Walcowanie (obróbka metali) - Rolling (metalworking)

W obróbce metali , walcowanie jest metal tworzący proces, w którym metalowa czas jest przepuszczana przez jeden lub więcej par rolek w celu zmniejszenia jego grubości, aby jednakową grubość i / lub nadawać pożądane właściwości mechaniczne. Koncepcja jest podobna do wałkowania ciasta . Walcowanie jest klasyfikowane według temperatury walcowanego metalu. Jeżeli temperatura metalu jest wyższa od jego temperatury rekrystalizacji , proces ten nazywa się walcowaniem na gorąco . Jeżeli temperatura metalu jest niższa niż jego temperatura rekrystalizacji, proces ten nazywa się walcowaniem na zimno . Pod względem użytkowania, walcowanie na gorąco przetwarza więcej tonażu niż jakikolwiek inny proces produkcyjny, a walcowanie na zimno przetwarza najwięcej tonażu ze wszystkich procesów obróbki na zimno . Stojaki na rolki trzymające pary rolek są pogrupowane w walcarki, które mogą szybko przetwarzać metal, zwykle stal , na produkty takie jak stal konstrukcyjna ( dwuteowniki , kątowniki , półki ), pręty i szyny . Większość hut posiada wydziały walcowni, które przetwarzają półprodukty odlewnicze w gotowe produkty.

Istnieje wiele rodzajów procesów walcowania, tym walcowanie pierścieniowe , walcowanie , walcowanie , walcowanie profili i kontrolowanego walcowania .

Żelazo i stal

Wynalezienie walcowni w Europie można w swoich rysunkach przypisać Leonardo da Vinci . Najwcześniejsze walcownie w postaci surowej, ale te same podstawowe zasady, zostały znalezione na Bliskim Wschodzie i w Azji Południowej już w 600 r. p.n.e. Najwcześniejszymi walcowniami były walcarki , które zostały wprowadzone z dzisiejszej Belgii do Anglii w 1590 roku. Przepuszczały one płaskowniki między walcami, tworząc płytę żelaza, która następnie była przepuszczana między rowkowanymi walcami (krajarkami) w celu wytworzenia prętów żelaznych. Pierwsze eksperymenty z walcowaniem żelaza na blachę ocynowaną miały miejsce około 1670 roku. W 1697 roku major John Hanbury wzniósł w Pontypool młyn do walcowania „blach Pontypool” – blachy czarnej . Później zaczęto je ponownie walcować i cynować na blachę cynową . Wcześniej produkcja blach grubych w Europie odbywała się w kuźniach, a nie w walcowniach.

Krajalnica przystosowana była do produkcji obręczy (do beczek) i żelaza o przekroju półokrągłym lub innym, za pomocą dwóch patentów z ok. 19 tys. 1679.

Niektóre z najwcześniejszych publikacji na temat walcowni można wywieść od szwedzkiego inżyniera Christophera Polhema w jego Patriotista Testamente z 1761 roku, w którym wspomina o walcowniach zarówno do produkcji blach grubych, jak i prętów. Wyjaśnia również, w jaki sposób walcownie mogą zaoszczędzić czas i pracę, ponieważ walcarka może jednocześnie wyprodukować od 10 do 20 lub więcej prętów.

Patent został przyznany Thomasowi Blockleyowi z Anglii w 1759 roku na polerowanie i walcowanie metali. Kolejny patent został przyznany w 1766 r. Richardowi Fordowi z Anglii na pierwszy młyn tandemowy. Młyn tandemowy to taki, w którym metal jest walcowany w kolejnych stojakach; Tandemowa walcarka 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 walcowanie

