Walcowanie (obróbka metali)

Ruchomy widok schematu

Wizualizacja przewijania

W obróbce metali walcowanie jest procesem formowania metalu , w którym surowiec metalowy przechodzi przez jedną lub więcej par walców w celu zmniejszenia grubości, ujednolicenia grubości i/lub nadania pożądanych właściwości mechanicznych. Koncepcja jest podobna do walcowania ciasta . Walcowanie jest klasyfikowane według temperatury walcowanego metalu. Jeśli temperatura metalu jest wyższa niż jego rekrystalizacji , proces ten nazywa się walcowaniem na gorąco . Jeśli temperatura metalu jest niższa od jego temperatury rekrystalizacji, proces ten nazywany jest walcowaniem na zimno . Pod względem zastosowania walcowanie na gorąco przetwarza większy tonaż niż jakikolwiek inny proces produkcyjny, a walcowanie na zimno przetwarza największy tonaż ze wszystkich obróbki na zimno . Stojaki walcownicze trzymające pary rolek są zgrupowane razem w walcowniach , które mogą szybko przetwarzać metal, zwykle stal , na produkty takie jak stal konstrukcyjna ( belki dwuteowe , półfabrykat kątowy, półfabrykat kanałowy), półfabrykat prętowy i szyny . Większość hut posiada wydziały walcownicze, które przetwarzają półprodukty odlewnicze w wyroby gotowe.

Istnieje wiele rodzajów procesów walcowania, w tym walcowanie pierścieniowe , gięcie walcowe , formowanie walcowe , walcowanie profilowe i walcowanie kontrolowane .

Żelazo i stal

Młyn do cięcia wzdłużnego , 1813

Najwcześniejsze walcownie w surowej formie, ale o tych samych podstawowych zasadach, znaleziono na Bliskim Wschodzie iw Azji Południowej już w 600 roku pne. Wynalezienie walcarki w Europie można przypisać Leonardowi da Vinci w jego rysunkach. Najwcześniejsze walcownie były walcowniami wzdłużnymi , które zostały sprowadzone z terenów dzisiejszej Belgii do Anglii w 1590 r. Te płaskowniki przechodziły między walcami, tworząc żelazną płytę, która była następnie przepuszczana między rowkowanymi rolkami (krajarkami) w celu wytworzenia prętów z żelaza. Pierwsze próby walcowania żelaza na blachę białą miały miejsce około 1670 r. W 1697 r. Major John Hanbury wzniósł młyn w Pontypool do walcowania „płyt Pontypool” - blackplate . Później zaczęto to ponownie zwijać i cynować, aby uzyskać blachę białą . Wcześniejsza produkcja blachy stalowej w Europie odbywała się w kuźniach, a nie w walcowniach.

Walcownica przystosowana była do produkcji obręczy (na beczki) i żeliwa o przekroju półokrągłym lub innym środkami, które były przedmiotem dwóch patentów z ok. 1679.

Część najwcześniejszej literatury na temat walcarek można prześledzić od szwedzkiego inżyniera Christophera Polhema w jego Patriotista Testamente z 1761 r., W którym wspomina on walcownie zarówno do blachy, jak i pręta. Wyjaśnia również, w jaki sposób walcownie mogą zaoszczędzić czas i robociznę, ponieważ walcownia może produkować od 10 do 20 lub więcej prętów jednocześnie.

W 1759 roku Thomas Blockley z Anglii uzyskał patent na polerowanie i walcowanie metali. Kolejny patent został przyznany w 1766 roku Richardowi Fordowi z Anglii na pierwszy młyn tandemowy. Młyn tandemowy to taki, w którym metal jest walcowany w kolejnych klatkach; Walcarka tandemowa Forda służyła do walcowania na gorąco walcówki.

Inne metale

Wydaje się, że pod koniec XVII wieku istniały walcownie ołowiu. Pod koniec XVIII wieku walcowano również miedź i mosiądz.

Nowoczesne toczenie

Jeszcze w XVIII wieku walcownie czerpały moc z kół wodnych . Pierwsze odnotowane użycie silnika parowego bezpośrednio napędzającego młyn przypisuje się Bradley Works Johna Wilkinsona, gdzie w 1786 roku silnik Boultona i Watta został połączony z walcownią i walcarką. Zastosowanie silników parowych znacznie zwiększyło możliwości produkcyjne młynów, aż do momentu, gdy wkrótce po 1900 roku ta forma napędu została wyparta przez silniki elektryczne .

Wałek właściwy, Museo Nazionale della Scienza e della Tecnologia „Leonardo da Vinci” , Mediolan

Nowoczesną praktykę walcowania można przypisać pionierskim wysiłkom Henry'ego Corta z Funtley Iron Mills, niedaleko Fareham w Hampshire w Anglii. W 1783 r. Henry Cort otrzymał numer patentu na użycie rowkowanych rolek do walcowania prętów żelaznych. Dzięki tej nowej konstrukcji młyny były w stanie wyprodukować 15 razy więcej dziennie niż przy użyciu młota. Chociaż Cort nie był pierwszym, który zastosował walce rowkowane, jako pierwszy połączył wykorzystanie wielu najlepszych cech różnych znanych wówczas procesów obróbki żelaza i kształtowania. Dlatego współcześni pisarze nazywają go „ojcem nowoczesnego toczenia”.

