Основными инструментами при прокатке являются. Оборудование для прокатки

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Трубопрокатные станы применяют для производства бесшовных и сварных труб.

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

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

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.

Продукцией прокатного производства являются полосы, листы, трубы, прутки различного профиля (круглого, квадратного, прямоугольного, шестигранного, углового, двутаврового, швеллерного, таврового и др.), железнодорожные и трамвайные рельсы, колеса, шары, кольца и др. (рис. 3.19) .

Рис.3.15. Примеры профилей сортового проката: 1- квадратный, 2 – круглый, 3 – полосовой, 4 – угловой, 5 – двутавровый, 6 – швеллерный, 7 – железнодорожный рельс, 8- трамвайный рельс, 9 –тавровый, 10 –шпунтовый, 11 – полоса для башмаков тракторных гусениц, 12 – полоса для ободьев колес грузовых автомобилей, 13 – полоса для турбинных лопаток

Прокаткой получают длинномерные изделия, различающиеся формой поперечного сечения, т.е. профилем. Группы профилей, различающиеся формой и размерами, называют сортаментом.

Все типы машиностроительных профилей, получаемых прокаткой, можно разделить на пять групп:

Сортовые профили простой геометрической формы (квадрат, круг, шестигранник, прямоугольник) и фасонные (швеллер, рельс, тавр и т.д.);

Листовой металл, который подразделяется на тонколистовой (толщиной менее 4 мм) и толстолистовой (толщиной 4…..160 мм);

Трубы, бесшовные (диаметром 51 …650 мм) или сварные (диаметром 10…2200 мм);

Специальные виды проката (колеса, шары, бандажи и др.);

Профили, имеющие периодически изменяющиеся форму и площадь поперечного сечения вдоль оси заготовки. Их применяют в качестве фасонных заготовок для последующей штамповки или механической обработки.

Прокатка металла, а также вспомогательные операции (транспортирование исходной продукции со склада к нагревательным печам и к валкам стана, передвижение металла в процессе прокатки, кантовка полос металла, правка, резка их на части, маркировка или клеймение, сматывание в бунты или рулоны, упаковка, передача на склад готовой продукции) осуществляются с помощью системы машин и агрегатов, называемой прокатным станом (рис. 3.20) .

Рис. 3.16. Схема устройства прокатного стана: 1- электродвигатель, 2- упругая муфта, 3 –редуктор, 4- главная муфта, 5 – шестеренная клеть, 6 –шпиндели, 8-– рабочие валки

Основной частью прокатного стана является рабочая клеть. В подшипниках станины рабочей клети вращаются рабочие валки 8 . Подшипники верхнего валка могут перемещаться специальным нажимным устройством для изменения расстояния между валками и регулирования взаимного расположения их осей. Вращение валкам передается от электродвигателя 1 через упругую муфту 2, редуктор 3, главную муфту 4, шестеренную клеть 5 и шпиндели 6 .

Для соединения шпинделей с прокатными валками рабочей клети и валами шестеренной клети служат соединительные трефовые муфты.

По назначению прокатные станы подразделяют на 5 типов: 1) обжимные и заготовочные (блюминги, слябинги, заготовочные сортовые, трубозаготовочные); 2) сортовые (рельсобалочные, крупно-, средне- и мелкосортовые, проволочные); 3) листовые горячей прокатки (толстолистовые, широкополосовые, тонколистовые) и холодной прокатки (листовые, лентопрокатные, фольгопрокатные, плющильные); 4) трубопрокатные; 5) специальные (колесопрокатные, кольце- и бандажепрокатные, шаропрокатные, для профилей переменного сечения, для зубчатых колес и др.)

Блюминг – это высокопроизводительный прокатный стан для обжатия стальных заготовок большого сечения массой от 1 до 12 т в стальные заготовки квадратного сечения со стороной свыше 140 мм, предназначенные для дальнейшей прокатки. Производительность блюмингов – около 2 млн. тн. в год или около 400 тн/час. Для отгрузки суточной продукции блюминга требуется до 160 железнодорожных платформ в сутки. Примерная стоимость годовой продукции крупного блюминга может составлять около 12 млрд. рублей (или около 400 млн. долларов).

Стальные заготовки прямоугольного сечения шириной от 400 до 2500 мм и толщиной от 75 до 600 мм, предназначенные для последующего листового проката, называют слябами, а прокатные станы для переработки крупных стальных слитков в слябы – слябингами. Слябинг, кроме горизонтальных валков имеет еще и вертикальные, использующиеся для обжатия боковых кромок слитка (рис. 3.17) .

Рис. 3.17. Схема расположения валков в универсальном прокатном стане (слябинге) для прокатки широких полос

Инструментом для прокатки являются валки (рис. 3.18).

Рис. 3.18. Прокатные валки: а - гладкий валок для листа; б - ручьевой валок для сортового проката; 1 – бочка, 2 – шейки, 3 – трефы. в) калибры ручьевого прокатного валка: открытый и закрытый

Прокатный валок имеет рабочую часть 1, называемую бочкой, шейки 2, опирающиеся на подшипники станины клети, и трефы 3. Сечение треф имеет форму крестовин или квадратов для передачи крутящего момента. Бочка валка может быть гладкой (при прокатке листов) или ручьевой (рис.3.18,б) для получения сортового проката .

Ручьем называют кольцевой вырез на боковой поверхности валка (рис.3.18,б). Ручьи верхнего и нижнего валка образуют калибры (рис.3.18, в). Калибр называют открытым, если линия раздела проходит по оси симметрии, параллельной оси валков, и закрытым, если линия раздела является ломанной и смещенной на одну из границ калибра.

Кроме рабочих валков, непосредственно осуществляющих деформацию металла, в прокатных станах часто используются также опорные валки. Это позволяет применять рабочие валки меньшего диаметра, благодаря чему снижается усилие деформирования.

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

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

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

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

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

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

Рис. 3.1

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

Рис. 3.2

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

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

1) резка проката на мерные длины;

2) охлаждение;

3) термообработка;

4) правка;

5) отделка;

6) контроль качества.

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

Абсолютное обжатие;

Относительное обжатие;

Коэффициент вытяжки, где:

h0 - высота заготовки до деформации;

h1 - высота заготовки после деформации;

L0 - длина заготовки до деформации;

L1 - длина заготовки после деформации.

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

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

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

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

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

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

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