WALCOWANIE

5/26/2018 WALCOWANIE

1/15

wiczenie 4

WALCOWANIE

Celem wiczenia jest:- zapoznanie siz procesem walcowania wzdunego,- okrelenie wskanikw odksztacenia charakteryzujcych proces walcowania,- wyznaczenie granicznych ktw chwytu na pocztku i w trakcie walcowania,- zapoznanie siz procesem walcowania ksztatownikw.

1. INFORMACJE MERYTORYCZNE

1.1. METODY WALCOWANIA

W procesie walcowania dany ksztat przedmiotu otrzymuje si za pomocodksztacenia plastycznego materiau midzy obracajcymi sii wsppracujcymi zesob walcami, tarczami lub rolkami. Ze wzgldu na rodzaj ruchu walcowanegomateriau, ksztat i ustawienie walcw, rozrnia siwalcowanie:

- wzdune(rys.1a), w ktrym materiawykonuje ruch postpowy, a walce o osiachwzajemnie rwnolegych obracaj si w kierunkach przeciwnych - otrzymuje sigwnie blachy, tamy, prty i ksztatowniki;

- poprzeczne (rys.1b), w ktrym materia wykonuje ruch obrotowy, a walce o

osiach rwnolegych obracajsiw zgodnym kierunku wykonuje siruby, wkrty ikoa zbate;

-skone(rys.1c), w ktrym materiawykonuje ruch postpowo-obrotowy, a walceo osiach wzajemnie skonych obracaj si w zgodnych kierunkach wytwarza situleje rurowe, kule itp.;

- okresowe(rys.1d), w ktrym materiawykonuje ruch postpowy lub postpowo-


2/15

2

zwrotny, a walce o osiach rwnolegych (o przekrojach niekoowych) obracaj si

przeciwnych kierunkach produkuje situleje rurowe, przedkuwki w formie prtw ozmiennym przekroju, wyroby ornamentowe, itp.;

-specjalne, ktre jest kombinacjomwionych sposobw walcowania - wykonujesikoa wagonowe (rys.1e) i inne wyroby o zoonym ksztacie.

Proces walcowania moe odbywasina gorco lub na zimno. W przypadku staliwglowej temperatura walcowania na gorco wynosi ok. 100-1500 C poniej liniisolidusu.

Rys.1. Schematy procesw walcowania: a wzdune, b poprzeczne, c skone, d okresowe,

e specjalne


3/15

3

1.2. WALCOWANIE WZDUNE

1.2.1. Wskaniki odksztacenia charakteryzujce proces walcowania wzdunego

Walcowanie wzdune jest najprostszym przypadkiem walcowania. W czasietakiego procesu walcowania zmniejsza siprzekrj poprzeczny materiau, a wzrasta

jego dugo. Proces walcowania skada si na og z wielu przepustw, ktrychliczba zaley od ksztatu i wielkoci przekroju poprzecznego materiau wsadowego igotowego wyrobu po walcowaniu.

W procesie walcowania tylko niewielka cz materiau, poddana naciskowiwalcw, jest odksztacana plastycznie. Obszar zawarty midzy walcami nazywa sikotlin walcownicz (rys.2.). Materia wchodzcy do walcw ma grubo g0,

szeroko b , dugo l0 0 i powierzchnie przekroju poprzecznego F0. Po przejciumidzy walcami, czyli po jednym przepucie, jego wymiary zmieniaj siodpowiednio na g1, b , l1 1, F1. Po przewalcowaniu w gadkich walcach grubomateriau zmniejsza si, szerokoniewiele sipowiksza i materiawydua si.

Zmian wymiarw materiau okrela si wskanikami odksztace, ktrezestawiono w tablicy 1.

Rys.2. Kotlina walcownicza.