Pierwsza walcownia szyn została założona przez Johna Birkenshawa w Bedlington Ironworks w Northumberland w Anglii w 1820 roku, gdzie produkował szyny z kutego żelaza o kształcie ryby, o długości od 15 do 18 stóp. Wraz z rozwojem technologii w walcowniach wielkość walcowni szybko rosła wraz z rozmiarem walcowanych wyrobów. Przykładem tego była Wielka Wystawa w Londynie w 1851 roku, gdzie płyta o długości 20 stóp, szerokości 3 1 ⁄ 2 stopy, grubości 7/16 cala i wadze 1125 funtów została wystawiona przez Firma Consett Żelazo . Dalsza ewolucja walcowni nastąpiła wraz z wprowadzeniem w 1853 r. walcarek trójwysokich, służących do walcowania profili ciężkich.

Walcowanie na gorąco i na zimno

Cena stali walcowanej na gorąco

Walcowanie na gorąco

Walcowanie na gorąco to proces obróbki metali , który zachodzi powyżej temperatury rekrystalizacji materiału. Ziarna po odkształceniu podczas obróbki ulegają rekrystalizacji, co pozwala na zachowanie równoosiowej mikrostruktury i zapobiega utwardzaniu metalu przez zgniot . Materiałem wyjściowym są zwykle duże kawałki metalu, takie jak półprodukty odlewnicze , takie jak wlewki , płyty , kęsiska i kęsy .

Wlewek wydobyty z dołu do moczenia
Zdjęcie zimnych płyt
Stalowe kwiaty na wagonie kolejowym
Kęsy na wagonie kolejowym

Jeśli produkty te pochodzą z operacji ciągłego odlewania , są one zwykle podawane bezpośrednio do walcowni w odpowiedniej temperaturze. W mniejszych operacjach materiał zaczyna się w temperaturze pokojowej i musi zostać podgrzany. Odbywa się to w opalanym gazem lub olejem zbiorniku do namaczania większych przedmiotów; w przypadku mniejszych przedmiotów stosuje się nagrzewanie indukcyjne . Podczas obróbki materiału należy monitorować temperaturę, aby upewnić się, że pozostaje powyżej temperatury rekrystalizacji.

Wgłębienia do namaczania stosowane do podgrzewania wlewków stalowych przed walcowaniem

Aby zachować współczynnik bezpieczeństwa, temperaturę wykańczania określa się powyżej temperatury rekrystalizacji; jest to zwykle 50 do 100 ° C (90 do 180 ° F) powyżej temperatury rekrystalizacji. Jeśli temperatura spadnie poniżej tej temperatury, materiał musi zostać ponownie podgrzany przed dodatkowym walcowaniem na gorąco.

Cewka ze stali walcowanej na gorąco

Metale walcowane na gorąco mają na ogół niewielką kierunkowość w swoich właściwościach mechanicznych lub naprężeniach szczątkowych wywołanych odkształceniem . Jednak w niektórych przypadkach wtrącenia niemetaliczne nadają pewną kierunkowość, a przedmioty obrabiane o grubości mniejszej niż 20 mm (0,79 cala) często mają pewne właściwości kierunkowe. Nierównomierne chłodzenie wywoła wiele naprężeń szczątkowych, które zwykle występują w kształtach o niejednorodnym przekroju poprzecznym, takich jak belki dwuteowe . Gotowy produkt jest dobrej jakości, ale powierzchnia pokryta jest zgorzeliną walcowniczą , która jest tlenkiem który tworzy się w wysokich temperaturach. Zwykle usuwa się go poprzez wytrawianie lub proces gładkiej czystej powierzchni (SCS) , który ujawnia gładką powierzchnię. Tolerancje wymiarowe wynoszą zwykle od 2 do 5% wymiaru całkowitego.

miękka stal walcowana na gorąco ma szerszą tolerancję na poziom zawartego węgla niż stal walcowana na zimno, a zatem jest trudniejsza w użyciu dla kowala. Również w przypadku podobnych metali wyroby walcowane na gorąco wydają się być mniej kosztowne niż wyroby walcowane na zimno.

Walcowanie na gorąco stosuje się głównie do produkcji blach lub prostych przekrojów, takich jak tory kolejowe . Inne typowe zastosowania walcowanego na gorąco metalu:

Ramy ciężarówek
Samochodowe tarcze sprzęgłowe, koła i felgi
Rury i rurki
Podgrzewacze wody
Sprzęt rolniczy
Taśmy
Wytłoczki
Korpusy sprężarek
Budynki metalowe
Wagony samowyładowcze i elementy wagonów
Drzwi i regały
Dyski
Barierki ochronne na ulice i autostrady