Współczesną 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 patent na użycie walców rowkowanych do walcowania prętów żelaznych. Dzięki temu nowemu projektowi młyny były w stanie wyprodukować 15 razy większą wydajność dziennie niż przy użyciu młotka. Chociaż Cort nie był pierwszym, który używał rolek ryflowanych, jako pierwszy połączył wykorzystanie wielu najlepszych cech różnych procesów wytwarzania i kształtowania żelaza znanych w tamtych czasach. 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 z rybim brzuchem o długości od 15 do 18 stóp. Wraz z postępem technologii w walcowniach wielkość walcowni szybko rosła wraz z wielkością walcowanych produktów. Jednym z przykładów była Wielka Wystawa w Londynie w 1851 roku, gdzie płyta o długości 20 stóp, szerokości 3 ½ stopy i grubości 7/16 cala i wadze 1125 funtów została wystawiona przez Consett Iron Company . Dalsza ewolucja walcowni nastąpiła wraz z wprowadzeniem w 1853 r. trzywysokich walcarek, używanych do walcowania ciężkich kształtowników.

Walcowanie na gorąco i na zimno

Walcowanie na gorąco

Walcowanie na gorąco to proces obróbki metalu , który zachodzi powyżej temperatury rekrystalizacji materiału. Ziarna po odkształceniu podczas obróbki ulegają rekrystalizacji, co pozwala zachować jednoosiową mikrostrukturę i zapobiega twardnieniu metalu . Materiał wyjściowy jest zwykle duże kawałki metalu, jak półwyrobów odlewniczych , takich jak płyty , kwiatach i półwyrobów . Jeśli te produkty pochodzą z operacji ciągłego odlewania , produkty są zwykle podawane bezpośrednio do walcarek w odpowiedniej temperaturze. W mniejszych operacjach materiał zaczyna się w temperaturze pokojowej i musi być podgrzany. Odbywa się to w studni gazowej lub olejowej dla większych przedmiotów; w przypadku mniejszych przedmiotów stosuje się nagrzewanie indukcyjne . Podczas obróbki materiału należy monitorować temperaturę, aby upewnić się, że pozostaje powyżej temperatury rekrystalizacji. W celu utrzymania współczynnika bezpieczeństwa wykańczania temperatura jest zdefiniowany powyżej temperatury rekrystalizacji; jest to zwykle 50 do 100°C (90 do 180°F) powyżej temperatury rekrystalizacji. Jeżeli temperatura spadnie poniżej tej temperatury, materiał należy ponownie ogrzać przed dodatkowym walcowaniem na gorąco.

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

Wydaje się, że stal miękka walcowana na gorąco ma większą tolerancję dla zawartości 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 mniej kosztowne niż wyroby walcowane na zimno.

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

• Ramy do ciężarówek
• Tarcze sprzęgła samochodowego, koła i felgi
• Rury i rurki
• Podgrzewacze wody
• Sprzęt rolniczy
• Wiązania
• Wytłoczki
• Powłoki sprężarki
• Budynki metalowe
• Wagony i elementy wagonów kolejowych
• Drzwi i regały
• Dyski
• Barierki ochronne na ulice i autostrady

Kształt toczenia projektu

Walcownie często dzieli się na klatki walcownicze do obróbki zgrubnej, pośredniej i wykańczającej. Podczas walcowania kształtowego, początkowy kęs (okrągły lub kwadratowy) o krawędzi o średnicy zwykle od 100 do 140 mm jest w sposób ciągły odkształcany w celu wytworzenia określonego gotowego produktu o mniejszym przekroju poprzecznym i geometrii. Począwszy od danego kęsa, można przyjąć różne sekwencje, aby wyprodukować określony produkt końcowy. Ponieważ jednak każda walcownia jest znacznie kosztowna (do 2 milionów euro), typowym wymogiem jest zmniejszenie liczby przejść walcowania. Osiągnięto różne podejścia, w tym wiedzę empiryczną, zastosowanie modeli numerycznych i techniki sztucznej inteligencji. Lambiaza i in. zweryfikowano model elementów skończonych (FE) do przewidywania ostatecznego kształtu walcowanego pręta w przejściu okrągło-płaskim. Jednym z głównych problemów przy projektowaniu walcowni jest zmniejszenie liczby przejść. Możliwym rozwiązaniem takich wymagań jest przejście przez szczelinę , zwane także przejściem dzielonym , które dzieli przychodzący pręt na dwie lub więcej podczęści, w ten sposób praktycznie zwiększając współczynnik redukcji przekroju na przejście, jak donosi Lambiase. Innym rozwiązaniem pozwalającym na zmniejszenie liczby przejść w walcowniach jest zastosowanie zautomatyzowanych systemów do Roll Pass Design zaproponowanych przez Lambiase i Langella. następnie Lambiase dalej opracował zautomatyzowany system oparty na sztucznej inteligencji, a w szczególności zintegrowany system, w tym silnik wnioskowania oparty na algorytmach genetycznych, bazę wiedzy opartą na sztucznej sieci neuronowej wytrenowanej przez parametryczny model elementów skończonych oraz do optymalizacji i automatycznego projektowania walcowni.

