Вальцовка это металла: что это такое? Вальцевание металла и цилиндрических обечаек. Как вальцевать? Приспособления для вальцовки конусов и композита

Процесс формования металлов в полуфабрикаты или готовые формы путем пропускания между валками называется прокаткой. Прокатка — наиболее широко используемый процесс обработки металлов давлением. Он используется для преобразования металлических слитков в простые заготовки, такие как блюмы, заготовки, слябы, листы, пластины, полосы и т. Д.

При прокатке металл пластически деформируется, пропуская его между роликами, вращающимися в противоположном направлении.Основная задача прокатки — уменьшение толщины металла. Обычно ширина увеличивается незначительно, так что уменьшение толщины приводит к увеличению длины.

Процесс прокатки показан на рис. 2.1:

Прокатка бывает как горячей, так и холодной. Это делается на прокатных станах. Прокатный стан — это сложная машина, имеющая два или более рабочих ролика, поддерживающие ролики, прокатные клети, приводной двигатель, редуктор, маховик, сцепное устройство и т. Д.

Ролики могут быть гладкими или рифлеными, в зависимости от формы проката. Металл постепенно меняет свою форму в течение периода, в течение которого он находится в контакте с двумя роликами.

Ассортимент продукции, которую можно производить прокаткой, очень велик. Прокатка — более экономичный метод деформации, чем ковка, когда металл требуется большой длины с одинаковым поперечным сечением.

Это один из наиболее широко используемых процессов металлообработки из-за его более высокой производительности и более низкой стоимости.Обычно прокатываемыми материалами являются сталь, медь, магний, алюминий и их сплавы.

Процесс прокатки состоит из трех этапов для завершения продукта, как показано на рис. 2.2:

Рис. 2.2. Последовательность операций при производстве проката.

(i) Первичная прокатка:

Первичная прокатка используется для преобразования металлического слитка в простые элементы заготовки, такие как блюмы и слябы.Этот процесс улучшает структуру отлитого слитка, улучшает его механические свойства и устраняет скрытые внутренние дефекты.

(ii) Горячая прокатка:

Блюмы и слябы, полученные в результате первичной прокатки, снова превращенные в листы, листы, прутки и конструкционные профили в процессе горячей прокатки.

(iii) Холодная прокатка:

Холодная прокатка — это обычно процесс чистовой обработки, при котором изделиям, изготовленным горячей прокаткой, придается окончательная форма.Эти процессы обеспечивают хорошее качество поверхности, более точные допуски на размеры и повышают механическую прочность материала.

Сталь, которую мы получаем в плавильном цехе или на сталеплавильных заводах, в основном находится в виде слитков. Слитки имеют примерно квадратное поперечное сечение 1,5 х 1,5 м и вес в тоннах.

Эти слитки сначала нагревают примерно до 1200 ° C в ямах для выдержки, а затем пропускают через валки для получения промежуточных форм, таких как блюмы. Блюмы раскатываются в заготовки, а заготовки — на желаемые сечения, такие как плоские, квадратные, шестиугольные, угловые, I, U и т. Д.Вышеупомянутый член имеет примерно следующие размеры.

Литые слитки — 1,5 м x 1,5 м (прямоугольное поперечное сечение)

Цветки — от 150 до 400 мм кв.

Плиты — Ширина: от 500 до 1800 мм (прямоугольное поперечное сечение), толщина: от 50 до 300 мм

Заготовки — от 30 мм до 150 мм кв. (Меньше цветков)

Плиты — толщиной 6 мм и более, шириной 1200-1400 мм, длиной 6000 мм.

листов толщиной от 0,5 мм до 5,0 мм

Полоса — Ширина: 750 мм или меньше.(Узкая тарелка или лист).

На рис. 2.3 показаны последовательные этапы обжатия заготовки (100 х 100 мм) до круглого стержня. Заготовку поворачивают на 90 ° после каждого прохода.

Прокатка — это процесс, при котором металл пропускают через зазор между роликами, вращающимися в противоположном направлении. Этот зазор меньше толщины обрабатываемой детали. Следовательно, ролики сжимают металл, одновременно сдвигая его вперед из-за трения на границах раздела ролик-металл.

Когда заготовка полностью проходит через зазор между роликами, она считается полностью обработанной. В результате толщина работы уменьшается, а длина и ширина увеличиваются.

Однако увеличение ширины незначительно и им обычно пренебрегают. На рис. 2.4 показана простая операция прокатки листа. Уменьшение толщины называется осадкой, а увеличение длины — абсолютным удлинением. Увеличение ширины называется абсолютным разбросом.

Два других члена — это относительная осадка и коэффициент удлинения, которые можно определить следующим образом:

Приведенное выше уравнение (3) показывает, что коэффициент удлинения обратно пропорционален отношению конечной площади поперечного сечения к исходной площади изделия. Кроме того, уравнение (2) показывает, что коэффициент удлинения пропорционален отношению конечных исходных длин изделия.

На рис. 2.5 показаны очаг деформации, напряженное состояние, угол контакта в процессе прокатки.Металл деформируется в заштрихованной области, известной как зона деформации. Металл не подвергается деформации до и после очага деформации.

Также видно, что деформируемый металл контактирует с каждым роликом по дуге AB. Дуга-АВ называется дугой контакта. Соответствующий ему угол (α) называется углом контакта или углом прикуса.

Исходя из геометрии чертежа и применения простой тригонометрии, угол прикуса может быть задан как:

Приведенное выше уравнение (4) показывает взаимосвязь между геометрическими параметрами процесса прокатки, углом захвата, осадкой и радиусом роликов.

Чтобы гарантировать смещение металла за счет трения, угол контакта (α) должен быть меньше угла трения (β), где tan β = µ (коэффициент трения между поверхностью ролика и металлом).

Максимально допустимое значение угла контакта (α) зависит от других факторов, например:

(i) Материал роликов.

(ii) Материал прокатываемой работы.

(iii) Температура прокатки.

(iv) Скорость роликов и т. Д.

В таблице указан рекомендуемый максимальный угол прикуса (α) для различных процессов прокатки:

Зона деформации, напряженное состояние и угол контакта при прокатке показаны на рис. 2.4 (простая прокатка листа). Основная система напряжений, возникающая в зоне деформации, — это трехосное сжатие. Максимальное или главное напряжение действует перпендикулярно направлению прокатки.

