Cán kim loại: Quy trình và nguyên tắc (Có sơ đồ)

Sau khi đọc bài viết này, chúng ta sẽ tìm hiểu về: - 1. Ý nghĩa của việc lăn 2. Quá trình cán 3. Nguyên tắc 4. Yêu cầu về tải và công suất 5. Bôi trơn 6. Khiếm khuyết.

Ý nghĩa của cán:

Quá trình định hình kim loại thành các dạng bán thành phẩm hoặc hoàn thiện bằng cách chuyển qua giữa các con lăn được gọi là cán. Cán là quá trình hình thành kim loại được sử dụng rộng rãi nhất. Nó được sử dụng để chuyển đổi thỏi kim loại thành các thành viên chứng khoán đơn giản như nở hoa, phôi, tấm, tấm, tấm, dải, vv

Trong quá trình cán, kim loại bị biến dạng dẻo bằng cách chuyển nó giữa các con lăn quay ngược chiều. Mục tiêu chính của cán là giảm độ dày của kim loại. Thông thường, có sự gia tăng không đáng kể về chiều rộng, do đó việc giảm độ dày dẫn đến tăng chiều dài.

Quá trình cán được thể hiện trong hình 2.1:

Lăn được thực hiện cả nóng và lạnh. Đó là thành tựu trong các nhà máy cán. Máy cán là một máy phức tạp có hai hoặc nhiều con lăn làm việc, con lăn hỗ trợ, giá đỡ cuộn, động cơ truyền động, bánh răng giảm tốc, bánh đà, bánh răng khớp nối, v.v.

Con lăn có thể là đồng bằng hoặc có rãnh phụ thuộc vào hình dạng của sản phẩm cán. Kim loại thay đổi hình dạng dần dần trong khoảng thời gian nó tiếp xúc với hai con lăn.

Phạm vi của các sản phẩm có thể được sản xuất bằng cách lăn là rất lớn. Cán là một phương pháp biến dạng kinh tế hơn so với rèn khi kim loại được yêu cầu trong chiều dài của mặt cắt ngang đồng đều.

Nó là một trong những quy trình được sử dụng rộng rãi nhất trong số tất cả các quy trình gia công kim loại, vì năng suất cao hơn và chi phí thấp hơn. Các vật liệu thường được cuộn là thép, đồng, magiê, nhôm và hợp kim của chúng.

Quy trình cán:

Quá trình cán có ba bước để hoàn thành sản phẩm như trong Hình 2.2:

Hình 2.2. Trình tự các hoạt động liên quan đến sản xuất sản phẩm cán.

(i) Cán chính:

Cán chính được sử dụng để chuyển đổi phôi kim loại thành các thành viên chứng khoán đơn giản như nở hoa và tấm. Quá trình này tinh chỉnh cấu trúc của phôi đúc, cải thiện các tính chất cơ học của nó và loại bỏ các khiếm khuyết bên trong ẩn.

(ii) Cán nóng:

Blooms và tấm thu được từ cán chính, một lần nữa chuyển đổi thành tấm, tấm, thanh và hình dạng cấu trúc, bằng quá trình cán nóng.

(iii) Cán nguội:

Cán nguội thường là một quá trình hoàn thiện, trong đó các sản phẩm được làm bằng cán nóng được tạo hình cuối cùng. Các quy trình này cung cấp bề mặt hoàn thiện tốt, dung sai kích thước gần hơn và tăng cường độ bền cơ học của vật liệu.

Thép mà chúng tôi nhận được từ cửa hàng nấu chảy lại hoặc từ các nhà máy sản xuất thép chủ yếu ở dạng thỏi. Thỏi có tiết diện gần bằng 1, 5mx 1, 5m và nặng hàng tấn.

Những thỏi này trước tiên được làm nóng đến khoảng 1200 ° C trong các hố ngâm và sau đó được đưa qua các con lăn để tạo ra các hình dạng trung gian như nở hoa. Các bông hoa được cuộn thành phôi và phôi đến các phần mong muốn như phẳng, vuông, lục giác, góc, I, U, vv Các thành viên được đề cập ở trên có kích thước sau.

Thỏi đúc - 1, 5 mx 1, 5 m (Mặt cắt hình chữ nhật)

Blooms - 150 mm đến 400 mm vuông.

