Кіріспе
Металл өңдеу процесінде металл иысы бір немесе бірнеше жұмырлау роликтер арқылы өткізіледі, осы арқылы оның қалыңдығы кемітіледі, қалыңдығы біркелкіленеді және/немесе қажетті механикалық қасиеттер беріледі. Бұл процесс қамырды жұмырлауға ұқсас. Жұмырлау процесі металлдың температурасына қарай жіктеледі. Егер металл температурасы оның қайта кристалдану температурасынан жоғары болса, онда бұл ыстық жұмырлау деп аталады. Егер металл температурасы қайта кристалдану температурасынан төмен болса, онда бұл суық жұмырлау деп аталады. Қолданылуы бойынша, ыстық жұмырлау процесі кез келген басқа өндіріс процесінен көбірек тоннаж өңдейді, ал суық жұмырлау барлық суық өңдеу процестерінен ең көп тоннаж өңдейді. Роликтерді ұстайтын роликтер тұғындары металл, әдетте болат, құрылымдық болат (I-төбелер, бұрыштық профильдер, арналық профильдер), таяқшалар және рельстер сияқты өнімдерді жылдам өңдеуге мүмкіндік беретін жұмырлау стансаларында топтастырылады. Көптеген болат зауыттарында жартылай дайын құйма өнімдерін дайын өнімдерге айналдыратын жұмырлау бөлімшелері бар. Дөңгелек жұмырлау, роликтерді иіру, роликтерді қалыптау, профильді жұмырлау және бақыланатын жұмырлау сияқты көптеген жұмырлау процестері бар.
In metalworking, rolling is a metal forming process in which metal stock is passed through one or more pairs of rolls to reduce the thickness, to make the thickness uniform, and/or to impart a desired mechanical property. The concept is similar to the rolling of dough. Rolling is classified according to the temperature of the metal rolled. If the temperature of the metal is above its recrystallization temperature, then the process is known as hot rolling. If the temperature of the metal is below its recrystallization temperature, the process is known as cold rolling. In terms of usage, hot rolling processes more tonnage than any other manufacturing process, and cold rolling processes the most tonnage out of all cold working processes. Roll stands holding pairs of rolls are grouped together into rolling mills that can quickly process metal, typically steel, into products such as structural steel (I beams, angle stock, channel stock), bar stock, and rails. Most steel mills have rolling mill divisions that convert the semi finished casting products into finished products. There are many types of rolling processes, including ring rolling, roll bending, roll forming, profile rolling, and controlled rolling.
Темір және болат
Ең алғашқы сырғанау тетіктері, қарапайым түрімен, бірақ осы негізгі принциптер б.з.д. 600 жылдарға дейін Таяу Шығыста және Оңтүстік Азияда кездескен. Еуропадағы сырғанау тетігінің ойлап табылуын Леонардо да Винчидің суреттеріне байланыстыруға болады. Ең алғашқы сырғанау тетіктері – 1590 жылы қазіргі Бельгиядан Англияға әкелінген кесу тетіктері болды. Бұл тетіктер арқылы темірден жалпақ тақталар жасалып, содан кейін олар жолақты дөңгелектердің (кесу тетіктері) арасынан өтіп, темір таяқшаларға айналдырылатын. 1670 жыл шамасында қалайы табақтарды жасау үшін темірді сырғанату бойынша алғашқы тәжірибелер жүргізілді. 1697 жылы майор Джон Ханбери Понтипулда "Понтипул тақталарын" – қара темір тақталарын жасау үшін тетік орнатты. Кейіннен бұл тақталар қайта оралып, қалайымен қапталып, қалайы табақтарға айналдырылатын. Еуропадағы темір тақталардың алғашқы өндірісі доңғалақ тетіктерде емес, ұстаханаларда жүргізілген. Кесу тетігі 1679 жылға қарай екі патент бойынша (бочкалар үшін) және жартылай дөңгелек немесе басқа қималы темір жасауға бейімделді. Сырғанау тетіктер туралы алғашқы әдебиеттердің бірін швед инженері Кристофер Полхемнің 1761 жылғы "Patriotista Testamente" еңбегінен табуға болады, онда ол тақталық және таяқшалық темірге арналған сырғанау тетіктерді атап көрсетеді. Сондай-ақ, сырғанау тетігі бір уақытта 10-20 немесе одан да көп таяқшаларды өндіре алатындықтан, уақытты және еңбекті үнемдеуге көмектеседі деп түсіндіреді. 1759 жылы Англияның Томас Блокли металдарды жылтырату және сырғанату үшін патент алды. 1766 жылы Англияның Ричард Форд алғашқы тандемді тетікке патент алды. Тандемді тетік – металл бірден-бір тіреуде сырғанатылатын тетік; Фордтың тандемді тетігі сым таяқшаларын ыстық сырғанатуға арналған.