Деформированный металл оказывает равное и противоположное усилие на каждый из валков, чтобы удовлетворить условиям равновесия.

Следовательно, эта сила, перпендикулярная направлению прокатки, является важным фактором, учитываемым при проектировании валков и корпуса стана. Эта сила (F) также важна для определения потребляемой мощности в процессе прокатки.

К сожалению, точное определение нагрузки при прокатке и потребляемой мощности является типичной задачей и требует хорошего знания теории пластичности и расчетов.

Тем не менее, первое приближение нагрузки качения может быть дано с помощью следующего уравнения:

Это уравнение (2) не учитывает трение на границе раздела ролик-работа и, следовательно, дает более низкую оценку нагрузки качения.

На основе экспериментов в модифицированном уравнении используется коэффициент умножения 1,2, чтобы учесть трение:

Также нелегко получить потребление энергии в процессе прокатки; однако приблизительная оценка (с учетом низкого трения) дается по формуле:

Ниже перечислены различные методы уменьшения разделяющей силы (F):

(a) Меньший диаметр рулона (что уменьшает площадь контакта).

(б) Пониженное трение.

(c) Более высокая температура заготовки.

(d) Уменьшите «угол прикуса» (тем самым уменьшив площадь контакта).

Смазка используется в процессе прокатки для уменьшения трения между валками и прокатываемым металлом. Трение играет очень важную роль в процессе прокатки.

Фактически, он отвечает за смещение работы между валками и поэтому не должен устраняться или уменьшаться ниже соответствующего уровня.Это важное соображение при выборе смазки для процесса прокатки.

При холодной прокатке стали используются жидкие смазочные материалы с низкой вязкостью, парафин подходит для цветных металлов, таких как алюминий, медь и его сплавы, чтобы избежать образования пятен во время последующего процесса термообработки, а горячая прокатка часто выполняется без смазочных материалов. но с потоком воды для образования пара и разрушения образовавшейся чешуи. Иногда в качестве смазки используют эмульсию графитовой смазки.

В процессе прокатки у проката возникает ряд дефектов. Конкретный дефект обычно возникает в конкретном процессе и не возникает в других процессах.

Ниже приведены некоторые из типичных дефектов проката:

(i) Растрескивание кромки:

Растрескивание кромок обычно происходит в прокатанных слитках, слябах или пластинах.Это связано либо с ограниченной пластичностью обрабатываемого металла, либо с неравномерной деформацией, особенно по краям.

(ii) Складывается:

Складки — это дефект, обычно возникающий при прокатке толстого листа. Это происходит, если уменьшение за проход слишком мало.

(iii) Аллигаторство:

Аллигаторность — это дефект, обычно возникающий при прокатке слябов (особенно алюминия и сплавов). В этом дефекте заготовка на выходе раскалывается по горизонтальной плоскости, сверху и снизу.Этот дефект возникает всегда, когда отношение толщины плиты к длине контакта находится в пределах от 1,4 до 1,65. Рис. 2.15. Показывает дефект Аллигаторинга.

(iv) Образование чешуек:

Когда металл подвергается горячей прокатке, его поверхность не является гладкой, и на ней образуется окалина (оксид).

Прокатный прокат — обзор

6.1 Введение

Поскольку рама стана считается жесткой, тремя важными компонентами системы прокатки металла являются рабочие валки, прокатываемая полоса и их стык.Хотя полная математическая модель процесса холодной плоской прокатки должна учитывать поведение всех трех, опубликованные исследования часто включают несколько упрощений. Наиболее важным из них является моделирование сопротивления трению на границе раздела между рабочим валком и прокатанной полосой, в месте, где осуществляется передача энергии. Хотя хорошо известно, что коэффициент трения и коэффициент трения в значительной степени зависят от относительной скорости, межфазного давления, вязкости и шероховатости поверхности, модель, описывающая связь этих параметров с явлениями трения, имеет до сих пор не предоставлено.В большей части литературы коэффициент трения рассматривается как свободный параметр, величина которого определяется обратными вычислениями.

Хотя большинство анализов рассматривают прокат как изотропный (Dixit and Dixit, 1996), редким исключением являются работы тех же авторов (Dixit and Dixit, 1997).

Hartley et al. (1979) отметили, что более ранние исследования процесса обработки металлов методом конечных элементов использовали нереалистичные условия трения. Следовательно, авторы включили слой элементов на границе раздела, свойства которых контролируют трение.Они применили свою модель к кольцевому сжатию и обнаружили отличное согласие своих прогнозов и экспериментов. Лю и др. (1985) проанализировали упруго-пластический процесс холодной прокатки с использованием слоя элементов на поверхности контакта, следуя Hartley et al. (1979). В их анализ были включены критерий течения Хубера – Мизеса и соотношение Прандтля – Рейсса с деформационным упрочнением. Рабочие валки были приняты жесткими. Хотя рассчитанные распределения давления на валки были близки к измеренным Al-Salehi et al.(1973) для низкого снижения были большие различия, когда рассматривались более высокие сокращения.

Ли и Кобаяши (1982) выразили напряжение сдвига при трении в контакте рулон / прокатный металл как функцию относительной скорости. Они проанализировали проблему холодной прокатки жестко-пластиковых лент между жесткими рабочими валками. Они также сравнили свои прогнозируемые распределения давления валков с данными Al-Salehi et al. (1973). Как и в исследовании Liu et al. (1985), некоторые сравнения были успешными, а некоторые нет.

Tieu and Liu (2004) использовали четыре комбинации штифтов и датчиков, встроенных в рабочий валок, для отслеживания изменения межфазных нормальных напряжений и напряжений сдвига при прокатке полос из алюминиевого сплава и углеродистой стали. Они подтвердили более ранние исследования (Siebel, Lueg, 1933; van Rooyen, Backofen, 1957; Banerji and Rice, 1972; Hum et al., 1996, среди других), показав, что коэффициент трения изменяется от входа к выходу. Кроме того, они показали, что, хотя использование «холма трения» в расчетах распределений давления валков дает полезный сокращенный путь в анализе, фактическое давление валков имеет закругленные вершины, а не седловые точки.Они указали, что прямое скольжение увеличивается по мере увеличения уменьшения. Кроме того, они продемонстрировали, что как коэффициент трения, так и прямое скольжение снижаются по мере увеличения относительной скорости между валком и полосой.

