Walzen von Metallen: Prozess und Prinzipien (mit Diagramm)

Nachdem wir diesen Artikel gelesen haben, werden wir Folgendes lernen: - 1. Bedeutung des Walzens 2. Walzvorgang 3. Prinzipien 4. Last- und Leistungsbedarf 5. Schmierung 6. Defekte.

Bedeutung des Walzens:

Der Vorgang des Umformens von Metallen zu Halbzeugen oder Fertigteilen durch Rollen zwischen Walzen wird als Walzen bezeichnet. Walzen ist der am weitesten verbreitete Umformprozess. Es wird verwendet, um Metallbarren in einfache Lagerelemente wie Blöcken, Knüppeln, Platten, Blechen, Platten, Streifen usw. umzuwandeln.

Beim Walzen wird das Metall plastisch verformt, indem es zwischen entgegengesetzt rotierenden Walzen hindurchgeführt wird. Das Hauptziel des Walzens besteht darin, die Dicke des Metalls zu verringern. Normalerweise gibt es eine vernachlässigbare Zunahme der Breite, so dass die Abnahme der Dicke zu einer Zunahme der Länge führt.

Der Walzvorgang ist in Abb. 2.1 dargestellt:

Das Walzen erfolgt heiß und kalt. Es wird in Walzwerken durchgeführt. Ein Walzwerk ist eine komplexe Maschine mit zwei oder mehr Arbeitswalzen, Stützwalzen, Walzgerüsten, Antriebsmotor, Untersetzungsgetriebe, Schwungrad, Kupplungszahnrad usw.

Rollen können glatt oder gerillt sein, abhängig von der Form des gewalzten Produkts. Das Metall verändert seine Form während des Zeitraums, in dem es mit den beiden Walzen in Kontakt steht.

Die Produktpalette, die durch Walzen hergestellt werden kann, ist sehr groß. Das Walzen ist eine ökonomischere Verformungsmethode als das Schmieden, wenn Metall mit langen Längen und gleichmäßigem Querschnitt benötigt wird.

Es ist eines der am weitesten verbreiteten Verfahren unter den Metallbearbeitungsprozessen wegen seiner höheren Produktivität und niedrigeren Kosten. Die üblicherweise gewalzten Materialien sind Stahl, Kupfer, Magnesium, Aluminium und deren Legierungen.

Prozess des Walzens:

Der Walzprozess umfasst drei Schritte, um das Produkt wie in Abb. 2.2 gezeigt zu vervollständigen:

Abb. 2.2. Reihenfolge der Vorgänge bei der Herstellung von Walzprodukten.

(i) Primärwalzen:

Primärwalzen werden verwendet, um Metallbarren in einfache Lagerelemente wie Blüten und Brammen umzuwandeln. Dieser Prozess verfeinert die Struktur des Gussblocks, verbessert seine mechanischen Eigenschaften und beseitigt die verborgenen inneren Defekte.

(ii) Warmwalzen

Beim Primärwalzen erhaltene Blöcken und Brammen werden im Warmwalzverfahren erneut in Bleche, Bleche, Stäbe und Bauformen umgewandelt.

(iii) Kaltwalzen

Kaltwalzen ist in der Regel ein Endbearbeitungsprozess, bei dem durch Warmwalzen hergestellte Produkte eine endgültige Form erhalten. Diese Verfahren sorgen für eine gute Oberflächengüte, engere Maßtoleranzen und verbessern die mechanische Festigkeit des Materials.

Der Stahl, den wir aus der Umschmelzerei oder aus Stahlherstellungsbetrieben beziehen, besteht meistens in Form von Barren. Ingots haben einen ungefähr quadratischen Querschnitt von 1, 5 mx 1, 5 m und ein Gewicht von Tonnen.

Diese Barren werden zunächst in Einweichgruben auf etwa 1200 ° C erhitzt und dann durch Walzen geführt, um Zwischenformen wie beispielsweise Blüten zu erzeugen. Die Blüten werden zu Knüppeln und die Knüppel zu den gewünschten Abschnitten wie flach, quadratisch, sechseckig, Winkel, I, U usw. gerollt. Das oben erwähnte Element hat ungefähr folgende Größen.

Gegossene Barren - 1, 5 mx 1, 5 m (rechteckiger Querschnitt)

Blüten - 150 mm bis 400 mm im Quadrat.

