса , который называется ковкой , а не прокаткой. ^{[ нужна ссылка ]}

Часто валки нагревают, чтобы улучшить обрабатываемость металла. Смазка часто используется для предотвращения прилипания заготовки к валкам. ^{[ нужна ссылка ]} Для более точной настройки процесса регулируется скорость вращения валков и температура валков. ^[20]

Для тонкого листового металла толщиной менее 200 мкм (0,0079 дюйма) ^{[ нужна ссылка ]} прокатка производится на кластерном стане, поскольку небольшая толщина требует валков малого диаметра. ^[10] Чтобы уменьшить потребность в небольших рулонах пакетная прокатка , используется , при которой несколько листов прокатываются вместе для увеличения эффективной начальной толщины. Когда листы фольги проходят через валки, они обрезаются и разрезаются круглыми или бритвенными ножами . Под обрезкой подразумеваются края фольги, а под обрезкой подразумевается ее разрезание на несколько листов. ^[20] Алюминиевая фольга является наиболее распространенным продуктом, производимым методом пакетной прокатки. Это видно по двум разным вариантам отделки поверхности; блестящая сторона находится на стороне рулона, а тусклая сторона — напротив другого листа фольги. ^[21]

Кольцевая прокатка

Кольцевая прокатка — это специализированный вид горячей прокатки, позволяющий увеличить диаметр кольца. Исходный материал – толстостенное кольцо. Эту заготовку помещают между двумя валками, внутренним натяжным и ведомым валком , который прижимает кольцо снаружи. По мере прокатки толщина стенки уменьшается по мере увеличения диаметра. Валкам может быть придана различная форма поперечного сечения. Полученная структура зерен является кольцевой, что обеспечивает лучшие механические свойства. Диаметр может достигать 8 м (26 футов), а высота лица - до 2 м (79 дюймов). Общие области применения включают железнодорожные шины, подшипники , шестерни , ракеты , турбины , самолеты , трубы и сосуды под давлением . ^[11]

Структурная прокатка формы

Поперечные сечения непрерывно прокатанных фасонных изделий, показывающие изменения, вызванные каждым прокатным станом.

Контролируемая прокатка

Контролируемая прокатка — это вид термомеханической обработки , сочетающий в себе контролируемую деформацию и термическую обработку . Тепло, которое поднимает заготовку до температуры рекристаллизации, также используется для проведения термообработки, так что любая последующая термообработка становится ненужной. Виды термической обработки включают получение мелкозернистой структуры; контроль природы, размера и распределения различных продуктов превращения (таких как феррит , аустенит , перлит , бейнит и мартенсит в стали); индуцирование дисперсионного твердения ; и контроль прочности . Для достижения этой цели весь процесс должен тщательно отслеживаться и контролироваться. Общие переменные при контролируемой прокатке включают состав и структуру исходного материала, уровни деформации, температуры на различных стадиях и условия охлаждения. Преимущества контролируемой прокатки включают улучшение механических свойств и экономию энергии. ^[12]

Кузнечная прокатка

Кузнечная прокатка — это процесс продольной прокатки, позволяющий уменьшить площадь поперечного сечения нагретых прутков или заготовок путем проведения их между двумя противоположными вращающимися сегментами валков. Этот процесс в основном используется для обеспечения оптимизированного распределения материала для последующих процессов штамповки. Благодаря этому при штамповке можно добиться лучшего использования материала, меньших технологических усилий и лучшего качества поверхности деталей. ^[22]

По сути, любой металл, поддающийся ковке, можно также подвергнуть ковке. Кузнечная прокатка в основном используется для предварительного формования длинномерных заготовок путем целевого распределения массы таких деталей, как коленчатые валы, шатуны, поворотные кулаки и оси транспортных средств. Самые узкие производственные допуски могут быть достигнуты ковочной прокаткой лишь частично. Это основная причина, по которой ковочная прокатка редко применяется для чистовой обработки, а преимущественно для предварительной формовки. ^[23]