Kształt walcowania

Walcownie często dzieli się na klatki do walcowania wstępnego, pośredniego i wykańczającego. Podczas walcowania kształtowego początkowy kęs (okrągły lub kwadratowy) o krawędzi o średnicy typowo w zakresie od 100 do 140 mm jest w sposób ciągły odkształcany w celu wytworzenia określonego produktu końcowego o mniejszych wymiarach przekroju poprzecznego i geometrii. Zaczynając od danego kęsa, można przyjąć różne sekwencje w celu wytworzenia określonego produktu końcowego. Ponieważ jednak każda walcownia jest znacznie droga (do 2 milionów euro), typowym wymogiem jest zmniejszenie liczby przejść walcowniczych. Osiągnięto różne podejścia, w tym wiedzę empiryczną, wykorzystanie modeli numerycznych i techniki sztucznej inteligencji. Lambiase i in. zweryfikowali model elementów skończonych (FE) do przewidywania ostatecznego kształtu walcowanego pręta w przejściu okrągłym i płaskim. Jednym z głównych problemów podczas projektowania walcarek jest zmniejszenie liczby przejść. Możliwym rozwiązaniem takich wymagań jest przejście szczelinowe , zwane również przejściem dzielonym , które dzieli pręt wejściowy na dwie lub więcej części podrzędnych, praktycznie zwiększając w ten sposób współczynnik redukcji przekroju poprzecznego na przejście, zgodnie z raportem Lambiase. Innym rozwiązaniem zmniejszającym liczbę przejść w walcowniach jest zastosowanie zautomatyzowanych systemów do projektowania przepustów rolkowych, jak zaproponowali Lambiase i Langella. następnie firma Lambiase dalej rozwijała zautomatyzowany system oparty na sztucznej inteligencji , a w szczególności zintegrowany system obejmujący silnik wnioskowania oparty na algorytmach genetycznych , bazę wiedzy opartą na Sztuczna sieć neuronowa trenowana przez parametryczny model elementów skończonych oraz optymalizacja i automatyczne projektowanie walcarek.

Walcowanie na zimno

Walcowanie na zimno zachodzi przy metalu poniżej jego temperatury rekrystalizacji (zwykle w temperaturze pokojowej), co zwiększa wytrzymałość poprzez utwardzanie przez odkształcenie do 20%. Poprawia również wykończenie powierzchni i utrzymuje węższe tolerancje . Powszechnie walcowane na zimno produkty obejmują arkusze, taśmy, pręty i pręty; produkty te są zwykle mniejsze niż te same produkty, które są walcowane na gorąco. Ze względu na mniejsze gabaryty detali oraz ich większą wytrzymałość w porównaniu z półfabrykatem walcowanym na gorąco stosuje się frezy czterowysokie lub kasetowe. Walcowanie na zimno nie może zmniejszyć grubości przedmiotu obrabianego tak bardzo, jak walcowanie na gorąco w jednym przejściu.

Arkusze i taśmy walcowane na zimno występują w różnych stanach: w pełni twarde , półtwarde , ćwierćtwarde i walcowane ze skórą . Całkowicie twarde walcowanie zmniejsza grubość o 50%, podczas gdy inne wymagają mniejszej redukcji. Stal walcowana na zimno jest następnie wyżarzana w celu wywołania plastyczności stali walcowanej na zimno, która jest po prostu znana jako walcowana na zimno i wyżarzana na zimno . Rolowanie skóry, znane również jako skin-pass , obejmuje najmniejszą redukcję: 0,5–1%. Służy do uzyskania gładkiej powierzchni, jednolitej grubości i zmniejszenia granicy plastyczności zjawisko (poprzez zapobieganie tworzeniu się pasm Lüdersa w późniejszym przetwarzaniu). Blokuje dyslokacje na powierzchni i tym samym zmniejsza możliwość tworzenia się pasm Lüdersa. Aby uniknąć tworzenia się pasm Lüdersa, konieczne jest stworzenie znacznej gęstości niespiętych dyslokacji w osnowie ferrytu. Służy również do rozbijania cekinów w stali ocynkowanej. Surowiec walcowany ze skórą jest zwykle stosowany w kolejnych procesach obróbki na zimno, gdzie wymagana jest dobra plastyczność.

Inne kształty mogą być walcowane na zimno, jeśli przekrój poprzeczny jest stosunkowo jednolity, a wymiar poprzeczny jest stosunkowo mały. Kształtowniki walcowane na zimno wymagają szeregu operacji kształtowania, zwykle wzdłuż linii wymiarowania, łamania, obróbki zgrubnej, półzgrubnej, półwykańczającej i wykańczającej.

W przypadku obróbki przez kowala, gładsza, bardziej spójna i niższa zawartość węgla w stali ułatwia obróbkę, ale kosztem wyższej ceny.

Typowe zastosowania stali walcowanej na zimno obejmują meble metalowe, biurka, szafki na akta, stoły, krzesła, rury wydechowe motocykli, szafki i sprzęt komputerowy, sprzęt AGD i komponenty, regały, oprawy oświetleniowe, zawiasy, rury, bębny stalowe, kosiarki do trawy, elementy elektroniczne szafki, podgrzewacze wody, metalowe pojemniki, łopatki wentylatorów, patelnie, zestawy do montażu ściennego i sufitowego oraz różnorodne produkty związane z budownictwem.

Procesy

Gięcie rolkowe

Gięcie na rolkach wytwarza cylindryczny produkt z blachy lub stali.

Walcowanie

Formowanie rolkowe, gięcie rolkowe lub walcowanie blach to ciągła operacja gięcia, w której długi pasek metalu (zwykle zwinięta stal) przechodzi przez kolejne zestawy rolek lub stojaków, z których każdy wykonuje tylko przyrostową część gięcia, aż do uzyskania pożądanego -otrzymuje się profil przekroju. Formowanie rolkowe jest idealne do produkcji części o dużej długości lub w dużych ilościach. Istnieją trzy główne procesy: 4 rolki, 3 rolki i 2 rolki, z których każda ma różne zalety zgodnie z pożądanymi specyfikacjami płyty wyjściowej.