4/15

4

Tablica 1. Zestawienie wskanikw odksztacenia przy walcowaniu

Rodzajwskanika

Gniot Poszerzenie Wyduenie Ubytek przekrojug b l F

odksztaceniaOdksztaceniebezwzgldne 10

ggg = 01 bbb = 01 lll = 01 FFF =

g

ggg

10 =0

10

b

bbb

=

l

lll

10 =0

10

F

FFF

=

Odksztaceniewzgldne

Wspczynnikiodksztacenia

1

01

F

FF ==

0

1

g

gg =

0

1

b

bg =

0

1

l

lg =

Odksztacenie

rzeczywiste0

1

lng

gg = 0

1

ln b

bb = 0

1

ln l

ll =

1

0

lnF

FF =

1.2.2. Zmiany objtoci

Podczas plastycznego odksztacania materiau przyjmuje si, e objto jego poodksztaceniu jest rwna objtoci przed odksztaceniem (zasada staej objtoci).Wynika to z faktu, iodksztacenia objtociowe ciametalicznych sbardzo mae i srzdu wielkoci odksztacesprystych. Zgodnie zatem z zasadstaej objtoci:

V = V0 1= g b0 0l0= g1b1l1 (1)

Po podzieleniu (1) stronami otrzymuje si:

1000

111

0

1 === lbglbg

lbg

V

V (2)

Tak wic, aby zasada staej objtoci bya speniona, iloczyn wspczynnikwodksztacemusi byrwny jednoci. Po logarytmowaniu rwnania (2) otrzymuje sizasadstaej objtoci wyraonw odksztaceniach rzeczywistych:

g+b+ = 0 (3)1

Z powyszej zalenoci wynika, e z trzech gwnych odksztacerzeczywistychtylko dwa s niezalene. Oznacza to, e znajc wartoci dwch odksztace trzeciemona obliczyza zwizku (3).


5/15

5

1.2.3. Chwyt materiau przez walce

Podczas wprowadzania materiau midzy walce, w miejscach styku walcw zmateriaem, powstaj siy normalne P do, powierzchni styku oraz siy styczne Tspowodowane tarciem (rys.3a). Aby materia zosta wcignity midzy walce,skadowa pozioma siy, tarcia Th, wcigajca materia, musi bywiksza od skadowej

poziomej siy normalnej P , odpychajcej materiah sincos PT (4)

gdzie jest ktem chwytu zawartym midzy paszczyzn przechodzc przez osiewalcw a paszczyznpoprowadzonprzez ojednego walca i punkt styku tego walca

z materiaem. PT =Poniewa , gdzie jest wspczynnikiem tarcia, warunek (4) przyjmujeposta:

tg (5)

Uwzgldniajc, e

tg= (6)

gdzie jest ktem tarcia, warunek chwytu na pocztku walcowania mona przed-stawi

(7)Zatem walce chwytajmateria, gdy kt chwytu jest mniejszy lub rwny ktowi tarcia.

Po wypenieniu szczeliny walcowniczej materiaem, kt dziaania, wypadkowej P,naciskw walcw zmienia si w stosunku do kta chwytu istniejcego na pocztkuwalcowania i przyjmuje warto(rys.3b). W zwizku z tym, warunkiem walcowania

jest:

sincos PT (8)

itga zatem: .Przyjmujc, e sia P dziaa w poowie dugoci ukustykania siwalca z materiaem (pod ktem2= ,warunkiem walcowania jest

2 (9)

Oznacza to, e po wypenieniu szczeliny walcowniczej materiaem kt chwytu mona


6/15

6

zwikszyprawie dwukrotnie w stosunku do jego wartoci pierwotnej.

Czsto zdarza si jednak, e wypadkowa naciskw walcw dziaa pod kteminnym ni

=k

2

. Wprocesach walcowania na gorco wynosi 1,3 - 1,8, a przy

walcowaniu na zimno k = 2,0 - 2,4.Kt chwytu oblicza siz nastpujcej zalenoci (rys.3):

D

g=1cos . (10)

gdzie: D- rednica walca.Warto kta chwytu zaley przede wszystkim od wspczynnika tarcia. Im

wspczynnik ten jest wikszy, tym atwiej materiazostaje wcignity midzy walce.Kt chwytu zaley ponadto od rednicy walcw. Temperatura i prdkowalcowania

wpywajna wartokta chwytu tak, jak zmienia sipod ich wpywem wspczynniktarcia.

Rys.3. Rozkad siprzy walcowaniu wzdunym: a w momencie chwytu materiau, b przy

wypenionej szczelinie walcowniczej

1.3. URZDZENIA DO WALCOWANIA

Podstawowymi urzdzeniami do walcowania swalcarki i urzdzenia pomocnicze,tworzce razem tzw. zespoy walcownicze. Walcark (rys.4) nazywamy urzdzeniezoone zwykle z trzech zasadniczych zespow: klatki walcowniczej, silnikanapdowego oraz mechanizmu przenoszcego ruch obrotowy silnika na walce.


