Rotolamento di metalli: processo e principi (con diagramma)

Dopo aver letto questo articolo impareremo a conoscere: - 1. Significato del rotolamento 2. Processo di laminazione 3. Principi 4. Carico e fabbisogno di potenza 5. Lubrificazione 6. Difetti.

Significato del rotolamento:

Il processo di modellare i metalli in forme semilavorate o finite passando tra i rulli è chiamato laminazione. Il rotolamento è il processo di formatura dei metalli più utilizzato. Viene impiegato per convertire lingotti di metallo in semplici componenti di magazzino come fiori, billette, lastre, lastre, piastre, strisce ecc.

Nel rotolamento, il metallo si deforma plasticamente facendolo passare tra i rulli che ruotano in direzione opposta. L'obiettivo principale del rotolamento è quello di diminuire lo spessore del metallo. Normalmente, vi è un aumento trascurabile della larghezza, così che la diminuzione dello spessore comporta un aumento della lunghezza.

Il processo di laminazione è mostrato in Fig. 2.1:

Il rotolamento avviene sia a caldo che a freddo. È realizzato nei laminatoi. Un laminatoio è una macchina complessa con due o più rulli di lavoro, rulli di supporto, supporti a rulli, motore di azionamento, riduttori, volano, ingranaggi di accoppiamento ecc.

I rulli possono essere semplici o scanalati dipende dalla forma del prodotto laminato. Il metallo cambia forma gradualmente durante il periodo in cui è in contatto con i due rulli.

La gamma di prodotti che possono essere prodotti a rotazione è molto ampia. Il rotolamento è un metodo di deformazione più economico rispetto alla forgiatura quando è richiesto il metallo in lunghe sezioni di sezione trasversale uniforme.

È uno dei più utilizzati tra tutti i processi di lavorazione dei metalli, grazie alla maggiore produttività e al minor costo. I materiali comunemente laminati sono acciaio, rame, magnesio, alluminio e loro leghe.

Processo di rotolamento:

Il processo di laminazione prevede tre passaggi per completare il prodotto come mostrato in Fig. 2.2:

Fig. 2.2. Sequenza delle operazioni coinvolte nella produzione di prodotti laminati.

(i) Rotolamento primario:

Il rotolamento primario viene utilizzato per convertire il lingotto di metallo in semplici componenti di magazzino come le fioriture e le lastre. Questo processo perfeziona la struttura del lingotto fuso, migliora le sue proprietà meccaniche ed elimina i difetti interni nascosti.

(ii) laminazione a caldo:

Fioriture e lastre ottenute dalla laminazione primaria, nuovamente convertite in lastre, fogli, barre e forme strutturali, mediante laminazione a caldo.

(iii) Laminazione a freddo:

La laminazione a freddo è solitamente un processo di finitura in cui i prodotti realizzati con laminazione a caldo hanno una forma definitiva. Questi processi offrono una buona finitura superficiale, tolleranze dimensionali più strette e una maggiore resistenza meccanica del materiale.

L'acciaio che ricaviamo dal reparto di fusione o dagli impianti di produzione di acciaio è per lo più sotto forma di lingotti. I lingotti hanno una sezione all'incirca quadrata di 1, 5 mx 1, 5 m e pesano in tonnellate.

Questi lingotti vengono dapprima riscaldati a circa 1200 ° C in pozzi di macerazione e quindi fatti passare attraverso i rulli per produrre forme intermedie come fiori. Le fioriture vengono rotolate in billette e le billette nelle sezioni desiderate come appartamento, quadrato, esagonale, angolo, I, U, ecc. Il membro sopra menzionato ha le seguenti dimensioni approssimative.

Lingotti fusi - 1, 5 mx 1, 5 m (sezione rettangolare)

Fioriture: da 150 mm a 400 mm quadrati.

Lastre - Larghezza: da 500 a 1800 mm (sezione rettangolare): da 50 a 300 mm

Billette - da 30 mm a 150 mm quadrati. (Più piccolo delle fioriture)

Piastre - spessore 6 mm o superiore, larghezza 1200-1400 mm, lunghezza 6000 mm.

Fogli da 0, 5 mm a 5, 0 mm di spessore

Larghezza della striscia: 750 mm o meno. (Piatto o foglio stretto).

La Fig. 2.3 mostra le fasi successive della riduzione di una billetta (100 x 100 mm) in una barra tonda. La billetta viene ruotata di 90 ° dopo ogni passaggio.

Principi di laminazione:

Il rotolamento è un processo che consiste nel far passare il metallo attraverso uno spazio tra i rulli che ruotano in direzione opposta. Questo spazio è inferiore allo spessore della parte in lavorazione. Pertanto, i rulli comprimono il metallo mentre contemporaneamente lo spostano in avanti a causa dell'attrito alle interfacce del rullo-metallo.

Quando il pezzo da lavorare passa completamente attraverso lo spazio tra i rulli, viene considerato completamente lavorato. Di conseguenza, lo spessore del lavoro diminuisce mentre la sua lunghezza e larghezza aumentano.

Tuttavia, l'aumento della larghezza è insignificante e viene solitamente trascurato. La figura 2.4 mostra la semplice operazione di laminazione di una piastra. La diminuzione di spessore si chiama bozza, mentre l'aumento di lunghezza è definito come allungamento assoluto. L'aumento di larghezza è noto come spread assoluto.

Due altri termini sono la bozza relativa e il coefficiente di allungamento può essere dato come segue:

L'equazione di cui sopra (3) mostra che il coefficiente di allungamento è proporzionale al rapporto tra le aree della sezione trasversale finale e originale dell'opera. Inoltre, l'equazione (2) mostra che il coefficiente di allungamento è proporzionale al rapporto tra le lunghezze finali originali del lavoro.