Walcowanie na zimno

Walcowanie na zimno następuje z metalem poniżej jego temperatury rekrystalizacji (zwykle w temperaturze pokojowej), co zwiększa wytrzymałość poprzez umocnienie zgniotowe do 20%. Poprawia również wykończenie powierzchni i zachowuje węższe tolerancje . Powszechnie produkty walcowane na zimno 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 obrabianych przedmiotów i ich większą wytrzymałość w porównaniu z materiałem walcowanym na gorąco stosuje się młyny czterowysokie lub klastrowe. Walcowanie na zimno nie może zmniejszyć grubości przedmiotu obrabianego tak bardzo, jak walcowanie na gorąco w jednym przejściu.

Blachy i taśmy zimnowalcowane występują w różnych stanach: pełnotwarde , półtwarde , ćwierćtwarde oraz zwijane . Walcowanie z pełną twardością zmniejsza grubość o 50%, podczas gdy inne wymagają mniejszej redukcji. Stal walcowana na zimno jest następnie wyżarzaniu w celu wywołania plastyczności w stali walcowanej na zimno, które jest po prostu znany jako walcowane na zimno i blisko wyżarzane . Zwijanie skóry, znane również jako skin-pass , powoduje najmniejszą redukcję: 0,5–1%. Służy do uzyskania gładkiej powierzchni, jednolitej grubości i zmniejszenia zjawiska granicy plastyczności (poprzez zapobieganie tworzeniu się pasm Lüdersa podczas późniejszej obróbki). Blokuje przemieszczenia na powierzchni, a tym samym ogranicza możliwość powstawania pasm Lüdersa. Aby uniknąć powstawania pasm Lüdersa, konieczne jest wytworzenie znacznej gęstości niezwiązanych dyslokacji w osnowie ferrytowej. Służy również do rozbijania cekinów ze stali ocynkowanej. Surowiec walcowany do skórowania jest zwykle używany w kolejnych procesach obróbki na zimno, gdzie wymagana jest dobra ciągliwość.

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

W przypadku obróbki przez kowala, gładsza, bardziej spójna i niższa zawartość węgla zawarta w stali sprawia, że ​​stal jest łatwiejsza w obróbce, ale kosztem jej wyższej ceny.

Typowe zastosowania stali walcowanej na zimno obejmują meble metalowe, biurka, szafki na akta, stoły, krzesła, rury wydechowe motocykli, szafy i sprzęt komputerowy, sprzęt AGD i komponenty, półki, oprawy oświetleniowe, zawiasy, rury, stalowe bębny, kosiarki, elektronikę szafki, podgrzewacze wody, metalowe pojemniki, łopatki wentylatora, patelnie, zestawy do montażu na ścianie i suficie oraz różnorodne produkty budowlane.

Procesy

Gięcie rolkowe

Gięcie walcowe wytwarza cylindryczny produkt z blach lub stali.

Walcowanie

Formowanie na rolkach, gięcie na rolkach lub walcowanie blach to operacja ciągłego gięcia, w której długi pasek metalu (zwykle zwiniętej stali) jest przepuszczany przez kolejne zestawy rolek lub stojaków, z których każdy wykonuje tylko przyrostową część gięcia, aż do pożądanego krzyża uzyskuje się profil przekroju. Formowanie rolkowe jest idealne do produkcji części o długich długościach lub w dużych ilościach. Istnieją 3 główne procesy: 4 rolki, 3 rolki i 2 rolki, z których każdy ma inne zalety zgodnie z pożądaną specyfikacją płyty wyjściowej.

