Основными инструментами при прокатке являются. Инструмент и оборудование для прокатки

Прокаткой называют вид обработки давлением, при котором металл пластически деформируется вращающимися гладкими или имеющими нужные канавки (ручьи) валками. Взаимное расположение валков и заготовки, форма и число валков могут быть различными. При этом получают прокат - готовые изделия или заготовки для последующей обработки ковкой, штамповкой, прессованием, волочением или резанием.

Прокатке подвергается 75. . .80 % выплавленной стали. Прокатка (рис. 1) бывает продольной (а), поперечной (б), поперечно-винтовой (в). Слитки сначала поступают на мощные обжимные станы продольной прокатки: прямоугольные - на слябинги - для получения слябов - прямоугольных заготовок, квадратные - на блюминги для получения блюмов - балок квадратного сечения со стороной от 450 до 150 мм.

Рис. 1. : а - продольная; б - поперечная; в - поперечно-винтовая

Слябы поступают на листовые станы продольной прокатки, имеющие гладкие валки. Горячекатаная толстолистовая сталь имеет толщину от 4 до 160 мм с допуском 16-18-го квалитета. Для тонколистовой стали характерен интервал толщин 4. . . 0,2 мм. Листы толщиной менее 0,2 мм называются фольгой Холоднокатаная сталь толщиной 5. . . 0,2 мм (допуск по 12-15-му квалитетам) имеет низкую шероховатость поверхности (Ra = l,6. . . 0,2 мкм).

Блюмы поступают на заготовочные станы, производящие заготовку - квадрат со скругленными углами, идущий на сортовой горячекатаный прокат (рис 2) простой формы: квадратный (а) со стороной до 200 мм, круглый (б) диаметром до 250 мм, полосовой (в) прямоугольного сечения размерами до 200 х 60 мм, шестигранный (г) и др. - и фасонный: угольники (д), тавры (е), двутавры (ж), швеллеры (з), рельсы (и) и др. Точность поперечного размера сортового горячекатаного проката соответствует 13-17-му квалитету.

Рис. 2. : а - квадратный; б - круглый; в - полосовой; г - шестигранный; д - угольник; е - тавр; ж - двутавр; з - швеллер; и - рельс

Периодический прокат (рис. 3, а) имеет переменную по длине площадь поперечного сечения и является заготовкой для массового и крупносерийного производства.

Специальный прокат , так же как и периодический, предназначен для изготовления конкретной детали, например колеса железнодорожного транспорта (рис. 3, б).

Рис. 3. : а - периодическая; б - специальная

Круглые слитки поступают на прошивные станы продольновинтовой прокатки (рис. 4, а), где в заготовке 2 при обжатии ее в валках 1 вскрывается полость, выглаживаемая пробкой 3. Между основными валками заготовка удерживается с помощью поддерживающих валков 4. В результате получается бесшовная гильза, которая затем на автоматических (рис. 4, б) или на пилигримовых станах (рис. 4, в) прокатывается в бесшовные трубы.

Рис. 4.

1. Основное оборудование прокатного производства

Основное оборудование прокатного производства - это прокатные станы и валки. Прокатным станом называется технологический комплекс последовательно расположенных машин и агрегатов, предназначенных для пластической деформации металла в валках (собственно прокатки), дальнейшей его обработки, отделки (правки, обрезки кромок, резки на мерные изделия и пр) и транспортировки.

Рис. 5.

Прокатные валки (рис. 5) являются основной частью прокатного стана: они обжимают металл 1 и придают ему требуемую форму. Прокатный валок состоит из бочки 4 (гладкой или с ручьями), шеек 3, расположенных с обеих сторон бочки и опирающихся на подшипник валка, трефов 2, предназначенных для соединения валка со шпинделем. Концы валков могут быть плоскими или цилиндрическими (со шлицами или шпоночными канавками)

Валки изготовляют из отбеленного чугуна или легированной стали (хромоникелевой и хромомолибденовой) и тщательно шлифуют; стальные валки калят. Валки имеют твердость от 150 до 800 НВ по Бринеллю. Стальные валки бывают литые или кованые. Кованые валки прочнее литых Применяют предварительно напряженные составные валки В настоящее время появились твердосплавные валки небольших размеров (например, из сплавов ВК6, ВК8 и др.). Валки бывают диаметром от 3 до 1500 мм имеют длину бочки до 5000 мм.

Шейки прокатных валков вращаются во вкладышах из текстолита, пластифицированной древесины подшипников скольжения или в роликовых подшипниках качения, устанавливаемых в подушках клетей. Текстолитовые вкладыши смазывают и охлаждают водой.

Устройства, обеспечивающие деформацию металла в валках, называют основным оборудованием, а оборудование для остальных технологических операций - вспомогательным оборудованием.

