1. Technologie objemového tváření – válcování

    2. 2.1. Princip a metody válcování
     2.2. Tvar a geometrie válců, válcovací tratě
     2.3. Výroba polotovarů válcováním

      2.3.1. Válcování drátů
      2.3.2. Válcování plechů
      2.3.3. Válcování profilů
      2.3.4. Válcování trubek
      2.3.5. Válcování kotoučů a kroužků
    2.4. Speciální způsoby válcování
      2.4.1. Příčné klínové válcování
      2.4.2. Válcování kuličkových polotovarů
      2.4.3. Válcování závitů
      2.4.4. Válcování na kovacích válcích
      2.4.5. Válcování metodou Slick-Mill

2. Technologie objemového tváření - válcování

   Technologie objemového tváření se týká tváření, při němž je trojosá napjatost. Jako polotovar se používá přístřih tyče, sochoru, apod. Dále uvedené technologie mohou teoreticky probíhat při libovolných teplotách, tedy za studena, za tepla a za poloohřevu.

2.1. Princip a metody válcování

    Ztuhlé ocelové ingoty o hmotnosti kolem 10 t se prohřívají v hlubinných pecích na teplotu tváření kolem 1100 oC a válcují se na předvalky. Z těch se pak vyrábějí válcováním konečné výrobky – vývalky (tyče, kolejnice, plechy, pásy, trubky, apod.).

   Válcováním rozumíme kontinuální proces, při kterém se tvářený materiál deformuje mezi otáčejícími se pracovními válci za podmínek převažujícího všestranného tlaku. Válcovaný materiál se mezi válci deformuje, výška se snižuje, materiál se prodlužuje a současně rozšiřuje a mění se i rychlost, kterou válcovaný materiál z válcovací stolice vystupuje. Mezera mezi pracovními válci je menší, než vstupní rozměr materiálu. Válcování se provádí hlavně za tepla, ale i za studena. Výsledkem procesu je vývalek. Podle směru, kterým válcovaný materiál prochází pracovními válci, podle uložení os válců vzhledem k válcovanému materiálu a podle průběhu deformace válcování dělíme na podélné, příčné a kosé.


Princip podélného (vlevo), příčného (uprostřed) a kosého (vpravo) válcování (1, 2 – válce, 3 – materiál)

  U podélného válcování se materiál tváří ve směru podélném a tímto způsobem se vyrábějí tyče, kolejnice, tj. dlouhé polotovary. Příčným válcováním se redukuje radiální průřez a tento způsob se používá např. pro osazené hřídele. U kosého válcování jsou mimoběžné osy a takto se vyrábějí např. trubky.

  Při podélném válcování neprobíhá plastická deformace současně v celém objemu, ale pouze v relativně malé části, omezené body AA´a BB´. Největší rozměrová změna, deformace, je ve směru tloušťky a menší rozměrové změny jsou ve směru délky a šířky při zachování platnosti zákona o zachování objemu. Napěťový stav závisí hlavně na tření a deformace s sebou nese i změnu rychlostí materiálu vývalku na výstupu.

  Proces válcování je umožněn jen v důsledku tření mezi pracovními válci a válcovaným materiálem. Koeficient tření f je závislý na kvalitě povrchu válců, tedy na stykových plochách a také na měrném tlaku, tedy na charakteru prokluzu. Součinitel tření a měrný tlak způsobují vznik dvou sil v místě válcování, a to normálové a tečné síly. Limitní podmínkou válcování, která vychází ze silového působení normálových a třecích sil v místě válcování je, že součinitel tření musí být vyšší (nebo minimálně roven) než polovina úhlu záběru, tedy f > tg ao /2 .


Deformace během válcování

  Koeficient tření se během válcování mění, a to hlavně mezi začátkem válcování a mezi ustáleným válcováním. Při válcování za tepla se součinitel tření výrazně mění se změnou chemického složení kovu (oceli s vyšším obsahem uhlíku mají nižší součinitel tření) a zpětně, každé oceli přísluší maximální součinitel tření pro dané podmínky a teplotu. Při vysokých teplotách ovlivňuje součinitel tření vznik okují, součinitel tření klesá. Při malých rychlostech se součinitel tření mění jen nepatrně, potom nastává výrazný pokles a při vyšších rychlostech je součinitel tření v podstatě stálý. 

  Úběr (změna z původní tloušťky před válcováním na tloušťku po válcování) a tím i produktivita procesu může být tím větší, čím budou válce menšího průměru a čím více budou drsnější. Součinitel tření se snižuje se stoupající tvrdostí povrchu. Válce malého průměru však lze používat s ohledem na tuhost pouze při menších šířkách válcovaného materiálu a drsný povrch válců není vhodný pro dokončovací operace, protože by se tím porušil povrch vývalku. Z této úvahy vyplývá nutnost válcování menšími úběry, ve více válcovacích operacích. S výhodou se volí počáteční operace s velkým úběrem při méně kvalitním povrchu vývalku a koncové operace s malým úběrem.

2.2. Tvar a geometrie válců, válcovací tratě

  Tvar a velikost pracovních válců může být rozmanitý. Pracovní válce mohou být buď válcové nebo válcové s kuželovým zakončením a nebo mezi kotouči, zvanými „hřibové válce“. Po vlastním procesu válcování musí následovat kalibrace rozměrů, jakosti struktury a povrchu a tvaru a ta je vždy závislá na tvaru konečného polotovaru.