Płaskie walcowanie

Walcowanie płaskie to najbardziej podstawowa forma walcowania z materiałem początkowym i końcowym o przekroju prostokątnym. Materiał podawany jest pomiędzy dwie rolki , zwane rolkami roboczymi , które obracają się w przeciwnych kierunkach. Odstęp między dwoma rolkami jest mniejszy niż grubość materiału wyjściowego, co powoduje jego odkształcenie . Zmniejszenie grubości materiału powoduje jego wydłużenie. Tarcia na styku między materiałem a walcami powoduje, że materiał do być wsunięty. 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. Produktem końcowym jest arkusz lub płyta, przy czym pierwszy ma grubość mniejszą niż 6 mm (0,24 cala), a drugi jest większy niż; jednak ciężkie płyty mają tendencję do formowania za pomocą prasy , która jest określana jako kucie , a nie walcowanie.

Często rolki są podgrzewane, aby ułatwić obróbkę metalu. Smarowanie jest często stosowane, aby zapobiec przyklejaniu się obrabianego przedmiotu do rolek. Aby dostroić proces, reguluje się prędkość rolek i temperaturę rolek.

h to blacha o grubości mniejszej niż 200 μm (0,0079 cala). Walcowanie odbywa się w młynie klastrowym, ponieważ mała grubość wymaga walców o małej średnicy. Aby zmniejszyć zapotrzebowanie na małe rolki, stosuje się zwijanie opakowań , które zwija wiele arkuszy razem, aby zwiększyć efektywną grubość początkową. Gdy arkusze folii przechodzą przez rolki, są przycinane i cięte okrągłymi lub podobnymi do brzytwy nożami . Przycinanie dotyczy brzegów folii, natomiast rozcinanie polega na pocięciu jej na kilka arkuszy. Folia aluminiowa jest najczęściej wytwarzanym produktem poprzez rolowanie opakowań. Widać to po dwóch różnych wykończeniach powierzchni; błyszcząca strona znajduje się po stronie rolki, a matowa strona przylega do drugiego arkusza folii.

Toczenie pierścieni

Walcowanie pierścieni to wyspecjalizowany rodzaj walcowania na gorąco, który zwiększa średnicę pierścienia. Materiałem wyjściowym jest grubościenny pierścień. Obrabiany przedmiot jest umieszczony pomiędzy dwoma rolkami, wewnętrzną rolką napinającą i napędzaną rolką , która dociska pierścień z zewnątrz. W miarę walcowania grubość ścianki zmniejsza się wraz ze wzrostem średnicy. Rolki mogą być ukształtowane w celu uzyskania różnych kształtów przekroju. Powstała struktura ziarna ma charakter obwodowy, co daje lepsze właściwości mechaniczne. Średnice mogą sięgać 8 m (26 stóp), a wysokość ścian do 2 m (79 cali). Typowe zastosowania obejmują opony kolejowe, łożyska , koła zębate , rakiety , turbiny , samoloty , rury i zbiorniki ciśnieniowe .

Walcowanie kształtów strukturalnych

Kontrolowane toczenie

Kontrolowane walcowanie to rodzaj obróbki termomechanicznej, który łączy kontrolowane odkształcanie i obróbkę cieplną . Ciepło, które podnosi przedmiot obrabiany powyżej temperatury rekrystalizacji, jest również wykorzystywane do wykonywania obróbki cieplnej, tak że jakakolwiek późniejsza obróbka cieplna jest zbędna. Rodzaje obróbki cieplnej obejmują wytwarzanie drobnoziarnistej struktury; kontrolowanie charakteru, rozmiaru i rozmieszczenia różnych produktów przemiany (takich jak ferryt , austenit , perlit , bainit i martenzyt w stali); indukowanie utwardzania wydzieleniowego ; i kontrolowanie wytrzymałości . Aby to osiągnąć, cały proces musi być ściśle monitorowany i kontrolowany. Wspólne zmienne w kontrolowanym walcowaniu obejmują skład i strukturę materiału wyjściowego, poziomy odkształceń, temperatury na różnych etapach i warunki chłodzenia. Korzyści z kontrolowanego walcowania obejmują lepsze właściwości mechaniczne i oszczędność energii.

