Условие захвата металла валками. Для начала процесса прокатки необходимо, чтобы соблюдалось определенное соотношение между толщиной (высотой) исходной заготовки, поступающей в валки, величиной зазора между валками и диаметром валков. Это соотношение устанавливается условием захвата.

Для осуществления захвата металла валками необходимо, чтобы проекция равнодействующей силы R на ось Х была направлена в сторону движения заготовки (рис. 3.26).

Рис. 3.26. Схема сил, характеризующая условие захвата

Заготовки при продольной прокатке

В соответствии со схемой сил, представленной на рис. 3.26, для этого необходимо, чтобы тангенс угла захвата был меньше отношения коэффициента трения M:

(3.63)

Или чтобы угол захвата a был меньше угла трения H:

(3.64)

Однако при этом нежелательно, чтобы угол захвата a был существенно меньше угла трения, так как при этом снижается эффективность прокатки, увеличивается число необходимых проходов, ухудшаются экономические показатели. В связи с этим равнодействующая сил должна быть направлена близко к плоскости, проходящей через оси валков, т. е. почти вертикально.

По производственным данным, максимальный допускаемый угол захвата при прокатке блюмов и сортового металла в калибрах может достигать 30–32о, при горячей прокатке листов на гладких валках – 20–24о, при холодной прокатке тонких листов 3–6о.

Поскольку для участков контакта правее начальной точки касания заготовки и валков приращение силы DR поворачивается против часовой стрелки, стационарный процесс прокатки можно осуществлять при угле захвата примерно вдвое больше, чем при начальных условиях.

Улучшение условий захвата при прокатке обеспечивается: при черновых обжимных операциях прокатки наплавкой сварных валиков для повышения коэффициента трения; применением слитков пирамидальной формы (в виде клина) – для уменьшения углов захвата в начальный момент прокатки; увеличением диаметра валков.

Удельная работа деформации Определяется фактическими значениями предела текучести деформируемого металла и величиной средней интенсивности деформации:

. (3.65)

Влияние деформации на предел текучести при высоких температурах несущественно из-за разупрочнения металла. Это дает основание считать предел текучести примерно одинаковым по всему объему и вынести среднее значение предела текучести за знак интеграла. На фактический предел текучести при горячей прокатке оказывают влияние температура и скорость деформации. Так, например, при изменении скорости деформации углеродистой стали при температуре 1000 °С от 0,1 до 150 1/с предел текучести (см. рис. 3.8) деформируемого металла возрастает от 55 до 170 МПа, т. е. примерно в 3 раза.

Для углеродистых сталей при горячей прокатке предел текучести находится в пределах 100–300 МПа, при холодной прокатке 800–1500 МПа.

При допущениях о постоянстве предела текучести удельная работа деформации может быть вычислена как произведение средних значений предела текучести и интенсивности деформации.

В частности, при = 170 МПа и .

Зная удельную работу деформации, легко определить эффективную мощность прокатки:

. (3.66)

При , h1=0,1М, .

При прокатке изделий меньшего сечения (прутков, проволоки) применяются более высокие скорости прокатки (до 30 М/с). Из-за трудностей создания электроприводов столь большой мощности в некоторых конструкциях прокатных станов на каждый валок предусматривают индивидуальный электродвигатель.

При диаметре валков D=0,6 М частота вращения валков равна:

(3.67)

Крутящий момент на одном валке:

. (3.68)

Равнодействующие усилия на валки при наиболее распространённых условиях прокатки направлены почти параллельно линии, соединяющей оси валков, т. е. вертикально (рис. 3.27).

Сила трения F, условно приложенная в середине дуги контакта, может быть определена по формуле

. (3.69)

Рис. 3.27. Схема сил, действующих на валки при прокатке

Соответственно, равнодействующая сила Р, действующая на валок при a=30° будет равна:

(3.70)

Усилие на валок при прокатке стальной проволоки, узких стальных полос составляет около 200–1000 КН, а при прокатке листов шириной 2–2,5 М доходит до 30–60 МН. Момент, необходимый для вращения обоих валков при прокатке стальной проволоки и мелких сортовых профилей, составляет 40–80 кНм , а при прокатке слябов и широких листов достигает 6000–9000 КНм .

При холодной прокатке на предел текучести влияет деформация: с увеличением интенсивности деформации металл получает большее упрочнение. В этом случае допущение о постоянстве предела текучести для всей деформируемой области может привести к существенным ошибкам.