7/15

7

1 32

Rys.4. Schemat walcarki: 1 walce robocze, 2 czniki, 3 walce zbate, 4 sprzgo, 5

przekadnia zbata, 6 koa zamachowe, 7 - silnik

Podstawowa klatka walcownicza (rys.5) skada siz walcw roboczych 1, oysk2, w ktrych obracaj si czopy walcw 3, urzdzenia ustawczego 10 sucego doregulacji wzajemnych odstpw walcw, dwch stojakw 4 poczonych cigaczami,stanowicych kadub klatki oraz uzbrojenia walcw sucych do wprowadzaniamateriau midzy walce.

Rys.5. Klatka walcownicza duo: 1 walce, 2 oyska, 3 czopy, 4 stojaki,

5 ruby nastawcze, 6 nakrtki, 7 koo stokowe, 8 wa, 9 wskanik odlegoci midzy

walcami, 10 koo nastawcze


8/15

8

Do walcowania wzdunego stosuje si dwa rodzaje walcw: gadkie (rys.6a)

suce do walcowania blach i tam oraz bruzdowe (rys.6b) stosowane do walcowaniaksztatownikw, prtw i rur.

Nazwa walcw bruzdowych pochodzi std, e na walcu wykonane s naciciazwane bruzdami. Dwie bruzdy dwch zoonych i wsppracujcych za sobwalcw,tworzwykrj, w ktrym odbywa siwalcowanie.

Rys.6. Rodzaje walcw: a walec gadki, b walec bruzdowy

Klatki walcownicze o walcach rwnolegych dzieli si w zalenoci od liczbywalcw na klatki duo, trio (o trzech walcach roboczych), kwarto i wielowalcowe.

Klatki kwarto. W celu zmniejszenia nierwnomiernoci gruboci walcowanejblachy naley wyeliminowa bd znacznie ograniczy spryste uginanie siwalcw. Mona to czciowo uzyska przez zwikszenie rednicy walcw, ale

jednoczenie z tym nastpuje powikszenie si powierzchni styku materiau zwalcami. Powoduje to szybki wzrost cakowitego obcienia walcw, ktre zwikszasiwraz z wielkocipowierzchni styku walec materiai naciskiem jednostkowym p(rys.7). Nacisk jednostkowy zaley zagwnie od wspczynnika gniotu.

Rys.7. Porwnanie sinacisku P na walce oraz naciskw jednostkowych p, przy walcowaniu z

jednakowym gniotem w klatkach: a duo, b - kwarto


9/15

9

Zwikszenie rednicy walcw powoduje wzrost ich obcienia, a tym samym tylko

nieznacznie wpywa na zmniejszenie sprystego uginania siwalcw (rys.7 a).Umieszczajc midzy walcami oporowymi o duej rednicy mae walce robocze

(rys.7 b) uzyskuje si zmniejszenie powierzchni styku walec materia, a przez torwnieobnienie cakowitego obcienia walcw. Dziki temu w walcarkach takichmona stosowa znaczne gnioty, przy zachowaniu duej dokadnoci geometrii iwymiarw wyrobw. Jest to podstawowa zaleta walcarek kwarto.

1.4. WALCOWANIE BLACH STALOWYCH I TAM NA ZIMNO

Walcowanie na zimno stosuje siw celu uzyskania:- blach i tam o gruboci do dziesitnych czci milimetra,

- duych dokadnoci wymiarw,- maej chropowatoci powierzchni,- zmiany wasnoci i struktury materiau.Materiaem wyjciowym do walcowania blach i tam na zimno s blachy

walcowane na gorco do gruboci ~ 4 mm. Przed walcowaniem na zimnoprzeprowadza si oczyszczanie powierzchni blachy ze zgorzeliny poprzezwytrawianie. Do walcowania stosuje si walcarki kwarto w ukadzie cigym,skadajcym siz dwch do piciu klatek.

Schemat ukadu cigego skadajcego siz piciu klatek kwarto przedstawiono narys.8. Blacha rozwijana z rozwijarki przechodzi przez kolejne klatki i nastpniezwijana jest na zwijarce. Prdkoci walcowania s bardzo due i w ostatniej klatcedochodznawet do okoo 30 m/s, co zapewnia bardzo dua wydajnoprocesu.