К основному оборудованию относятся:

• рабочая клеть и ее узлы и детали (валки, подшипники, нажимное и уравновешивающее устройство, установочные устройства валков в осевом направлении, валковая арматура и пр.) . Определяющими характеристиками рабочей клети являются диаметр и длина бочки прокатных валков;
• электродвигатель прокатного стана;
• передаточные механизмы, обеспечивающие передачу вращения от двигателя к рабочим валкам (шпиндели, главные и коренные муфты, редукторы, маховики, шестеренная клеть)

Кинематическая схема прокатного стана представлена на рис. 6. В рабочей клети между валками 1, расположенными в подушках с подшипниками, прокатывается заготовка 2 Вращательное движение валкам передается от главного электродвигателя 8 через редуктор 7 с маховиками 6, муфты 5, шестеренную клеть 4 и шпиндели 3

Рис. 6.

Рис. 7. : а - дуо; б - трио сортовые; в - трио листовые; г - кварто листовые; д - кварто для прокатки рулонов; е - многовалковая (шестивалковая); ж - многовалковая (двадцативалковая); з - универсальная; и - специальная

В зависимости от конструкции и расположения валков рабочие клети прокатных станов подразделяют на шесть групп: дуо, трио, кварто, многовалковые, универсальные и специальной конструкции. Клети дуо (двухвалковые) бывают реверсивные (прокатка ведется в обе стороны) и нереверсивные (в одну сторону) (рис. 7) .

Клети трио (трехвалковые) чаще всего нереверсивные. Прокатка на таких станах ведется вперед между нижним и средним валками и назад - между верхним и средним.

Клети кварто (четырехвалковые) имеют четыре валка (рис. 8), расположенных друг над другом, из них два рабочих валка меньшего диаметра и два опорных - большего диаметра.

Многовалковые клети имеют пять и более валков.

Рис. 8. : 1 - привод подающей моталки; 2 - прокатываемая лента; 3 - электродвигатель привода валков; 4 - редуктор; 5 - шпиндели; 6 - поддерживающие валки; 7 - рабочие валки; 8 - барабан приемной моталки

Рис. 9. Непрерывный рельсобалочный стан на заводе «Аншан» (КНР)

В зависимости от расположения рабочих клетей прокатные станы подразделяются на одноклетьевые, линейные, последовательные, полунепрерывные и непрерывные (рис. 9). Непрерывные станы являются наиболее совершенными. Благодаря автоматизации скорость прокатки может достигать 60 м/с.

Рабочая клеть является основным узлом прокатного стана. В клети осуществляется прокатка металла. Она состоит (рис 10) из двух станин 5 с приливами (лапами) 2, плитовин 1, на которые опираются станины, установочных труб 9, соединяющих станины, крышки 3, прокатных валков 10, подушек нижнего 7, среднего 6 и верхнего 4 валков и подшипников для них, механизма 8 для установки валков в вертикальной плоскости и в осевом направлении и устройства 11 для уравновешивания нижнего валка. Кроме этого есть валковая арматура (линейки, проводки, пропуски и пр.), устройства для смазки, охлаждения или нагрева валков.

В опорах (подушках) находятся вкладыши скольжения или подшипники качения для шеек валков. Станины изготовляют двух типов - закрытые и открытые (с крышкой). Закрытые станины лучше обеспечивают точность прокатываемого профиля, но у такого стана затруднена замена валков Но есть конструкции открытых станин с клиновым креплением крышки (рис 1 61), имеющие высокую надежность и по жесткости приближающие открытую станину к станинам закрытого типа.

Рис. 10.

Рис. 11.

Помимо прокатных клетей с горизонтально расположенными валками, широкое применение находят клети, в которых одновременно имеются горизонтальные и вертикальные валки для обжатия проката со всех сторон без кантования.

Для прокатных станов применяют двигатели постоянного или переменного тока (асинхронные и синхронные). Поскольку число оборотов быстроходных двигателей обычно не соответствует числу оборотов валков в прокатных клетях, между двигателями и клетями устанавливают редукторы. В прокатных клетях вращающий момент двигателя необходимо распределить между несколькими валками. Для этого применяют шестеренные клети. Крутящий момент от двигателя к валкам передается при помощи шпинделей и муфт.

2. Вспомогательное и транспортное оборудование прокатных станов

Прокатанный на стане металл подвергают отделке: обрезают концы, разрезают на куски требуемой длины, правят, свертывают катанку в бунты, сматывают широкополосную сталь в рулоны и т. п. Операции отделки проката механизированы: их производят вспомогательные машины и механизмы К ним относят ножницы стационарные и летучие, дисковые пилы, правильные прессы, моталки, холодильники и т д.

Прокатываемые полосы необходимо перемещать от одного устройства к другому Для этого предусмотрено специальное транспортное оборудование: пластинчатые, роликовые и скребковые конвейеры, рольганги, транспортеры, манипуляторы, толкатели, выталкиватели и сталкиватели.

Валки прокатных станов своими шейками опираются на вкладыши из пластмасс или древесных пластиков или подшипники качения, как правило, четырехрядные, устанавливаемые в подушках прокатных клетей.

