Прокатка – это обработка давлением, при которой исходная заготовка (слиток или отливка) под действием сил трения непрерывно втягивается между вращающимися валками и пластически деформируется с уменьшением толщины и увеличением длины, а иногда и ширины. Почти 90 % всей выплавляемой стали и значительная часть цветных металлов подвергается прокатке. В зависимости от формы и расположения валков и заготовок по отношению к ним различают продольную, поперечную и поперечно-винтовую прокатки.

При продольной прокатке (рис. 58) заготовка 1 деформируется между двумя валками 2, вращающимися в разные стороны, и перемещается в направлении, перпендикулярном осям валков.

Рис. 58. Схема основных видов прокатки: а) продольная; б) поперечная; в) поперечно-винтовая; Q – усилие прокатки; N, T – нормальная и тангенциальная силы соответственно; ?– угол захвата; 1 – заготовка; 2 – валки; 3 – оправка

При поперечной прокатке валки 2 вращаются в одном направлении, а заготовка 1, имеющая форму тела вращения, перемещается параллельно осям валков и обжимается по образующей с увеличением длины и уменьшением площади поперечного сечения.

При поперечно-винтовой прокатке валки 2 расположены под углом друг к другу, вращаются в одну сторону и при обжатии заготовки 1 сообщают ей вращательное и поступательное движения.

Если обозначить через h_o, b_o и l_o соответственно толщину, ширину и длину исходной полосы, а через h₁, b₁ и l₁ – конечной, то абсолютное обжатие:

Δh = h₀ - h₁;

соответственно абсолютное уширение

Δb = b₁ - b₀.

Величину деформации полосы при прокатке характеризуют следующие показатели (коэффициенты):

коэффициент обжатия

коэффициент вытяжки

Так как объём металла в процессе прокатки не меняется, то h_ob_ol_o=h₁b₁l₁ и

Рис. 59. Очаг деформации и угол захва-та при прокатке (а); схема действия сил в момент захвата металла валками (б)

P>Металл соприкасается с каждым из валков по дуге АВ (рис. 59), которую называют дугой захвата. Угол ?, соответствующий этой дуге, называется углом захвата.

Объём металла, ограниченный дугами захвата АВ, боковыми гранями полосы и плоскостями входа АА металла в валки и выхода ВВ металла из них, называют очагом деформации металла.

Процесс прокатки обеспечивается трением по контактным поверхностям валков с прокатываемой полосой. В момент захвата со стороны каждого валка на металл действуют две силы: нормальная N и тангециальная Т (сила трения). Известно, что

T = Nf,

где f – коэффициент трения.

Для осуществления захвата металла валками необходимо, чтобы соблюдалось условие f >tg?, т. е. тангенс угла захвата должен быть меньше коэффициента трения.

При горячей прокатке стали гладкими валками угол захвата равен 20–26^о, при холодной 5–8^о. Усилие прокатки P определяют по формуле:

P=P_срF,

где P_ср - среднее давление прокатки, F - горизонтальная проекция контактной площади металла с валком.

Рис. 60. Прокатные валки и калибры: а) гладкий; б) с фигурными вырезами; в) калибр открытый; г) калибр закрытый

Инструментом прокатки являются валки, которые могут быть не только гладкими (рис. 60), но и с фигурными вырезами – ручьями. Совокупность соответствующих вырезов в верхнем и нижнем валках образуют калибр. Калибры могут быть открытыми и закрыты-ми (рис. 60). Комплект прокатных валков со станиной называют рабочей клетью.

По числу и расположению валков в клетях, прокатные станы подразделяют на дуо-, трио-, кварто-, многовалковые и универсальные (рис. 61).

Рис. 61. Рабочие клети прокатных станов: а) дуо; б) трио; в) кварто; г) многовалковый; д) универсальные

Рис. 62. Разновидности профилей проката: 1–10 – простые; 11–17 – фасонные; 18–34 – сложные специальные

Форму поперечного сечения продукции, получаемой при прокатке, называют профи-лем. Совокупность форм и размеров профилей называют сортаментом. Сортамент прока-та подразделяется на группы: сортовой прокат, листовой, трубы и профили специального назначения (рис. 62).

В свою очередь, сортовой прокат по форме сечения разделяют на простой (круг, квадрат, шестигранник и др.) и фасонный (уголки, тавры и двутавры, рельсы, швеллеры и др.) Листовой прокат подразделяют на толстолистовой (4 мм и более) и тонколистовой (менее 4 мм).

Наиболее распространёнными видами проката являются блюмы, слябы и сортовой прокат.

Блюмы – заготовки квадратного сечения от 450 ? 450 до 150 ? 150 мм², получаемые на блюминге в результате прокатки слитков, предварительно подогретых до 1 300 ^оС.

Слябы – заготовки прямоугольного сечения максимальной толщины до 350 мм и шириной до 2 300 мм, идущие для прокатки на толстый лист.

После прокатки на слябинге часть проката направляется на заготовочные станы. Полученные полосы режут на мерные куски необходимой длины – сутунки. Последующая обработка включает отделочные операции: зачистку, травление, удаление поверхностных дефектов. Полученные заготовки направляются на сортовые и листопрокатные станы. На сортовых станах заготовка после нагрева в печах последовательно проходит прокатку
в 7–15 калибрах, в последнем из которых получают требуемый профиль (рис. 63).

Рис. 63. Последовательность проката рельса на сортопрокатном стане

Современная технология позволяет получать непрерывной холодной прокаткой листы толщиной менее 0,1 мм с суммарным обжатием до 80–90 % без промежуточной термической обработки.

Прокаткой освоено производство бесшовных и сварных труб как из стали, так и цветных металлов. Бесшовные изготовляют диаметром 30–650 мм с толщиной стенки от 2 до 160 мм, сварные – диаметром от 5 до 2 500 мм.

Возможно получение профилей специального назначения. Например, шары для подшипников, заготовки для шатунов, цельнокатаные вагонные колёса и др.