Tấm mỏng Chiều rộng: 500 đến 1800 mm (Mặt cắt hình chữ nhật) độ dày: 50 đến 300 mm

Phôi - vuông 30 mm đến 150 mm. (Nhỏ hơn nở hoa)

Các tấm - dày 6 mm trở lên, chiều rộng 1200-1400 mm, dài 6000 mm.

Tấm trải dày 0, 5 mm đến 5, 0 mm

Dải rộng Chiều rộng: 750 mm trở xuống. (Tấm hẹp hoặc tấm).

Hình 2.3 cho thấy các giai đoạn kế tiếp nhau trong việc giảm phôi (100 x 100 mm) thành thanh tròn. Phôi được quay ở 90 ° sau mỗi lần vượt qua.

Nguyên tắc lăn:

Cán là một quá trình bao gồm việc đi qua kim loại qua khe hở giữa các con lăn quay theo hướng ngược lại. Khoảng cách này nhỏ hơn độ dày của phần được gia công. Do đó, các con lăn nén kim loại trong khi đồng thời dịch chuyển nó về phía trước do ma sát tại các giao diện kim loại lăn.

Khi phần công việc hoàn toàn đi qua khoảng cách giữa các con lăn, nó được coi là hoàn toàn làm việc. Kết quả là độ dày của công trình giảm trong khi chiều dài và chiều rộng của nó tăng lên.

Tuy nhiên, sự gia tăng chiều rộng là không đáng kể và thường bị bỏ qua. Hình 2.4 cho thấy hoạt động lăn đơn giản của một tấm. Sự giảm độ dày được gọi là dự thảo, trong khi sự tăng chiều dài được gọi là độ giãn dài tuyệt đối. Sự gia tăng chiều rộng được gọi là sự lây lan tuyệt đối.

Hai thuật ngữ khác là dự thảo tương đối và hệ số kéo dài có thể được đưa ra như sau:

Phương trình trên (3) cho thấy hệ số giãn dài tỷ lệ nghịch với tỷ lệ giữa các khu vực cắt ngang ban đầu với mặt cắt ngang ban đầu của công trình. Ngoài ra, phương trình (2) cho thấy hệ số kéo dài tỷ lệ thuận với tỷ lệ độ dài ban đầu lo của công trình.

Hình 2.5 cho thấy vùng biến dạng, trạng thái ứng suất, góc tiếp xúc trong quá trình cán. Kim loại bị biến dạng trong khu vực bóng mờ, được gọi là vùng biến dạng. Kim loại không trải qua bất kỳ biến dạng trước và sau vùng biến dạng.

Cũng có thể thấy rằng kim loại trải qua biến dạng tiếp xúc với từng con lăn dọc theo cung AB. Cung-AB được gọi là cung tiếp xúc. Góc tương ứng của nó (α) được gọi là góc tiếp xúc, hoặc góc cắn.

Từ hình học của bản vẽ và bằng cách áp dụng lượng giác đơn giản, góc cắn có thể được đưa ra là:

Phương trình trên (4) đưa ra mối quan hệ giữa các tham số hình học của quá trình cán, góc cắn, bản nháp và bán kính của các con lăn.

Để đảm bảo kim loại sẽ bị dịch chuyển do ma sát, góc tiếp xúc (α) phải nhỏ hơn góc Ma sát (β), trong đó tan β = (hệ số ma sát giữa bề mặt con lăn và kim loại).

Giá trị tối đa cho phép của góc tiếp xúc (α) phụ thuộc vào các yếu tố khác như:

(i) Vật liệu của các con lăn.

(ii) Vật liệu của công việc đang được cuộn.

(iii) Nhiệt độ lăn.

(iv) Tốc độ của các con lăn, v.v.

Bảng chỉ ra góc cắn tối đa được đề xuất (α) cho các quy trình cán khác nhau:

Yêu cầu về tải và công suất cho cán:

Vùng biến dạng, trạng thái ứng suất và góc tiếp xúc khi lăn được thể hiện trong hình 2.4, (cán đơn giản của một tấm). Hệ thống ứng suất chính được tạo ra trong vùng biến dạng là nén ba trục. Ứng suất tối đa hoặc chính là hoạt động bình thường theo hướng lăn.