Характеристики кузнечного проката: ^[24]

высокая производительность и высокий коэффициент использования материала
хорошее качество поверхности кованокатаных заготовок
увеличенный срок службы инструмента
небольшие инструменты и низкие затраты на инструмент
улучшенные механические свойства благодаря оптимизированному потоку зерна по сравнению с заготовками, полученными исключительно штамповкой

Миллс

, Прокатный стан также известный как редукционный стан или стан , имеет общую конструкцию, независимую от конкретного типа выполняемой прокатки: ^[25]

Прокатный стан для холодной прокатки металлического листа, такого как этот кусок латунного листа.

Рабочие валки
Опорные валки – предназначены для обеспечения жесткой опоры, необходимой рабочим валкам для предотвращения прогиба под нагрузкой прокатки.
Система балансировки роликов – для обеспечения того, чтобы верхние рабочие и опорные валки находились в правильном положении относительно нижних валков.
Устройства для смены валков – использование мостового крана и устройства, предназначенного для крепления к шейке валка, который необходимо снять с стана или вставить в него.
Устройства защиты мельницы – для обеспечения того, чтобы силы, приложенные к подушкам опорных валков, не были настолько велики, чтобы сломать шейки валков или повредить корпус мельницы.
Системы охлаждения и смазки валков
Шестерни - шестерни для разделения мощности между двумя шпинделями, вращая их с одинаковой скоростью, но в разных направлениях.
Зубчатая передача – для установки желаемой скорости прокатки.
Приводные двигатели – прокатка узкой фольги мощностью в тысячи лошадиных сил
Электрическое управление – на двигатели подается постоянное и переменное напряжение.
Моталки и размотчики – для размотки и свертывания рулонов металла.

Слябы являются исходным материалом для станов горячей прокатки или толстолистовых станов, а блюмы раскатываются в заготовки на заготовочном стане или в большие секции на конструкционном стане. Продукция полосового стана сматывается в рулоны и впоследствии используется в качестве сырья для стана холодной прокатки или используется непосредственно производителями. Заготовки для повторной прокатки впоследствии прокатываются на купевом, прутковом или стержневом стане. Торговые или прутковые станы производят разнообразную фасонную продукцию, такую как уголки, швеллеры, балки, круги (длинные или спиральные) и шестигранники.

Конфигурации

Мельницы имеют различные типы конфигураций, самая основная из которых — двухвалковая нереверсивная , что означает наличие двух валков, которые вращаются только в одном направлении. Двухвалковый реверсивный стан имеет валки, которые могут вращаться в обоих направлениях, но недостатком является то, что валки необходимо останавливать, реверсировать, а затем снова доводить до скорости прокатки между каждым проходом. Чтобы решить эту проблему, была изобретена трехвалковая мельница, в которой используются три валка, вращающиеся в одном направлении; металл подается через два валка, а затем возвращается через другую пару. Недостатком этой системы является то, что заготовку необходимо поднимать и опускать с помощью подъемника. Все эти станы обычно используются для первичной прокатки, а диаметр валков составляет от 60 до 140 см (от 24 до 55 дюймов). ^[10]

Для минимизации диаметра валков четырехвалковый или кластерный используется стан. Небольшой диаметр валков является преимуществом, поскольку меньшее количество валков контактирует с материалом, что приводит к снижению требуемой силы и мощности. Проблема маленького валка – снижение жесткости, которое преодолевается применением опорных валков . Эти опорные рулоны больше по размеру и соприкасаются с задней стороной меньших рулонов. Четырехвалковый стан имеет четыре валка: два малых и два больших. Кассетный стан имеет более четырех валков, обычно в три яруса. Станы этого типа обычно используются для горячей прокатки широких листов, большинства операций холодной прокатки и для прокатки фольги. ^[10]

Исторически мельницы классифицировались по производимой продукции: ^[26]

