Практически углы захвата находятся в следующих пределах: при горячей П. в гладких валках 20—26°, в насеченных — 27—34°; при холодной П. со смазкой — 3—6°.
Усилие на валки при П. определяется как произведение контактной поверхности на среднее удельное усилие Р = F ×pcp (удельное усилие распределено по контактным поверхностям неравномерно: его максимум находится вблизи нейтрального сечения, а по направлению к входу и выходу металла из валков удельное усилие уменьшается). При П. полос прямоугольного сечения контактная поверхность рассчитывается по формуле , где r — радиус валка. При холодной П. полос действительная контактная поверхность больше из-за упругого сжатия валков в местах соприкосновения с прокатываемым металлом. Среднее удельное усилие, называется также нормальным контактным напряжением, зависит от большого числа факторов и может быть выражено формулой pcp = n1 ×n2 ×n3 ×s, где n1 — коэффициент напряжённого состояния металла, зависящий главным образом от отношения длины дуги захвата, т. е. дуги между точками А и В на окружности сечения валка (см. рис. 3 ), к средней толщине прокатываемой полосы и её ширине, от коэффициента трения и от натяжения прокатываемого металла (натяжение широко применяется при холодной П.); n2 — коэффициент, учитывающий влияние скорости П.: n3 — коэффициент, учитывающий влияние величины наклёпа металла; s — предел текучести (сопротивление деформации) обрабатываемого металла при температуре прокатки. Наибольшее значение имеет коэффициент n1 , изменяющийся в зависимости от указанных выше факторов в широких пределах (0,8—8); чем больше силы трения на контактных поверхностях и меньше толщина прокатываемого металла, тем выше этот коэффициент. В практических расчётах принимается при горячей П. n3 = 1, а при холодной n2 = 1. Для углеродистых сталей при горячей П. среднее удельное усилие находится в пределах 100—300 н /м2 (10—30 кгс /мм2 ), при холодной П. 800—1500 н /м2 (80—150 кгс /мм2 ). Равнодействующие усилия на валки при наиболее распространённых условиях П. направлены параллельно линии, соединяющей оси валков, т. е. вертикально (рис. 4 ).
Связь между усилием Р и моментом М, необходимым для вращения каждого валка, определяется формулой М = Р (а + r), где а — плечо силы Р, находящееся в пределах (0,35—0,5), а r — радиус круга трения подшипников валков, равный произведению коэффициента трения подшипника на радиус его цапфы. Усилие на валок при П. стальной проволоки, узких стальных полос составляет около 200—1000 кн (20—100 тс ), а при П. листов шириной 2—2,5 м доходит до 30— 60 Мн (3000—6000 тс ). Момент, необходимый для вращения обоих валков при П. стальной проволоки и мелких сортовых профилей, составляет 40—80 кн ×м (4—8 тс ×м ), а при П. слябов и широких листов достигает 6000—9000 кн×м (600—900 тс ×м ).
О П. различных стальных профилей и профилей из цветных металлов и сплавов см. в ст. Прокатное производство .
Лит.: Целиков А. И., Основы теории прокатки, М., 1965; Смирнов В. С., Теория прокатки, М., 1967; Целиков А. И., Гришков А. И., Теория прокатки, М., 1970; Тетерин П. К., Теория поперечно-винтовой прокатки, М., 1971; Третьяков А. В., Зюзин В. И., Механические свойства металлов и сплавов при обработке давлением, М., 1973; Луговской В. М., Алгоритмы систем автоматизации листовых станов, М., 1974.
А. И. Целиков.
Рис. 1. Схема продольной (а), поперечной (б) и винтовой (в) прокатки: 1 — прокатываемый металл; 2 и 3 — валки.
Рис. 2. Схема винтовой прокатки круглых периодических профилей.
Рис. 4. Направление равнодействующих сил усилия на валки при простом процессе прокатки с учетом влияния трения в подшипниках.
Рис. 3. Схема деформации металла при продольной прокатке.