Rys.8. Schemat ukadu cigego walcarek kwarto do walcowania blach i tam na zimno:

1 rozwijarka, 2 zwijarka, 3 klatki walcownicze kwarto

Do walcowania tam i blach we wstgach o gruboci od 0,005 do 0,2 mmuywane s walcarki szeciu-, dwunasto- i dwudziestowalcowe (rys.9). Wsadem s

blachy lub tamy walcowane na zimno w walcarkach kwarto. Ugicie spryste


10/15

10

walcw roboczych, dziki ich maym rednicom i duej sztywnoci walcw

oporowych zostaje prawie cakowicie wyeliminowane.

Rys.9. Dwudziestowalcowa walcarka Sdzimira

1.5. WALCOWANIE KSZTATOWNIKW I PRTW

Walcowanie ksztatownikw i prtw przeprowadza siw walcarkach o walcachbruzdowych. W czasie caego procesu walcowania rozstaw midzy walcami kolejnychklatek walcowniczych jest stay, a walcowany materia za kadym razemprzepuszczany jest przez coraz to mniejszy wykrj walcw. Szyny walcuje sizwyklew 8 do 10 przepustach, inne ksztatowniki, takie jak dwuteowniki, ceowniki,ktowniki w 9 do 12 przepustach (rys.10).

Rys.10. Walcowanie wyrobw ksztatowych


11/15

11

1.6. WALCOWANIE RUR

Rury dzieli sina rury bez szwu i rury ze szwem. Rury bez szwu produkuje siowymiarach rednic nominalnych od 0,5 do okoo 500 mm, a rury ze szwem orednicach od uamkw milimetra (np., igy do strzykawek) do okoo 2000 mm.

Wsadem do produkcji rur bez szwu szwykle ksy i ksiska. Cykl produkcyjny rurbez szwu mona podzielina nastpujce fazy:

1. Przedziurawienie wsadu i wykonanie tulei rurowej. Tuleje takie skrtkie i majagrube cianki (rys.1c).

2. Wyduenie tulei w rur przez zmniejszenie gruboci jej cianek. Zwyklewykonanie rury z tulei odbywa siw jednym zabiegu wyduania cianek przyzachowaniu w przyblieniu staego wymiaru rednicy wewntrznej metod

walcowania okresowego (rys.1d)3. Wykoczanie rur na gorco w walcarkach kalibrujcych lub redukujcych.Operacje te maj za zadanie nadanie rurze dokadnie koowego ksztatu

przekroju poprzecznego i waciwego wymiaru rednicy.4. Rury wyszej jakoci, cienkocienne, precyzyjne i inne przeznaczone na ogdo

celw konstrukcyjnych wymagaj dalszego zmniejszania gruboci cianek irednicy, co jest moliwe do osignicia metodami obrbki plastycznej nazimno, za pomocwalcowania oraz cignienia.

Rury ze szwem zwija si z tam a nastpnie zgrzewa lub spawa (rys.11), dalszefazy odpowiadajfazom produkcji rur bez szwu podanym w p.3 i 4.

Rys.11. Wytwarzanie rur spawanych


12/15

12

2. CZDOWIADCZALNA

Cel:

- wyznaczenie wskanikw odksztacenia charakteryzujcych proceswalcowania wzdunego,

- wyznaczenie granicznego kta chwytu na pocztku walcowania,- wyznaczenie granicznego kata chwytu w trakcie walcowania,- zapoznanie siz procesem walcowania ksztatownikw.

2.1. OPIS BUDOWY I ZASADA DZIAANIA WALCARKI LABORATORYJNEJ

Na rys.14. pokazana jest walcarka laboratoryjna duo. Walce 1 o rednicy 164 mmsuoyskowane w panewkach 2. Dolny walec jest nienastawny, natomiast po oeniegrnego walca reguluje si za pomoc rub nastawczych 3, ktre ustawia si

pokrtami 4. Po doprowadzeniu do rwnolegoci obu walcw przez opuszczeniegrnego walca na dolny, nastawia si odpowiedni rozstaw miedzy nimi przezrwnoczesny obrt obu rub. Jeden obrt rub nastawczych powoduje przesuw walcagrnego o 4 mm. Napd z silnika 9 przekazywany jest poprzez przekadnipasow5do klatki walcw zbatych 6, a nastpnie przez czniki 7 na walce robocze 1.