Kim loại bị biến dạng đang tác dụng một lực bằng nhau và ngược chiều lên mỗi cuộn để thỏa mãn điều kiện cân bằng.

Do đó, lực này bình thường theo hướng cán là yếu tố quan trọng được xem xét để thiết kế thân máy cán và thân máy nghiền. Lực này (F) cũng rất quan trọng trong việc xác định mức tiêu thụ năng lượng trong một quy trình cán.

Thật không may, việc xác định chính xác tải trọng lăn và tiêu thụ năng lượng là một nhiệm vụ điển hình và đòi hỏi phải có kiến thức tốt về lý thuyết về độ dẻo và tính toán.

Tuy nhiên, một xấp xỉ đầu tiên của tải trọng lăn có thể được đưa ra theo phương trình sau:

Phương trình này (2) bỏ qua ma sát ở giao diện con lăn, và do đó đưa ra ước tính thấp hơn về tải trọng lăn.

Dựa trên các thí nghiệm, hệ số nhân 1, 2 được sử dụng trong phương trình đã sửa đổi, để xem xét các ma sát là:

Ngoài ra, tiêu thụ năng lượng trong quá trình cán không thể có được dễ dàng; tuy nhiên, một ước tính sơ bộ, (trong việc xem xét ma sát thấp) được đưa ra bởi:

Các phương pháp khác nhau để giảm lực tách (F) như sau:

(a) Đường kính cuộn nhỏ hơn (làm giảm diện tích tiếp xúc).

(b) Ma sát dưới.

(d) Lấy 'góc cắn' nhỏ (do đó giảm diện tích tiếp xúc).

Bôi trơn trong quá trình cán:

Bôi trơn được sử dụng trong quá trình cán để giảm ma sát giữa các cuộn và kim loại được cán. Ma sát đóng vai trò rất quan trọng và hữu ích trong quá trình cán.

Trong thực tế, nó có trách nhiệm chuyển công việc về phía trước giữa các cuộn và do đó, không nên loại bỏ hoặc giảm xuống dưới một mức thích hợp. Đây là một xem xét quan trọng trong khi lựa chọn một chất bôi trơn cho một quá trình cán.

Trong thép cán nguội, chất bôi trơn chất lỏng có độ nhớt thấp được sử dụng, parafin thích hợp cho các vật liệu không chứa sắt như nhôm, đồng và hợp kim của nó để tránh nhuộm trong quá trình xử lý nhiệt tiếp theo, trong khi đó, cán nóng thường được thực hiện mà không cần chất bôi trơn với một lũ nước để tạo ra hơi nước và phá vỡ các vảy hình thành, được sử dụng. Đôi khi một nhũ tương của mỡ bôi trơn được sử dụng như một chất bôi trơn.

Khiếm khuyết trong các sản phẩm cán:

Một số lỗi trong các sản phẩm cán phát sinh trong quá trình cán. Một khiếm khuyết cụ thể thường được đưa ra với một quy trình cụ thể và không phát sinh trong các quy trình khác.

Một số lỗi phổ biến trong các sản phẩm cán được đưa ra dưới đây:

(i) Rạn nứt cạnh:

Rạn nứt cạnh thường xảy ra ở thỏi cán, tấm hoặc tấm. Điều này là do, hoặc độ dẻo giới hạn của kim loại làm việc hoặc biến dạng không đồng đều, đặc biệt là ở các cạnh.

(ii) Nếp gấp:

Nếp gấp là một khiếm khuyết thường xảy ra trong tấm cán. Điều này được gây ra nếu mức giảm trên mỗi lần vượt quá nhỏ.

(iii) Phân bổ:

Alligatoring là khuyết tật, thường xảy ra trong việc cán các tấm (đặc biệt là nhôm và hợp kim). Trong khuyết điểm này, phần công việc phân tách dọc theo một mặt phẳng ngang khi thoát, với đỉnh và đáy. Khiếm khuyết này luôn xảy ra khi tỷ lệ độ dày của tấm với chiều dài tiếp xúc nằm trong khoảng 1, 4 đến 1, 65. Hình 2.15. Cho thấy khiếm khuyết của Alligatoring.