Блюминг , зубчатые и слябинговые станы , являющиеся подготовительными станами для прокатки готовых рельсов , профилей или листов соответственно. Если они реверсивные, то они имеют диаметр от 34 до 48 дюймов, а если трехвысотные, то от 28 до 42 дюймов в диаметре.
Заготовочные станы трехвалковые, валки диаметром от 24 до 32 дюймов, используются для дальнейшего измельчения блюмов до заготовок размером 1,5х1,5 дюйма, являясь полуподготовительными станами для прутков и стержней.
Станы балочные трехвалковые, валки диаметром от 28 до 36 дюймов, для производства тяжелых балок и швеллеров диаметром 12 дюймов и более.
Рельсовые станы с валками диаметром от 26 до 40 дюймов.
Профильные станы с валками диаметром от 20 до 26 дюймов для балок и швеллеров небольших размеров и других конструктивных форм.
Торговые прутковые станы с валками диаметром от 16 до 20 дюймов.
Небольшие сортовые станы с чистовыми валками диаметром от 8 до 16 дюймов, обычно оборудованные черновой клетью большего размера.
Стержневые и проволочные станы с чистовыми валками диаметром от 8 до 12 дюймов, всегда оборудованные черновыми клетями большего размера.
Фабрики по производству обручей и хлопчатобумажных галстуков, похожие на небольшие торговые фабрики по производству слитков.
Броневые станы с валками диаметром от 44 до 50 дюймов и корпусом от 140 до 180 дюймов.
Листовые станы с валками диаметром от 28 до 44 дюймов.
Листовые станы с валками диаметром от 20 до 32 дюймов.
Универсальные станы для производства прямоугольных или так называемых универсальных листов и различных широкофланцевых профилей с помощью системы вертикальных и горизонтальных валков.

Тандемная мельница

Стан-тандем — это особый тип современного прокатного стана, прокатка которого осуществляется за один проход. На традиционном прокатном стане прокатка осуществляется за несколько проходов, но на стане-тандеме имеется несколько клетей (>=2 клети), и обжатие происходит последовательно. Количество стендов от 2 до 18.

Станы-тандемы могут быть станами горячей или холодной прокатки.

Станы холодной прокатки можно разделить на непрерывные и периодические.

Стан непрерывного действия имеет петлеобразную башню, которая позволяет стану продолжать медленно прокатывать полосу в башне, в то время как сварщик полосы соединяет хвостовую часть текущего рулона с головкой следующего рулона. На выходе стана обычно имеются летучие ножницы (для резки полосы на уровне сварного шва или рядом с ним), за которыми следуют две намоточные машины; один разгружается, а другой наматывается на токовую катушку.

Петлевые башни используются и в других местах; такие как линии непрерывного отжига , линии непрерывного электролитического лужения и линии непрерывного цинкования .

Дефекты

Толщина меняется по длине

При горячей прокатке, если температура заготовки неоднородна, течение материала будет происходить больше в более теплых частях и меньше в более холодных. Если разница температур достаточно велика, могут возникнуть трещины и разрывы. ^[10]Более холодные секции, помимо прочего, являются результатом опор в печи повторного нагрева.

При холодной прокатке практически все изменения толщины полосы являются результатом эксцентриситета и некруглости опорных валков примерно от клети 3 стана горячей прокатки до готового продукта.

Эксцентриситет опорного валка может достигать 100 мкм на стопку. Эксцентриситет можно измерить в автономном режиме, построив график изменения силы во времени, когда стан находится в режиме ползучести, полоса отсутствует, а клеть стана находится под лицевой стороной.

Модифицированный анализ Фурье применялся на пятиклетевом стане холодной прокатки компании Bluescope Steel, Порт-Кембла, с 1986 года до прекращения производства стана холодной прокатки в 2009 году. В каждом рулоне в файле сохранялось отклонение толщины на выходе, кратное 10 на каждый метр полосы. Этот файл анализировался отдельно для каждой частоты/длины волны от 5 м до 60 м с шагом 0,1 м. Для повышения точности были приняты меры по использованию полного кратного каждой длины волны (100*). Рассчитанные амплитуды были построены в зависимости от длины волны, чтобы можно было сравнить пики с ожидаемыми длинами волн, создаваемыми резервными роликами каждого стенда.

