Прокатка, вальцовка и волочение

Прокатка - вид обработки металлов давлением, при котором металл, проходя между вращающимися валками, изменяет форму и размеры. Прокатка - непрерывный процесс, т.е. профиль прокатываемого металла изменяется по всей длине проката (профиль проката - поперечное сечение прокатанного металла).

Вальцовка - это местная прокатка, т.е. прокатка ограниченного участка слитка или другого вида заготовки.

В производстве ювелирных изделий применяется только холодная листовая и профильная прокатка. В условиях ювелирных заводов, фабрик и мастерских используют двухвалковые прокатные вальцы с электрическим и ручным приводом, рассчитанные на сравнительно небольшие заготовки.

Прокатка, вальцовка и волочение это ряд операций, которые подвергают металл различным деформациям.

При деформации металла происходят многочисленные взаимосвязанные процессы изменения структуры и свойств металла. Общие явления деформации - изменение формы отдельных зерен и блока связанных между собой кристаллитов - нагляднее всего можно проследить на примере процесса прокатки.

Упругая деформация. Она характеризуется тем, что образец при растяжении удлиняется в направлении действия силы, а при сжатии укорачивается в направлении приложенной силы; при снятии нагрузки образец принимает свою первоначальную форму. На практике это выглядит следующим образом: во время упругой деформации металлической заготовки наибольшая часть кристаллов подвергается только упругой деформации, но при этом некоторые кристаллиты подвержены и небольшой пластической деформации; наоборот, при отчетливо наблюдаемой пластической деформации всей заготовки только ее отдельные кристаллиты испытывают упругую деформацию.

Пластическая деформация. Каждой пластической деформации предшествует упругая. Но в то время как при упругой деформации после снятия нагрузки изменение формы прекращается, и структура приобретает исходную форму, при пластической деформации изменение формы сохраняется и после прекращения действия нагрузки.

В целях повышения пластичности слитков драгоценных металлов перед прокаткой их подвергают ковке, причем золотые и серебряные сплавы в холодном состоянии, платиновые - в горячем. Небольшие слитки проковывают вручную (молотком на наковальне), а слитки больших размеров - на ковочных прессах. После этого слитки отжигают. На вальцах с ручным приводом вальцуют и прокатывают мелкие заготовки при индивидуальном изготовлении ювелирных изделий.

Вид выходящей заготовки зависит от формы валков. Валки цилиндрические с гладкой поверхностью служат для прокатки листов, слитков в листы (ленты), прутков, проволоки на плоскость (расплющивание).

Валки профильные представляют собой цилиндры с проточками (желобками) разных профилей по окружности валка. Каждая проточка на валке носит название ручей. Каждая пара профильных валков образует систему калибров. Калибром называют просвет, образованный двумя ручьями совмещенных валков. Правила последовательного расположения калибров на валках называют калибровкой валков. В производстве ювелирных украшений нашли применение два вида калибров: квадратный и сегментный. Квадратный калибр образован двумя прямоугольными равнобедренными треугольниками (при совмещении валков). Квадратная калибровка валков обеспечивает прокатку слитков до проволоки нужного сечения. Сегментный калибр образован профильным валком с ручьями овального профиля (разных радиусов) и гладким валком (без ручьев). Сегментная калибровка позволяет получить заготовку для обручальных колец различной ширины и заготовку для деталей других колец.

Слиток прокатывают для уменьшения его толщины и увеличения дли­ны; ширина слитка при этом почти не изменяется. Между вращающимися валками слиток обжимается по высоте и, вследствие трения между валками и поверхностью слитка, продвигается вперед. Эти два основных процесса лежат в основе прокатки.

Подготовка слитка.

При отливке металл получает первоначальную форму, которая в дальнейшем изменяется обработкой давлением для получения листа, проволоки и т.п. Вначале слиток протравливают и тщательным образом удаляют с его поверхности остатки буры и частицы шлака. Затем слиток подвергают интенсивной предварительной ковке. Только после того, как металл хорошо прокован и подготовлен, можно после промежуточного отжига приступить к его прокатке.

Прокатка листов.

Перед прокаткой необходимо тщательно осмотреть валки и проверить, хорошо ли они отполированы, очистить их от грязи и пыли, потому что каждая твердая частица оставляет отпечаток на готовом изделии. Удаление такого отпечатка потребует дополнительной трудоемкой шлифовки. Конец заготовки вдвигают между валками и опускают верхний валок до получения обжатия требуемой величины. Затем толкают заготовку одной рукой в зазор между валками, а другой вращают рукоятку привода до тех пор, пока валки не «захватят» металл. Теперь начинают вращать рукоятку вальцов двумя руками, в полную силу, пропуская всю заготовку сквозь валки и подхватывая ее с другой стороны. При наличии электропривода включают двигатель после установки требуемого зазора между валками и, подталкивая заготовку перпендикулярно к оси валков, выполняют прокатку. Таким образом, заготовку прокатывают вперед и назад.

Направление прокатки (по отношению к оси заготовки) можно менять только после промежуточного отжига, так, например, если необходимо получить квадратную пластину, то слиток сначала прокатывают в продольном направлении, затем отжигают и только после этого прокатывают в направлении, перпендикулярном к предыдущему. При прокатке материала, особенно на ручных вальцах, не следует давать большое обжатие. Это обеспечит меньший износ станка, меньшую затрату усилий, а также плавность процесса прокатки в одном направлении.