Płaskie toczenie

Walcowanie płaskie jest najbardziej podstawową formą walcowania, w której materiał początkowy i końcowy ma przekrój prostokątny. Materiał podawany jest pomiędzy dwoma walcami , zwanymi rolkami roboczymi , które obracają się w przeciwnych kierunkach. Szczelina między dwiema rolkami jest mniejsza niż grubość materiału wyjściowego, co powoduje jego deformację . Zmniejszenie grubości materiału powoduje wydłużenie materiału. Tarcie _ na styku materiału z rolkami powoduje przepychanie materiału. Wielkość odkształcenia możliwego w jednym przejściu jest ograniczona przez tarcie między rolkami; jeśli zmiana grubości jest zbyt duża, rolki po prostu ślizgają się po materiale i nie wciągają go. Produkt końcowy to arkusz lub płyta, przy czym pierwszy ma grubość mniejszą niż 6 mm (0,24 cala), a drugi większy niż; jednak ciężkie płyty są zwykle formowane za pomocą prasy , która jest określana jako kucie , a nie walcowanie. ^{[ potrzebne źródło ]}

Często rolki są podgrzewane, aby ułatwić obróbkę metalu. Często stosuje się smarowanie, aby przedmiot obrabiany nie przyklejał się do rolek. ^{[ Potrzebne źródło ]} Aby precyzyjnie dostroić proces, dostosowuje się prędkość rolek i temperaturę rolek.

W przypadku cienkiej blachy o grubości mniejszej niż 200 μm (0,0079 cala) ^{[ potrzebne źródło ]} walcowanie odbywa się w walcarce kasetowej, ponieważ mała grubość wymaga walców o małej średnicy. Aby zmniejszyć zapotrzebowanie na małe rolki walcowanie pakietowe , które zwija razem wiele arkuszy w celu zwiększenia efektywnej grubości początkowej. Gdy arkusze folii przechodzą przez rolki, są przycinane i nacinane za pomocą okrągłych lub podobnych do brzytwy noży . Przycinanie dotyczy krawędzi folii, natomiast cięcie polega na pocięciu jej na kilka arkuszy. Folia aluminiowa jest najczęściej wytwarzanym produktem poprzez zwijanie opakowań. Widać to wyraźnie po dwóch różnych wykończeniach powierzchni; strona błyszcząca znajduje się po stronie rolki, a strona matowa przylega do drugiego arkusza folii.

Toczenie pierścienia

Schemat walcowania pierścieni

Walcowanie pierścieni to wyspecjalizowany rodzaj walcowania na gorąco, który zwiększa średnicę pierścienia. Materiałem wyjściowym jest grubościenny pierścień. Przedmiot obrabiany jest umieszczony pomiędzy dwiema rolkami, wewnętrzną rolką prowadzącą i rolką napędzaną , która dociska pierścień od zewnątrz. Podczas walcowania grubość ścianki zmniejsza się wraz ze wzrostem średnicy. Rolki mogą być ukształtowane tak, aby tworzyły różne kształty przekroju poprzecznego. Uzyskana struktura ziarna jest obwodowa, co daje lepsze właściwości mechaniczne. Średnice mogą sięgać nawet 8 m (26 stóp), a wysokość twarzy nawet 2 m (79 cali). Typowe zastosowania obejmują opony kolejowe, łożyska , koła zębate , rakiety , turbiny , samoloty , rury i zbiorniki ciśnieniowe .

Walcowanie kształtów strukturalnych

Przekroje kształtowników konstrukcyjnych walcowanych w sposób ciągły, przedstawiające zmiany wywołane przez każdą walcarkę

Kontrolowane toczenie

Kontrolowane walcowanie jest rodzajem obróbki termomechanicznej , która integruje kontrolowane odkształcenie i obróbkę cieplną . Ciepło, które podnosi przedmiot obrabiany powyżej temperatury rekrystalizacji, jest również wykorzystywane do przeprowadzania obróbki cieplnej, tak że jakakolwiek późniejsza obróbka cieplna jest niepotrzebna. Rodzaje obróbki cieplnej obejmują wytwarzanie drobnoziarnistej struktury; kontrolowanie charakteru, wielkości i rozmieszczenia różnych produktów przemian (takich jak ferryt , austenit , perlit , bainit i martenzyt ze stali); indukowanie utwardzania wydzieleniowego ; oraz kontrolowanie twardości . Aby to osiągnąć, cały proces musi być ściśle monitorowany i kontrolowany. Typowe zmienne w kontrolowanym walcowaniu obejmują skład i strukturę materiału wyjściowego, poziomy odkształcenia, temperatury na różnych etapach i warunki schładzania. Korzyści z kontrolowanego walcowania obejmują lepsze właściwości mechaniczne i oszczędność energii.

Walcowanie kuźnicze

Walcowanie kuźnicze to proces walcowania wzdłużnego mający na celu zmniejszenie pola przekroju poprzecznego nagrzanych prętów lub kęsów poprzez prowadzenie ich między dwoma obracającymi się w przeciwnych kierunkach segmentami walców. Proces ten jest stosowany głównie w celu zapewnienia optymalnej dystrybucji materiału do kolejnych procesów kucia matrycowego. Dzięki temu w procesach kucia matrycowego można uzyskać lepsze wykorzystanie materiału, mniejsze siły procesu oraz lepszą jakość powierzchni części.