Подшипники закрытого типа или жидкостного трения обеспечивают точную настройку стана и относительно низкий расход энергии и практически не подвергаются износу Жидкостное трение в таких подшипниках даже при высоких удельных давлениях в шейке (до 25 МН/м 2 и выше) обеспечивается тщательной обработкой трущихся деталей и хорошей герметизацией Масло в подшипник нагнетается под давлением 0,1. . . 0,15 МПа, обеспечивая коэффициент трения 0,001. . .0,008, как и у подшипников качения.

Для изменения и фиксации положения валков в вертикальном и осевом направлениях и удержания их в нужном положении применяют различные механизмы:

• нажимные устройства для верхнего, среднего, нижнего и вертикальных валков;
• уравновешивающие устройства для верхних и средних валков;
• устройства для осевой установки.

В горизонтальных клетях зазор между валками устанавливается перемещением верхнего валка, а в клетях с вертикальными валками - их одновременным перемещением.

На различных станах применяются различного вида нажимное и уравновешивающее устройства. Нажимные устройства состоят из нажимной гайки и нажимного винта. В целом конструкция нажимного устройства определяется такими параметрами, как скорость, величина и число перемещений в час. Так, скорость перемещения валка у разных станов бывает от 0,05 до 250 мм/с, а число перемещений в час - до 700.

Нажимные устройства изготовляют следующих типов:

• с ручным приводом нажимного винта или клиновое;
• с приводом от электродвигателя с цилиндрическим редуктором.

Уравновешивающее устройство обеспечивает при холостом ходе постоянное прижатие верхней подушки к нажимному винту, исключает зазор винта в гайке и тем самым устраняет возможный удар (снизу вверх) в момент захвата металла валками.

У клетей с ручным нажимным устройством при малых перемещениях уравновешивание верхнего валка выполняется тягами с пружинами, опирающимися на верхнюю поперечину При значительных перемещениях валка применяют грузовое или гидравлическое устройство.

Устройства осевой установки валков на станах позволяют перемещать и фиксировать валки не только в вертикальной плоскости, но и в направлении оси валка. Осевую регулировку осуществляют перемещением с помощью болтов кассеты с вкладышем (рис. 12). Сами подушки в данном случае фиксируются в проеме станины припорными планками, прикрепленными болтами к станине.

Рис. 12. : 1 - подушка; 2 - болт; 3 - кассета; 4 - валок; 5 - вкладыш

На сортовых станах валки в осевом направлении регулируют, перемещая подушки поджатием боковых болтов, которые проходят через станину и фланцы подушек или через планки, опирающиеся одним концом в подушку, а другим в станину Существуют и другие способы перемещения и фиксирования валков в осевом направлении.

Валковая арматура - это все виды устройств и приспособлений, которые необходимы для направления и удержания в нужном положении прокатываемой полосы как при подаче к валкам, так и при выходе из валков:

• вводная арматура, обеспечивающая правильную подачу (линейки, воронки, коробки, пропуски и пр.);
• выводная арматура, обеспечивающая правильный выход полосы из валков (линейки, проводки);
• передаточные устройства, обеспечивающие передачу полосы от одной клети к другой, с кантовкой или без (различные трубки, геликоидальные проводки, кантующие ролики), обводная арматура, которая обеспечивает автоматическую передачу полосы из калибра в калибр как в одной клети, так и из одной клети в другую

К валковой арматуре, устанавливаемой с передней стороны клети, относятся, в частности, направляющие вводные линейки, которые являются неподвижным продолжением буртов калибра Вводные линейки обеспечивают направленную подачу полосы в валки.

При прокатке, например, овала в круглом калибре полосу приходится непрерывно удерживать от сваливания и скручивания Линейки при этом имеют соответствующий профиль, причем их очень тщательно устанавливают по калибру в приемной коробке Такие профилированные линейки называют пропусками. В данном случае наблюдаются особо тяжелые условия службы направляющей арматуры, так как пропуски в процессе работы соприкасаются с горячим металлом и испытывают высокие скорости скольжения. Все это приводит к интенсивному износу рабочих поверхностей пропусков.

Линейки заменяют роликовыми пропусками, что вызывает не трение скольжения, а трение качения. На рис. 13 приводится конструкция коробки с роликовыми пропусками, применяемыми при прокатке круга.

Вследствие неодинаковости диаметров рабочих валков и их окружных скоростей (число их оборотов равно) прокатываемая полоса по выходе из валков изгибается в сторону валка меньшего диаметра. Для предотвращения этого служит выводная арматура.

Рис. 13.

Для того чтобы полоса при выходе металла из валков не загибалась в вертикальной или горизонтальной плоскости и не закручивалась вокруг своей оси, на проводковых брусьях устанавливают, как и с передней стороны, линейки, а также нижнюю и, где необходимо, верхнюю проводки.