Rys.12. Schemat walcarki laboratoryjnej


13/15

13

2.2. OKRELENIE WSPCZYNNIKW ODKSZTACENIA

Prostopadocienn prbk z oowiu o wymiarach g0, b , l0 0 (rys.15) naleyprzewalcowa w kilku przepustach na walcarce laboratoryjnej duo. Przedwalcowaniem naley zmierzy jej grubo, szeroko i dugo. Po kadymprzepucie mierzy jej grubo i szeroko, a dugo wyznacza z zasady staejobjtoci. Podczas walcowania naley zwraca uwag, aby prbk podawa midzywalce prostopadle do paszczyzny przechodzcej przez osie walcw. Wyniki zestawiw tablicy 2. Na podstawie uzyskanych wynikw naley sporzdzi graficznienastpujce zalenoci:

- wyduenie wzgldne, poszerzenie wzgldne i wzgldny ubytek przekroju wfunkcji gniotu wzgldnego;

- wyduenie rzeczywiste i wyduenie wzgldne w funkcji gniotu wzgldnego.

Rys.13. Prbka do wyznaczania wskanikw odksztace

Tablica 2. Wyniki pomiarw wskanikw odksztacenia

Numer

przep.

Wymiary prbki Odksztacenie

wzgldne

Odksztacenie

rzeczywiste

Wspczynniki

odksztacenia

Objto

V

Lp. gmm

b

mm

l

mmg b l g b l g b [mm

3]l


14/15

14

2.3. WYZNACZENIE GRANICZNEGO KTA CHWYTU NA POCZTKU WALCOWANIA

Stosujemy prostopadocienn prbk (rys.13.) o podwyszonej dokadnociwymiarowo ksztatowej. Przed przystpieniem do walcowania walce naleyoczyci ze smaru i grny walec opuci na dolny. Nastpnie prbk, pouruchomieniu walcarki, kadziemy na sti bardzo lekko dociskamy do obracajcychsiwalcw. Jednoczenie za pomoc pokrte podnosimy grny walec do momentuchwycenia prbki przez walce. Po przewalcowaniu prbki mierzymy jej grubo iznajc rednicwalcw ze wzoru (10) wyznaczamy graniczny kt chwytu na pocztkuwalcowania. Te same czynnoci wykonujemy przy pokryciu powierzchni walcwemulsji porwnujemy otrzymane wartoci ktw chwytu.

2.4.WYZNACZENIE GRANICZNEGO KTA CHWYTU W TRAKCIE WALCOWANIA

Prbk w postaci klina, wykonan z oowiu, poddajemy walcowaniu przy

rozstawie walcw 8 mm. Walce wcigaj klin do okrelonego momentu, po czymzaczynaj si lizga po powierzchni walcowanego materiau. Zatrzymujemywwczas walcark, rozsuwamy walce i wyjmujemy prbk. Walcowanie towykonujemy przy oczyszczonej i powleczonej emulsjpowierzchni walcw.

Graniczny kt chwytu gk w trakcie walcowania wyznaczamy ze wzoru (10).Wielkoci gporaz gkwyznaczamy z pomiarw prbki wedug rys.16.

Znajc wartoci gp oraz gkwyznaczamy wspczynnik k dla danych warunkwwalcowania. Nastpnie z zalenoci (5) i (6) wyznaczamy kty tarcia i wspczynnikitarcia.

Rys.14. Prbka klinowa po przewalcowaniu.

2.5. WALCOWANIE KSZTATOWNIKW

Proces walcowania ksztatownika w postaci ktownika wykonujemy nalaboratoryjnej walcarce trio z walcami bruzdowymi, ktrej klatk walcownicz

pokazano na rys.17. Prbk w postaci okrgego prta wykonanego z oowiuprzepuszczamy kolejno przez rne wykroje walcw, aotrzymamy kocowy wyrb.


15/15

15

Rys.15. Widok klatki walcowniczej trio z walcami bruzdowymi

LITERATURA

[1] WESOOWSKI Z.,Podstawy walcowania, Katowice, WGH, 1960.

[2] URAWSKI Z., SIKORA J., PUEK., Walcowanie gwintw, Warszawa, WNT, 1976.

[3] Obrbka plastyczna metali, Srypt Politechniki Wrocawskiej, Wrocaw, 1973.

WALCOWANIE

Documents

Transcript of WALCOWANIE