Басқа металдар
Қорғасынды істеуге арналған торықтар XVII ғасырдың соңында болған сияқты. Мыс пен латунь да XVIII ғасырдың соңында торықталған.
Қазіргі заманғы доңғалату
XVIII ғасырдың ортасына дейін орамдар су доңғалақтарымен қоздырылған. Бу машинасының алғашқы тіркелген қолданылуы – Джон Уилкинсонның Брэдли зауытында, 1786 жылы Болтон мен Уатт машинасының кесу және орамды станкаға қосылуы. Бу машиналарының қолданылуы зауыттардың өндірістік мүмкіндіктерін едәуір арттырды, бірақ 1900 жылдан кейін бұл қуат түрі электр моторларымен ығыстырылды. Қазіргі орамдау тәжірибесі Англияның Гэмпшир графтығындағы Фархэм қаласының жанындағы Фунтли темір зауытының иесі Генри Корттың пионерлік еңбегіне байланысты. 1783 жылы Генри Корт темір таяқшаларын орамдау үшін жоғары ойысты роликтерді қолданғаны үшін патент алды. Бұл жаңа конструкциямен зауыттар балғамен салыстырғанда күніне 15 есе көп өнім шығара алды. Корт ойысты роликтерді алғаш қолданған адам болмаса да, ол сол кездегі темір өндіру және пішіндеу процестерінің ең жақсы ерекшеліктерін біріктірген алғашқы адам болды. Сондықтан қазіргі жазушылар оны «қазіргі орамдаудың әкесі» деп атады. Алғашқы рельс орамды зауыты 1820 жылы Англияның Нортумберленд графтығындағы Бедлингтон темір зауытында Джон Биркеншоумен құрылды, онда ол 15-18 фут ұзындықтағы балық қабырғалы ұнтақ темір рельстерін өндірді. Ыстық орамды металдардың механикалық қасиеттері немесе деформациядан туындаған қалдық кернеулерде бағыттылығы аз болады. Алайда, кейбір жағдайларда металл емес қоспалар белгілі бір бағыттылық береді және жұмыс дайындамаларының қалыңдығы аз болса, олардың бағыттылық қасиеттері болуы мүмкін. Біркелкі емес салқындату көптеген қалдық кернеулерді тудырады, бұл әдетте I-нысандар сияқты біркелкі емес көлденең қимасы бар нысандарда болады. Аяқталған өнімнің сапасы жақсы болғанымен, беті жоғары температурада түзілетін оксид – орам қабығымен жабылады. Ол әдетте тазарту немесе тегіс таза бет (SCS) процесі арқылы алынады, бұл тегіс бетті ашады. Ыстық орамды жұмсақ болат суық орамды болатқа қарағанда көміртегінің мөлшеріне төзімдірек болып келеді, сондықтан оны ұстау шеберге қиын. Ыстық орамдау негізінен металл парақтарын немесе рельс жолдары сияқты қарапайым көлденең қималарды өндіру үшін қолданылады.