Jiang et al. (2003) проанализировали холодную плоскую прокатку стальных и медных полос. Они использовали трехмерную жестко-пластичную модель конечных элементов и напряжение сдвига при трении, предложенное Кобаяши и др. (1989). Таким образом, напряжение сдвига зависит от коэффициента трения, относительной скорости, предела текучести прокатываемого металла, коэффициента трения и двух положительных констант, определенных как для зон прямого, так и для обратного скольжения.Авторы пишут: «… основным препятствием для создания точной и надежной модели… является отсутствие четко определенного граничного условия трения…», утверждение, с которым автор данной статьи полностью согласен. Поэтому мы сожалеем, что не было предоставлено никакой конкретной информации об используемой модели трения. Не было упоминания о деформации рабочих валков, поэтому можно сделать вывод, что они считались жесткими. Прогнозы модели хорошо сравнивались с измеренными давлениями валков, происхождение которых, однако, не было установлено.

В более поздних исследованиях Dvorkin et al. (1997) и Jiang et al. (2004) проанализировали холодную прокатку полос из жесткого пластика. Напротив, Гудур и Диксит (2008) рассматривали поведение упругопластических металлов. Эффекты жестких и упругих валков были изучены Shangwu et al. (1999).

Наименее понятным явлением по-прежнему являются условия трения на границе раздела. В настоящей работе коэффициент трения принимается зависящим от относительной скорости валка и прокатываемой полосы.

Muniz (2007) использовал, пожалуй, наиболее полную конечно-элементную модель процесса плоской прокатки. Он учел упругие рабочие валки, упруго-пластические прокатанные полосы и коэффициент трения, который зависел от относительной скорости валка и прокатываемой полосы. Он представил распределения параметров — напряжения, деформации, скорости деформации, температуры — в прокатанных полосах и в валках. Помимо заявления о том, что результаты подтверждают результаты других исследований, никаких экспериментальных подтверждений представлено не было.

Как видно из обзора литературы, полная модель, которая учитывает поведение всех трех компонентов системы прокатки и полностью обоснована путем сравнения ее прогнозов с экспериментальными данными, пока недоступна. Следовательно, цель настоящей главы — включить все три компонента системы качения в модель конечных элементов. Необходимо моделировать упругую деформацию рабочего валка, упругопластической прокатанной полосы и коэффициент трения, зависящий от скорости.Величина среднего коэффициента трения определяется обратным подходом, так что вычисленная сила разделения валков, крутящий момент валка и прямое скольжение соответствуют экспериментальным значениям. После проверки точности прогноза модели документируются распределения давления валков, межфазных касательных напряжений и эквивалентных деформаций в дополнение к изменениям радиуса деформированного валка.

Прокатный | технология | Britannica

Прокат , в технологии основной метод формования расплавленных металлов, стекла или других веществ в формы, которые имеют малое поперечное сечение по сравнению с их длиной, например стержни, листы, стержни, рельсы, балки, и провода.Прокатка является наиболее широко используемым методом формования металлов и особенно важна при производстве стали для использования в строительстве и других отраслях промышленности. Прокатку можно производить горячей (горячая прокатка) или холодной (холодная прокатка) сталью. Процесс заключается в пропускании металла между парами роликов, вращающихся с одинаковой скоростью, но в противоположных направлениях и расположенных так, чтобы расстояние между ними было немного меньше толщины металла. Степень изменения толщины стали зависит от ее температуры, при этом более высокая температура увеличивает пластичность стали.Холодная прокатка, при которой стержни, листы или полосы стали без подогрева пропускаются через валки, обычно требует нескольких прокаток для достижения желаемой формы. Холодная прокатка часто следует за горячей прокаткой и выполняется для получения лучших механических свойств, лучшей обрабатываемости, особого размера, блестящей поверхности или более тонкой толщины, чем при горячей прокатке.

Подробнее по теме

Металлургия: Прокат

Прокат — самый распространенный процесс металлообработки.Прокат более 90 процентов произведенного алюминия, стали и меди …

Прокат был введен в производство стали в 1783 году Генри Корт, который успешно усовершенствовал более ранние примитивные попытки использовать эту технику. Начиная с стана ранней прокатки Cort, в котором использовались рифленые валки, процесс и размеры станов постоянно совершенствовались. Современные мельницы имеют до четырех наборов валков, расположенных один над другим, и сталь прокатывают в непрерывном процессе из одного набора в другой, а затем обратно, пока не будет достигнута желаемая форма.Полуфабрикаты превращают сталь в прямоугольную форму для дальнейшей обработки; чистовые станы производят сталь, готовую к использованию в производстве.

Прокатка также является важным процессом в производстве стекла. Непрерывный поток или лента расплавленного стекла пропускается между парой роликов, которые разнесены таким образом, чтобы контролировать толщину стеклянного листа. Вальцовка — это очень быстрый способ производства стекла, но качество поверхности получаемого стекла невысокое из-за его контакта с металлическими роликами.

Металлопрокат | JMTUSA.com

JMT предлагает идеальную линейку металлопрокатных станков с листовыми, угловыми и трубогибочными станками, которые обеспечивают надежную работу, на которую вы можете положиться.

Высококачественное прокатное оборудование

Производственные компании используют оборудование для гибки и прокатки металла для производства различных готовых металлов для коммерческого использования. Компания JMT USA идеально расположена для обеспечения этого сегмента рынка самым производительным и сложным оборудованием, доступным сегодня.Наличие в механическом цехе подходящего оборудования для обработки металлов давлением и их изготовления необходимо для производства высококачественной продукции. Листовые валки превращают плоские листы металла в готовую продукцию, в то время как угловые валки (также известные как профильные валки) сгибают пруток и угловое железо в круглые формы.

Вот несколько примеров металлопрокатных станков, которые JMT USA может предоставить промышленности. Эти машины позволяют производителям получать различные металлические формы для крупных строительных проектов, а также металлические компоненты для изготовления многих видов продукции.