Если клеть стана оснащена гидравлическими поршнями последовательно с механическими винтами с электрическим приводом или вместо них, то можно устранить эффект эксцентриситета опорных валков этой клети. Во время прокатки эксцентриситет каждого опорного валка определяется путем измерения силы крена и присвоения ее соответствующей части вращательного положения каждого опорного валка. Эти записи затем используются для управления гидравлическим поршнем, чтобы нейтрализовать эксцентриситеты.

Плоскостность и форма

В плоской металлической заготовке плоскостность является описательным признаком, характеризующим степень геометрического отклонения от базовой плоскости. Отклонение от полной плоскостности является прямым результатом релаксации заготовки после горячей или холодной прокатки из-за структуры внутренних напряжений, вызванной неравномерным поперечным сжимающим действием валков и неравномерными геометрическими свойствами входного материала. Поперечное распределение дифференциального напряжения, вызванного деформацией/удлинением, относительно среднего приложенного напряжения материала обычно называют формой. Из-за строгой взаимосвязи между формой и плоскостностью эти термины можно использовать как взаимозаменяемые. В случае металлических полос и листов плоскостность отражает дифференциальное удлинение волокон по ширине заготовки. Это свойство должно подвергаться точному контролю на основе обратной связи, чтобы гарантировать обрабатываемость металлических листов в финальных процессах трансформации. Некоторые технологические подробности регулирования плоскостности с обратной связью приведены в . ^[27]

Профиль

Профиль состоит из размеров короны и клина. Коронка — это толщина в центре по сравнению со средней толщиной по краям заготовки. Клин — это мера толщины одного края в отличие от другого края. Оба могут быть выражены как абсолютные измерения или как относительные измерения. Например, можно иметь коронку 2 мил (центр заготовки на 2 мил толще краев) или коронку 2% (центр заготовки на 2% толще краев).

Обычно желательно иметь некоторую выпуклость заготовки, так как это приведет к тому, что заготовка будет стремиться к центру фрезы и, таким образом, будет работать с большей стабильностью.

Плоскостность

Поддержание равномерного зазора между валками затруднено, поскольку валки прогибаются под нагрузкой, необходимой для деформации заготовки. Из-за прогиба заготовка становится тоньше по краям и толще в середине. Этого можно избежать, используя ролик с коронкой (параболическая коронка), однако ролик с коронкой компенсирует только один набор условий, а именно материал, температуру и степень деформации. ^[12]

Другие методы компенсации деформации валков включают непрерывную переменную коронку (КПВ), парную поперечную прокатку и гибку рабочих валков. CVC был разработан SMS-Siemag AG и включает в себя шлифование полиномиальной кривой третьего порядка на рабочих валках, а затем смещение рабочих валков вбок, одинаково и противоположно друг другу. В результате между валками будет зазор параболической формы, который будет меняться в зависимости от бокового смещения, что позволит динамически управлять вершиной валков. Парная поперечная прокатка предполагает использование либо плоских, либо параболически венцовых валков, но со смещением концов под углом так, чтобы зазор между краями валков увеличивался или уменьшался, что позволяет обеспечить динамическое управление венцом. Гибка рабочих валков включает использование гидравлических цилиндров на концах валков для противодействия отклонению валков.