Кантовка полос после выхода из одной клети перед подачей в следующую выполняется автоматически кантующими проводками Для снижения нагрузок проводки заменяют кантующими валками

3. Шестеренные клети и редукторы

В тех случаях, когда каждый прокатный валок приводится во вращение индивидуальным двигателем (современные блюминги, слябинги и толстолистовые станы кварто), не требуется никаких зубчатых передач. Все остальные прокатные станы должны иметь зубчатые передачи в шестеренных клетях и редукторах.

Шестеренная клеть состоит из главных шестерен, станины, подшипников для главных шестерен (подушки, залитые баббитом, подшипники качения) и системы сопел и трубопроводов, обеспечивающих подачу обильной смазки трущимся деталям.

Главные шестерни имеют зубчатый венец, шейки (цапфы) и трефы, изготовленные как одно целое из стали 40, 45 или 40Х с поверхностной закалкой зубьев. Шестерни работают при больших нагрузках (часто динамических) и высоких скоростях. Число зубьев принимается от z = 18 до z = 29, нарезка шевронная.

Станина шестеренной клети представляет собой цельную или состоящую из двух половин коробку, отлитую из модифицированного чугуна или стали. В процессе работы шестеренных клетей особое внимание уделяется непрерывной подаче достаточного количества смазки на зубья и шейки главных шестерен под давлением 0,2. . . 0,5 МПа.

Редукторы между шестеренной клетью и электродвигателем применяют в том случае, если их установка и затраты на эксплуатацию оправдывают разницу в стоимости и эксплуатационных расходах тихоходного и быстроходного двигателей В зависимости от передаточного числа редукторы, используемые в прокатных станах, бывают одно-, двух-, а иногда и трехступенчатыми.

Соединительные устройства, передающие крутящий момент от двигателя через редуктор и шестеренную клеть к валкам, представлены муфтами и шпинделями различной конструкции.

Ведущая шестерня шестеренной клети соединяется с ведомым валом редуктора или с валом двигателя (если редуктор отсутствует) посредством муфты, которую обычно называют главной. Наибольшее распространение получили зубчатые, а также эластичные или упругие муфты.

Валки двух соседних клетей линейного стана, а также главные шестерни и рабочие валки в условиях незначительного их перемещения в вертикальной плоскости соединяются между собой муфтами и шпинделями трефового типа, что допускает возможность работы шпинделя с некоторым перекосом (1. . . 2°) . При значительных перемещениях валков в вертикальной плоскости, когда ось шпинделя составляет значительный угол с горизонтальной плоскостью, для привода валков используют шарнирные шпиндели с подшипниками качения, устроенные по принципу шарнира Гука, которые могут передавать крутящий момент прокатки валкам от шестеренной клети при перекосе шпинделей до 10 12°

Поскольку шпиндели при длине в десятки метров имеют значительный вес, их уравновешивают с помощью грузов или пружин.

4. Вспомогательное оборудование прокатного производства

Помимо пластической деформации металла, в прокатных цехах выполняются транспортировка, резка, правка, отделка проката и т п Все эти операции - функции вспомогательного оборудования.

Металл при обработке перемещается вдоль и поперек стана, поднимается и опускается, поворачивается вокруг горизонтальной и вертикальной осей слитка или полосы и т. п. Во многих случаях одновременно с транспортировкой проката производится охлаждение, разрезка, правка, травление, смазка и пр.

Среди наиболее распространенных транспортных средств - слитковозы и различного вида тележки, обеспечивающие подачу слитков и заготовок от нагревательных средств к стану Слитковозу придается люлька-опрокидыватель, которая при подходе к рольгангу опускает слиток на его первые приемные ролики.

Рольганги являются основным транспортным средством прокатных цехов и используются для продольного и некоторого поперечного перемещения металла Рольганги бывают диаметром от 150 до 600 мм, приводные с отдельным или групповым двигателем, неприводные Расстояние между роликами зависит от длины и толщины слитка.

Применяют сплошные кованые ролики, пустотелые из стального литья или труб, а также из чугуна.

Чтобы правильно направить полосу в калибр и выполнить правку изогнутой полосы, устанавливают манипуляторы (рис. 14), а для поворота вокруг горизонтальной оси - кантователи.

Рис. 14. : 1 - гидроцилиндр привода; 2 - заготовка; 3 - левая и правая линейки

Для поворота полосы вокруг своей оси на обжимных станах применяют крюковые кантователи (рис. 15). Кантовка выполняется подъемом одной стороны полосы крюками, которые в количестве 3-4 штук располагаются на одной из линеек манипулятора.

Рис. 15. : 1 - ролик рольганга; 2 - кантуемая полоса; 3 - крюк кантователя; 4 - тяга; 5 - линейка манипулятора; 6 - рычаг опрокидывателя

Существуют различные конструкции кантователей: роликовые, кантующие валки и геликоидальные проводки, кантующие втулки, пластинчатые кантователи, рычажные кантователи.

