Rolling, metal
Walcowanie jest kluczowym procesem w produkcji noży przemysłowych. Co się toczy? Dlaczego walcujesz? Sprawdź to poniżej.
Artykuł z: https://encyclopedia2.thefreedictionary.com/Rolling+(metalworking)
Rolling, Metal
środek do kształtowania ciśnienia metali i stopów metali przez ściskanie metali między obracającymi się rolkami. Rolki o kształcie generycznym, są albo gładkie, albo z zagłębieniami (przejściami), które tworzą rowki, gdy dwie rolki się łączą.
Ze względu na ciągłe działanie procesu walcowanie jest najskuteczniejszą metodą nadawania żądanych kształtów. Podczas walcowania metal zasadniczo ulega znacznemu odkształceniu przy ściskaniu plastycznym, obejmującemu niszczenie pierwotnej struktury odlewu i tworzenie bardziej płaskiej i bardziej ziarnistej struktury; w ten sposób poprawia się jakość metalu. Dlatego walcowanie służy nie tylko do zmiany kształtu metalu, ale także do poprawy jego struktury i właściwości.
Podobnie jak inne metody kształtowania ciśnienia, walcowanie opiera się na plastyczności metali. Rozróżnia się walcowanie na gorąco, zimno i ciepło. Większość produktów walcowanych (kęsy, blachy handlowe, blachy, rury, kulki) jest wytwarzana przez walcowanie na gorąco w temperaturze początkowej 1000–1300 ° C dla stali, 750–850 ° C dla miedzi, 600–800 ° C dla mosiądzu, 350–400 ° C dla aluminium i jego stopów, 950–1100 ° C dla tytanu i jego stopów oraz około 150 ° C dla cynku. Walcowanie na zimno służy przede wszystkim do produkcji blach i taśm o grubości mniejszej niż 1,5–6 mm i precyzyjnych kształtowników i rur. Walcowany na gorąco metal jest następnie walcowany na zimno, aby uzyskać gładsze powierzchnie i lepsze właściwości mechaniczne. Walcowanie na zimno jest również stosowane ze względu na trudność ogrzewania i szybkiego chłodzenia przedmiotów. Walcowanie na gorąco, w przeciwieństwie do walcowania na zimno, przeprowadza się w nieco podwyższonej temperaturze w celu zmniejszenia twardnienia (obróbki na zimno) metalu podczas odkształcania.
W szczególnych przypadkach metale są walcowane w próżni lub w atmosferze neutralnej, aby chronić powierzchnię metalu przed utlenianiem.
Trzy główne metody walcowania to walcowanie wzdłużne, poprzeczne i obrotowe (skośne). W walcowaniu wzdłużnym (rysunek 1, a) metal jest odkształcany przez rolki, zwykle równoległe do siebie, które obracają się w przeciwnych kierunkach. Tarcie między powierzchniami rolki a metalem ciągnie metal przez szczelinę między rolkami, tak że metal jest odkształcany plastycznie. Toczenie wzdłużne jest znacznie bardziej powszechne niż pozostałe dwie metody.
Walcowanie poprzeczne (rys. 1, b) i walcowanie obrotowe (skośne) (rys. 1, c) są używane tylko do obróbki brył obrotowych. Walcowanie poprzeczne, metal jest poddawany ruchowi obrotowemu względem jego osi, a zatem jest obrabiany w kierunku poprzecznym. W obrotowym toczeniu, oprócz ruchu obrotowego, nadawany jest ruch translacyjny metalowemu korpusowi wzdłuż jego osi poprzez pozycjonowanie rolek w linii. Jeżeli prędkość translacyjna metalu jest mniejsza niż prędkość obwodowa obrotu, operacja przewijania jest nazywana poprzecznym walcowaniem obrotowym; jeśli prędkość translacji jest większa, operacja jest nazywana walcowaniem wzdłużnym. Walcowanie poprzeczne stosuje się do zębów przekładni zębatych i innych części, a walcowanie obrotowe stosuje się w produkcji walcowanych rur, kulek, osi i innych brył obrotowych bez szwu (Rysunek 2). Podłużne walcowanie obrotowe jest wykorzystywane do produkcji wierteł.
Podczas walcowania wzdłużnego wysokość przekroju poprzecznego metalu zmniejsza się, gdy metal przechodzi między walcami, przy czym zwiększa się długość i szerokość (Figura 3). Różnica wysokości przekrojów metalu przed i po przejściu między walcami nazywana jest redukcją liniową (absolutną). Δh = h0 - h1. Stosunek tej wartości do pierwotnej wysokościh0, wyrażony jako procent 100Δ / h0, nazywany jest redukcją procentową, która zwykle wynosi od 10 do 60 procent na przejście, ale może wynosić nawet 90 procent. Wzrost długości metalu charakteryzuje się współczynnikiem redukcji - stosunkiem długości metalu po wyjściu z rolek do pierwotnej długości. Odkształcenie metalu w stosunku do szerokości przekroju poprzecznego nazywane jest rozkładaniem - różnica między szerokością przekroju przed i po walcowaniu. Rozprzestrzenianie się zwiększa się wraz ze zmniejszeniem, średnicą rolki i współczynnikiem tarcia między metalowym przedmiotem a powierzchnią rolek.