Platten - Breite: 500 bis 1800 mm (rechteckiger Querschnitt) Dicke: 50 bis 300 mm

Billets - 30 mm bis 150 mm quadratisch. (Kleiner als Blüten)

Platten - Stärke 6 mm oder mehr, Breite 1200 - 1400 mm, Länge 6000 mm.

Bleche - 0, 5 mm bis 5, 0 mm Dicke

Streifenbreite: 750 mm oder weniger. (Schmale Platte oder Blatt).

Abb. 2.3 zeigt die aufeinanderfolgenden Stufen der Reduktion eines Barrens (100 x 100 mm) zu einem Rundstab. Der Block wird nach jedem Durchlauf um 90 ° gedreht.

Prinzipien des Walzens:

Das Walzen ist ein Vorgang, bei dem das Metall durch einen Spalt zwischen entgegengesetzt rotierenden Walzen geführt wird. Diese Lücke ist kleiner als die Dicke des bearbeiteten Teils. Daher drücken die Walzen das Metall zusammen und verschieben es gleichzeitig aufgrund der Reibung an den Walzen-Metall-Schnittstellen nach vorne.

Wenn das Werkstück den Spalt zwischen den Walzen vollständig passiert, wird es als vollständig bearbeitet betrachtet. Infolgedessen nimmt die Dicke des Werkstücks ab, während seine Länge und Breite zunehmen.

Die Zunahme der Breite ist jedoch unerheblich und wird normalerweise vernachlässigt. Die Abb. 2.4 zeigt den einfachen Walzvorgang einer Platte. Die Abnahme der Dicke wird als Zug bezeichnet, während die Längenzunahme als absolute Dehnung bezeichnet wird. Die Zunahme der Breite wird als absolute Spreizung bezeichnet.

Zwei andere Ausdrücke sind der relative Tiefgang und der Dehnungskoeffizient kann wie folgt angegeben werden:

Die obige Gleichung (3) zeigt, dass der Dehnungskoeffizient dem Verhältnis von endgültigen zu ursprünglichen Querschnittsflächen des Werkstücks nachteilig proportional ist. Die Gleichung (2) zeigt auch, dass der Dehnungskoeffizient proportional zum Verhältnis der ursprünglichen ursprünglichen Längen der Arbeit ist.

Abb. 2.5 zeigt die Deformationszone, den Spannungszustand und den Kontaktwinkel beim Walzen. Das Metall wird im schattierten Bereich, der so genannten Deformationszone, verformt. Das Metall erfährt vor und nach der Verformungszone keine Verformung.

Es ist auch ersichtlich, dass das verformte Metall mit jeder der Rollen entlang des Bogens AB in Kontakt steht. Der Bogen AB wird als Kontaktbogen bezeichnet. Der entsprechende Winkel (α) wird als Kontaktwinkel oder Bisswinkel bezeichnet.

Aus der Geometrie der Zeichnung und durch Anwendung einfacher Trigonometrie kann der Bisswinkel wie folgt angegeben werden:

Die obige Gleichung (4) gibt die Beziehung zwischen den Geometrieparametern des Walzprozesses, dem Bisswinkel, dem Zug und dem Radius der Walzen an.

Um sicherzustellen, dass das Metall durch Reibung verschoben wird, muss der Kontaktwinkel (α) kleiner als der Reibungswinkel (β) sein, wobei tan β = µ (der Reibungskoeffizient zwischen Walzenoberfläche und Metall).

Der maximal zulässige Wert des Kontaktwinkels (α) hängt von anderen Faktoren ab wie:

(i) Material der Walzen

(ii) Material der Arbeit, die gewalzt wird.

(iii) Walztemperatur

(iv) Geschwindigkeit der Walzen usw.

Die Tabelle gibt den empfohlenen maximalen Bisswinkel (α) für verschiedene Walzprozesse an:

Last- und Leistungsbedarf für das Rollen:

Die Verformungszone, der Spannungszustand und der Kontaktwinkel beim Walzen sind in Abb. 2.4 dargestellt (einfaches Walzen einer Platte). Das Hauptspannungssystem, das in der Deformationszone erzeugt wird, ist die dreiachsige Kompression. Die maximale oder Hauptspannung wirkt normal zur Walzrichtung.