Листовые валки находятся прямо в рулевой рубке JMT USA, при наличии 4-х валковых вальцов толщиной до 6 дюймов вплоть до ручных трехвалковых станков с ручным кривошипом. Большие листы необработанного металла механически пропускаются через комбинацию лебедок для производства готового рулона. Размеры этих машин могут быть огромными, что потенциально позволяет производить готовые рулоны металла длиной и диаметром в несколько футов. Другие модели меньше по размеру и подходят для работы с тонкодисперсными материалами, такими как те, которые используются в деталях HVAC.

Листопрокатные станки с одинарным и двойным прижимом

Эти специальные машины предоставляют возможности и гибкость для производственного цеха или отдела любого размера. Для сгибания листов или листов металла в заданную форму можно использовать различные виды листопрокатных станков. Трехвалковые машины с одним зажимом являются экономичными, но они требуют, чтобы оператор наклонил лист вниз, чтобы сделать первоначальный предварительный изгиб на одном конце металла, а затем повернуть лист, чтобы прокатить готовую деталь.В этой категории листопрокатных машин JMT USA предлагает как более легкий моторизованный начальный прижимной ролик, так и более тяжелый моторизованный начальный прижимной валок.

Четырехвалковые машины с двойным прижимом более точны и просты в эксплуатации, поскольку лист надежно удерживается на верхнем и нижнем валках, а боковые валки образуют точный предварительный изгиб. Листы можно подавать горизонтально, что позволяет использовать рольганги с электроприводом. Четырехвалковые листопрокатные машины более производительны и безопасны в эксплуатации. Компания JMT USA имеет многолетний опыт внедрения этих четырехвалковых станков в производство и интеграции их в производственный процесс.

, которые часто называют «профилегибочными станками», позволяют сгибать многие типы материалов на части с радиусом. Эти универсальные гибочные машины, также известные как профильные валки, используются для превращения необработанного металла в готовый валок. Гибочные машины прессуют металлические прутки или уголки в рулон с однородной прочностью и чистотой. Компания JMT USA имеет значительный опыт в производстве профильных станков и может предоставить гибочные станки, способные изгибать твердый стальной квадрат размером до 10 дюймов на 10 дюймов.

Используя различные типы роликов, которые поставляются с каждой машиной, оператор может создавать стандартные или специальные секции металлопроката, а также гнутые трубы и трубы. Одна и та же машина может обрабатывать различные виды металлов, такие как медь, алюминий и сталь. Обладая более чем 50-летним опытом производства угловых вальцов, компания JMT USA предоставила нашим клиентам необходимые специальные валки для удовлетворения любых требований, предъявляемых нашими клиентами.

Многие типы станков для прокатки металла

Размеры металлопрокатного станка сильно различаются, и он может быть изготовлен на заказ в соответствии с вашими производственными требованиями.JMT USA предлагает широкий выбор типоразмеров машин для различных областей применения. JMT USA также предоставила нашим клиентам валки особого диаметра и валки особой конфигурации практически для любого применения.

Руководство для начинающих по прокатке в металлообработке

За последние 50 лет мировое производство стали увеличилось более чем на 300%, с 500 миллионов тонн в 1960-х годах до более 1600 миллионов тонн в 2016 году. Сталь, конечно же, является лишь одним из многих производимых и продаваемых металлов.Другие включают титан, медь, латунь, алюминий и другие. Хотя точный процесс, используемый для производства этих металлов, варьируется, многие металлообрабатывающие компании используют прокат в своих методах производства.

Что такое прокат в металлообработке?

В металлообработке прокатка — это процесс формовки, при котором расплавленный металл подается через два или более валков. Металлообрабатывающая компания сначала нагревает металл в большой печи, пока он не станет расплавленным. В зависимости от типа металла для этого может потребоваться температура 2500 градусов по Фаренгейту или выше.После того, как необработанный металл расплавлен, он проходит через один или несколько валков.

Почему прокатывают металл

Rolling предлагает несколько преимуществ, одно из которых — более тонкий размер. Когда расплавленный металл проходит через валки, он сжимается и, следовательно, становится тоньше. Для некоторых приложений, таких как производство листового металла, это критически важно для создания готового продукта. Если расплавленный металл не подвергается сжатию, он будет слишком толстым для использования по назначению.

Прокатка не только делает металл более тонким, но и способствует получению более однородной формы. Сверху вниз и от края к краю весь прокат имеет одинаковую форму. Поэтому металлообрабатывающим компаниям не нужно беспокоиться о том, что одни части металла будут толще других.

Горячая и холодная прокатка: в чем разница

Процессы прокатки можно разделить на горячие и холодные. Прочитав термины «горячая прокатка» и «холодная прокатка», вы можете предположить, что первая включает подачу расплавленного металла через ролики, а вторая — подачу холодного металла или металла комнатной температуры через ролики.Однако это не всегда так.

Горячая прокатка состоит из тех же этапов, о которых говорилось выше. С другой стороны, холодная прокатка состоит из тех же этапов, но с дополнительным этапом в конце. При холодной прокатке горячекатаный металл перемещается на отдельную станцию ​​формовки, где он прокатывается еще раз. Однако на этот раз он скручен при комнатной температуре.

Поскольку холодная прокатка включает сжатие металла, когда температура металла ниже его температуры рекристаллизации, это изменяет физические свойства металла.Холоднокатаный металл обычно прочнее и может выдерживать более жесткие допуски, чем горячекатаный металл. Обратной стороной, конечно же, является то, что холодная прокатка требует больше времени и ресурсов, чем горячая прокатка.

Прокат и волочение металла — Сообщество производителей ювелирных изделий «Ганоксин»

Явление деформации металлического материала — это сложная совокупность множества процессов, происходящих одновременно. Чтобы описать это, мы будем рассматривать их как осторожные действия, но имейте в виду, что на самом деле все они происходят одновременно и влияют друг на друга.

Наше исследование здесь должно быть продолжено относительно базовой информации:

• Что происходит внутри монокристалла?
• Как изменяется кристаллическая структура?
• Каким образом деформируется весь кусок металла?