На станах трио возникает необходимость поднимать полосу для подачи ее между верхним и средним валками. Наибольшее распространение для этой цели получили подъемно-качающиеся столы. В случае проблем при захвате полосы валками удобны подъемнопараллельные столы, так как они обеспечивает подачу полосы перпендикулярно плоскости осей валков. Если подъемные столы устанавливают с обеих сторон рабочей клети, то они имеют механическую связь (блокировку) для синхронизации работы.

Помимо рассмотренных транспортных устройств, в прокатных цехах находят применение мостовые и другого типа краны, поворотные механизмы, толкатели и выталкиватели, шлепперы, обеспечивающие перемещение полос параллельно их оси, холодильники.

По окончании прокатки, а иногда на промежуточной стадии обработки полосы режут на куски, удаляют передний и задний концы, обрезают боковые кромки листа и пр. Для этой цели используются ножницы и пилы различных конструкций. Схемы простейших ножниц показаны на рис. 16.

Ножницы с параллельными ножами (рис. 16, а) применяют обычно для разрезания в горячем состоянии блюмов, слябов, заготовок, а также в холодном состоянии - мелких профилей.

У ножниц с наклонными ножами (рис. 16, б) чаще всего нижний нож горизонтальный, а верхний располагается под некоторым углом (обычно 2. . . 6°, но не более 12°) к нижнему. По конструкции ножницы различаются в зависимости от направления перемещения режущего ножа и бывают с верхним подвижным ножом, с нижним подвижным ножом и с движением ножей в горизонтальной плоскости.

Рис. 16. : а - с параллельными ножами; б - с наклонным ножом; в - дисковые

Дисковые ножницы (рис. 16, в) используются главным образом для продольной резки листов и лент.

Рис. 17. Схема летучих ножниц Эдвардса (а) и маятниковых (б)

Летучие ножницы применяются для разрезания металла на ходу Их устанавливают непосредственно за чистовой клетью стана или отдельно как самостоятельный агрегат. Существует несколько типов летучих ножниц, которые определяются назначением, конструкцией и характером движения ножей Для резки заготовок сечением до 100 х 100 мм применяют рычажно-качающиеся ножницы Эдвардса (рис. 17, а), а для более крупного сечения - маятниковые (рис. 17, б). Ножницы Эдвардса обеспечивают резку заготовок при скорости движения полосы до 4,5 м/с.

Рис. 18. : 1 - корпус; 2 - ножи; 3 - пружина; 4 - ролики включения; 5 - ось шарнира рычагов ножей; 6 - заготовка

Для разрезания сортового металла сечением до 30 х 30 мм применяют одноосные вращающиеся ножницы (рис. 18), а также дисковые летучие ножницы.

Пилы горячей резки используются для разрезания фасонных профилей, а также труб, причем у трубосварочных станов находят применение летучие пилы Для горячей резки сортового металла на дисках пил нарезают зубья, отделяющие стружку Диаметр дисков до 2000 мм, толщина - 6. . .10 мм. Окружная скорость дисков пил горячей резки достигает 100. . .120 м/с. В качестве материала диска часто применяют обычную малоуглеродистую сталь, зубья термически обрабатывают. Наибольшее распространение получили салазковые пилы, существуют маятниковые и рычажные.

По окончании прокатки во многих случаях требуется правка металла. В отдельных случаях эта операция выполняется в горячем состоянии, но обычно правке подвергается холодный прокат Для правки проката применяют кривошипные прессы, роликоправильные и сортоправильные машины, растяжные правильные машины.

Когда прокатный продукт достигает значительной длины (мелкосортные профили, проволока, лист, лента и пр), его сматывают в бунты и рулоны.

По конструкции моталки делятся на три основные группы:

• барабанного типа (см. рис. 8);
• роликовые;
• роликобарабанные

Инструментом прокатки являютсявалки , с помощью которых обрабатываются слитки и другие заготовки. Валки бывают:

гладкие для проката листов, лент;

ступенчатые для прокатки полосовой стали;

ручьевые для получения сортового проката.

Профиль выреза на боковой поверхности валка называется ручьем . Ручей верхнего и нижнего валков в совокупности образуюткалибр .

На каждой паре валков размещают несколько калибров, форма которых зависит от прокатываемого профиля. Сложные профили проката получают последовательными пропусками металла через серию калибров. Для рельсов число калибров 9, для балок от 9 до 13, для проволоки – от 15 до19.

В зависимости от стадии прокатки различают калибры обжимные (уменьшающие сечение заготовки),черновые (приближающие сечение заготовки к заданному профилю) ичистовые илиотделочные (дающие заданный профиль).

Оборудование , на котором прокатывается металл, называется прокатным станом.Принцип работы прокатного стана следующий: прокатные валки монтируются в подшипниках, находящихся в стойках станины. Комплект валков вместе со станиной называется рабочей клетью. Рабочие валки получают вращение от двигателя через редуктор, передающий вращательное движение через шестеренную клеть и шпиндели.

