В большинстве случаев прокатка металла заключается в подаче листового металла через прокатный стан при комнатной или экстремально высокой температуре.
Температура и параметры процесса зависят как от типа металла, так и от желаемого конечного продукта.
Благодаря различным типам процессов прокатки, с помощью металлообработки могут производиться различные типы изделий, в соответствии с точными спецификациями.
Процесс прокатки металла начинается с листового металла или рулона металла. Материал подается в ряд машин с большими роликами – прокатных станов, при этом машины сжимают металл, чтобы изменить его толщину или форму.
В зависимости от типа используемого материала также изменяются его механические свойства и такие параметры, как ковкость, пластичность и твердость.
Существует два основных типа процессов прокатки:
Холодная прокатка, которая выполняется при комнатной температуре и, следовательно, ниже температуры рекристаллизации металла.
Горячая прокатка, при которой металл перед прокаткой нагревается выше температуры рекристаллизации.
Помимо этого, между двумя процессами есть несколько других различий. Вот саамы основные:
Холодная прокатка упрочняет металл. Она увеличивает прочность материала на растяжение и обеспечивает идеальное кочество поверхности. Однако она также может привести к тому, что материал станет хрупким и потеряет пластичность.
Горячая прокатка обеспечивает большую формуемость и пластическую деформацию, поскольку металл нагревается до температуры, которая делает его гибким. Благодаря высокой температуре заготовка не содержит внутренних напряжений, которые могут привести к поломке.
Благодаря эффективности и универсальности процесса прокатки возможности его применения практически безграничны. Например, прецизионный холоднокатаный металл имеет множество применений: от таких отраслей, как медицина, аэрокосмическая промышленность, автомобилестроение, нефтегазовая промышленность, до энергетики и электроники.
Существует множество причин, по которым так много отраслей промышленности используют прокатный металл. Во-первых, поскольку процесс прокатки быстр и точен, он эффективен как с точки зрения производительности, так и с точки зрения затрат.
Непрерывный прокатный стан может работать на высокой скорости прокатки без остановок, а передовые программы САПР управляют машинами для прокатки и резки точных размеров без отходов или брака.
С рулонным материалом станки могут снимать металл и напрямую подавать его в обработку, обеспечивая массовость производства, снижая себестоимость за единицу продукции.
Во-вторых, универсальность. Прокатные станы не просто изменяют толщину материала — они также обеспечивают любые индивидуальные требования к изгибу и точную пластическую деформацию каждого продукта. Это идеально подходит для производства листового металла, U-образного профиля, C-образного профиля и других конечных продуктов.
Несмотря на огромное разнообразие применений, процесс прокатки можно применять не к любому материалу. Твердые или хрупкие металлы, такие как чугун, не поддаются формовке и прокатке, а металлы с плохой пластичностью или ковкостью, такие как цинк, не подходят для любых процессов обработки металлов давлением. Чтобы получить желаемый конечный продукт, крайне важно выбрать правильный материал для процесса прокатки.
Рулоны и листовой металл, состоящий из различных марок стали или металлов, можно прокатывать, но важно выбрать правильный процесс для каждого материала. Например, такие металлы, как титан, алюминий и некоторые никелевые сплавы, хорошо подходят для процесса холодной прокатки, а легированная сталь – категорически неприемлема.
Для прокатки материал должен быть пластичным и податливым. Мягкие металлы, такие как алюминий и медь, идеальны в прокатке, поскольку легко сгибаются и принимают нужную форму. Растяжимость, текучесть и удлинение являются желательными качествами проката, поскольку для достижения окончательной желаемой формы часто требуется пластическая деформация.
Кроме того, большинство прокатанных материалов обладают высокой прочностью на разрыв, поэтому они не разрушаются под давлением стана горячей или холодной прокатки. Поэтому выбор машин, используемые в процессе прокатки, определяется используемым материалом.
Возможности прокатки металла не ограничиваются типом оборудования — существуют также различные технологические процессы прокатки. Вот некоторые из наиболее распространенных:
Плоская прокатка является наиболее простой формой прокатки. Здесь материал подается между двумя валками, которые вращаются в противоположных направлениях.
Профильная прокатка, разновидность холодной прокатки, не предполагает изменения толщины материала, но может использоваться для получения различных форм.
Накатка резьбы — это, по сути, холодная прокатка, при которой на ролики машины устанавливаются резьбовые матрицы для изготовления винтов и болтов.
Прокатка колец увеличивает диаметр металлического кольца при высоких температурах.
Прокалывание заготовок — это немного другой процесс. Здесь цилиндрическая металлическая заготовка подается в пресс, где её центр выдавливается, получая оболочку производства бесшовных труб и трубок.
Валковая прокатка изменяет форму нагретых металлических прутков или пластин за счет уменьшения площади поперечного сечения нагретого металла.
Поперечное прокатывание образует сферические металлические шарики, похожие на те, которые используются в шарикоподшипниках.
Вальцовочная гибка, при которой листовому металлу или пластинам придается форма цилиндров.
Скорость, эффективность и низкая стоимость — три основных преимущества процесса прокатки. Металлические детали производятся быстро, без лишних перерывов и брака, это помогает снизить общие затраты производителя.
А поскольку каждый профилегибочный станок можно запрограммировать на производство изделий любого размера и формы, это очень универсальный процесс, позволяющий получать точные металлические детали.
Кроме того, процесс прокатки дает конечные продукты, которые прочнее металла, не пропущенного через машины. Прокатные станы могут выпускать более завершенные продукты, чем другие машины, благодаря своей способности выполнять отделку поверхности.
Отделка может быть фрезерованной, отожженной, матовой, блестящей или цветной — в зависимости от потребностей конечного потребителя.
Несмотря на множество преимуществ, процесс прокатки имеет ряд ограничений. Например, некоторые методы прокатки дают неочищенную поверхность, требующую дополнительной обработки. В частности, поперечно-клиновая прокатка требует визуального контроля для обеспечения качества.
Еще одна проблема связана с примесями или дефектами. Некоторые материалы содержат грязь или ржавчину, что может привести к ухудшению качества конечного продукта.
Любые трещины или коробление на заготовке из листового металла, попадающего в машину, будут усугубляться в процессе прокатки, что потенциально может привести к напрасной трате времени и материалов.
При обработке на высоких скоростях, необходимо добавление смазки, что может повлиять на качество поверхности, поэтому, если затем потребуется особая ее отделка, возможно, придется производить продукт, используя альтернативу процессам прокатки.