По сути, то, что происходит в отдельных кристаллах и в структуре решетки, одинаково для всех напряжений. Изменения в более крупном масштабе, например, во всем образце, зависят от используемого метода деформации.Ковка отличается от рисунка, а гибка — это не то же самое, что клепка. Поскольку эффекты напряжения на уровне кристаллов и зерен одинаковы, одного примера будет достаточно для всех форм деформации. Мы будем использовать прокатку, чтобы проиллюстрировать процесс.

Упругая деформация

Упругая деформация уже описывалась при обсуждении диаграммы «напряжение-пластичность». Любая пластическая деформация вызывает упругую деформацию как во всем блоке металла, так и в каждом отдельном зерне.Как вы помните, упругая деформация описывает эффект возвращения металла к исходной форме при снятии нагрузки (или силы). Однако даже в этом случае тщательное изучение покажет, что некоторые зерна начали механически деформироваться, а это означает, что напряжение изменило их до такой степени, что они не «отскакивают». Верна и обратная ситуация: даже когда образец подвергался механическому напряжению до такой степени, что он механически деформировался, можно найти несколько кристаллов, которые подверглись только упругому напряжению.

На рисунке 4.41 показан упрощенный вид изменений внутри зерна во время упругого напряжения.Представьте атомы в виде сфер, соединенных эластичными лентами. Как показано в 4.41b, пространство между атомами уменьшается в направлении давления, в то время как структура решетки расширяется под прямым углом к ​​нему. Если давление ударяет по решетчатой ​​структуре под косым углом, как в 4.41c, прямоугольник становится ромбом, где снова промежутки между атомами уменьшаются в направлении напряжения и увеличиваются под прямым углом к ​​нему. Другими словами, металл выдавливается вниз и наружу.

Если бы на самом деле каждый атом был связан со своим соседом резинкой, если бы напряжение было снято, решетка вернулась бы к своей исходной симметричной структуре.Это определение упругой деформации.

Пластическая деформация

Пластическая деформация возникает, когда напряжение настолько велико, что форма необратимо изменяется. Пластической деформации всегда предшествует упругая деформация. То есть металлы сначала будут двигаться упруго, сохраняя способность возвращаться назад. Если нагрузка превышает предел упругости, расстояния между атомами больше не увеличиваются, но вся атомная решетка смещается по предпочтительным плоскостям скольжения. Эти плоскости особенно плотны с атомами.В кубических металлах эти плоскости диагональны.

Чтобы описать явление, используя модель резиновой ленты, мы могли бы сказать, что когда полосы больше не могут растягиваться, они отрываются от всех атомов плоскости скольжения, атомные «сферы» толкаются вместе с одной стадией скольжения. Здесь снова прикрепляются резинки, восстанавливая взаимные связи атомов (рис. 4.41d). Это устанавливает структуру, которая существовала раньше, но теперь кристаллы находятся в новых местах. Изменилась внешняя форма зерна, но атомы внутри кристаллической решетки снова упорядочены в соответствии с их кристаллической системой.

Например, зерно золота все еще имеет структуру кубической гранецентрированной решетки даже после прокатки. Чем больше плоскостей скольжения доступно в зерне и чем в большей степени смещаются атомы в этих плоскостях, тем сильнее изменяется зерно от своей первоначальной формы. Если он протягивается в одном направлении, как, например, когда проволока протягивается через вытяжную пластину, она сужается в размере под прямым углом к ​​ней в результате множества плоскостей скольжения, как показано на рисунке 4.41e. Такой сдвиг структуры решетки возможен только в том случае, если нагрузка ориентирована в направлении предпочтительных плоскостей скольжения. Напряжение в другом направлении сопротивляется зерну, потому что только небольшая часть силы может быть использована для деформации. Возможно, что имеющейся силы хватит только на упругое смещение структуры решетки (4.41b).

Сопротивление решетчатой ​​структуры деформации увеличивается со степенью деформации: чем сильнее изменяется структура и чем сильнее прикладываемая сила, тем большее количество силы требуется для продолжения деформации.

Эффекты в зеренной структуре

При описании процесса затвердевания было отмечено, что кусок металла не является упорядоченным кристаллом, а вместо этого состоит из множества мелких кристаллов (зерен), которые ориентированы случайным образом. Из-за этого не имеет значения, в каком направлении приложена нагрузка. Только те зерна, которые случайно ориентированы в оптимальном направлении деформации, уступят место и деформируются пластически. Верно, что отдельное зерно имеет идеальную ориентацию для деформации, но поскольку зерна в образце ориентированы случайным образом, многокристаллический кусок металла одинаково пластичен во всех направлениях.

Когда зерно, лежащее в направлении деформации, растягивается, оно немедленно воздействует на соседние кристаллы, поскольку связано с ними. Сначала они подвергаются упругому напряжению, а затем меняют свое положение за счет пластической деформации: конструкция «течет». Если деформация продолжается в одном направлении, зерна становятся все более удлиненными, в конечном итоге создавая структуру, полностью состоящую из длинных нитевидных зерен, движущихся в одном направлении.Это типичная структура для металлов, подвергнутых вытяжке или прокатке. Таким образом, при пластической деформации первоначально случайно ориентированный образец формирует упорядоченную зернистую структуру в соответствии с направлением обработки.

По мере продолжения процесса требуется повышенное усилие не только для того, чтобы толкать зерна вдоль их плоскостей скольжения, но и для того, чтобы оттолкнуть другие зерна с их пути (Рисунок 4.42). Дополнительный хрупкий межзеренный материал осаждается между зернами, делая структуру более жесткой. Это может препятствовать деформации или даже сделать ее полностью невозможной. В конечном итоге зерна растягиваются до пределов своей формуемости. Если напряжение продолжается, силы сцепления, удерживающие образец вместе, превышаются, и структура начинает разрываться.

Для большинства металлов повышенная деформация увеличивает твердость, предел прочности на разрыв и максимальное удлинение, а также снижает пластичность.То есть по мере того, как вы работаете с твердым металлом, он становится прочнее, длиннее, менее податливым и более хрупким. На рисунке 4.43 показаны эти механические характеристики меди. Хотя фактические значения будут отличаться для других металлов и сплавов, тенденции и графические кривые аналогичны.

Прокатка

Прокатку можно рассматривать как локальный (или изолированный) процесс деформации, во время которого толщина уменьшается, длина увеличивается, а ширина остается неизменной.Образец прижимается и продвигается через ролики, потому что трение заставляет его встать на место при вращении роликов. Чтобы понять микроскопические эффекты прохождения металла между движущимися поверхностями, мы должны сначала описать, что происходит, когда металл зажат между двумя неподвижными поверхностями.