К прокатному стану относятся также вспомогательные машины и механизмы, выполняющие подсобные операции по резке, отделке транспортировке прокатываемого металла.

§ 3. Классификация прокатных станов

Станы классифицируются по 3 основным признакам:

по назначению;

по числу и расположению валков в рабочих клетях;

3. по числу и расположению рабочих клетей.

По назначению станы разделяют на 2 основных типа:

станы для производства полупродукта;

станы для производства готовой продукции.

Кпервому типу относятсяобжимные и заготовочные станы. Обжимные станы –блюминги и слябинги с диаметром валков 800―1400 мм – предназначены для прокатки слитков в заготовки крупных размеров (блюмы и слябы), которые в качестве полупродукта поступают для последующей прокатки в заготовки меньших размеров или для получения готового продукта. Заготовочные станы имеющие диаметр валков450―750 мм предназначены для прокатки блюмов в заготовки более мелких размеров (от 5050 мм до 150150 мм), являющихся исходным материалом для дальнейшей прокатки на сортовых станах.

Ко второму типу станов относят:

1. рельсобалочные с валками диаметром 750 – 900 мм для прокатки

железнодорожных рельсов, двутавровых балок, швеллеров, уголков

крупных размеров;

2. крупносортовые с валками диаметром 500―750 мм для прокатки крупносортовой стали (квадратной и круглой от 80 до 150 мм), балок и швеллеров 120―140 мм;

3. среднесортовые с валками диаметром 350―500 мм для прокатки среднесортовой стали (квадратной и круглой 40―80 мм), балок и швеллеров высотой до 120 мм;

4. мелкосортные с валками диаметром 250―350 мм для прокатки мелких сортовых профилей (квадратной и круглой 8―40 мм), угловых профилей 2020 до 5050 мм;

5. проволочные станы с валками диаметром 250―300 мм для прокатки проволоки (катанки) диаметром 5―9 мм;

6. полосовые (штрипсовые) станы с валками диаметром 300―400 мм для прокатки полос шириной 65―500 мм и толщиной 1,5―10 мм;

7. толстолистовые станы для прокатки листов толщиной 4―60 мм;

8. тонколистовые горячей и холодной прокатки для листов толщиной 0,2―4 мм и шириной 500―2500 мм;

9. универсальные станы для прокатки универсальных полос шириной 200―1500 мм;

10. трубные станы для производства бесшовных и сварных труб;

11. станы специального назначения – колесо- и бандажепрокатные, шаропрокатные и т. д.

Как видно из приведенной классификации, основной характеристикой сортовых станов является диаметр рабочих или шестеренных валков. Если в стане имеется несколько клетей, то характеристикой всего стана является диаметр валков чистовой клети. Например, проволочный стан 250 означает, что диаметр рабочих или шестеренных валков чистовой клети равен 250 мм.

По числу и расположению валков в рабочих клетях станы различают :

дуо-станы – (двухвалковые) с двумя валками в каждой клети расположенные горизонтально один над другим в вертикальной плоскости.

Станы дуо могут иметь постоянное направление вращения валков (нереверсивные) и переменное (реверсивное). В последнем случае валки периодически изменяют направление вращения и слиток или полоса проходит между валками вперед и назад несколько раз; оба валка обычно являются приводными. Большее распространение получили реверсивные дуо-станы: блюминги, слябинги, толстолистовые и др.

Трио-станы, у которых три валка расположены горизонтально один над другим в одной вертикальной плоскости. Полоса прокатывается сначала между нижним и средним валками, а затем специальным приспособлением (подъемно-качающимися столами) поднимается на уровень разъема среднего и верхнего валков и при обратном ходе прокатывается между средним и верхним валками. На трио-станах прокатываются сортовой металл и листы. Листовые трио-станы имеют средний не приводной валок несколько меньшего диаметра, чем верхний и нижний, а на сортовых - все валки одинакового диаметра.

кварто-станы имеют четыре валка, вертикально расположенных один над другим, два валка меньшего диаметра (средние) – рабочие, а большие (верхний и нижний) – опорные. Опорные валки воспринимают давление при прокатке и уменьшают прогиб рабочих валков. Станы кварто бывают реверсивные и нереверсивные. Они предназначены для прокатки листов и полос.

многовалковые станы бывают шестивалковые, двенадцативалковые, двадцативалковые и др. Эти станы имеют два рабочих валка малого диаметра, а остальные - опорные. В виду малого прогиба рабочих валков эти станы применяют для холодной прокатки тонких полос и узких лент в рулонах.

универсальные станы, которые имеют в одной рабочей клети вертикальные и горизонтальные валки. На этих станах металл обжимается по ширине и высоте. Универсальные станы применяют для прокатки полос называемых универсальной сталью.