Прокатное производство
Прока'тное произво'дство, получение путём прокатки из стали и других металлов различных изделий и полуфабрикатов, а также дополнительная обработка их с целью повышения качества (термическая обработка, травление, нанесение покрытий). В промышленных странах прокатке подвергается больше 4 /5 выплавляемой стали. П. п. обычно организуется на металлургических заводах (реже на машиностроительных); как правило, особенно в чёрной металлургии, является завершающим звеном цикла производства (см. Металлургия ; о П. п. как отрасли металлургической промышленности см. в статьях Чёрная металлургия , Цветная металлургия ).
К основным видам проката относятся: полупродукт, или заготовка, листовой и сортовой прокат, катаные трубы, заготовки деталей машин (особые виды проката) — колёса, кольца, оси, свёрла, шары, профили переменного сечения и др. Перечень прокатываемых изделий с указанием размеров называемым сортаментом проката , большая часть которого в СССР стандартизована. Основное количество проката изготовляется из низкоуглеродистой стали, некоторая часть — из легированной стали и стали с повышенным (больше 0,4%) содержанием углерода. Прокат цветных металлов производится главным образом в виде листов, ленты и проволоки; трубы и сортовые профили из цветных металлов изготовляются преимущественно прессованием (см. Прессование металлов ).
Прокатка стали. производство стального проката на современном металлургическом заводе осуществляется двумя способами. При первом исходным материалом служат слитки (отлитые в изложницы), которые перерабатываются в готовый прокат обычно в 2 стадии. Сначала слитки нагревают и прокатывают на обжимных станах в заготовку. После осмотра заготовки и удаления поверхностных дефектов (закатов, трещин и т.п.) производят повторный нагрев и прокатку готовой продукции на специализированных станах. Размеры и форма сечения заготовки зависят от её назначения: для прокатки листового и полосового металла применяют заготовки прямоугольного сечения шириной 400—2500 мм и толщиной 75—600 мм, называемые слябами ; для сортового металла — заготовки квадратного сечения размером примерно от 60´60 см до 400´400 мм , а для цельнокатаных труб — круглого сечения диаметром 80—350 мм .
При втором способе, применяемом с середины 20 в., прокатка исходной заготовки заменяется непрерывным литьём (разливкой) на специальных машинах. После осмотра и удаления дефектов заготовка, как и при первом способе, поступает на станы для прокатки готовой продукции. Благодаря применению непрерывно-литой заготовки упраздняются слябинги и блюминги, повышается качество проката, устраняются потери на обрезку головной части слитка, доходящие у слитков спокойной стали до 15—20%.
Преимущества применения непрерывно-литой заготовки в производстве проката становятся ещё более значительными при совмещении процессов непрерывного литья и прокатки в одном неразрывном потоке. Для этой цели созданы литейно-прокатные агрегаты, в которых слиток на выходе из кристаллизатора не подвергается разрезке, проходит печь, где выравнивается температура по сечению, и затем поступает в валки прокатного стана. Т. о. осуществляется процесс кристаллизации и прокатки бесконечного слитка, т. е. пепрерывное производство проката из жидкого металла. Процесс получил широкое распространение при прокатке цветных металлов; он применяется также для производства стальной заготовки небольших сечений (примерно менее чем 150´150 мм ) повышенного качества. Основная трудность в развитии этого процесса состоит в относительно низкой скорости выхода слитка из кристаллизатора (1—6 м/мин ), что не позволяет в полной мере использовать производственные возможности непрерывного прокатного стана.
Прокатка листового металла производится из катаных или непрерывно-литых слябов и только листов толщиной свыше 50—100 мм — непосредственно из слитков или кованых слябов. В технологический процесс входят следующие основные операции: подача слябов со склада к нагревательным печам; нагрев; подача по рольгангу к рабочей клети стана и прокатка в несколько проходов (пропусков между валками), причём в первые проходы для получения листов требуемой ширины сляб иногда подаётся в валки поперёк или под углом; правка на роликовых правильных машинах; охлаждение на холодильниках; контроль и разметка; обрезка продольных кромок; обрезка концов, разрезка на листы определённой длины; иногда термическая обработка и покраска; отправка на склад готовой продукции.
