Прокатка металла

Прокатка металлов — технология их обработки на специальном прокатном стане с применением значительного давления. Такой тип воздействия позволяет изменить конфигурацию заготовок, их размеры и особенности внутренней структуры. Это один из наиболее распространенных и востребованных методов обработки металла с помощью его продавливания и деформации между вальцами стана. Он помогает уменьшить толщину материала и получить необходимую продукцию — от бронзовых плит до медных листов.

Разновидности технологии

Прокат представляет собой пластическую деформацию металлической детали, протягиваемой между поворачивающимися и сдавливающими ее вальцами станка. Это приводит к вертикальному сжатию и поперечному расширению элемента.

Благодаря силе трения металлическая деталь продвигается, сохраняя заданную скорость, а давление, передаваемое валками, придает ей желаемую форму. Ее внешний вид, окончательные параметры и характеристики определяет профиль отверстия между валками. Таким способом изготавливается продукция из сталей, цветных металлов, а также их сплавов.

Основные виды технологии в зависимости от направления, задаваемого вальцами заготовке:

1. Продольная — проводится с валками, которые вращаются в противоположном направлении, помогая металлу перемещаться перпендикулярно их осям. В результате увеличивается длина обрабатываемой заготовки и уменьшается ее поперечное сечение, то есть толщина. С использованием этой технологии изготавливается фольга, профиль и листы.
2. Поперечная — осуществляется с вальцами, вращающимися в одном направлении и оборачивающимися вокруг осей, расположенных параллельно. Результатом обработки становится продольное увеличение длины заготовки относительно центров валков. Технология нашла применение в производстве валов, втулок и других цилиндрических деталей.
3. Поперечно-винтовая — обработка проводится валками, расположенными под углами относительно друг друга. Передвижение детали сопровождается ее оборотами вокруг оси. С помощью этого способа производится трубная продукция.

Технологии проката применяют не только для листов. Таким способом может проводиться работа с прутьями из металла.

Основные сортаменты

Форма, придаваемая заготовке в поперечной толщине во время проката, получила название профиля. Если он сохраняет свои параметры по всей высоте детали, говорят о постоянном профиле, при получении элемента с разным поперечным сечением на нескольких участках выделяют периодический или переменный профиль.

Отдельная категория продукции, отличающейся одними параметрами и профилем, называется сортаментом.

Виды сортаментов:

• фасонный и сортовой металлопрокат;
• листовой металлопрокат;
• специальный тип металлопроката;
• трубная продукция.

Для промышленной сферы обычно используется фасонный, листовой и специальный тип металлопроката.

Особенности производства проката

Современное производство проката состоит из нескольких последовательных стадий. Первая представляет собой получение полупродуктов или элементов из металлических слитков, на второй проводится формирование готовых элементов из заготовок.

Ключевые технологические операции в выпуске проката:

• подготовка материала;
• подогрев;
• прокатка;
• отделка;
• проверка качества.

В процессе подготовки металлической детали или слитка к дальнейшему прокату удаляют все изъяны на поверхности. Появление царапин, растрескиваний и частиц шлака ухудшает качество готовой продукции, снижает продуктивность прокатного оборудования, способствуя быстрому износу его узлов и составных элементов. Максимум внимания уделяется подготовительной работе с углеродистым и легированным сплавом.

Подогрев материала перед дальнейшей работой повышает его пластичность. Для получения желаемой структуры заготовки важно соблюдать специальные температурные ограничения для отдельных видов материала.

Прокатка листов металла сквозь валки требует постоянного контроля и правильной настройки оборудования, соблюдения температурного режима в зависимости от типа стали, усилий на вальцах и поддержания режима пластической деформации.

Для проверки качества готовой продукции проводится регулярный отбор проб. Когда прокатка металлической заготовки будет окончена, в обязательном порядке проводится основной технический контроль и только после этого изделия отправляются на отделку.

Основное сырье для проката — металлические детали и слитки. Деталь, имеющая квадратный тип сечения, получила название блюма, прямоугольный — сляба. Чаще всего один проход между валками не обеспечивает заданные характеристики изделия, поэтому обработка повторяется несколько раз. При этом на каждой стадии поперечное сечение элемента заметно уменьшается, приближаясь к требуемым свойствам.

Оборудование для работы

Для металлопроката используется специальное оборудование, ключевым элементом которого является прокатный стан. Он имеет сложную конструкцию, представленную целым комплексом отдельных узлов и агрегатов, имеющих последовательное расположение.

Основные элементы прокатного стана:

• плита-основание;
• клети — группы, формирующие вальцы;
• двигатель, обеспечивающий работу всей системы;
• редуктор;
• шестеренная клеть.

