Прокатка – это наиболее распространённый способ обработки пластическим деформированием. Прокатке подвергают до 90 % всей выплавляемой стали и большую часть цветных металлов (им. стали и сплавы). Способ зародился в XVIII веке и, претерпев значительное развитие, достиг высокого совершенства.
Сущность процесса: заготовка обжимается (сдавливается), проходя в зазор между вращающимися валками, при этом, она уменьшается в своём поперечном сечении и увеличивается в длину. Форма поперечного сечения называется профилем.
Процесс прокатки обеспечивается силами трения между вращающимся инструментом и заготовкой, благодаря которым заготовка перемещается в зазоре между валками, одновременно деформируясь. В момент захвата металла со стороны каждого валка действуют на металл две силы: нормальная сила N и касательная сила трения T.
Схема прокатки
Угол и условие захвата
Угол α – угол захвата, дуга, по которой валок соприкасается с прокатываемым металлом – дуга захвата, а объем металла между дугами захвата – очаг деформации.
Возможность осуществления прокатки определяется условием захвата металла валками или соотношением T’ > N’, где T’ – втягивающая сила (проекция силы трения T на горизонтальную ось); N’ – выталкивающая сила (проекция нормальной реакции валков N на горизонтальную ось). При этом условии результирующая сила будет направлена в сторону движения металла. Условие захвата металла можно выразить:
T * cosα > N * sinα
Выразив силу трения T через нормальную силу N и коэффициент трения f: T = F * N, и, подставив это выражение в условие захвата, получим:
f * cosα > sinα или f > tgα
Таким образом, для захвата металла валками необходимо, чтобы коэффициент трения между валками и заготовкой был больше тангенса угла захвата.
Коэффициент трения можно увеличить применением насечки на валках.
При прокатке стали α = 20…25 0, при горячей прокатке листов и полос из цветных металлов – α = 12…15 0, при холодной прокатке листов – α = 2…10 0.
Степень деформации характеризуется показателями:
— абсолютное обжатие: Δh = H — h (где H, h – начальная и конечная высоты заготовки);
— относительное обжатие: ε = ([H — h] * 100%) / H.
Площадь поперечного сечения заготовки всегда уменьшается. Поэтому для определения деформации (особенно когда обжатие по сечению различно) используют показатель, называемый вытяжкой (коэффициентом вытяжки):
μ = l1 / lo = F0 / F1
lo, F0– первоначальные длина и площадь поперечного сечения, l1, F1 – те же величины после прокатки
Коэффициент вытяжки обычно составляет 1,1…1,6 за проход, но может быть и больше.