Das verformte Metall übt auf jede der Walzen eine gleiche und entgegengesetzte Kraft aus, um die Gleichgewichtsbedingungen zu erfüllen.

Daher ist diese Kraft normal zur Walzrichtung ein wichtiger Faktor, der für die Konstruktion der Walzen und des Walzenkörpers berücksichtigt wird. Diese Kraft (F) ist auch wichtig für die Bestimmung des Stromverbrauchs in einem Walzprozess.

Leider ist die genaue Bestimmung der Walzlast und des Stromverbrauchs eine typische Aufgabe und erfordert gute Kenntnisse der Theorie der Plastizität und des Kalküls.

Eine erste Näherung der Walzlast kann jedoch durch folgende Gleichung gegeben werden:

Diese Gleichung (2) vernachlässigt die Reibung an der Walzen-Arbeitsschnittstelle und ergibt daher eine niedrigere Abschätzung der Walzlast.

Basierend auf den Experimenten wird in der modifizierten Gleichung ein Multiplikationsfaktor von 1, 2 verwendet, um Reibungen zu berücksichtigen:

Auch kann der Energieverbrauch beim Walzen nicht leicht erhalten werden; Eine grobe Schätzung (unter Berücksichtigung der geringen Reibung) ist jedoch gegeben durch:

Die verschiedenen Methoden zur Verringerung der Trennkraft (F) sind folgende:

(a) Kleinerer Rollendurchmesser (der die Kontaktfläche verringert).

(b) geringere Reibung

(d) Nehmen Sie den 'Bisswinkel' klein (wodurch die Kontaktfläche verringert wird).

Schmierung im Walzprozess:

Beim Walzen wird Schmierung eingesetzt, um die Reibung zwischen Walzen und zu walzendem Metall zu reduzieren. Beim Walzen spielt die Reibung eine sehr wichtige und nützliche Rolle.

Tatsächlich ist es dafür verantwortlich, die Arbeit zwischen den Walzen nach vorne zu verschieben, und sollte daher nicht unter einem geeigneten Wert eliminiert werden. Dies ist ein wichtiger Aspekt bei der Auswahl eines Schmiermittels für einen Walzprozess.

Beim Kaltwalzen von Stahl werden flüssige Schmiermittel mit niedriger Viskosität verwendet. Paraffin ist für Nichteisenwerkstoffe wie Aluminium, Kupfer und seine Legierungen geeignet, um eine Verschmutzung während des nachfolgenden Wärmebehandlungsprozesses zu vermeiden, während das Warmwalzen häufig ohne Schmiermittel, jedoch nicht durchgeführt wird mit einer Flut von Wasser zur Erzeugung von Dampf und zum Aufbrechen der gebildeten Skalen, verwendet werden. Manchmal wird eine Emulsion aus graphitiertem Fett als Schmiermittel verwendet.

Fehler in gewalzten Produkten:

Während des Walzprozesses treten eine Reihe von Fehlern in den Walzprodukten auf. Ein bestimmter Fehler tritt normalerweise bei einem bestimmten Prozess auf und tritt bei anderen Prozessen nicht auf.

Einige der häufigsten Fehler in gewalzten Produkten sind unten aufgeführt:

(i) Kantenrissbildung:

Kantenrisse treten im Allgemeinen in gewalzten Barren, Platten oder Platten auf. Dies liegt entweder an der begrenzten Duktilität des Arbeitsmetalls oder an ungleichmäßigen Verformungen, insbesondere an den Kanten.

(ii) Falten:

Falten sind ein Defekt, der im Allgemeinen beim Walzen von Platten auftritt. Dies wird verursacht, wenn die Reduzierung pro Durchlauf zu gering ist.

(iii) Alligatorisierung:

Alligatorisierung ist der Defekt, der normalerweise beim Walzen von Brammen (insbesondere Aluminium und Legierungen) auftritt. Bei diesem Defekt teilt sich das Werkstück am Ausgang entlang einer horizontalen Ebene mit der Ober- und Unterseite. Dieser Fehler tritt immer dann auf, wenn das Verhältnis der Plattendicke zur Kontaktlänge im Bereich von 1, 4 bis 1, 65 liegt. Abb. 2.15. Zeigt den Defekt der Alligatorisierung.