Obszar między rolkami, w którym przedmiot obrabiany wchodzi w bezpośredni kontakt z rolkami, nazywany jest strefą deformacji; jest to, że metal jest zredukowany. Małe obszary przylegające do obu stron strefy deformacji nazywane są strefami bezkontaktowymi deformacji; w tych strefach metal jest tylko nieznacznie zdeformowany. Strefa odkształcenia składa się z dwóch głównych części: strefy opóźnienia lub strefy poślizgu po stronie wejścia, w której prędkość metalu jest mniejsza niż pozioma składowa prędkości obwodowej rolek i strefy przesuwania lub strefy poślizg po stronie dostawy, w którym prędkość metalu jest stosunkowo większa. Zatem prędkość wyjściowa przedmiotu obrabianego z rolek jest o 2 do 6 procent większa niż prędkość obwodowa rolek. Granica między tymi strefami jest nazywana neutralnym przekrojem poprzecznym. Z opóźnieniem, siły tarcia z rolek działających na obrabiany przedmiot są w kierunku wyjścia, podczas gdy w strefie przesuwania znajdują się naprzeciwko kierunku wyjścia.
Wychwytywanie metalu przez rolki i stabilność procesu wynikają z sił tarcia powstających na powierzchni kontaktowej między metalem a walcami. Aby nastąpiło przechwycenie, tangens kąta zgryzu α - kąt pomiędzy promieniowo rozciągniętymi od osi toczenia do punktów A i B (patrz rysunek 3) - nie może przekraczać współczynnika tarcia: tan α ≤ μ. Gdy nie jest wymagana bardzo gładka powierzchnia, chropowatość powierzchni jest dodawana do rolek w celu zwiększenia kąta zgryzu, a tym samym przeciągu.
W praktyce kąty zgryzu wynoszą 20 ° -26 ° w walcowaniu na gorąco z gładkimi rolkami, 27 ° -34 ° w walcowaniu na gorąco z powierzchniami karbowanymi i 2 ° -6 ° w walcowaniu na zimno ze środkiem smarnym.
Siła na walcach podczas walcowania jest określana przez pomnożenie powierzchni powierzchni styku przez średnią siłę właściwą P = F × pm. Siła właściwa rozkłada się nierównomiernie na powierzchniach styku: maksimum znajduje się w pobliżu neutralnego przekroju poprzecznego
i zmniejsza kierunki wejścia i wyjścia. W pasmach tocznych o prostokątnym przekroju powierzchnia kontaktowa jest obliczana według wzoru 
, gdzie r jest promieniem rolki. W walcowaniu na zimno taśm, rzeczywisty obszar kontaktu jest duży z powodu elastycznego ściskania rolek w punktach styku z metalem.
Średnia siła właściwa, zwana również normalnym naprężeniem łożyska, zależy od wielu czynników i może być wyrażona przez wzór pm = n1n2n3σ. Gdzie n1 jest współczynnikiem stanu naprężenia metalu, który zależy głównie od stosunku długości łuku ugryzienia - łuku między punktami A i B na obwodzie przekroju poprzecznego rolki (Rysunek 3) - do średnia grubość i szerokość walcowanej taśmy, współczynnik tarcia i rozciąganie walcowanego metalu (rozciąganie jest szeroko stosowane w walcowaniu na zimno); n2 to współczynnik, który uwzględnia wpływ prędkości toczenia; n3 to współczynnik, który uwzględnia efekt zimnej obróbki metalu; a σ oznacza granicę plastyczności (odporność na odkształcenie) metalu w temperaturze stosowanej w procesie walcowania. Współczynnik n1 jest najważniejszy i znacznie się różni - od 0,8 do 8 - w zależności od czynników wymienionych powyżej. Współczynnik ten wzrasta wraz ze wzrostem sił tarcia na powierzchniach styku i zmniejsza się grubość przedmiotu obrabianego. W praktycznych obliczeniach n3 przyjmuje się jako 1 podczas walcowania na gorąco, a n2 przyjmuje się jako 1 walcowanie pochyłe.
W przypadku stali węglowych średnia siła właściwa mieści się w zakresie 100–300 niutonów na m2 (10–30 kilogramów siły na mm2) w hotrollingu i w zakresie 800–1 500 niutonów na m2 (80–150 kilogramów siły na mm2) w walcowaniu na zimno. Siły wypadkowe na rolkach w najczęstszych warunkach walcowania są skierowane równolegle do linii łączącej osie rolek, to jest pionowo (Figura 4).
Związek między siłą P i momentem M wymaganym do obrotu każdej rolki jest określony wzorem M = P (a + ρ), gdzie a jest ramieniem siły P, która mieści się w zakresie (0,35–0,5) 
, a ρ jest promieniem obwodu tarcia łożysk tocznych, równym współczynnikowi tarcia łożyska pomnożonemu przez promień członu łożyskowego. Siła podczas toczenia drutu stalowego i taśm stalowych waha się od około 200 do 1000 kilonewtonów (kN), czyli od 20 do 100 ton siły; siła w rolkach o szerokości od 2 do 2,5 m osiąga od 30 do 60 MN (siła od 3000 do 6000 ton). Moment wymagany do obustronnego obracania rolek w stalowym drucie walcowanym i małych przekrojach waha się od 40 do 80 kN-m (4 do 8 ton-siła-m), a moment wymagany do walcowania płyt i szerokich arkuszy osiąga 6000–9 000 kN-m (600 –900 ton-siły-m).