Дефекты проката

Вид дефекта	Причина появления	Способы устранения
		о о
Лист заклинился	Неравномерный захват заготовки валками (их середина изношена)	Отжечь и проковать среднюю часть листа, которая находилась под слишком малым давлением. Произвести правку валков
То же	Изменено направление проката без промежуточного отжига	Отжечь и проковать те части листа, которые находились под слишком малым давлением

 

Коробление- листа с одной стороны	Лист прокатан односторонне. Валки изношены с одной стороны, или регулировочные винты затянуты неодинаково	Произвести правку валков. Выровнять положение нажимных винтов
Разрывы листа по краям sd ■.,■	Нецелесообразная форма исходного слитка. Материал находится под нагрузкой выше предела текучести. Материал загрязнен. Образование крупнозернистой структуры из-за перегрева и слишком частого отжига металла	Трещины расширить пилой, отжечь. Переделать форму, слитка. Переплавить загрязненный металл
Разрывы и выкрашивание листа; появление мозаичной сетки трещин	Металл загрязнен вредными примесями, превышен предел текучести, образование крупнозернистой структуры	Переплавить металл или отправить его на аффинаж

Прокатка проволоки.

Принципиально процессы прокатки листового металла и проволоки являются сходными, но в то же время каждый из них имеет и свои особенности. В отличие от прокатки листов, выполняемой между гладкими валками, прокатку проволоки производят в ручьевых валках, снабженных "ручьями", соответствующими по сечению форме профиля прокатываемой проволоки. В то время как при прокатке листового металла на него действует только вертикальное давление, при прокатке проволоки заготовка испытывает и боковое давление. Прокатываемый лист может, хотя и незна­чительно, уширяться в стороны, в то время как при прокатке приволоки такая деформация недопустима. Так же как и перед прокаткой листа, слиток при изготовлении проволоки нужно предварительно ковать и отжигать. Заготовку прокатывают вначале до получения шестигранного профиля и в последующих ручьях доводят ее сечение до квадратного или круглого. При прокатке проволоки нельзя давать большие усилия обжатия. После каждого хода проката проволоку поворачивают на 90° (кантуют) и немного уменьшают расстояние между валками.

Если установить валки слишком близко, то металл выдавливается в виде заусенцев на гранях проволоки. Появления этого дефекта следует опасаться. Если не обращать на него внимания и продолжать прокатку дальше, то после кантовки заусенцы закатываются в металл, не свариваясь с ним, и нарушается профиль проволоки. Поэтому, как только замечены первые признаки появления заусенцев, нужно немедленно прервать процесс- вальцовки, вынуть проволоку и опилить эти заусенцы. Для предотвращения образования новых заусенцев на металле нужно увеличить расстояние между валками. К прокатке в следующем ручье переходят только после полного использования предыдущего.

Вальцовку осуществляют только на вальцах с ручным приводом. Кстати, в ювелирной практике нет резкого разграничения между процессами прокатки и вальцовки, и все операции, производимые на- вальцах с ручным приводом, называют вальцовкой.

Волочение.

Для уменьшения диаметра проволоки ее протягивают через коническое отверстие инструмента, называемого матрицей, или фильером, изготовленного из твердого материала.

Процесс волочения. Обычно исходная заготовка вначале про­катывается в ручьевых прокатных валках. В то время как при прокатке рабочее давление металлу передается валками, которые своим движением передвигают дальше обрабатываемую заготовку, при волочении сама проволока передает усилие деформации, преодолевающее сопротивление металла и прение, возникающие в протяжном конусе фильера. Поэтому здесь сила натяжения может быть только такой величины, которую может выдержать сама проволока.

Особенно ограничена величина рабочего усилия при протягивании тонкой проволоки.

При прохождении через фильер поперечное сечение проволоки уменьшается до площади сечения цилиндрической части протяжного отверстия.

Вследствие контактного трения в деформируемом металле при прохождении фильера образуются такие же конусы текучести, как и при прокатке. Если проволоку протягивают через отверстие волочильной доски, то трением в протяжном конусе удерживаются наружные слои материала, в то время как осевая зона почти не затрагивается, и металл здесь течет интенсивнее в направлении вытяжки проволоки.

Инструменты для волочения. Наиболее распространенным инструментом для волочения проволоки является волочильная доска. Она представляет собой пластину, изготовленную из высококачественной инструментальной стали, в которой на равных расстояниях просверлены волочильные отверстия (глазки), размеры которых последовательно уменьшаются от одного к другому.

Основным видом такого инструмента является волочильная доска с круглыми отверстиями для изготовления круглой проволоки, однако наряду с этим имеются волочильные доски с отверстиями других профилей: квадратного, треугольного, прямоугольного, ножевидного и многочисленных фасонных форм для специальных целей. От состояния глазков волочильной доски зависит качество проволоки. Если стенки отверстия не абсолютно гладкие, то поверхность проволоки будет иметь дефекты: риски, царапины, задиры. Уход за волочильной доской начинается с ее хранения.

Если ее небрежно бросают в ящик вместе с твердыми и мягкими ин­струментами, то она может оказаться серьезно поврежденной.

Всегда целесообразно иметь в ящике специальную подставку, куда можно было бы ее ставить.