По числу и расположению рабочих клетей прокатные станы разделяют наодноклетевые и многоклетевые . Простейшим типом является одноклетевой стан. К ним относятся блюминги, слябинги, толстолистовые дуо- и трио-станы, универсальные станы.

Многоклетевые станы имеют две и более рабочие клети. Расположение клетей может быть: линейным, последовательным и непрерывным . У этих станов каждая рабочая клеть или группа из 2―4 клетей имеет линию привода валков.

Линейными станами с расположением рабочих клетей в одну линию являются рельсобалочные и крупносортные станы.

Наиболее распространенным типом современных многоклетевых станов являются непрерывные станы , у которых число рабочих клетей равно требуемому числу проходов; прокатка ведется по принципу – в каждой клети один проход. Клети расположены последовательно одна за другой так, что полоса одновременно находится в двух и более клетях. Скорость прокатки в каждой рабочей клети по мере уменьшения сечения прокатываемой полосы увеличивается, что достигается изменением числа оборотов валков при индивидуальном приводе валков каждой рабочей клети, либо изменением передаточного отношения и числа оборотов валков и диаметра рабочих валков при групповом приводе.

Непрерывные станы применяются в качестве заготовочных, сортовых, проволочных, штрипсовых (полосовых), листовых для холодной и горячей прокатки. Скорость прокатки на этих станах достигает 30―35 м/сек и более, благодаря чему непрерывные станы имеют высокую производительность.

ПРОДУКЦИЯ ПРОКАТНОГО ПРОИЗВОДСТВА

Форму поперечного сечения прокатанной полосы называют профилем. Совокупность форм и размеров профилей, получаемых прокаткой, называют сортаментом . В ДСТУ 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 круглую и квадратную сталь прокатывают соответственно диаметром или стороной квадрата 5-250 мм; шестигранную - диаметром вписанного круга 6-100 мм; полосовую - шириной -200 мм и толщиной 4-60 мм. Цветные металлы и их сплавы прокатывают преимущественно на простые профили - круглый, квадратный, прямоугольный. Листовую сталь делят по назначению на автотракторную, трансформаторную, кровельную жесть и т. д. По виду покрытия листовая сталь делится на покрытую цинком, алюминием, пластмассовым покрытием и др.. Кроме того, листовую сталь разделяют на толстолистовую толщиной 4-160 мм) и тонколистовую (толщиной менее 4 мм), 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 до 2500 мм с толщиной стенки 0,5-16 мм из углеродистых и низколегированных сталей. К специальным видам проката относят колеса, шары, периодические профили с периодически изменяющейся формой и площадью поперечного сечения вдоль оси заготовки.

Инструментом для прокатки являются валки, которые в зависимости от прокатываемого профиля могут быть гладкими, применяемыми для прокатки листов, лент и т.п., ступенчатыми, для прокатки полосовой стали, и ручьевыми, для получения сортового проката. Ручьем называют вырез на боковой поверхности валка, а совокупность двух ручьев образует калибр. Каждая пара ручьевых валков обычно образует несколько калибров. Комплект прокатных валков со станиной называют рабочей клетью; последняя вместе со шпинделем для привода валков, редуктором, муфтами и электродвигателем образуют рабочуюлинию стана.Рабочие клети по числу и расположению валков могут быть двухвалковые четырехвалковые, у которых 2 валка рабочих и два опорных; многовалковые, у которых также два валка рабочих, а остальные - опорные. 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. Максимальная скорость прокатки на 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.

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.

1.5. Прокатка
Прокатка - способ обработки металлов давлением, заключающийся в обжатии заготовки между вращающимися валками.

Прокатное производство имеет огромное значение в народном хозяйстве, так как около 90% всей выплавляемой стали и большая часть цветных металлов подвергаются прокатке.

Ввиду непрерывности процесса прокатка является самым производительным способом обработки металлов давлением.

При поперечной прокатке (рис.5,б) валки, вращающиеся в одном направлении, придают вращение заготовке, которая, перемещаясь вдоль оси валков, деформируется.

При поперечно-винтовой прокатке (рис. 5,в) оси валков расположены под углом друг к другу и сообщают при деформации заготовке вращательное и поступательное движения.
Инструмент и оборудование для прокатки

Гладкие валки применяются для прокатки листовой стали и обжиге слитков на квадратную заготовку (блюм) или прямоугольную (сляб).

Калиброванные валки имеют на рабочей поверхности бочки вырезы. Профиль, образованный поверхностью выреза и образующей валка, называется ручьем, а фигура, образованная совокупностью двух ручьев пары валков, - калибром. Комплект валков, установленных в специальной станине, называется клетью.

Совокупность привода вращения валков, одной или нескольких рабочих клетей, подающих рольгангов образует прокатный стан.

Прокатные станы по назначению подразделяют на станы, производящие полупродукт, и станы для выпуска готового проката.

К первым относятся обжимные станы (блюминги и слябинги) для прокатки слитков в заготовки крупного сечения, которые в дальнейшем идут на прокатку сортового и листового проката.