La figura 2.5 mostra la zona di deformazione, lo stato di sollecitazione, l'angolo di contatto nel processo di laminazione. Il metallo è deformato nell'area ombreggiata, nota come zona di deformazione. Il metallo non subisce alcuna deformazione prima e dopo la zona di deformazione.

Si può anche vedere che il metallo sottoposto a deformazione è in contatto con ciascuno dei rulli lungo l'arco AB. L'arco-AB è chiamato arco di contatto. Il suo angolo corrispondente (α) è chiamato l'angolo di contatto o l'angolo del morso.

Dalla geometria del disegno e applicando la semplice trigonometria, l'angolo del morso può essere dato come:

L'equazione di cui sopra (4) fornisce la relazione tra i parametri geometrici del processo di laminazione, l'angolo del morso, la brutta copia e il raggio dei rulli.

Per garantire che il metallo sia spostato per attrito, l'angolo di contatto (α) deve essere inferiore all'angolo di Frizione (β), dove tan β = μ (il coefficiente di attrito tra superficie del rullo e metallo).

Il valore massimo ammissibile dell'angolo di contatto (α) dipende da altri fattori come:

(i) Materiale dei rulli.

(ii) Materiale di lavoro arrotolato.

(iii) Temperatura di rotolamento.

(iv) Velocità dei rulli, ecc.

La tabella indica l'angolo massimo consigliato del morso (α) per diversi processi di laminazione:

Carico e fabbisogno di energia per il rotolamento:

La zona di deformazione, lo stato di sollecitazione e l'angolo di contatto nel rotolamento sono mostrati in Fig. 2.4, (rotolamento semplice di una piastra). Il principale sistema di sollecitazione prodotto nella zona di deformazione è la compressione triassiale. Lo sforzo massimo o principale si comporta normalmente rispetto alla direzione del rotolamento.

Il metallo deformato esercita una forza uguale e opposta su ciascuno dei rulli per soddisfare le condizioni di equilibrio.

Pertanto, questa forza normale alla direzione di laminazione è un fattore importante considerato per la progettazione dei rulli e del corpo del mulino. Questa forza (F) è anche importante nel determinare il consumo di energia in un processo di laminazione.

Sfortunatamente, la determinazione esatta del carico rotolante e del consumo di energia è un compito tipico e richiede una buona conoscenza della teoria della plasticità e del calcolo.

Tuttavia, una prima approssimazione del carico rotolante può essere data dalla seguente equazione:

Questa equazione (2) trascura l'attrito nell'interfaccia del rullo e quindi fornisce una stima più bassa del carico rotolante.

Sulla base degli esperimenti, un fattore di moltiplicazione di 1, 2 viene utilizzato nell'equazione modificata, per considerare gli attriti sono:

Inoltre, il consumo di energia nel processo di laminazione non può essere ottenuto facilmente; tuttavia, una stima approssimativa (in considerazione della bassa frizione) è data da:

I vari metodi per ridurre la forza di separazione (F) sono i seguenti:

(a) Diametro del rotolo più piccolo (che riduce l'area di contatto).

(b) Attrito inferiore.

(d) Prendere "angolo di morso" piccolo (riducendo quindi l'area di contatto).

Lubrificazione nel processo di laminazione:

La lubrificazione viene utilizzata nel processo di laminazione per ridurre l'attrito tra i rotoli e il metallo da arrotolare. L'attrito svolge un ruolo molto importante e utile nel processo di laminazione.

In effetti, è responsabile di spostare il lavoro in avanti tra i rotoli e non dovrebbe, quindi, essere eliminato o ridotto al di sotto di un livello appropriato. Questa è una considerazione importante durante la scelta di un lubrificante per un processo di laminazione.

Nel laminare a freddo di acciaio, vengono utilizzati lubrificanti fluidi a bassa viscosità, la paraffina è adatta per materiali non ferrosi come alluminio, rame e sue leghe per evitare la colorazione durante il successivo processo di trattamento termico, mentre la laminazione a caldo viene spesso effettuata senza lubrificanti ma con un flusso di acqua per generare vapore e rompere le scale formate, vengono utilizzati. A volte un'emulsione di grasso grafitato viene impiegata come lubrificante.

Difetti nei prodotti laminati:

Un certo numero di difetti nei prodotti laminati si presentano durante il processo di laminazione. Un particolare difetto è solitamente arrivato con un particolare processo e non si presenta in altri processi.

Di seguito sono riportati alcuni dei difetti comuni dei prodotti laminati:

(i) Edge Cracking:

Il cracking del bordo si verifica generalmente in lingotti laminati, lastre o lastre. Ciò è dovuto alla duttilità limitata del metallo da lavoro o alla deformazione irregolare, specialmente ai bordi.

(ii) pieghe:

Le pieghe sono un difetto che si verifica generalmente nel rotolamento delle lamiere. Questo è causato se la riduzione per passaggio è troppo piccola.

(iii) Alligatoring:

Il coccodrillo è il difetto, di solito si verifica nel rotolamento delle lastre (in particolare alluminio e leghe). In questo difetto, il pezzo di lavoro si divide lungo un piano orizzontale in uscita, con la parte superiore e inferiore. Questo difetto si verifica sempre quando il rapporto tra lo spessore della lastra e la lunghezza del contatto rientra nell'intervallo compreso tra 1, 4 e 1, 65. Fig. 2.15. Mostra il difetto di Alligatoring.