Другой способ решить проблему отклонения — уменьшить нагрузку на валки, что можно сделать путем приложения продольной силы; по сути это рисование . Другой метод уменьшения прогиба валков включает увеличение модуля упругости материала валков и добавление к валкам опорных опор. ^[12]

Различают следующие классификации дефектов плоскостности:

Симметричная краевая волна – края с обеих сторон заготовки «волнистые» из-за того, что материал по краям длиннее, чем материал в центре.
Асимметричная волна по краю — один край «волнистый», поскольку материал на одной стороне длиннее другой.
Центральная пряжка. Центр полосы «волнистый», поскольку полоса в центре длиннее, чем полоса по краям.
Пряжка на четверти. Это редкий дефект, при котором волокна удлиняются в области четверти (часть полосы между центром и краем). Обычно это объясняется применением чрезмерной изгибающей силы валка, поскольку изгибающая сила может не компенсировать отклонение валка по всей длине валка.

Даже если заготовка имеет одинаковую толщину по ширине, может возникнуть дефект плоскостности. Кроме того, можно иметь довольно высокую коронку или клин, но при этом производить плоский материал. Чтобы получить плоский материал, материал необходимо уменьшить на один и тот же процент по ширине. Это важно, поскольку массовый расход материала должен сохраняться, и чем больше материал уменьшается, тем больше он удлиняется. Если таким же образом растянуть материал по ширине, то на выходе из стана плоскостность сохранится.

Черновик

Разницу между толщиной исходного и прокатанного куска металла называют осадкой.Таким образом, если $t_{i}$ - начальная толщина и $t_{f}$ — окончательная толщина, то осадка $d$ определяется выражением

d=t_{i}-t_{f}

Максимальная тяга, которую можно достичь с помощью роликов радиуса $R$ с коэффициентом статического трения $f$ между роликом и металлической поверхностью, определяется выражением

d_{\max }=f^{2}R

Это тот случай, когда сила трения на металле со стороны входного контакта совпадает с отрицательной силой со стороны выходного контакта.

Виды дефектов поверхности

Выделяют шесть типов поверхностных дефектов: ^[28]

Колени: Этот тип дефекта возникает, когда угол или ребро загибают и прокатывают, но не приваривают к металлу. ^[29] Они выглядят как швы на поверхности металла.
Фрезерная резка: Эти дефекты проявляются в виде перьевых наплывов.
Свернутая шкала: Это происходит, когда прокатная окалина скатывается в металл.
Струпья: Это длинные участки рыхлого металла, вкатанные в поверхность металла.
Швы: Они представляют собой открытые ломаные линии, проходящие по длине металла и вызванные наличием окалины, а также шероховатостями прохода чернового стана.
Щепки: Выраженные поверхностные разрывы.

Устранение дефектов поверхности

Многие поверхностные дефекты можно счищать с поверхности полуфабрикатов проката перед дальнейшей прокаткой. Методы зачистки включали ручное рубление долотами (18 и 19 века); механизированное дробление и шлифование пневматическими долотами и шлифовальными машинками; сжигание кислородно-топливной горелкой, давление газа которой сдувает расплавленный пламенем металл или шлак; ^[30] и лазерная зачистка.

См. также

Бернар Лаут изобрел и запатентовал процесс холодной прокатки железа.
Джон Б. Тайтус , изобретатель первого практического процесса непрерывной прокатки широкой полосы для производства стали.
Тадеуш Сендзимир , именем которого названы революционные методы обработки стали и металлов.
Электронно-лучевое текстурирование , используемое для придания шероховатости поверхности цилиндров прокатных станов.
Профилегибочная машина для выдвижных ящиков
календарь
Рулонный гибочный станок