Kuźnia walcowania

Walcowanie kuźnicze to proces walcowania wzdłużnego mający na celu zmniejszenie pola przekroju podgrzewanych prętów lub kęsów poprzez prowadzenie ich pomiędzy dwoma przeciwnie obracającymi się segmentami walców. Proces ten służy głównie do zapewnienia zoptymalizowanego rozkładu materiału w kolejnych procesach kucia matrycowego. Dzięki temu w procesach kucia matrycowego można osiągnąć lepsze wykorzystanie materiału, mniejsze siły procesowe i lepszą jakość powierzchni części.

Zasadniczo każdy metal nadający się do kucia może być również walcowany kuźniczo. Walcowanie kuźnicze stosuje się głównie do wstępnego formowania kęsów wielkogabarytowych 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 używane do wykańczania, ale głównie do wstępnego formowania.

Charakterystyka walcowania kuźniczego:

• wysoka wydajność i wysokie wykorzystanie materiału
• dobra jakość powierzchni detali kuto-walcowanych
• wydłużona żywotność narzędzia
• małe narzędzia i niskie koszty narzędzi
• ulepszone właściwości mechaniczne dzięki zoptymalizowanemu przepływowi ziarna w porównaniu do wyłącznie elementów kutych matrycowo

Młyny

Walcarki , znany również jako młynie redukcji lub młyna , ma wspólny budowy, niezależnie od rodzaju konkretnego walcowania jest wykonywana:

• Rolki robocze
• Rolki podtrzymujące - mają na celu zapewnienie sztywnego podparcia wymaganego przez rolki robocze, aby zapobiec zginaniu pod obciążeniem toczenia
• System równoważenia toczenia - aby zapewnić, że górne rolki robocze i rolki podtrzymujące są utrzymywane we właściwej pozycji w stosunku do rolek dolnych
• Urządzenia do wymiany walców - zastosowanie suwnicy oraz zespołu przeznaczonego do mocowania do szyjki walca, który ma być wyjęty lub włożony do młyna.
• Urządzenia zabezpieczające młyn – aby zapewnić, że siły przyłożone do podpór walca nie są na tyle duże, aby złamać szyjki walca lub uszkodzić obudowę walca
• Systemy chłodzenia i smarowania rolek
• Koła zębate - koła zębate do dzielenia mocy między dwa wrzeciona, obracające je z tą samą prędkością, ale w różnych kierunkach
• Przekładnia - do ustalenia żądanej prędkości toczenia
• Silniki napędowe - zwijanie wąskiego produktu foliowego do tysięcy koni mechanicznych
• Sterowanie elektryczne - stałe i zmienne napięcia przyłożone do silników
• Zwijarki i rozwijarki - do rozwijania i zwijania kręgów metalu

Płyty są materiałem wsadowym dla walcowni taśm na gorąco lub walcowni płyt, a kęsy walcowane są na kęsy w walcowni kęsów lub duże sekcje w walcowni strukturalnej. Materiał wyjściowy z walcarki taśm jest zwijany, a następnie wykorzystywany jako wsad do walcarki na zimno lub wykorzystywany bezpośrednio przez wytwórców. Półwyroby do ponownego walcowania są następnie walcowane w młynie kupieckim, walcowni prętów lub prętów. Kupieckie lub barowe młyny wytwarzają różnorodne produkty, takie jak kątowniki, kanały, belki, okrągłe (długie lub zwinięte) i sześciokąty.