Ковка между фиксированными поверхностями

В этих случаях напряжение передается под прямым углом к ​​поверхности образца. Это может иметь место, например, во время ковки, формовки, чеканки и штамповки. Как показано на рис. 4.44, металл не распределяет напряжение равномерно, а по-разному реагирует в разных зонах, некоторые из которых подвержены большему воздействию, чем другие.

• Контакт между инструментом и поверхностью образца вызывает такое сильное трение, что металл не может распространяться оттуда вбок.Отсутствие движения здесь распространяется внутрь к зернам, находящимся в тесном контакте, ограничивая деформацию в зоне I. Это в равной степени относится к молотку (вверху) и наковальне (внизу).
• Металлический блок под прямым углом к ​​направлению нагрузки выпячивается из-за внешнего давления, и поэтому перпендикулярная сила не может повлиять на конструкцию в Зоне III.
• Структурные изменения сконцентрированы в зоне II, которая находится между другими зонами, в областях, не затронутых деформацией.

Ковка между движущимися поверхностями

Теперь эта информация может быть перенесена в процесс прокатки. Как и при ковке, ролики создают трение в точке контакта с образцом, сводя к минимуму способность металла перемещаться в этой точке. Тенденцию к наибольшей деформации во внутренних секциях можно увидеть в потоке, показанном на Рисунке 4.45.

Поскольку металл постоянно подвергается повышенному напряжению при прохождении через ролики, ситуация отличается от воздействия неподвижной силы, как описано выше.Область наибольшей деформации лежит на линии FF сразу за местом наименьшего зазора между роликами. Это приводит к тому, что металл на поверхности отталкивается назад, образуя обратный поток. Металл в области обратного течения движется медленнее, а в области прямого скольжения быстрее, чем окружная скорость вращения валков; только металл разделителя потока по большей части движется с той же скоростью, что и валки.

Кроме того, давление валков не так равномерно распределено по всему поперечному сечению металла, как можно было бы предположить из упрощенной схемы. Вместо этого внешние области металла деформируются сильнее, чем центр куска металла. Может даже случиться так, что область в центре почти не пострадает, как показано на Рисунке 4.46.

Иногда можно наблюдать это явление невооруженным глазом, наблюдая за передней кромкой прокатанного металлического листа.Из этих объяснений становится ясно, что структура металла подвергается высоким напряжениям и деформации во время прокатки и, следовательно, должна иметь безупречное качество, чтобы выдерживать этот процесс. Или, говоря другими словами, если у вас есть слиток, который страдает недостатками, такими как ямы и трещины, не рекомендуется пропускать его через ролики с целью исправления этих недостатков. Напряжение качения только усугубит их.

Оборудование

Прокатный стан, показанный на рисунке 4.47 специально разработан для небольшой мастерской. Рама прокатного стана состоит из четырех круглых столбов, которые соединяют между собой верхнюю и нижнюю концевые пластины. Подшипники, в которых вращаются валы ролика, могут перемещаться вертикально по полированным направляющим стойкам. Рулоны имеют диаметр 45 мм и ширину 90 мм. Верхняя пара роликов может обрабатывать лист толщиной от 0,01 мм до 5 мм. Рифленые нижние ролики используются для раскатки проволоки квадратного сечения от 1 мм до 5 мм. Прокатный стан управляется рукояткой рукоятки, а редуктор максимально упрощает работу.Зазор между рулонами листов регулируется большим колесом, установленным в верхней части машины; рулоны проволоки регулируются двумя ручками с накаткой, скрытыми из виду внизу.

Обрабатываемый материал должен выходить с гладкой, почти полированной поверхностью из хорошего прокатного стана.Для этого требуются валки из высококачественной стали, которые даже после длительного использования сохраняют неповрежденный полироль. Все остальные части прокатного стана должны выдерживать большие нагрузки и поэтому должны быть изготовлены из первоклассных материалов.

Достаточно ли ручного прокатного стана для регулярного использования или стоит ли иметь электрический прокатный стан, зависит от размера предприятия и его производственной программы.Без них крупные производственные компании не смогли бы обойтись. Показанный прокатный стан можно преобразовать в приводную машину, установив электродвигатель в основание и сконструировав для него соответствующую силовую передачу.

Разновидность прокатного стана, называемая листогибочным станком, используется рабочими по обработке листового металла для формирования листовой заготовки. С соответствующими приспособлениями эта машина может использоваться ювелирами для сгибания полых форм браслетов и аналогичных форм. В этом случае полоса соответствующей ширины подается между роликами, которые изгибают металл в виде петли по мере изменения его поперечного сечения, создавая сложную кривую.Все, что остается, — это припаять внутреннюю часть или колоду, чтобы создать браслет.

Уход за прокатным станом

• Не катайте твердые и хрупкие материалы, такие как сталь или окисленный металл.
• Удалите остатки буры перед прокаткой на стане.
• Хорошо просушите материал перед его раскатыванием.
• Используйте все части валков равномерно, чтобы они не изнашивались в середине.

Если требуется небольшая повторная полировка, отрежьте кусок тонкой наждачной бумаги той же ширины, что и ролики, и согните его абразивным слоем над деревянным дюбелем, который также обрезан до такой же ширины, как ролики.Затяните ролики, пока они не коснутся роликов, и поверните рукоятку, удерживая бумагу. Избегайте использования грубого абразива, поскольку он может усугубить проблему, а не улучшить ее.

Подготовка слитка

Перед прокаткой в ​​лист литой слиток необходимо подготовить путем систематической тяжелой ковки. Это разрушит кристаллы, которые после отжига будут в наилучшем состоянии для прокатки.Только после того, как металл будет тщательно сжат и подготовлен с помощью отжигов, его можно прокатать до заданной толщины. Хотя это кажется дополнительным шагом, не уклоняйтесь от предварительной ковки. Это значительно улучшит качество изготавливаемого листа и проволоки.

