Podstata procesu válcování je projít kovu do mezery mezi rotujícími válečky. V tomto případě by mezera mezi válci měla být menší než tloušťka zpracovávaného materiálu. polotovary (obr. 112). Válce provádějí deformaci a zároveň dodávají kov.
Obr. 112. Parametry válců: a – schéma působení sil na obrobek ze strany válců a b – závislost stlačení na velikosti válců při válcování.
Při konvenčním válcování se tloušťka obrobku zmenšuje, šířka a délka se zvětšují, tj. dochází ke stlačení, rozšíření a natažení.
Absolutní komprese se rovná rozdílu v tloušťce polotovary H před válcováním a h po válcování (H—h). Relativní komprese v procentech je určena vzorcem
Při válcování se šířka obrobku zvětšuje. Proces válcování by měl být prováděn tak, aby vždy docházelo k rozšiřování Tažení je charakterizováno poměrem výsledné délky l k počáteční délce l0, který se nazývá koeficient tažení a označuje se
Předpokládá se, že koeficient ponoru je v rozsahu 1,1 ÷ 1,6 a někdy se rovná 2 nebo vícePodmínky pro uchopení obrobku válečky pramení ze skutečnosti, že obrobek je přiváděn do válců určitou silou Q, která způsobuje normální reakce R a třecí sílu T (rýže. 112, a). Úhel α se nazývá úhel sevření. Při válcování oceli hladkými válci se úhel sevření pohybuje od 15 do 24°, u drážkovaných válců dosahuje 32°. Při válcování barevných kovů jeho hodnota nepřesahuje 24°.
Při návrhu sil působících na kov z válců je horizontální výsledek Rsin α < Тcos α. Síla T = fR, kde f je koeficient tření. Nahrazením T a zkrácením R dostaneme
Podmínka uchopení vyžaduje, aby koeficient tření byl větší než tečna úhlu uchopení, tj. f > tanα. Podmínka uchopení omezuje úhel α spojený s absolutním stlačením obrobku (rýže. 112, b), výraz
H – h = D (1 – cos a).
V praxi rychlost pohybu válcovaného materiálu polotovary na straně výstupu ze zdroje deformace se ukáže být větší než rychlost bodu umístěného na válcové ploše válce, tj. je pozorován předstih. Přesná znalost hodnoty předstihu je nutná při analýze technologického proces válcování na průběžných stolicích, kdy je válcovaný obrobek současně umístěn v protiskluzových párech válců.
Kovové válcování
Válcování je proces stlačování kovu mezi rotujícími válci válcovací stolice. Během válcování se kov pohybuje v důsledku tření mezi povrchy válců a kovem. Rychlost válcování může dosáhnout 50 m/s. Po každém průchodu obrobku se jeho tloušťka postupně snižuje a jeho délka a šířka se zvětšují.
Poměr konečné délky obrobku k počáteční (pro jeden průchod) se nazývá poměr tažení. Jeho hodnota se pohybuje od 1,1 do 2 a závisí na druhu kovu a jeho tloušťce, teplotě a stupni deformace. Rozdíl v tloušťce obrobku před válcováním a po něm se nazývá absolutní hodnota stlačení.
Válcovny. Válcování kovů se provádí ve válcovně. Elektromotor prostřednictvím soustavy převodových mechanismů spojek, převodovky, ozubeného stojanu a vřetena roztáčí odvalovací válce umístěné v pracovní stolici. Pracovní stolice je hlavní jednotkou válcovny a skládá se ze dvou rámů spojených mezi sebou příčníkem a pracovních válců.
Pracovní válec je nástroj pro válcování kovů a jedná se o válec z legované oceli nebo litiny s běleným povrchem.
Pro válcování, plechy, pásy a plechy má válec válcový povrch, pro výrobu tvarových a dlouhých výrobků se používají kalibrované válečky, na kterých jsou po obvodu namáčeny drážky toho či onoho tvaru, zvané proudy. Plocha průřezu následujícího proudu je menší než předchozí o hodnotu koeficientu tahu. Kalibr finálního válce je tvarován tak, aby odpovídal konečnému profilu válcovaného kovu.
Klasifikace válcovacích stolic. Podle počtu a uspořádání válců v pracovní stolici se rozlišují tyto skupiny mlýnů: dvojmlýny – se dvěma válci ve stolici, trojmlýny – se třemi válci ve stolici, dvojité dvojmlýny – se dvěma páry válců ve stojanu, víceválcové mlýny – se čtyřmi, šesti nebo více válci, univerzální, mající nejen horizontální, ale i vertikální válce.
Podle druhu vyráběných výrobků se válcovny dělí na tyto typy: lisovací, sochorové, kolejnicové, profilové, drátěné, plechové, trubkové a speciální.
Lisovací mlýny určený pro lisování ocelových ingotů o hmotnosti až 28 tun nebo více do velkých sochorů. Mezi krimpovací stolice patří předvalky, které vyrábějí čtvercové profily – předvalky (dále předvalky se používají k výrobě dlouhých výrobků) a bramové stolice, které vyrábějí pravoúhlé válcované výrobky – bramy (přířezy pro plechy).