Примечания

^ Jump up to: ^а ^б Дегармо, Блэк и Кохсер 2003 , с. 384.
^ Jump up to: ^а ^б Дегармо, Блэк и Кохсер 2003 , с. 408.
^ «Музей Леонардо да Винчи» . Архивировано из оригинала 5 октября 2013 года . Проверено 15 февраля 2013 г.
^ Ландес, Дэвид. С. (1969). Освобожденный Прометей: технологические изменения и промышленное развитие в Западной Европе с 1750 года по настоящее время . Кембридж, Нью-Йорк: Пресс-синдикат Кембриджского университета. п. 91. ИСБН 978-0-521-09418-4 .
^ Суонк, Джеймс М., История производителей железа во все века , опубликовано Бертом Франклином, 1892 г., стр.91.
^ Робертс 1978 , с. 5.
^ Робертс 1983 , стр. 2 и 26.
^ Р. А. Мотт (редактор П. Сингер), Генри Корт: великий изящный (Metals Society, Лондон, 1983), 31-36; Английские патенты, №№. 1351 и 1420 гг.
^ Jump up to: ^а ^б ^с Робертс 1978 , с. 6.
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и Дегармо, Блэк и Кохсер 2003 , с. 385.
^ Jump up to: ^а ^б Дегармо, Блэк и Кохсер 2003 , с. 387.
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д Дегармо, Блэк и Кохсер 2003 , с. 388.
^ Капече Минутоло, Ф.; Дуранте, М.; Ламбиасе, Ф.; Ланджелла, А. (2005). «Анализ размеров при прокатке стальных стержней для различных типов канавок». Журнал материаловедения и производительности . 14 (3): 373–377. Бибкод : 2005JMEP...14..373C . дои : 10.1361/01599490523913 . S2CID 136821434 .
^ Капече Минутоло, Ф.; Дуранте, М.; Ламбиасе, Ф.; Ланджелла, А. (2006). «Размерный анализ нового типа канавок для прокатки стальной арматуры». Журнал технологии обработки материалов . 175 (1–3): 69–76. дои : 10.1016/j.jmatprotec.2005.04.042 .
^ Ламбиасе, Ф. (2014). «Прогнозирование геометрического профиля при продольной прокатке». Международный журнал передовых производственных технологий . 71 (5–8): 1285–1293. дои : 10.1007/s00170-013-5584-7 . S2CID 110784133 .
^ Ламбиасе, Ф.; Ланджелла, А. (2009). «Автоматизированная процедура проектирования рулонных проходов». Журнал материаловедения и производительности . 18 (3): 263–272. Бибкод : 2009JMEP...18..263L . дои : 10.1007/s11665-008-9289-2 . S2CID 110005903 .
^ Ламбиазе, Ф. (2013). «Оптимизация последовательности прокатки формы с помощью интегрированных методов искусственного интеллекта». Международный журнал передовых производственных технологий . 68 (1–4): 443–452. дои : 10.1007/s00170-013-4742-2 . S2CID 111150929 .
^ «Горячекатаная сталь против холоднокатаной стали» . Spaco.org . Архивировано из оригинала 29 апреля 2018 года . Проверено 29 апреля 2018 г.
^ Тодд, Роберт Х.; Аллен, Делл К.; Альтинг, Лео (1994), Справочное руководство по производственным процессам , Industrial Press Inc., стр. 300–304, ISBN 978-0-8311-3049-7 .
^ Jump up to: ^а ^б «Вопросы и ответы об алюминиевой фольге — eNotes.com» . электронные заметки . Архивировано из оригинала 10 августа 2011 года . Проверено 29 апреля 2018 г.
^ Дегармо, Блэк и Кохсер 2003 , стр. 386
^ Беренс, Б.-А.: Краткое изложение итогового отчета - DEVAPRO (Разработка технологической цепочки переменной теплой ковки). Архивировано 7 апреля 2014 года в Wayback Machine 2 сентября 2015 года.
^ Беренс, Б.-А.: Forge Rolling. В: Энциклопедия производственной инженерии CIRP.
^ ASM International: Справочник ASM Металлообработка: объемная формовка. АСМ Интернэшнл, 2005 г.
^ Робертс 1978 , с. 64.
^ Киндл, Ф.Х. (1913), Прокатная промышленность , Penton Publishing, стр. 13–19.
^ Пин, Г; Франческони, В; Куццола, ФА; Паризини, Т (2012). «Адаптивный пространственный контроль плоскостности металлических полос в клетях холодного многовалкового стана». Журнал управления процессами . 23 (2): 108–119. дои : 10.1016/j.jprocont.2012.08.008 .
^ Определение стандартных условий проката , заархивировано из оригинала 10 января 2010 года , получено 4 марта 2010 года .
^ Поханиш, Ричард П.; Поханиш, Дик (2003), Словарь терминов металлообработки , Industrial Press, ISBN 9780831131289 , архивировано из оригинала 21 июля 2011 года , получено 12 декабря 2010 года .
^ Робертс 1983 , стр. 158–162.

