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.

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.

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.

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.