Zasadniczo każdy metal nadający się do kucia może być również walcowany. Walcowanie kuźnicze jest wykorzystywane głównie do wstępnego formowania kęsów o dużej łusce poprzez ukierunkowany rozkład masy części, takich jak wały korbowe, korbowody, zwrotnice i osie pojazdów. Najwęższe tolerancje produkcyjne można osiągnąć tylko częściowo przez walcowanie kuźnicze. Jest to główny powód, dla którego walcowanie kuźnicze jest rzadko stosowane do wykańczania, ale głównie do wstępnego formowania.

Charakterystyka walcowania kuźniczego:

wysoka produktywność i wysokie wykorzystanie materiału
dobra jakość powierzchni przedmiotów kutych
wydłużona żywotność narzędzia
małe narzędzia i niskie koszty narzędzi
ulepszone właściwości mechaniczne dzięki zoptymalizowanemu przepływowi ziarna w porównaniu z przedmiotami obrabianymi wyłącznie kutymi matrycowo

Młyny

Walcarka , zwana także walcownią redukcyjną lub walcarką , ma wspólną konstrukcję , niezależną od konkretnego rodzaju wykonywanego walcowania:

Walcownie

Walcownia do walcowania na zimno blach, takich jak ten kawałek blachy mosiężnej

Rolki robocze
Rolki podporowe – mają na celu zapewnienie sztywnego podparcia wymaganego przez rolki robocze, aby zapobiec uginaniu się pod obciążeniem tocznym
System równoważenia rolek – zapewniający utrzymanie górnego walca roboczego i podtrzymującego we właściwej pozycji względem dolnych
Urządzenia do wymiany walców – użycie suwnicy i zespołu przeznaczonego do mocowania do szyjki walca, który ma być wyjmowany z walcarki lub wkładany do walcarki.
Urządzenia zabezpieczające młyn – aby siły przyłożone do blokad walców podtrzymujących nie były na tyle duże, aby spowodować pęknięcie czopów walców lub uszkodzenie obudowy młyna
Układy chłodzenia i smarowania walców
Zębatki - koła zębate do podziału mocy między dwoma wrzecionami, obracając je z tą samą prędkością, ale w różnych kierunkach
Przekładnia - do ustalenia pożądanej prędkości toczenia
Silniki napędowe – zwijanie produktu z cienkiej folii do tysięcy koni mechanicznych
Sterowanie elektryczne – stałe i zmienne napięcia stosowane do silników
Zwijarki i rozwijarki – do rozwijania i zwijania zwojów metalu

Płyty są materiałem wsadowym do walcarek do walcowania na gorąco lub walcowni płytowych, a kęsiska walcowane są na kęsy w walcarce kęsów lub na duże sekcje w walcarce konstrukcyjnej. Wyjście z walcowni taśmowej jest zwijane, a następnie wykorzystywane jako wsad do walcowni zimnej lub wykorzystywane bezpośrednio przez wytwórców. Kęsy przeznaczone do ponownego walcowania są następnie walcowane w walcowni handlowej, walcarce prętowej lub prętowej. Młyny handlowe lub prętowe wytwarzają produkty o różnych kształtach, takie jak kątowniki, ceowniki, belki, okrągłe (długie lub zwoje) i sześciokąty.

Konfiguracje

Różne konfiguracje toczenia. Klucz: A. 2-wysoki B. 3-wysoki C. 4-wysoki D. 6-wysoki E. 12-wysoki klaster i F. 20-wysoki klaster Sendzimira Mill

Młyny są projektowane w różnych typach konfiguracji, z których najbardziej podstawową jest dwustopniowa, nieodwracalna , co oznacza, że są dwa walce, które obracają się tylko w jednym kierunku. Młyn nawrotny o dwóch wysokościach ma walce, które mogą obracać się w obu kierunkach, ale wadą jest to, że walce muszą być zatrzymywane, odwracane, a następnie przywracane do prędkości walcowania między każdym przejściem. Aby rozwiązać ten problem, trzy wysokie wynaleziono młyn, w którym zastosowano trzy walce obracające się w jednym kierunku; metal jest podawany przez dwie rolki, a następnie zawracany przez drugą parę. Wadą tego systemu jest to, że przedmiot obrabiany musi być podnoszony i opuszczany za pomocą windy. Wszystkie te młyny są zwykle używane do walcowania wstępnego, a średnice walców mieszczą się w zakresie od 60 do 140 cm (24 do 55 cali).

Aby zminimalizować średnicę walca, stosuje się młyn czterowysoki lub klastrowy . Mała średnica rolki jest korzystna, ponieważ mniejsza rolka styka się z materiałem, co skutkuje mniejszym zapotrzebowaniem na siłę i moc. Problem z małą rolką polega na zmniejszeniu sztywności, którą można rozwiązać stosując rolki podtrzymujące . Te rolki zapasowe są większe i stykają się z tylną stroną mniejszych rolek. Młyn o czterech wysokościach ma cztery walce, dwa małe i dwa duże. Młyn klastrowy ma więcej niż cztery walce, zwykle na trzech poziomach. Te typy młynów są powszechnie stosowane do walcowania na gorąco szerokich blach, większości zastosowań do walcowania na zimno oraz do walcowania folii.