Konfiguracje

Młyny są projektowane w różnych konfiguracjach, z których najbardziej podstawową jest dwuwysoki , nie cofający się , co oznacza, że ​​są dwie rolki, które obracają się tylko w jednym kierunku. Dwa nawrotne młyn ma rolki, która może obracać się w obu kierunkach, jednak wadą jest to, że rolki muszą być zatrzymane odwróconych, po czym doprowadza się z powrotem do prędkości walcowania pomiędzy każdym przejściu. Aby rozwiązać ten problem, wynaleziono młyn o trzech wysokościach , który wykorzystuje trzy walce obracające się w jednym kierunku; metal jest podawany przez dwie rolki, a następnie zwracany przez drugą parę. Wadą tego systemu jest to, że obrabiany przedmiot musi być podnoszony i opuszczany za pomocą windy. Wszystkie te młyny są zwykle używane do walcowania pierwotnego, a średnice walców wahają się od 60 do 140 cm (24 do 55 cali).

Aby zminimalizować średnicę rulon czterech wysokich lub klastra młyn jest używany. Mała średnica rolki jest korzystna, ponieważ mniej rolki styka się z materiałem, co skutkuje mniejszym zapotrzebowaniem na siłę i moc. Problemem z małą rolką jest zmniejszenie sztywności, którą można przezwyciężyć stosując rolki podtrzymujące . Te rolki zapasowe są większe i stykają się z tylną stroną mniejszych rolek. Czterowysoki młyn ma cztery walce, dwie małe i dwie duże. Młyn klastrowy ma więcej niż 4 walce, zwykle w trzech poziomach. Tego typu młyny są powszechnie używane do walcowania na gorąco szerokich płyt, większości zastosowań do walcowania na zimno oraz do walcowania folii.

Historycznie młyny były klasyfikowane według wyprodukowanego produktu:

• Kwitnienie , zębatą i slabbing młynów , jako młyny przygotowawcze do walcowania gotowych szyn , kształtach lub płyt, odpowiednio. W przypadku cofania mają średnicę od 34 do 48 cali, a w przypadku trzech wysokości od 28 do 42 cali.
• Młyny kęsów , trzy wysokie, walce o średnicy od 24 do 32 cali, stosowane do dalszej redukcji kęsów do kęsów 1,5 x 1,5 cala, będące młynami nubpreparatywnymi do prętów i prętów
• Młyny do belek, trzy wysokości, walce o średnicy od 28 do 36 cali, do produkcji ciężkich belek i kanałów od 12 cali wzwyż .
• Młyny szynowe z rolkami o średnicy od 26 do 40 cali.
• Młyny kształtowe z rolkami o średnicy od 20 do 26 cali, do mniejszych rozmiarów belek i kanałów oraz innych kształtów konstrukcyjnych.
• Kupieckie młyny barowe z rolkami o średnicy od 16 do 20 cali.
• Małe młyny kupieckie z walcami wykańczającymi o średnicy od 8 do 16 cali, zwykle ułożone z większym stojakiem do obróbki zgrubnej.
• Młyny prętowe i drutowe z walcami wykańczającymi o średnicy od 8 do 12 cali, zawsze ułożone z większymi stojakami do obróbki zgrubnej.
• Młyny obręczowe i krawatowe, podobne do małych młynów kupieckich.
• 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.
• Arkusz młyny z rolki od 20 do 32 cali.
• Młyny uniwersalne do produkcji płyt o krawędziach kwadratowych lub tzw. uniwersalnych oraz różnych kształtów kołnierzy szerokich za pomocą systemu walców pionowych i poziomych.

Młyn tandemowy

Walcarka tandem to szczególny rodzaj nowoczesnej walcowni, w której walcowanie odbywa się w jednym przejściu. W walcowni tradycyjnej walcowanie odbywa się w kilku przejściach, natomiast w walcarce tandem jest kilka klatek (>=2 klatki) i redukcje następują sukcesywnie. Liczba stanowisk waha się od 2 do 18. Walcarki tandemowe mogą być walcowniami gorącymi lub zimnymi.

Wady

W walcowaniu na gorąco, jeśli temperatura obrabianego przedmiotu nie jest jednolita, przepływ materiału będzie występował bardziej w cieplejszych częściach, a mniej w chłodniejszych. Jeśli różnica temperatur jest wystarczająco duża, może wystąpić pękanie i rozdarcie.