Библиография

Дегармо, Э. Пол; Блэк, Джей Т.; Кохсер, Рональд А. (2003), Материалы и процессы в производстве (9-е изд.), Wiley, ISBN 978-0-471-65653-1 .
Робертс, Уильям Л. (1978), Холодная прокатка стали , Марсель Деккер, ISBN 978-0-8247-6780-8 .
Робертс, Уильям Л. (1983), Горячая прокатка стали , Марсель Деккер, ISBN 978-0-8247-1345-4 .
Доге, Э.; Беренс, бакалавр искусств: Справочник по технологии формовки: основы, технологии, машины (на немецком языке), 2-е издание, Springer Verlag, 2010 г., ISBN 978-3-642-04248-5

Дальнейшее чтение

Гинзбург Владимир Б.; Баллас, Роберт (2000), Основы плоской прокатки , CRC Press, ISBN 978-0-8247-8894-0 .
Ли, Ёнсог (2004), Прокат прутков и прутков , CRC Press, ISBN 978-0-8247-5649-9 .
Суонк, Джеймс М. (1965), История производства железа во все века (2-е изд.), Ayer Publishing, ISBN 978-0-8337-3463-1 .
Рид-Хилл, Роберт и др. Принципы физической металлургии , 3-е издание, издательство PWS, Бостон, 1991. ISBN 978-0-534-92173-6 .
Каллистер-младший, Уильям Д., Материаловедение и инженерия - введение , 6-е издание, John Wiley & Sons, Нью-Йорк, Нью-Йорк, 2003. ISBN 0-471-13576-3
Сухель Хан Патан, IJSRDV5I70206 «Трёхвалковая прокатная машина» (IJSRD/Том 5/Выпуск 07/2017/270). ISSN 2321-0613

Внешние ссылки

[degarmo384-1] Jump up to: ^а ^б Дегармо, Блэк и Кохсер 2003 , с. 384.

[degarmo408-2] Jump up to: ^а ^б Дегармо, Блэк и Кохсер 2003 , с. 408.

[3] «Музей Леонардо да Винчи» . Архивировано из оригинала 5 октября 2013 года . Проверено 15 февраля 2013 г.

[4] Ландес, Дэвид. С. (1969). Освобожденный Прометей: технологические изменения и промышленное развитие в Западной Европе с 1750 года по настоящее время . Кембридж, Нью-Йорк: Пресс-синдикат Кембриджского университета. п. 91. ИСБН 978-0-521-09418-4 .

[5] Суонк, Джеймс М., История производителей железа во все века , опубликовано Бертом Франклином, 1892 г., стр.91.

[Roberts_1978_p5-6] Робертс 1978 , с. 5.

[Roberts_1983_pp2,26-7] Робертс 1983 , стр. 2 и 26.

[8] Р. А. Мотт (редактор П. Сингер), Генри Корт: великий изящный (Metals Society, Лондон, 1983), 31-36; Английские патенты, №№. 1351 и 1420 гг.

[Roberts_1978_p6-9] Jump up to: ^а ^б ^с Робертс 1978 , с. 6.

[degarmo385-10] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и Дегармо, Блэк и Кохсер 2003 , с. 385.

[degarmo387-11] Jump up to: ^а ^б Дегармо, Блэк и Кохсер 2003 , с. 387.

[degarmo388-12] Jump up to: ^а ^б ^с ^д Дегармо, Блэк и Кохсер 2003 , с. 388.