Ten szkic przedstawia elementy składowe czterostopniowej podstawy młyna

Historycznie młyny były klasyfikowane według wytwarzanego produktu:

do walcowania , walcowania i walcowania płyt , będące odpowiednio walcarkami przygotowawczymi do walcowania gotowych szyn , kształtowników lub blach. W przypadku cofania mają średnicę od 34 do 48 cali, a w przypadku wysokości trzech, od 28 do 42 cali.
Młyny kęsów , trzy wysokie, rolki o średnicy od 24 do 32 cali, stosowane do dalszej redukcji wykwitów do kęsów 1,5x1,5 cala, będące młynami przygotowawczymi do prętów i prętów
Młyny belkowe, trzy-wysokie, walce o średnicy od 28 do 36 cali, do produkcji ciężkich belek i kanałów o średnicy 12 cali i większej.
Młyny szynowe z walcami o średnicy od 26 do 40 cali.
Frezarki kształtowe z rolkami o średnicy od 20 do 26 cali, do mniejszych rozmiarów belek i kanałów oraz innych kształtów konstrukcyjnych.
Handlowe młyny prętowe z rolkami o średnicy od 16 do 20 cali.
Małe młyny prętów handlowych z walcami wykańczającymi o średnicy od 8 do 16 cali, zazwyczaj wyposażone w stojak do obróbki zgrubnej o większych rozmiarach.
walcownicze i walcownicze z walcami wykańczającymi o średnicy od 8 do 12 cali, zawsze zestawione z większymi stojakami do obróbki zgrubnej.
Młyny do obręczy i krawatów bawełnianych, podobne do małych młynów prętów handlowych.
Młyny do płyt pancernych z rolkami o średnicy od 44 do 50 cali i korpusem od 140 do 180 cali.
Młyny płytowe z walcami o średnicy od 28 do 44 cali.
blachy z rolkami o średnicy od 20 do 32 cali.
Frezy uniwersalne do produkcji blach kanciastych lub tzw. uniwersalnych oraz różnych kształtów szerokokołnierzowych poprzez system walców pionowych i poziomych.

Młyn tandemowy

Szkic zapętlonej wieży

Walcarka tandemowa to specjalny typ nowoczesnej walcarki, w której walcowanie odbywa się w jednym przejściu. W walcarce tradycyjnej walcowanie odbywa się w kilku przejściach, natomiast w walcarce tandemowej jest kilka klatek (>=2 klatki) i redukcje następują sukcesywnie. Liczba stanowisk waha się od 2 do 18.

Walcarki tandemowe mogą być typu walcowni na gorąco lub na zimno.

Walcownie zimne można dalej podzielić na obróbkę ciągłą lub wsadową.

Młyn ciągły ma zapętloną wieżę, która pozwala młynowi kontynuować powolne walcowanie taśmy w wieży, podczas gdy spawarka taśmowa łączy koniec cewki prądowej z głowicą następnej cewki. Na wyjściu walcarki zwykle znajduje się latające nożyce (do cięcia taśmy w spoinie lub w jej pobliżu), po których następują dwie zwijarki; jeden jest rozładowywany, podczas gdy drugi nawija się na cewkę prądową.

Zapętlone wieże są również używane w innych miejscach; takie jak ciągłe linie do wyżarzania i ciągłe linie do cynowania elektrolitycznego i ciągłego cynkowania .

Wady

Grubość zmienia się wzdłuż długości

Podczas walcowania na gorąco, jeśli temperatura przedmiotu obrabianego nie jest jednolita, przepływ materiału będzie większy w cieplejszych częściach, a mniejszy w chłodniejszych. Jeśli różnica temperatur jest wystarczająco duża, mogą wystąpić pęknięcia i rozdarcia. Chłodniejsze sekcje to między innymi efekt podpór w piecu do podgrzewania.

Podczas walcowania na zimno praktycznie cała zmiana grubości taśmy jest wynikiem mimośrodowości i nieokrągłości walców podtrzymujących od około klatki 3 walcarki do walcowania na gorąco do gotowego produktu.

Tłok hydrauliczny korygujący nieokrągły BU Roll

Mimośród rolki zapasowej może wynosić do 100 μm na stos. Mimośrodowość można zmierzyć w trybie off-line, wykreślając zmianę siły w funkcji czasu przy pełzającym młynie, bez listwy i ze stojakiem młyna poniżej powierzchni czołowej.

Zmodyfikowana analiza Fouriera była stosowana przez 5 Stand Cold Mill w Bluescope Steel, Port Kembla od 1986 r. do zaprzestania produkcji w 2009 r. W każdym zwoju odchylenie grubości wyjściowej razy 10 dla każdego metra taśmy było przechowywane w pliku. Plik ten analizowano oddzielnie dla każdej częstotliwości/długości fali od 5 m do 60 m w krokach co 0,1 m. Aby poprawić dokładność, zwrócono uwagę na użycie pełnej wielokrotności każdej długości fali (100*). Obliczone amplitudy zostały wykreślone w funkcji długości fali, tak aby skoki można było porównać z oczekiwanymi długościami fal tworzonymi przez rolki zapasowe każdego stojaka.