Прокатка листа

Перед прокаткой убедитесь, что на слитке и роликах нет мусора. Даже небольшой кусочек песка на любой поверхности создаст неровности, на удаление которых может потребоваться много времени.Начните с открытия зазора между роликами, чтобы слиток легко проходил между ними, затем уменьшайте зазор, пока ролики не коснутся слитка. Пропустите металл через мельницу один раз без давления, чтобы убедиться, что поверхность ровная. Выньте слиток из мельницы и немного сближите ролики. Сжимайте металл только немного с каждым проходом, а не пытайтесь резко уменьшить все сразу. Для поворота рукоятки используйте обе руки и, при необходимости, всю силу тела.

Неважно, перевернута ли деталь вверх ногами для следующего прохода. Его также можно без вреда катать вперед и назад, но он не должен менять направление прокатки без предварительного отжига. То есть не поворачивайте заготовку на 90 °, если сначала ее не отожгли. Если квадратный лист должен быть раскатан, его необходимо сначала растянуть в одном направлении, отжечь, а затем удлинить под прямым углом к ​​ранее обработанному направлению.

Как только вы начнете прокатку, продолжайте плавный равномерный ход, пока заготовка не пройдет через стан.Остановка посередине или рывковое движение приведет к появлению горизонтальных отметок или ступенек на листе. Попытки ускорить процесс за счет значительного изменения толщины между проходами приведут к тяжелой работе, нагрузке на стан и появлению линий в результате напряженной неравномерной скорости прокатки. В конечном итоге быстрее прогрессировать небольшими шагами.

Многие мельницы позволяют регулировать обе стороны роликов по отдельности, что позволяет при желании выводить ролики из параллели.Таким образом можно свернуть полосу так, чтобы она изгибалась. Не забудьте вернуть мельницу в параллельное положение, когда закончите!

Само собой разумеется, что металл необходимо периодически подвергать отжигу, так как он восстанавливается в прокатном стане. Слишком ранний отжиг — пустая трата времени, а слишком поздний отжиг может привести к повреждению металла из-за трещин под напряжением. Хотя это заманчиво, не рекомендуется судить о правильной последовательности отжига на ощупь; Толстые слитки трудно прокатать даже после отжига, а тонкий лист может не ощущаться деформационной закалкой, даже когда требуется отжиг.Вместо этого используйте микрометр для проверки восстановления и при необходимости отожгите. В случае стерлинга листы следует отжигать, когда они уменьшились вдвое. Например, образец толщиной 5 мм следует подвергнуть отжигу, если он имеет размер 2,5 мм, а затем, когда он составляет половину от этого значения, 1,25 (рис. 4.48).

Прокатная проволока

Процесс превращения стержневых слитков в проволоку аналогичен только что описанному процессу листового проката, поскольку силы прокатки практически идентичны.Как и прежде, стержень следует выковать молотком и отжечь, чтобы подготовить кристаллическую структуру к прокатке. Когда это сделано, стержень вставляется в большую канавку на проволочно-прокатном стане и проходит легкий проход, чтобы обеспечить ровную поверхность. Затем валки сближаются (или стержень перемещается в следующую меньшую канавку) и прокатывается. Затем деталь поворачивают на 90 ° и пропускают через то же отверстие. В случае проволоки, фреза оказывает напряжение не только в двух направлениях, но и в шести из-за формы канавок.Требуется отжиг, как указано выше. Стержень пропускают через мельницу до тех пор, пока он не достигнет желаемого размера. Для определенных поперечных сечений деталь дополнительно уменьшается в вытяжной пластине.

Чертеж

Принцип этой процедуры состоит в уменьшении толщины заостренной, конической проволоки путем протягивания ее через коническое отверстие в инструменте из твердого материала. Проволока одновременно примет форму отверстия. Волочение отличается от прокатки тем, что давление волочения не передается через токарное действие стана, а зависит от силы, локально направленной в область сжатия.Это означает, что величина возможной силы волочения ограничивается пределом прочности материала на разрыв, что особенно очевидно при волочении тонкой проволоки.

Толщина металла уменьшается за счет его прохождения через воронку. Чем круче конус, тем больше уменьшение; что, конечно, означает повышенную сопротивляемость и стресс. Идеальная форма конуса и процент обжатия заложены в конструкцию надлежащей вытяжной пластины. За счет систематического перемещения через соседние отверстия напряжение сводится к минимуму.Из-за трения на его внешней поверхности металл на внешней стороне стержня больше всего подвержен влиянию стяжной пластины, при этом внутренний сердечник остается почти неизменным.

Инструменты

Без сомнения, самый важный инструмент в процессе волочения — это волокно. Он состоит из пластины из высококачественной стали, в которой размещены отверстия аналогичной формы, размер которых равномерно уменьшается от одного отверстия к другому. На рис. 4.49 показано, как делается такое отверстие в вытяжной пластине. Изменение толщины происходит в вытяжном конусе, в то время как поперечное сечение формируется около переднего или меньшего конца отверстия.Наиболее распространенные прижимные пластины имеют круглые отверстия и используются для уменьшения диаметра круглой проволоки. Специальные формы включают прямоугольные, квадратные, треугольные и ножевидные тяговые пластины. Также возможно изготовление изделий уникальной формы на промышленном штампе.

Качество производимой проволоки зависит от состояния волочильной плиты. Только когда отверстия будут абсолютно гладкими, можно получить идеальную проволоку.Обработка и обращение с вытяжными пластинами начинается с их хранения. Быстрый способ повредить выдвижную пластину — это небрежно бросить ее в ящик. Контейнер, в который можно поместить выдвижные плиты, всегда окупается. Не используйте волокно для каких-либо целей, кроме волочения проволоки и изготовления труб. Несмотря на свой простой внешний вид, затворы представляют собой сложные высокоточные инструменты и требуют хотя бы номинального ухода.

Чтобы использовать тяговую пластину, поместите ее между двумя защитными пластинами из меди или другого мягкого металла в тисках, расположив так, чтобы используемые отверстия находились достаточно близко к губкам.Напилите конус на проволоке, проденьте ее в первое отверстие, где она ограничена, и крепко возьмитесь за затяжку. Это прочные плоскогубцы с достаточно длинными ручками, чтобы их можно было держать обеими руками. Плоские губки имеют резкую текстуру, поэтому проволока не выскальзывает даже при сильном натяжении (рис. 4.50).