form of power was displaced by electric motors soon after 1900. Modern rolling practice can be attributed to the pioneering efforts of Henry Cort of Funtley Iron Mills, near Fareham in Hampshire, England. In 1783, a patent number was issued to Henry Cort for his use of grooved rolls for rolling iron bars. With this new design, mills were able to produce 15 times more output per day than with a hammer. Although Cort was not the first to use grooved rolls, he was the first to combine the use of many of the best features of various ironmaking and shaping processes known at the time. Thus modern writers have called him "father of modern rolling". The first rail rolling mill was established by John Birkenshaw at Bedlington Ironworks in Northumberland, England, in 1820, where he produced fish bellied wrought iron rails in lengths of 15 to 18 feet. Hot rolled metals generally have little directionality in their mechanical properties or deformation induced residual stresses. However, in certain instances non metallic inclusions will impart some directionality and workpieces less than thick often have some directional properties. Non uniform cooling will induce a lot of residual stresses, which usually occurs in shapes that have a non uniform cross section, such as I beams. While the finished product is of good quality, the surface is covered in mill scale, which is an oxide that forms at high temperatures. It is usually removed via pickling or the smooth clean surface (SCS) process, which reveals a smooth surface. Hot rolled mild steel seems to have a wider tolerance for the level of included carbon than does cold rolled steel, and is, therefore, more difficult for a blacksmith to use. Hot rolling is used mainly to produce sheet metal or simple cross sections, such as rail tracks.
Қалыпты прокат конструкциясы
Таңбалау машиналары көбінесе бастапқы, аралық және аяқтау таңбалау қалыптарына бөлінеді. Пішіндеу кезінде, әдетте 100-140 мм аралығында диаметрі бар дөңгелек немесе шаршы келген бастапқы тікелей сым үздіксіз деформацияланып, кіші көлденең қима өлшемдері мен геометриясы бар белгілі бір дайын өнімге айналады. Белгілі бір бастапқы сымнан бастап, нақты соңғы өнімді өндіру үшін әртүрлі реттіліктер қолданылуы мүмкін. Дегенмен, әрбір таңбалау машинасының құны өте жоғары (2 миллион еуроға дейін), сондықтан таңбалау өтетілінің санын азайту әдеттегі талап болып табылады. Эмпирикалық білімді пайдалану, сандық модельдерді қолдану және жасанды интеллект әдістері сияқты әртүрлі тәсілдерге қол жеткізілді. Ламбиазе және авторлар тобы дөңгелек-жазық өтетін қалыпта ақталған тағанның соңғы пішінін болжау үшін шекті элементтер моделін (ШЭМ) растады. Таңбалау машиналарын жобалау кезіндегі басты мәселелердің бірі – өтетілдер санын азайту. Мұндай талаптарға мүмкін болатын шешім – бұл тіліп таңбалау, сонымен қатар бөліп таңбалау деп те аталады, ол кіріс сымды екі немесе одан көп бөлікке бөледі, осылайша Ламбиазе мәлімдегендей, әр өтетілде көлденең қиманың азайту коэффициентін арттырады. Таңбалау машиналарында өтетілдер санын азайтудың тағы бір жолы – Ламбиазе және Лангелла ұсынғандай, таңбалау қалыптарын автоматтандырылған жобалау жүйелерін қолдану. Кейіннен Ламбиазе жасанды интеллект негізінде автоматтандырылған жүйені, генетикалық алгоритмдерге негізделген қорытынды шығару механизмін, параметрлік шекті элементтер моделімен оқытылған жасанды нейрондық желіге негізделген білім базасын және таңбалау машиналарын оңтайландыру және автоматты түрде жобалау үшін интеграцияланған жүйені әзірледі.
Салқын төгілу
Салқын прокаттау металлдың қайта кристалдану температурасынан төмен температурада (әдетте бөлме температурасында) жүзеге асады, бұл деформация арқылы күштілігін 20%-ға дейін арттырады. Сондай-ақ, ол беттік өңдеуді жақсартады және жолдарықтықты (допустің) арттырады. Көбінесе салқын прокатталған өнімдерге парақтар, жолақтар, таяқшалар және сырықтар жатады; бұл өнімдер әдетте ыстық прокатталған өнімдерге қарағанда кішірек болады. Жұмыс дайындамаларының кіші өлшемдері және ыстық прокатталған материалдармен салыстырғанда жоғары күштілігіне байланысты, төрт тісті немесе кластерлі стан қолданылады.
