METODY WALCOWANIA W procesie walcowania żądany kształt przedmiotu otrzymuje się za pomocą odkształcenia plastycznego materiału między obracającymi się i współpracującymi ze sobą walcami, tarczami lub rolkami. Ze względu na rodzaj ruchu walcowanego materiału, kształt i ustawienie walców, rozróżnia się walcowanie:

- wzdłużne, w którym materiał wykonuje ruch postępowy, a walce o osiach wzajemnie równoległych obracają się w kierunkach przeciwnych - otrzymuje się głównie blachy, taśmy, pręty i kształtowniki;

- poprzeczne, w którym materiał wykonuje ruch obrotowy, a walce o osiach równoległych obracają się w zgodnym kierunku - wykonuje się śruby, wkręty i koła zębate;

- skośne, w którym materiał wykonuje ruch postępowo-obrotowy, a walce o osiach wzajemnie skośnych obracają się w zgodnych kierunkach - wytwarza się tuleje rurowe, kule itp.;

- okresowe, w którym materiał wykonuje ruch postępowy lub postępowo-2

zwrotny, a walce o osiach równoległych (o przekrojach niekołowych) obracają się przeciwnych kierunkach - produkuje się tuleje rurowe, przedkuwki w formie prętów o zmiennym przekroju, wyroby ornamentowe, itp.;

- specjalne, które jest kombinacją omówionych sposobów walcowania - wykonuje się koła wagonowe i inne wyroby o złożonym kształcie.

Proces walcowania może odbywać się na gorąco lub na zimno. W przypadku stali węglowej temperatura walcowania na gorąco wynosi ok. 100-1500 C poniżej linii solidusu.

WALCOWANIE WZDŁUŻNE

Wskaźniki odkształcenia charakteryzujące proces walcowania wzdłużnego

Walcowanie wzdłużne jest najprostszym przypadkiem walcowania. W czasie takiego procesu walcowania zmniejsza się przekrój poprzeczny materiału, a wzrasta jego długość. Proces walcowania składa się na ogół z wielu przepustów, których liczba zależy od kształtu i wielkości przekroju poprzecznego materiału wsadowego i gotowego wyrobu po walcowaniu. W procesie walcowania tylko niewielka część materiału, poddana naciskowi walców, jest odkształcana plastycznie. Obszar zawarty między walcami nazywa się kotliną walcowniczą. Materiał wchodzący do walców ma grubość g0, szerokość b0, długość l0 i powierzchnie przekroju poprzecznego F0. Po przejściu między walcami, czyli po jednym przepuście, jego wymiary zmieniają się odpowiednio na g1, b1, l1, F1. Po przewalcowaniu w gładkich walcach grubość materiału zmniejsza się, szerokość niewiele się powiększa i materiał wydłuża się.

Zmiany objętości- Podczas plastycznego odkształcania materiału przyjmuje się, że objętość jego po odkształceniu jest równa objętości przed odkształceniem (zasada stałej objętości). Wynika to z faktu, iż odkształcenia objętościowe ciał metalicznych są bardzo małe i są rzędu wielkości odkształceń sprężystych. Zgodnie zatem z zasadą stałej objętości: V 0= V1 = g 0b0 l0 = g1 b1 l1

Chwyt materiału przez walce Podczas wprowadzania materiału między walce, w miejscach styku walców z materiałem, powstają siły normalne P do, powierzchni styku oraz siły styczne T spowodowane tarciem. Aby materiał został wciągnięty między walce, składowa pozioma siły, tarcia Th, wciągająca materiał, musi być większa od składowej poziomej siły normalnej Ph , odpychającej materiał. Zatem walce chwytają materiał, gdy kąt chwytu jest mniejszy lub równy kątowi tarcia.

Po wypełnieniu szczeliny walcowniczej materiałem, kąt działania, wypadkowej P, nacisków walców zmienia się w stosunku do kąta chwytu istniejącego na początku walcowania i przyjmuje wartość β. Oznacza to, że po wypełnieniu szczeliny walcowniczej materiałem kąt chwytu można zwiększyć prawie dwukrotnie w stosunku do jego wartości pierwotnej.

Często zdarza się jednak, że wypadkowa nacisków walców działa pod kątem innym niż 2α. Wartość kąta chwytu zależy przede wszystkim od współczynnika tarcia. Im współczynnik ten jest większy, tym łatwiej materiał zostaje wciągnięty między walce. Kąt chwytu zależy ponadto od średnicy walców. Temperatura i prędkość walcowania wpływają na wartość kąta chwytu tak, jak zmienia się pod ich wpływem współczynnik tarcia.

URZĄDZENIA DO WALCOWANIA Podstawowymi urządzeniami do walcowania są walcarki i urządzenia pomocnicze, tworzące razem tzw. zespoły walcownicze. Walcarką nazywamy urządzenie złożone zwykle z trzech zasadniczych zespołów: klatki walcowniczej, silnika napędowego oraz mechanizmu przenoszącego ruch obrotowy silnika na walce.