Провода толщиной более 2 мм потребуют использования волочильного станка — устройства, которое соединяет клещи ремнем или цепью с большим кривошипом, что значительно увеличивает рычаг.Для большей простоты может быть установлена ​​понижающая передача (Рисунок 4.51).

Автоматические волочильные машины используются в промышленных условиях для производства тонких длинных проволок, таких как пруток, используемый при изготовлении цепей. Проволока, которую нужно протянуть, наматывается на катушку, и ее заостренный конец пропускается через соответствующее отверстие в вытяжной пластине. Передний конец прикреплен ко второй катушке с электрическим приводом. Таким образом тонкая проволока быстро, безопасно и равномерно протягивается и наматывается на барабан. Несколько вытяжных пластин могут быть расположены одна за другой (часто с ванной охлаждающей жидкости между ними), чтобы добиться значительного обжатия одним движением.

Для последнего протягивания тонкой проволоки используется каменная вытяжная пластина, в которой просверленные алмазы или корунд вставляются в стальную пластину. Это гарантирует точность размеров даже при длительном использовании. В последнее время спеченные твердые металлические материалы, вставленные в стальные пластины, обеспечивают аналогичную долговечность при более низкой стоимости.

Волочильная проволока

Поскольку прокатка проще, чем волочение проволоки, прокатайте проволоку как можно дальше перед поворотом к волоку.Поперечное сечение после прокатки обычно шестиугольное или квадратное, поэтому необходимо оставить достаточно металла, чтобы в процессе волочения получить желаемое сечение.

Убедитесь, что на проволоке нет твердых примесей, таких как частицы железа, остатки флюса и т. Д. Тщательно отожгите деталь и сделайте с одного конца конус длиной около 20 мм. У толстой проволоки конус может быть получен ступенчатой ​​прокаткой. Протрите проволоку воском, чтобы уменьшить трение на конусе вытяжки. Найдите самое маленькое отверстие, через которое можно пропустить провод, затем начните протягивать через следующее самое маленькое отверстие.Возьмитесь за острие протяжными клещами и потяните равномерно, по возможности без остановки. Как правило, нельзя пропустить ни одно отверстие, потому что это может привести к чрезмерной нагрузке на обрабатываемый материал: проволока сломается или застрянет.

Как и при прокатке, при волочении важен регулярный отжиг. Тонкую проволоку наматывают в катушку и связывают медной или стальной проволокой. Нагрейте змеевик пушистым пламенем, охладите в воде, снимите обмоточную проволоку и рассолите. Не забудьте полностью высушить проволоку, прежде чем продолжить ее протягивание, потому что влага, оставшаяся на волокне, вызовет ржавчину.

При вытягивании проволоки необычного поперечного сечения подготовьте полосу, сделав ее максимально похожей на окончательную форму. Например, для прямоугольной проволоки или проволоки с острым краем сначала прокатите проволоку через листопрокат, чтобы приблизить форму. Чтобы сделать полукруглый провод, припаяйте вместе два квадратных или прямоугольных провода на небольшое расстояние вдоль их концов. Подпилите эту секцию к конусу и используйте ее в качестве точки вытяжки, чтобы протянуть двойную прядь через круглую пластину. В результате получится пара одинаковых полукруглых проводов.

Изготовление трубки

Трубка изготавливается путем удара молотком и последующего вытягивания параллельной стороны полосы листа до тех пор, пока ее края не сойдутся. Во время изгиба внешняя часть трубки растягивается, а внутренняя сжимается. Это объясняет, почему требуемая начальная ширина кажется размером посередине между тем, что было бы рассчитано для размеров внутреннего и внешнего диаметра.

C = (D — s) ·?

C — средняя окружность в мм
D — внешний диаметр
s — толщина металла в мм

Подготовьте полосу листа, которая немного шире, чем размер, указанный по формуле.Это позволит протянуть готовую трубку через несколько отверстий, чтобы сделать ее гладкой и круглой. Подпилите края полосы под небольшим углом, чтобы они не плотно прилегали друг к другу при соприкосновении. Сделайте конус, надрезав острие на одном конце полосы. Альтернативный метод, показанный на рис. 4.52, — припаять к концу полосы проволоку, диаметр которой соответствует предполагаемому внутреннему диаметру. Это позволяет трубе оставаться круглой и не повреждаться вытяжными клещами.

Забейте полосу молотком в деревянный V-образный блок, пока ее сечение не станет чуть больше полукруга. Направляйте удары молотка по краям, а не по середине полосы, чтобы свести к минимуму склонность к скручиванию, как винт, во время волочения.

Полоса листа отжигается, края очищаются, затем трубка вытягивается до закрытия шва.Избегайте использования воска для рисования, поскольку он предотвращает растекание припоя. Нарисованная трубка закрывается пайкой длинными тонкими кусочками припоя. Протравите и удалите излишки припоя путем заливки, затем протяните трубку через несколько последовательных отверстий, чтобы сделать ее полностью круглой и нужного диаметра.

Чтобы сделать квадратную, прямоугольную или треугольную трубу, начните с круглой трубы с диаметром больше, чем предполагаемый результат. Чтобы создать сердечник, нарисуйте медный провод нужного внутреннего диаметра и формы и смажьте его маслом.Эта проволока должна быть как минимум на 40 мм длиннее готовой трубки и выступать с одного конца не менее чем на 20 мм. Очистите этот участок от масла и точечно впаяйте его в трубку. После заполнения это будет точкой отсчета для последующей операции.

Нарисуйте, как проволоку, начиная с первого отверстия, в котором трубка соприкасается, и продолжайте последовательно, не пропуская никаких отверстий. Поскольку в этом процессе больше стресса, чем при обычном рисовании, будьте готовы к резкому натяжению. Продолжайте, пока трубка не коснется сердечника.Чтобы удалить этот провод, сначала отпилите кончик, на котором были припаяны два элемента. Работая с тыльной стороны вытяжной пластины, пропустите стержень через образовавшееся отверстие; это не позволит трубке пройти. Возьмитесь за медный провод и вытащите его. Будьте осторожны, не используйте для этого переднюю часть вытяжной пластины, потому что конусообразное отверстие будет эффективно прижимать трубку к сердечнику и фиксировать их вместе.