Роллмен пішіндеу
Рольді пішіндеу, рольді иілу немесе пластинаны иіру – бұл үздіксіз иілу операциясы, онда металл жолағы (әдетте оралған болат) бір-бірінен кейін орналасқан рольдер немесе тіреулер жиынтығынан өтеді, әрқайсысы иілудің тек бір бөлігін орындайды, тікбұрышты қиманың қажетті пішіні алынғанға дейін. Рольді пішіндеу ұзын немесе көп мөлшердегі бөлшектерді жасауға өте ыңғайлы. Негізгі үш процесс бар: 4 рольді, 3 рольді және 2 рольді, олардың әрқайсысы шығарылатын пластинаның талаптарына қарай әртүрлі артықшылықтарға ие.
Жазықтан жасалған
Жазық прокатка – ең қарапайым прокатка түрі, онда бастапқы және аяқтағы материалдың қимасы тіктөртбұрышты болады. Материал екі ролик арасына жіберіледі, олар жұмыс роликтері деп аталады және қарама-қарсы бағытта айналады. Екі ролик арасындағы аралық бастапқы материалдың қалыңдығынан кем, бұл оның деформациялануына себеп болады. Материалдың қалыңдығының азаюы материалдың ұзаратылуына әкеледі. Материал мен роликтер арасындағы үйкеліс материалдың итеріліп өтуіне себеп болады. Бір өткелдегі деформацияның мөлшері роликтер арасындағы үйкеліспен шектеледі; егер қалыңдық өте үлкен болса, роликтер материалдың үстінен сығалап өтеді және оны тартпайды. Алюминий фольгасы – пакеттік прокатка арқылы ең көп өндірілетін өнім. Бұл екі түрлі беттік өңдеуден көрінеді; жылтыр жағы ролик жағында, ал күңгірт жағы – фольганың екінші қабатына жанасады.
Сақиналы доңғалақтау
Сақиналық вальстеу – бұл сақинаның диаметрін ұлғайтатын ыстық вальстеудің арнайы түрі. Бастапқы материал қалың қабырғалы сақина болып табылады. Бұл дайындама екі ролик арасына орналастырылады: ішкі бос жүретін ролик және сырттан сақинаны қысыммен ұстайтын жетекші ролик. Вальстеу процесінде диаметр ұлғайған сайын қабырға қалыңдығы азаяды. Роликтер әртүрлі көлденең қима пішіндерін жасау үшін бейімделген болуы мүмкін. Соның нәтижесінде алынған дән құрылымы шеңберлі болады, бұл жақсы механикалық қасиеттерге ие болуға мүмкіндік береді. Диаметрлері 5 метрден аспайды, ал беткей биіктігі де солай. Көбінесе теміржол доңғалақтары, подшипниктер, тісті дөңгелектер, ракеталар, турбиналар, ұшақтар, құбырлар және қысымға төзімді ыдыстар сияқты салаларда қолданылады.