[Capece2005-13] Капече Минутоло, Ф.; Дуранте, М.; Ламбиасе, Ф.; Ланджелла, А. (2005). «Анализ размеров при прокатке стальных стержней для различных типов канавок». Журнал материаловедения и производительности . 14 (3): 373–377. Бибкод : 2005JMEP...14..373C . дои : 10.1361/01599490523913 . S2CID 136821434 .

[Capece_2006-14] Капече Минутоло, Ф.; Дуранте, М.; Ламбиасе, Ф.; Ланджелла, А. (2006). «Размерный анализ нового типа канавок для прокатки стальной арматуры». Журнал технологии обработки материалов . 175 (1–3): 69–76. дои : 10.1016/j.jmatprotec.2005.04.042 .

[15] Ламбиасе, Ф. (2014). «Прогнозирование геометрического профиля при продольной прокатке». Международный журнал передовых производственных технологий . 71 (5–8): 1285–1293. дои : 10.1007/s00170-013-5584-7 . S2CID 110784133 .

[16] Ламбиасе, Ф.; Ланджелла, А. (2009). «Автоматизированная процедура проектирования рулонных проходов». Журнал материаловедения и производительности . 18 (3): 263–272. Бибкод : 2009JMEP...18..263L . дои : 10.1007/s11665-008-9289-2 . S2CID 110005903 .

[17] Ламбиазе, Ф. (2013). «Оптимизация последовательности прокатки формы с помощью интегрированных методов искусственного интеллекта». Международный журнал передовых производственных технологий . 68 (1–4): 443–452. дои : 10.1007/s00170-013-4742-2 . S2CID 111150929 .

[spaco.org-18] «Горячекатаная сталь против холоднокатаной стали» . Spaco.org . Архивировано из оригинала 29 апреля 2018 года . Проверено 29 апреля 2018 г.

[19] Тодд, Роберт Х.; Аллен, Делл К.; Альтинг, Лео (1994), Справочное руководство по производственным процессам , Industrial Press Inc., стр. 300–304, ISBN 978-0-8311-3049-7 .

[enotes-20] Jump up to: ^а ^б «Вопросы и ответы об алюминиевой фольге — eNotes.com» . электронные заметки . Архивировано из оригинала 10 августа 2011 года . Проверено 29 апреля 2018 г.

[degarmo386-21] Дегармо, Блэк и Кохсер 2003 , стр. 386

[22] Беренс, Б.-А.: Краткое изложение итогового отчета - DEVAPRO (Разработка технологической цепочки переменной теплой ковки). Архивировано 7 апреля 2014 года в Wayback Machine 2 сентября 2015 года.

[23] Беренс, Б.-А.: Forge Rolling. В: Энциклопедия производственной инженерии CIRP.

[24] ASM International: Справочник ASM Металлообработка: объемная формовка. АСМ Интернэшнл, 2005 г.

[Roberts_1978_p64-25] Робертс 1978 , с. 64.

[26] Киндл, Ф.Х. (1913), Прокатная промышленность , Penton Publishing, стр. 13–19.

[27] Пин, Г; Франческони, В; Куццола, ФА; Паризини, Т (2012). «Адаптивный пространственный контроль плоскостности металлических полос в клетях холодного многовалкового стана». Журнал управления процессами . 23 (2): 108–119. дои : 10.1016/j.jprocont.2012.08.008 .

[28] Определение стандартных условий проката , заархивировано из оригинала 10 января 2010 года , получено 4 марта 2010 года .

[29] Поханиш, Ричард П.; Поханиш, Дик (2003), Словарь терминов металлообработки , Industrial Press, ISBN 9780831131289 , архивировано из оригинала 21 июля 2011 года , получено 12 декабря 2010 года .

[Roberts_1983_pp158-162-30] Робертс 1983 , стр. 158–162.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]

[19]

[20]

[21]

[22]

[23]

[24]

[25]

[26]

[27]

[28]

[29]

[30]

Базы данных авторитетного контроля
National	France BnF data Israel United States Czech Republic
Other	Encyclopedia of Modern Ukraine