Jeśli stojak młyna jest wyposażony w tłoki hydrauliczne szeregowo z napędzanymi elektrycznie śrubami mechanicznymi lub zamiast nich, możliwe jest wyeliminowanie efektu mimośrodowości walca podtrzymującego stojaki. Podczas toczenia mimośrodowość każdej rolki podtrzymującej jest określana poprzez próbkowanie siły przechyłu i przypisanie jej do odpowiedniej części pozycji obrotowej każdej rolki podtrzymującej. Nagrania te są następnie wykorzystywane do obsługi tłoka hydraulicznego w celu zneutralizowania mimośrodów.

Płaskość i kształt

W przypadku płaskiego przedmiotu metalowego płaskość jest atrybutem opisowym charakteryzującym zakres odchylenia geometrycznego od płaszczyzny odniesienia. Odchylenie od całkowitej płaskości jest bezpośrednim wynikiem relaksacji przedmiotu obrabianego po walcowaniu na gorąco lub na zimno, z powodu wewnętrznego rozkładu naprężeń spowodowanego nierównomiernym poprzecznym ściskaniem rolek i nierównymi właściwościami geometrycznymi materiału wejściowego. Poprzeczny rozkład różnicowego naprężenia wywołanego odkształceniem/wydłużeniem w odniesieniu do średniego przyłożonego naprężenia materiału jest powszechnie określany jako kształt. Ze względu na ścisły związek między kształtem a płaskością terminy te mogą być używane zamiennie. W przypadku taśm i arkuszy metalowych płaskość odzwierciedla zróżnicowane wydłużenie włókien na szerokości przedmiotu obrabianego. Właściwość ta musi podlegać dokładnej kontroli opartej na sprzężeniu zwrotnym, aby zagwarantować obrabialność blach w końcowych procesach transformacji. Niektóre szczegóły technologiczne dotyczące kontroli płaskości ze sprzężeniem zwrotnym podano w.

Profil

Profil składa się z wymiarów korony i klina. Korona to grubość w środku w porównaniu ze średnią grubością na krawędziach przedmiotu obrabianego. Klin jest miarą grubości na jednej krawędzi w przeciwieństwie do drugiej krawędzi. Oba mogą być wyrażone jako pomiary bezwzględne lub jako pomiary względne. Na przykład, można mieć koronę 2 mil (środek przedmiotu obrabianego jest o 2 mil grubszy niż krawędzie) lub można mieć koronę 2% (środek przedmiotu obrabianego jest o 2% grubszy niż krawędzie).

Zwykle pożądane jest, aby w przedmiocie obrabianym znajdowała się pewna wypukłość, ponieważ spowoduje to, że przedmiot obrabiany będzie miał tendencję do ciągnięcia do środka frezu, a tym samym będzie pracował z większą stabilnością.

Płaskość

Odchylenie rolki

Utrzymanie równomiernego odstępu między rolkami jest trudne, ponieważ rolki uginają się pod obciążeniem wymaganym do odkształcenia przedmiotu obrabianego. Ugięcie powoduje, że obrabiany przedmiot jest cieńszy na krawędziach i grubszy w środku. Można temu zaradzić, stosując wałek koronkowy (korona paraboliczna), jednak wałek koronkowy kompensuje tylko jeden zestaw warunków, w szczególności materiał, temperaturę i wielkość odkształcenia.

Inne metody kompensacji deformacji walców obejmują ciągłe zmienne wypukłości (CVC), walcowanie poprzeczne parami i zginanie walców roboczych. CVC zostało opracowane przez firmę SMS-Siemag AG i polega na szlifowaniu krzywej wielomianu trzeciego rzędu w walcach roboczych, a następnie przesuwaniu walców roboczych poprzecznie, równo i przeciwnie do siebie. Efektem jest to, że rolki będą miały szczelinę między nimi, która ma kształt paraboliczny i będzie zmieniać się wraz z przesunięciem poprzecznym, umożliwiając w ten sposób dynamiczną kontrolę korony rolek. Walcowanie poprzeczne parami polega na użyciu walców płaskich lub parabolicznych, ale z przesunięciem końców pod kątem, tak aby szczelina między krawędziami walców zwiększyła się lub zmniejszyła, umożliwiając w ten sposób dynamiczną kontrolę korony. Gięcie rolek roboczych polega na zastosowaniu cylindrów hydraulicznych na końcach rolek w celu przeciwdziałania ugięciu rolek.

Innym sposobem przezwyciężenia problemów z ugięciem jest zmniejszenie obciążenia rolek, co można osiągnąć przez zastosowanie siły wzdłużnej; jest to zasadniczo rysunek . Inny sposób zmniejszania ugięcia rolek obejmuje zwiększanie modułu sprężystości materiału rolek i dodawanie do rolek oporowych podpór.

Różne klasyfikacje wad płaskości to:

Symetryczna fala krawędzi - krawędzie po obu stronach przedmiotu obrabianego są „faliste” ze względu na to, że materiał na krawędziach jest dłuższy niż materiał w środku.
Asymetryczna fala brzegowa – jedna krawędź jest „pofalowana”, ponieważ materiał po jednej stronie jest dłuższy niż po drugiej.
Sprzączka środkowa — środek paska jest „pofalowany”, ponieważ pasek pośrodku jest dłuższy niż pasek na krawędziach.
Klamra ćwiartkowa - Jest to rzadka wada polegająca na wydłużeniu włókien w obszarach ćwiartkowych (część paska między środkiem a krawędzią). Jest to zwykle przypisywane stosowaniu nadmiernej siły zginającej rolki, ponieważ siła zginająca może nie skompensować ugięcia rolki na całej długości rolki.