Конфигурациялар
Диірмендер әртүрлі конфигурацияларда жасалады, ең қарапайымы – екі жоғары, кері бұрылмастан жұмыс істейтін диірмен, яғни тек бір бағытта ғана айналатын екі ролик бар. Екі жоғары, кері айналатын диірменде роликтер екі бағытта да айналуға қабілетті, бірақ кемшілігі – әрбір өтеу арасында роликтерді тоқтатып, кері айналдырып, содан кейін қайтадан жұмыс жылдамдығына жеткізу қажет. Бұл мәселені шешу үшін үш жоғары диірмен ойлап табылды, ол бір бағытта айналатын үш роликті пайдаланады; металл екі ролик арқылы өтеді, содан кейін екінші жұп арқылы кері қайтарылады. Бұл жүйенің кемшілігі – өңделетін детальды көтеру және түсіру үшін лифт қажет. Бұл диірмендердің барлығы көбінесе бастапқы прокаттау үшін қолданылады, ал роликтерінің диаметрі blooming, cogging және slabbing диірмендерінде, дайын рельстерді, пішіндерді немесе пластиналарды дайындауға арналған диірмендерде әртүрлі болады. Егер кері айналатын болса, олардың диаметрі 34-тен 48 дюймға дейін, ал үш жоғары болса, 28-ден 42 дюймға дейін жетеді. Билеттік диірмендер, үш жоғары, диаметрі 24-тен 32 дюймға дейін, бұталарды 1,5x1,5 дюймдік билеттерге дейін азайту үшін қолданылады, бұл таяқша және арқан дайындауға арналған диірмендер. Арқалық диірмендері, үш жоғары, диаметрі 28-ден 36 дюймға дейін, ауыр арқалықтар мен 12 дюймнан асатын арналарды өндіру үшін. Диаметрі 26 дюймнан 40 дюймға дейінгі роликтері бар рельс диірмендері. Пішін диірмендері, диаметрі 20 дюймнан 26 дюймға дейін, кішігірім арқалықтар мен арналар және басқа да құрылымдық пішіндерді жасау үшін. Саудалық арқан диірмендері, диаметрі 16-дан 20 дюймға дейін. Шағын саудалық арқан диірмендері, диаметрі 8-ден 16 дюймға дейінгі бітіру роликтерімен, әдетте үлкен өлшемді роликтері бар. Таяқша және сым диірмендері, диаметрі 8-ден 12 дюймға дейінгі бітіру роликтерімен, әрқашан үлкен өлшемді роликтерімен бірге орналастырылады. Арқан және мақта байламдарын жасауға арналған диірмендер, шағын саудалық арқан диірмендеріне ұқсас. Зәрлі пластина диірмендері, диаметрі 44-тен 50 дюймға дейін, корпусы 140-тан 180 дюймға дейін. Диаметрі 28 дюймнан 44 дюймға дейінгі роликтері бар пластина диірмендері. Диаметрі 20-дан 32 дюймға дейінгі роликтері бар пластина фабрикалары. Тік және көлденең роликтер жүйесі арқылы шаршы жиекті немесе сонымен аталатын әмбебап пластиналарды және әртүрлі кең флангалы пішіндерді өндіруге арналған әмбебап диірмендер.
Blooming, cogging and slabbing mills, being the preparatory mills to rolling finished rails, shapes or plates, respectively. If reversing, they are from 34 to 48 inches in diameter, and if three high, from 28 to 42 inches in diameter. Billet mills, three high, rolls from 24 to 32 inches in diameter, used for the further reduction of blooms down to 1.5x1.5 inch billets, being the nubpreparatory mills for the bar and rod
Beam mills, three high, rolls from 28 to 36 inches in diameter, for the production of heavy beams and channels 12 inches and over. Rail mills with rolls from 26 to 40 inches in diameter. Shape mills with rolls from 20 to 26 inches in diameter, for smaller sizes of beams and channels and other structural shapes. Merchant bar mills with rolls from 16 to 20 inches in diameter. Small merchant bar mills with finishing rolls from 8 to 16 inches in diameter, generally arranged with a larger size roughing stand. Rod and wire mills with finishing rolls from 8 to 12 inches in diameter, always arranged with larger size roughing stands. Hoop and cotton tie mills, similar to small merchant bar mills. Armour plate mills with rolls from 44 to 50 inches in diameter and 140 to 180 inch body. Plate mills with rolls from 28 to 44 inches in diameter. Sheet mills with rolls from 20 to 32 inches in diameter. Universal mills for the production of square edged or so called universal plates and various wide flanged shapes by a system of vertical and horizontal rolls.