Sochorové mlýny jsou určeny pro válcování předvalků do předvalků, převážně čtvercových, které se následně používají pro válcování na profilových stolicích.
Trámové mlýny se používají k výrobě širokorozchodných kolejnic, velkých nosníků, kanálů a dalších profilů z bloků.
Podélné mlýny používá se k výrobě dlouhých výrobků jednoduchých a tvarových profilů: kruh, čtverec, šestiúhelník, úhelník atd.
Drátovny určený pro válcování drátu o průměru 5-10 mm.
Válcovny plechu dělíme na tlustý plech a tenký plech. Tlustokovové frézy jsou určeny pro válcování plechů o tloušťce 4 mm a více.
Potrubní mlýny používá se k výrobě bezešvých trubek.
Kovové válcování je druh zpracování plastů, kdy je původní obrobek stlačován rotujícími válci válcovací stolice, aby se zmenšil průřez obrobku a dostal daný tvar. Existují tři hlavní způsoby válcování:
příčná šroubovice (nebo šikmá).
na podélné válcování Obrobek se deformuje mezi válečky otáčejícími se v různých směrech. Osy válcovacích válců a zpracovávaného obrobku jsou rovnoběžné (nebo se protínají pod mírným úhlem). Oba válce se otáčejí stejným směrem a kulatý obrobek se otáčí opačným směrem.
V průběhu křížové válcování Zpracovávaný obrobek je držen v rolích pomocí speciálního zařízení. Stlačení průměru obrobku a dodání požadovaného tvaru průřezu je zajištěno vhodným profilováním válců a změnou vzdálenosti mezi nimi. Touto metodou se vyrábí produkty, které jsou rotačními tělesy (koule, nápravy, ozubená kola atd.).
Křížová šroubovice nebo šikmé válcování se provádí ve válcích rotujících v jednom směru, instalovaných ve válcovací stolici pod určitým úhlem vůči sobě. Šikmé válcovací stolice se používají při výrobě trubek především k prorážení ingotu nebo sochoru do pouzdra. V okamžiku kontaktu kovu s rotujícími válci nakloněnými k ose zpracovávaného obrobku vznikají síly směřující podél osy obrobku a síly směřující tangenciálně k jeho průřezu. Kombinované působení těchto sil zajišťuje rotaci, vtažení obrobku do zužující se mezery a deformaci.
Mezi hlavní technologické operace jakéhokoli technologického schématu výroby válcovaných výrobků patří: příprava výchozích materiálů; ohřev před válcováním (kromě válcování za studena, kdy je však často nutná jiná operace – vhodné tepelné zpracování); válcování za tepla a za studena; kalibrace a výroba ohýbaných profilů; dokončovací operace s operacemi řezání, rovnání, tepelného zpracování, odstraňování povrchových vad, leptání atd.
Kovová kresba
Kovová kresba – jedná se o vytažení výrobku kulatého nebo tvarovaného profilu otvorem tažného hrotu (zápustky), jehož výstupní průřezová plocha je menší než průřezová plocha původního výrobku. Tažení se provádí tažnou silou působící na přední konec obrobku. Touto metodou se vyrábí dráty všech typů, tyče s vysokou přesností příčných rozměrů a trubky různých průřezů.
Zpracování tažením kovů je široce používáno v metalurgickém, kabelovém a strojírenském průmyslu. Tažením se vyrábí drát o minimálním průměru 0,002 mm, tyče o průměru do 100 mm, a to nejen kruhové profily, trubky převážně malého průměru a tenkostěnné. Tažením se zpracovávají oceli různého chemického složení, přesné slitiny, ale i téměř všechny neželezné kovy (zlato, stříbro, měď, hliník aj.) a jejich slitiny. Výrobky získané tažením mají vysokou kvalitu povrchu a vysokou rozměrovou přesnost průřezu. Pokud je třeba produktu dát především tyto vlastnosti, pak se tomuto typu zpracování říká kalibrace.
Tažení se nejčastěji provádí při pokojové teplotě, kdy je plastická deformace většiny kovů doprovázena kalením. Tato vlastnost v kombinaci s tepelným zpracováním se používá ke zlepšení některých mechanických vlastností kovu. Například armovací drát o průměru 3 mm vyrobený z uhlíkové konstrukční oceli (12 % C), vyrobený tažením, poskytuje pevnost v tahu 0,70 MPa a mez kluzu 0,90 MPa.
Jako výchozí materiál pro tažení se používají válcované a lisované polotovary. Při výrobě hliníkových, měděných a jiných drátů je výchozím materiálem drátěný drát získaný přímo z tavicí pece přes krystalizátor a kontinuální válcovnu. Bez ohledu na způsob výroby prochází originální obrobek před tažením důkladnou předběžnou přípravou, která spočívá v provedení jednoho nebo jiného typu tepelného zpracování, odstranění okují a přípravě povrchu pro fixaci a přidržování maziva na něm během procesu tažení. Tyto předběžné operace zajišťují normální plastickou deformaci v tažném otvoru, přispívají k získání vysoce kvalitního povrchu výrobku, snižují námahu a energii při tažení a snižují opotřebení tažného nástroje.