К конструкции металлопрокатного станка относятся не только обрабатывающие агрегаты, но и заготовительные, используемые для подготовки пластически деформированных полупродуктов к перемещению и окончательной отделке.

В зависимости от наличия оборачивающихся элементов оборудование может иметь 2–4 вальца, а также быть многовалковым. Отдельно выделяется универсальное оборудование, имеющее вальцы, соединенные группами, расположенные в горизонтальном и вертикальном направлении.

Форма валков может быть разнообразной. Для листа необходимо использование гладких вальцов, сближение которых обеспечивает требуемую толщину детали. Фасонный и сортовой вид проката осуществляется с бочками ручьевого или калиброванного типа, обладающими канавками по диаметру.

Промежуток от выемки до выемки на противоположном вальце называется калибром. При линии разъема между бочками, не выходящей за грани калибра, он относится к открытым, с выходящей за грани — к закрытым.

Виды и особенности обработки

На основании используемого температурного режима прокат металлических сплавов классифицируется на несколько типов:

• горячекатаный — элементы нагревают до 80 % от температурного уровня расплавления, который выше температуры рекристаллизации;
• холоднокатаный — для пластической деформации полупродуктов используется температурный режим не выше 30 % предельного температурного минимума рекристаллизации.

Рекристаллизация — изменение физического состояния металлической детали, сопровождаемое ростом или формированием одних кристаллических зерен за счет других. При горячем типе обработки полупродукты нагреваются до показателей более 930 °С.

Для получения одного и того же профиля с помощью металлопроката используется две разные технологии. Первая состоит из применения деталей, отлитых посредством специальных изложниц или форм. Это устаревший метод, который практически не используется на современных промышленных предприятиях. На первом этапе прокатки нагретая заготовка прокатывается обжимным станком и защищается от внешних изъянов. После этого проводятся повторное нагревание и финишный прокат для получения фасонной продукции или листов.

Суть второго, наиболее распространенного способа заключается в применении деталей, изготовленных на агрегатах непрерывного литья, а не литых в форму. Отлитые детали сразу же поступают к прокатному стану.

Благодаря особенностям такой технологии сводится к минимуму риск блюминга и слябинга, повышается уровень качества готовой продукции, экономится время на очищении и обрезке слитков. Ведущие отечественные производства используют агрегаты непрерывного литья металла и линейно-прокатные модули, другие же только планируют введение таких агрегатов в производственный процесс.

Горячая технология

В 85 % случаев мировое производство металлопроката использует горячую технологию прокатки. Она помогает уменьшить время для выпуска продукции, сэкономить ресурсы и электрическую энергию. После каждого прохода поперечное сечение детали значительно уменьшается благодаря повышению пластичности под воздействием нагрева. Именно горячая технология используется для обработки слитков, так как их структура отличается неоднородностью.

Преимущества горячей технологии:

• низкая стоимость производства;
• быстрое получение заданных характеристик;
• минимальные затраты времени;
• экономия электроэнергии и ресурсов;
• эффективная обработка слитков и других полуфабрикатов.

Чаще всего горячекатаная продукция используется в тех областях, где эстетические свойства изделия не имеют большого значения. Это разнообразные внутренние узлы механизмов, ограждающие, опорные и несущие конструкции в строительной сфере, область тяжелого машиностроения.

Минусом горячекатаной технологии считается среднее качество готовой продукции, высокий риск окалин и других дефектов, а также прогиба в центре. Такие изъяны устраняются выравниванием, зачисткой или шлифованием.

Холодная технология

Холодная прокатка подразумевает более длительное производство заготовки. Первый этап на пути к готовому продукту — предварительное травление, после чего проводится многократное прокатывание до получения требуемых характеристик.

Преимущества холодной технологии:

• отличные эстетические качества холоднокатаной стали, не требующие корректировки;
• улучшение механических свойств материала;
• повышенная прочность заготовки;
• равномерность толщины;
• минимум окалин за счет небольшой температуры при обработке;
• отсутствие склонности к растрескиванию при сгибании листов;
• устойчивость к разрывам и растяжениям;
• равномерно распределенное внутреннее напряжение.

Благодаря высокой пластичности продукция из низкоуглеродистой стали нашла широкое применение в разнообразных сферах промышленности, среди которых машиностроение, судостроение, автомобильное производство. В строительной области из холоднокатаного проката изготавливаются оцинкованные детали профнастилов, кровельные листы, отделочная продукция.

Прокатка металлов — современная технология производства продукции различных конфигураций с использованием разных способов обработки. Она нашла широкое применение практически во всех промышленных сферах, от судостроения и автомобильного производства до облицовочных работ и строительства.