Тандемді диірмен
Тандемді диірмен – бұл қазіргі заманғы доңғалақты диірменнің ерекше түрі, онда доңғалақтау бір ретте жасалады. Дәстүрлі диірменде доңғалақтау бірнеше рет жүргізіледі, бірақ тандемді диірменде бірнеше стенд (>=2 стенд) болады және кемулер тізбектей жүзеге асырылады. Стендтер саны 2-ден 18-ге дейін жетеді. Тандемді диірмендер ыстық немесе суық доңғалақтау диірмендері болуы мүмкін. Суық доңғалақтау диірмендері үздіксіз немесе партиялық өңдеуге бөлінеді. Ұздіксіз диірменде жолақты мұнарада баяу айналдыруға мүмкіндік беретін бұрандалы мұнарасы бар, ал жолақты дәнекерлеуші ағымдағы катушканың соңғы бөлігін келесі катушканың басына қосады. Диірменнің шығу бөлігінде әдетте ұшқыш кескіш (жолақты дәнекерлеуден немесе оның жанынан кесу үшін) және одан кейін екі катушкалау машинасы орналасқан; біреуі босатылып жатса, екіншісі ағымдағы катушканы орайды. Бұрандалы мұнаралар басқа да жерлерде қолданылады; мысалы, үздіксіз қыздыру желілері, үздіксіз электролиттік қаптау және үздіксіз мырышпен қаптау желілері.
Ұзындығы бойынша қалыңдығы өзгерісі
Қызу домалау кезінде, егер дайындаманың температурасы біркелкі болмаса, материал ағыны жылы бөліктерде қарқындырақ, ал салқын бөліктерде баяурақ болады. Егер температура айырмасы жеткілікті үлкен болса, жарықтар мен айырылулар пайда болуы мүмкін.
Профиль
Профильді қалыңдығы мен қиғаштық өлшемдері құрайды. Қалыңдық – бұл жұмыс дайындамасының жиектеріндегі орташа қалыңдығымен салыстырғандағы орталық бөлігінің қалыңдығы. Қиғаштық – бір жиектің екінші жиекке қарағанда қалыңдығының айырмасы. Екеуі де абсолютті немесе салыстырмалы өлшемдер түрінде берілуі мүмкін. Мысалы, 2 мил қалыңдық болуы мүмкін (дайындаманың ортасы жиектерден 2 мил қалың), немесе 2% қиғаштық болуы мүмкін (дайындаманың ортасы жиектерден 2% қалың). Дайындамада белгілі бір қалыңдық болуы қажет, себебі бұл дайындаманың тігізгіштің ортасына қарай тартылуына себеп болады, соның салдарынан ол жоғары тұрақтылықпен жұмыс істейді.
Жазық
Роликтер арасындағы біркелкі аралықты сақтау қиын, өйткені жұмыс дайындамасын деформациялауға қажетті жүктемеден роликтер иіледі. Иілу салдарынан жұмыс дайындамасы шеттерінде жұқарып, ортасы қалың болады. Бұл мәселені тәжді ролик (параболалық тәж) қолдану арқылы шешуге болады, бірақ тәжді ролик тек бір жағдайды – материалды, температураны және деформация деңгейін ғана толықтыра алады. Жамбас – Бұл ақау металға дәнекерленбеген бұрыш немесе қанатты бүктеу арқылы және орау кезінде пайда болады. Олар метал бетінде тігіс сияқты көрінеді. Механикалық қиылыс – Бұл қауырсын тәрізді жамбас түрінде пайда болатын ақаулар. Жыныс қабығы – Бұл металға оралған кезде пайда болатын ақау. Қабықшалар – Бұл метал бетіне оралған бос металдың ұзын жапсырмалары. Тігістер – Бұл металдың ұзындығы бойымен жүретін ашық, үзілген сызықтар, олардың пайда болуына металл қабығының болуы және дөңгелектеу станының өңдеу бетінің нашар болуы себеп болады. Жіңішке жарықтар – Беткі қабаттың айқын жарылулары.
Жер бетіндегі ақауларды жою
Көптеген беткі ақауларды жартылай дайын прокат өнімдерінің бетінен келесі прокаттаудан бұрын жоюға болады. Шапан жасау әдістеріне мыналар жатады: 18 және 19 ғасырларда қолмен шапқымен кесу; пневматикалық кескіштермен және ұнтақтағыштармен механикалық кесу және ұнтақтау; оттықпен (окси-газ) күйдіру, онда газ қысымы отпен балқыған металл немесе шлакты сыйырғызады; және лазерлік шапан жасау.