Ко вторым относятся станы для прокатки листов, фасонных профилей, рельсов, труб и т.п.

Продукция прокатного производства

Продукция прокатного производства применяется в металлических конструкциях (мостах, зданиях, железобетонных конструкциях, железнодорожных путях, станинах машин и т.п.) в качестве заготовок для изготовления деталей резанием в механических цехах и заготовок для последующих ковки и штамповки.

Форма поперечного сечения прокатанного изделия называется профилем. Совокупность профилей различных размеров называется сортаментом. Сортамент прокатываемых изделий разделяют на четыре основные группы: сортовой, листовой, трубы и специальные виды проката.

Сортовой прокат, получаемый продольной прокаткой, подразделяют на прокат простой геометрической формы - квадрат, круг, шестигранник, полосу (рис.7,а); фасонный прокат общего назначения - двутавр, швеллер, уголок, тавр, рельс (рис.7.б) и прокат специального назначения (рис.7,в).

Листовой прокат в зависимости от назначения подразделяют на электротехнический, судостроительный, котельный, автомобильный, жесть для консервной промышленности. Кроме того, листовую сталь разделяют на толстолистовую (толщиной 4...160 мы) и тонколистовую (толщиной 4...0,2 мм). В зависимости от технологии производства тонколистовой металл может быть горячекатаным и холоднокатаным.

Трубы стальные разделяют на бесшовные диаметром 30...650 мм и сварные диаметром 10...1420 мм.

К специальным видам проката относятся колеса железнодорожных вагонов, зубчатые колеса, шары шарикоподшипников, периодические профили, которые представляют собой заготовку, форма и поперечное сечение которой периодически изменяются вдоль оси.

Особой разновидностью специальных видов проката являются холодногнутые профили (рис.8), изготавливаемые на гибочных роликовых станах из полосы. Применение таких профилей за счет повышения жесткости конструкций в строительстве и машиностроении взамен горячекатаных позволяет экономить до 40% металла.
1.6. Волочение
Волочение заключается в протягивании заготовки через сужающееся отверстие матрицы. При этом площадь поперечного сечения заготовки уменьшается и приобретает форму поперечного сечения отверстия матрицы.

Схемы процесса волочения сплошного круглого или фасонного профиля даны на рис.9,а, а круглой трубы на оправке - на рис.9,б.

Волочильный инструмент - волоку (матрицу) изготавливают из закаленной стали, твердых сплавов, а для особо тонких изделий делают алмазные вставки. Усилия волочения в значительной мере влияют на силы трения на поверхности металл заготовки - матрица, которые стремятся снизить применением смазок (минеральные масла, тальк, графит, мыло).

Процесс волочения проводят обычно в несколько заходов. В большинстве случаев волочение проводят без нагрева, т.е. в холодном состоянии. В процессе волочения металл упрочняется. Поэтому перед каждым последующим проходом проводят отжиг (нагрев с медленным охлаждением) для снятия наклепа.

Методом волочения из стали и цветных металлов получают проволоку, которая находит широкое применение в технике (тросы, пружины, электропровода, электроды для сварки и т.п.), прутки и профили сложного сечения, трубы диаметром от 0,3 до 220 мм с толщиной стенки от 0,05 до 6 мм.

1.7. Прессование

Принципиальная схема прессования приведена на рис.10. В процессе прессования прессуемый металл I выдавливается через матрицу 2 из контейнера 3 при движении пуансона 4.

Прессование может осуществляться прямым методом, при котором готовое изделие движется в том же направлении, что и пуансон (рис.10,а) и обратным, при котором готовое изделие движется навстречу пуансону (рис.10,б). Метод прямого прессования на практике применяется значительно чаще.
Исходной заготовкой при прессовании служит слиток или прокат.

Прессованием изготовляют изделия разнообразного сортамента из конструкционных, нержавеющих и других сталей и из цветных металлов. Таким методом получают прутки разнообразного сечения диаметром от 3 до 250 мм, трубы диаметром 20...400 мм с толщиной стенки 1,5...12 мм, полые профили сложного сечения и т.п.

При прессовании металл деформируется в условиях всестороннего сжатия, в результате чего показывает максимальную пластичность. Поэтому прессованием можно обрабатывать такие металлы, которые ввиду их низкой пластичности невозможно или затруднительно подвергать другим видам обработки давлением.

К недостаткам прессования надо отнести большие отходы металла, так как весь металл не может быть выдавлен из контейнера и в нем остается пресс-остаток (до 40% от массы исходной заготовки). В связи с большими усилиями прессования и высокой температурой инструмент для прессования быстро изнашивается. Для уменьшения износа его изготавливают из дорогих высоколегированных жаропрочных сталей, применяют специальные смазки (например, жидкое стекло).

Основным оборудованием для прессования являются вертикальные или горизонтальные гидравлические прессы.