Podstawowa klatka walcownicza składa się z walców roboczych, łożysk, w których obracają się czopy walców, urządzenia ustawczego służącego do regulacji wzajemnych odstępów walców, dwóch stojaków połączonych ściągaczami, stanowiących kadłub klatki oraz uzbrojenia walców służących do wprowadzania materiału między walce. Do walcowania wzdłużnego stosuje się dwa rodzaje walców: gładkie służce do walcowania blach i taśm oraz bruzdowe stosowane do walcowania kształtowników, prętów i rur. Nazwa walców bruzdowych pochodzi stąd, że na walcu wykonane są nacięcia zwane bruzdami. Dwie bruzdy dwóch złożonych i współpracujących za sobą walców, tworzą wykrój, w którym odbywa się walcowanie. Klatki walcownicze o walcach równoległych dzieli się w zależności od liczby walców na klatki duo, trio (o trzech walcach roboczych), kwarto i wielowalcowe. Klatki kwarto. W celu zmniejszenia nierównomierności grubości walcowanej blachy należy wyeliminować bądź znacznie ograniczyć sprężyste uginanie się walców. Można to częściowo uzyskać przez zwiększenie średnicy walców, ale jednocześnie z tym następuje powiększenie się powierzchni styku materiału z walcami. Powoduje to szybki wzrost całkowitego obciążenia walców, które zwiększa się wraz z wielkością powierzchni styku walec - materiał i naciskiem jednostkowym p. Nacisk jednostkowy zależy zaś głównie od współczynnika gniotu. Zwiększenie średnicy walców powoduje wzrost ich obciążenia, a tym samym tylko nieznacznie wpływa na zmniejszenie sprężystego uginania się walców. Umieszczając między walcami oporowymi o dużej średnicy małe walce robocze uzyskuje się zmniejszenie powierzchni styku walec - materiał, a przez to również obniżenie całkowitego obciążenia walców. Dzięki temu w walcarkach takich można stosować znaczne gnioty, przy zachowaniu dużej dokładności geometrii i wymiarów wyrobów. Jest to podstawowa zaleta walcarek kwarto.

WALCOWANIE BLACH STALOWYCH I TAŚM NA ZIMNO

Walcowanie na zimno stosuje się w celu uzyskania:

- blach i taśm o grubości do dziesiętnych części milimetra,

- dużych dokładności wymiarów,

- małej chropowatości powierzchni,

- zmiany własności i struktury materiału.

Materiałem wyjściowym do walcowania blach i taśm na zimno są blachy walcowane na gorąco do grubości ~ 4 mm. Przed walcowaniem na zimno przeprowadza się oczyszczanie powierzchni blachy ze zgorzeliny poprzez wytrawianie. Do walcowania stosuje się walcarki kwarto w układzie ciągłym, składającym się z dwóch do pięciu klatek. Do walcowania taśm i blach we wstęgach o grubości od 0,005 do 0,2 mm używane są walcarki sześciu-, dwunasto- i dwudziestowalcowe. Wsadem są blachy lub taśmy walcowane na zimno w walcarkach kwarto. Ugięcie sprężyste walców roboczych, dzięki ich małym średnicom i dużej sztywności walców oporowych zostaje prawie całkowicie wyeliminowane.

WALCOWANIE KSZTAŁTOWNIKÓW I PRĘTÓW Walcowanie kształtowników i prętów przeprowadza się w walcarkach o walcach bruzdowych. W czasie całego procesu walcowania rozstaw między walcami kolejnych klatek walcowniczych jest stały, a walcowany materiał za każdym razem przepuszczany jest przez coraz to mniejszy wykrój walców. Szyny walcuje się zwykle w 8 do 10 przepustach, inne kształtowniki, takie jak dwuteowniki, ceowniki, kątowniki w 9 do 12 przepustach.

WALCOWANIE RUR Rury dzieli się na rury bez szwu i rury ze szwem. Rury bez szwu produkuje się o wymiarach średnic nominalnych od 0,5 do około 500 mm, a rury ze szwem o średnicach od ułamków milimetra (np., igły do strzykawek) do około 2000 mm. Wsadem do produkcji rur bez szwu są zwykle kęsy i kęsiska. Cykl produkcyjny rur bez szwu można podzielić na następujące fazy:

1. Przedziurawienie wsadu i wykonanie tulei rurowej. Tuleje takie są krótkie i maja grube ścianki.

2. Wydłużenie tulei w rurę przez zmniejszenie grubości jej ścianek. Zwykle wykonanie rury z tulei odbywa się w jednym zabiegu wydłużania ścianek przy zachowaniu w przybliżeniu stałego wymiaru średnicy wewnętrznej metodą walcowania okresowego.

3. Wykończanie rur na gorąco w walcarkach kalibrujących lub redukujących. Operacje te mają za zadanie nadanie rurze dokładnie kołowego kształtu przekroju poprzecznego i właściwego wymiaru średnicy.

4. Rury wyższej jakości, cienkościenne, precyzyjne i inne przeznaczone na ogół do celów konstrukcyjnych wymagają dalszego zmniejszania grubości ścianek i średnicy, co jest możliwe do osiągnięcia metodami obróbki plastycznej na zimno, za pomocą walcowania oraz ciągnienia.

Rury ze szwem zwija się z taśm a następnie zgrzewa lub spawa, dalsze fazy odpowiadają fazom produkcji rur bez szwu podanym w p.3 i 4.

---