Płaskość i kształt

W płaskim przedmiocie metalowym płaskość jest opisowym atrybutem charakteryzującym zakres odchylenia geometrycznego od płaszczyzny odniesienia. Odchylenie od całkowitej płaskości jest bezpośrednim wynikiem relaksacji przedmiotu obrabianego po walcowaniu na gorąco lub na zimno, ze względu na układ naprężeń wewnętrznych spowodowany nierównomiernym poprzecznym działaniem ściskającym walców i nierównomiernymi właściwościami geometrycznymi materiału wejściowego. Poprzeczny rozkład naprężeń wywołanych odkształceniem różnicowym/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 metalowych taśm i blach płaskość odzwierciedla różnicowe wydłużenie włókien na szerokości przedmiotu obrabianego. Ta właściwość 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 do średniej grubości 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 2 mil korony (środek przedmiotu obrabianego jest o 2 mil grubszy niż krawędzie) lub można mieć 2% korony (środek przedmiotu jest o 2% grubszy niż krawędzie).

Zazwyczaj pożądane jest, aby w przedmiocie obrabianym znajdowała się pewna korona, ponieważ spowoduje to tendencję do przyciągania przedmiotu obrabianego do środka frezu, a zatem będzie działał z większą stabilnością.

Płaskość

Utrzymanie jednolitej szczeliny 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 za pomocą wałka z koroną (koronka paraboliczna), jednak wałek z koroną kompensuje tylko jeden zestaw warunków, w szczególności materiał, temperaturę i wielkość odkształcenia.

Inne metody kompensacji odkształceń walca obejmują ciągłą zmienną koronę (CVC), walcowanie krzyżowe par i gięcie walca roboczego. CVC został opracowany przez SMS-Siemag AG i obejmuje szlifowanie krzywej wielomianu trzeciego rzędu na walcach roboczych, a następnie przesuwanie walców roboczych poprzecznie, równo i przeciwnie do siebie. W efekcie rolki będą miały szczelinę o kształcie parabolicznym, zmieniającą się wraz z przesunięciem bocznym, umożliwiając w ten sposób dynamiczną kontrolę czubka rolek. Walcowanie krzyżowe parami polega na użyciu rolek płaskich lub parabolicznie ukośnych, ale przesuwając końce pod kątem, aby szczelina między krawędziami rolek zwiększała się lub zmniejszała, umożliwiając w ten sposób dynamiczną kontrolę wypukłości. Gięcie rolek roboczych polega na użyciu siłowników hydraulicznych na końcach rolek, aby przeciwdziałać ugięciu rolek.

Innym sposobem przezwyciężenia problemów z ugięciem jest zmniejszenie obciążenia rolek, co można osiągnąć poprzez przyłożenie siły wzdłużnej; to jest zasadniczo rysunek . Inny sposób zmniejszania ugięcia rolek obejmuje zwiększenie modułu sprężystości materiału rolki i dodanie podpór do rolek.

Różne klasyfikacje wad płaskości to:

• Symetryczna fala krawędziowa - krawędzie po obu stronach obrabianego przedmiotu są „pofalowane” ze względu na fakt, że materiał na krawędziach jest dłuższy niż materiał w środku.
• Asymetryczna fala krawędzi - jedna krawędź jest "falowana" ze względu na długość materiału z jednej strony niż z drugiej.
• Klamra środkowa — środek paska jest „pofalowany”, ponieważ pasek w środku jest dłuższy niż pasek na krawędziach.
• Klamra ćwiartkowa - Jest to rzadka wada, w której włókna są wydłużone w rejonach ćwiartek (część paska między środkiem a krawędzią). Zwykle przypisuje się to stosowaniu nadmiernej siły gięcia rolki, ponieważ siła gięcia może nie kompensować ugięcia rolki na całej długości rolki.