Należy zauważyć, że nawet w przypadku obrabianego przedmiotu o tej samej grubości na całej szerokości może wystąpić defekt płaskości. Ponadto można mieć dość wysoką koronę lub klin, ale nadal wytwarzać materiał, który jest płaski. Aby wytworzyć płaski materiał, materiał musi zostać zmniejszony o ten sam procent na całej szerokości. Jest to ważne, ponieważ przepływ masy materiału musi być zachowany, a im bardziej materiał jest redukowany, tym bardziej się wydłuża. Jeśli materiał zostanie wydłużony w ten sam sposób na całej szerokości, wówczas płaskość wchodząca do młyna zostanie zachowana na wyjściu z młyna.

Projekt

Różnica między grubością początkowego i walcowanego kawałka metalu nazywana jest przeciągiem. Zatem jeśli $ja$ grubością początkową i jest $i}}$ końcową, to zanurzenie $d$ jest określone przez t

{\ Displaystyle d = t_ {i} -t_ {f}}

Maksymalny ciąg, jaki można osiągnąć za pomocą rolek o promieniu $R$ ze współczynnikiem tarcia statycznego $f$ między rolką a metalową powierzchnią, wyraża się wzorem

{\ Displaystyle d _ {\ max} = f ^ {2} R}

Dzieje się tak, gdy siła tarcia działająca na metal ze styku wlotowego odpowiada ujemnej sile ze styku wyjściowego.

Rodzaje wad powierzchniowych

Istnieje sześć rodzajów wad powierzchniowych:

Zakładka: Ten rodzaj defektu występuje, gdy róg lub płetwa jest zagięta i zawinięta, ale nie jest zespawana z metalem. Pojawiają się jako szwy na powierzchni metalu.
Ścinanie młyna: Wady te występują w postaci zakładki przypominającej pióro.
Zawalcowana zgorzelina: Występuje, gdy zgorzelina walcownicza jest zwijana w metal.
Strupy: Są to długie płaty luźnego metalu, które zostały zwinięte w powierzchnię metalu.
Szwy: Są to otwarte, przerywane linie biegnące wzdłuż metalu i spowodowane obecnością zgorzeliny oraz chropowatością przejścia frezarki zgrubnej.
drzazgi: Wyraźne pęknięcia powierzchniowe.

Usuwanie wad powierzchniowych

Wiele wad powierzchni można usunąć z powierzchni półwyrobów walcowanych przed dalszym walcowaniem. Metody szalowania obejmowały ręczne dłutowanie dłutami (XVIII i XIX wiek); mechaniczne dłutowanie i szlifowanie przecinakami i szlifierkami pneumatycznymi; spalanie tlenowo-paliwowym , którego ciśnienie gazu zdmuchuje stopiony w płomieniu metal lub żużel; i laserowego szalika.

Zobacz też

Bernard Lauth wynalazł i opatentował proces walcowania żelaza na zimno
John B. Tytus , wynalazca pierwszego praktycznego procesu ciągłego walcowania szerokich taśm do produkcji stali
Tadeusza Sendzimira , którego imię nadano rewolucyjnym metodom obróbki stali i metali
Teksturowanie wiązką elektronów , stosowane do nadawania chropowatości powierzchni cylindrów walcarki
Maszyna do formowania rolek prowadnic szuflad
Kalander
Giętarka rolkowa

Notatki

Bibliografia

Degarmo, E. Paul; Czarny, JT .; Kohser, Ronald A. (2003), Materiały i procesy w produkcji (wyd. 9), Wiley, ISBN 978-0-471-65653-1 .
Roberts, William L. (1978), Walcowanie stali na zimno , Marcel Dekker, ISBN 978-0-8247-6780-8 .
Roberts, William L. (1983), Walcowanie stali na gorąco , Marcel Dekker, ISBN 978-0-8247-1345-4 .
Doege, E.; Behrens, B.-A.: Handbuch Umformtechnik: Grundlagen, Technologien, Maschinen (w języku niemieckim), wydanie 2, Springer Verlag, 2010, ISBN 978-3-642-04248-5

Dalsza lektura

Ginzburg, Władimir B.; Ballas, Robert (2000), Flat Rolling Fundamentals , CRC Press, ISBN 978-0-8247-8894-0 .
Lee, Youngseog (2004), Walcowanie prętów i prętów , CRC Press, ISBN 978-0-8247-5649-9 .
Swank, James M. (1965), Historia produkcji żelaza we wszystkich wiekach (wyd. 2), Ayer Publishing, ISBN 978-0-8337-3463-1 .
Reed-Hill, Robert i in. Zasady metalurgii fizycznej , wydanie 3, wydawnictwo PWS, Boston, 1991. ISBN 978-0-534-92173-6 .
Callister Jr., William D., Nauka o materiałach i inżynieria - wprowadzenie , wydanie 6, John Wiley & Sons, Nowy Jork, NY, 2003. ISBN 0-471-13576-3
Suhel khan pathan, IJSRDV5I70206 „Zwijarka z trzema rolkami” (IJSRD / tom 5 / wydanie 07/2017/270). ISSN 2321-0613

Linki zewnętrzne