Tepelné zpracování kovu před tažením odstraňuje kalení, dodává kovu potřebné plastické vlastnosti a zajišťuje nejoptimálnější strukturu. Tepelné zpracování je proto voleno tak, aby v kombinaci s plastickou deformací poskytovalo maximální mechanické a další vlastnosti zpracovávaného produktu. V závislosti na chemickém složení kovu a účelu tažení se používá žíhání, normalizace, kalení a patentování. Patentování se používá pro uhlíkové oceli. Patentový proces spočívá v zahřátí kovu nad kritický bod a jeho ochlazení v prostředí o teplotě 450. 500°C. Jako takové zhášecí médium se používá roztavené olovo nebo soli.
Při výrobě drátu a tyčí tažením se velká pozornost věnuje přípravě povrchu zpracovávaného výrobku před tažením. Odstraňování okují v klížírnách a tažírnách se provádí mechanickými, chemickými a elektrochemickými metodami a také kombinací těchto metod. Při mechanickém čištění povrchu od okují je drát nebo tyč vystavena periodickému ohýbání v různých rovinách mezi válečky, načež je kov odeslán na konečné čištění ocelovými kartáči. Tato metoda je ekonomicky výhodná a vhodná pro čištění povrchů převážně z uhlíkové oceli, jejíž okují se při zalomení poměrně snadno ničí a opadávají. Mezi mechanické metody, které poskytují poměrně úspěšné čištění kovového povrchu, se používá tryskání. Pod vlivem výstřelu z bělené litiny. ocelolitina nebo vysokopevnostní jemně řezaný ocelový drát se uvolní a odstraní okují na povrchu obrobku. Tento způsob čištění kovového povrchu od okují v mnoha případech nevyžaduje dodatečné leptání a nejčastěji se používá v kalibračních dílnách.
Chemické metody odstraňování vodního kamene se rozšířily díky své spolehlivosti, i když jsou méně ekonomické než mechanické metody. Moření uhlíku a řady legovaných ocelí se provádí v kyselině sírové nebo chlorovodíkové. Vysokolegované oceli (kyselinovzdorné, nerezové atd.) se leptají ve směsích kyselin (sírové a chlorovodíkové, sírové a dusičné atd.). Měď a její slitiny jsou leptány v 5% kyselině sírové při teplotě 10°C. Leptání kovů v kyselinách pro odstraňování okují se obvykle provádí s přídavkem přísad (inhibitorů leptání) do lázně, které výrazně snižují rychlost rozpouštění základního kovu, ale neovlivňují rychlost rozpouštění okují, což zabraňuje přeleptání . Navíc přísady snižují difúzi vodíku (H2) do kovu, snížit kontaminaci plynem v odděleních moření a zlepšit pracovní podmínky.
Ihned po leptání se kov důkladně promyje, aby se odstranily zbytky kyselého roztoku, soli železa, kal, leptací přísada a nečistoty. Omývání se provádí ihned po leptání, protože zpoždění vede k vysychání leptací kapaliny a uvolňování těžko rozpustných solí železa. Obvykle se mytí provádí nejprve v horké vodě, která zajistí intenzivní rozpouštění solí, a poté pro lepší odstranění kalu v proudu studené vody z hadice pod tlakem cca 0,7 MPa.
Po odstranění okují se nanese mazací vrstva, která by měla dobře zadržovat mazivo při tažení a pomáhat zabraňovat přilnutí kovu k pracovní ploše matrice.
Po naleptání, omytí a nanesení mazací vrstvy se kov suší ve speciálních komorách s cirkulací vzduchu při teplotě 300–350 °C. Sušením se odstraňuje vlhkost a také se eliminuje možné leptání (vodíkové) křehnutí, které může vzniknout tím, že část vodíku vznikajícího při leptání difunduje do kovu a způsobuje zhoršení jeho plastických vlastností.
Všechny operace pro přípravu kovového povrchu pro kreslení se provádějí ve speciální izolované místnosti. Pro leptání a povrchovou úpravu drátů a tyčí jsou k dispozici dávkové a kontinuální mořicí stroje. Zpracování na kontinuálních strojích zajišťuje rychlé a jednotné leptání výrobků libovolného průřezu. Tato metoda je nejprogresivnější, protože v kontinuálním procesu je možné kombinovat tepelné zpracování, odstraňování vodního kamene a nanášení mazací vrstvy. Toto nepřetržité zpracování zajišťuje plnou automatizaci procesu, zlepšuje kvalitu kovu a snižuje pracnost operací.
Po tažení se tyče kromě tepelného zpracování v mnoha případech rovnají, brousí, leští a podle účelu se na ně nanášejí ochranné nátěry, např. zinkování, cínování, chromování, kadmiování, hliníkování , lakování apod. Rovnání se obvykle provádí na válečkových rovnačkách, které jsou instalovány buď ve výrobním toku, nebo samostatně. Broušení povrchu kalibrovaných tyčí do hloubky až 0,15. 0,30 mm se používá k odstranění povrchových defektů, odstranění oduhličené vrstvy, zadání přesných rozměrů průřezu tyče atd.