Należy zauważyć, że wada płaskości może wystąpić nawet w przypadku przedmiotu obrabianego o tej samej grubości na całej szerokości. Można również mieć dość wysoką koronę lub klin, ale nadal wytwarzać materiał, który jest płaski. Aby uzyskać płaski materiał, materiał musi być zmniejszony o ten sam procent na całej szerokości. Jest to ważne, ponieważ musi być zachowany przepływ masy materiału, a im bardziej materiał jest redukowany, tym bardziej jest wydłużony. Jeżeli materiał jest wydłużany w ten sam sposób na całej szerokości, to płaskość wchodząc do młyna zostanie zachowana na wyjściu z młyna.

Projekt

Różnica między grubością blachy początkowej i walcowanej nazywa się Przeciągiem. Zatem jeśli jest grubością początkową i jest grubością końcową, to zanurzenie jest podane przez ${\displaystyle t_{0}}$${\displaystyle t_{f}}$${\displaystyle d}$

${\displaystyle d=t_{0}-t_{f}}$

Maksymalny ciąg jaki można osiągnąć za pomocą rolek o promieniu ze współczynnikiem tarcia statycznego pomiędzy rolką a metalową powierzchnią wyrażony jest wzorem ${\ Displaystyle R}$${\displaystyle f}$

${\ Displaystyle d_ {max} = f ^ {2} R}$

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

Rodzaje defektów powierzchni

Istnieje sześć rodzajów defektów powierzchni:

Okrążenie

Ten rodzaj defektu występuje, gdy narożnik lub płetwa są zaginane i zwijane, ale nie są przyspawane do metalu. Pojawiają się jako szwy na powierzchni metalu.

Ścinanie młyńskie

Te defekty występują jak okrążenie przypominające piórko.

Skala zwijana

Dzieje się tak, gdy zgorzelina walcownicza jest walcowana w metal.

strupy

Są to długie łaty luźnego metalu, które zostały nawinięte na powierzchnię metalu.

Szwy

Są to otwarte, przerywane linie, które biegną wzdłuż długości metalu i są spowodowane obecnością zgorzeliny, a także chropowatością przejścia walcarki.

Odłamki

Wyraźne pęknięcia powierzchni.

Usuwanie wad powierzchni

Wiele defektów powierzchni można usunąć z powierzchni półproduktów walcowanych przed dalszym walcowaniem. Metody szalowania obejmowały ręczne struganie dłutami (XVIII i XIX wiek); napędzane rozdrabnianie i szlifowanie dłutami i szlifierkami pneumatycznymi; spalanie palnikiem tlenowo-paliwowym , którego ciśnienie gazu wydmuchuje stopiony przez płomień metal lub żużel; i laserowe szalowanie.

Zobacz też

• Bernard Lauth wynalazł i opatentował proces walcowania żelaza na zimno
• John B. Tytus , wynalazca pierwszego praktycznego procesu ciągłego walcowania szerokiej taśmy do produkcji stali
• Tadeusz Sendzimir , którego imię nazwano rewolucyjnymi metodami obróbki stali i metali
• Teksturowanie wiązką elektronów , stosowane do nakładania chropowatości na powierzchnię cylindrów walcarki
• Maszyna do formowania rolek prowadnic szuflad
• Kalander

Uwagi

Bibliografia

• Degarmo, E. Paul; Czarny, JT.; Kohser, Ronald A. (2003), Materiały i procesy w produkcji (9th ed.), 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, BA: Handbuch Umformtechnik: Grundlagen, Technologien, Maschinen (w języku niemieckim), wydanie 2, Springer Verlag, 2010, ISBN  978-3-642-04248-5

Dalsza lektura

• Ginzburg, Vladimir B.; Ballas, Robert (2000), Podstawy walcowania płaskiego , 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 w każdym wieku (2nd ed.), Ayer Publishing, ISBN 978-0-8337-3463-1.
• Reed-Hill, Robert i in. „Physical Metallurgy Principles” , 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, New York, NY, 2003. ISBN  0-471-13576-3
• Suhel khan pathan,IJSRDV5I70206 „Maszyna do walcowania trójwalcowego ” (IJSRD/Tom 5/Wydanie 07/2017/270). ISSN  2321-0613

Zewnętrzne linki

• Historia walcowni