Válce s kuželovým zakončením a hřibové válce

  Hlavní výrobní jednotkou je válcovací trať, což je ucelený soubor strojů, potřebných k válcování. Válcovacími tratěmi tedy rozumíme seskupení různého počtu válcovacích stolic (seskupení hladkých nebo kalibrovaných válců ve stolici s příslušenstvím) do výrobních linek v počtu od jedné do dvanácti i více. Tratě pro hrubé předvalky mají obyčejně počet válcovacích stolic nízký, úběry velké a počet operací se provádí opakováním proběhů při stálém seřizování válcovací mezery. Tratě pro jemné předvalky a vývalky mají počet válcovacích stolic větší a každá stolice je seřízena pro jednu operaci. Zařízení válcovacích tratí se dělí na základní a na pomocná zařízení (pohyb materiálu, ohřev, dělení, rovnání, apod.)

Válcovací tratě se dají rozdělit podle těchto hledisek:

  • podle konstrukce válcovací stolice a počtu válců ve stolici na duo, trio, kvartu, mnohoválcové stolice, planetové stolice a speciální stolice,
  • podle druhu vývalků a průměru pracovních válců na stolice pro výrobu drátů, plechů, univerzální, hrubé, střední, …,
  • podle způsobu otáčení válců na jednosměrné a zpětné
  • a podle uspořádání válcovacích stolic na tratě nad sebou nebo vedle sebe, průběžné.

2.3. výroba polotovarů válcováním

  Válcováním lze vyrábět velké množství polotovarů rozmanitých tvarů. Mezi základní patří profily, plechy, dráty, trubky.

2.3.1. Válcování drátů

  Dráty se válcují na speciálních válcovacích tratích za tepla, které jsou kontinuální, nepřetržité.

2.3.2. Válcování plechů

  Plechy se válcují ve válcovacích stolicích s hladkými válci z plochých předvalků. Nejprve se válcuje napříč, aby se dosáhlo potřebné šířky plechu a potom se plech otočí o 90o a válcuje se podélně. Tím se dosáhne stejnoměrné tloušťky a rovnoměrnějších vlastností materiálu v podélném i příčném směru válcování. Vyrábějí se jak plechy tlusté, tak i tenké. Hranicí jsou 4 mm. Plechy mohou být pocínované, pozinkované, poolověné nebo lakované. Válcování za studena se používá pro výrobu plechů s hladkým povrchem a velkou přesností, i když výchozím polotovarem jsou pásy válcované za tepla. Hlubokotažné plechy jsou plechy s dobrými mechanickými vlastnostmi, např. převálcované za studena.

2.3.3. Válcování profilů

  Profily různých tvarů a rozměrů se válcují na profilových válcovacích stolicích. Válcovaný materiál prochází postupně kalibry, které se zmenšují, aniž se válce k sobě přibližují. Poslední kalibr má tvar požadovaného profilu. Válcují se jak profily kruhové, čtyřhranné, šestihranné, atd., tak tyče různých profilů jako I, U, L, kolejnice atd.

2.3.4. Válcování trubek

  Trubky (bezešvé) se také vyrábějí převážně válcováním. Rozměry trubek jsou dány jejich průměrem a tloušťkou stěny. Podle použité výrobní technologie rozdělujeme trubky z hlediska válcování na válcované za tepla a za studena, redukované za tepla a za studena a podle provedení na hladké, závitové, s tvarovými konci, atd. Jejich výrobu můžeme rozdělit zhruba do dvou základních operací:

  • výroba dutých polotovarů s velkou tloušťkou stěny pomocí kosého nebo příčného válcování na dvou nebo tříválcích - děrování a válcování polotovarů,
  • zpracování těchto polotovarů na trubky poutnickým nebo klasickým způsobem válcování děrovaného polotovaru (redukce průměru, prodloužení), kalibrace rozměrů.
  Rozeznáváme několik technologických způsobů výroby bezešvých trubek:
  Nejčastěji se děruje polotovar kosým válcováním (základ Mannesmannova a Stiefelova způsobu výroby), při kterém dochází v důsledku jednosměrného stlačení materiálu (vznik velkých tahových napětí) k rozrušení materiálu ve středu polotovaru a k posunu částic materiálu ze středu průřezu ven směrem k obvodu,  který se zvětšuje a tím dochází k tvorbě vnitřních trhlin, tedy k děrování. Díra má nepravidelný tvar a proto se kalibruje trnem kvůli hladkému povrchu. Úhel natočení válců není velký, bývá kolem 3 až 7o. Úhel sklonu válců se během tváření nemění, ale mění se pouze vzdálenost mezi válci, aby se dosáhlo potřebné deformace, potřebného smáčknutí. Děrovací trny mají jednoduchý tvar. Stupeň deformace není velký, poměr tloušťky stěny dutého předvalku a hotové trubky bývá kolem 5,5 až 7,3.


Princip kosého válcování trubek – Mannesmanův způsob, Stiefelův způsob(vpravo)

  K další redukci průměrů a ke zvětšení délky se používá tzv. poutnická stolice. Válcuje se opět na trnu (tyči), jehož průměr odpovídá průměru trubky a délka je větší, než je délka vyválcovaného děrovaného polotovaru, přičemž dochází k redukci vnějšího i vnitřního průměru děrovaného polotovaru. Při válcování se vývalek osově posouvá, částečný návrat je proveden nuceným pohybem. Tím dochází k válcování po přítržích nebo krocích odkud má též stolice název. Na povrchu vývalku válcovaných na poutnické stolici jsou znát nepatrné povrchové vlnky ve vzdálenosti válcovacího kroku. Počet otáček je závislý na průměru trubky a platí, že pro menší průměry je větší (od 50 do 150 min-1). Za dobu jedné otáčky se materiál posune do záběru v rozsahu zhruba 10 až 35 mm a velikost posuvu závisí na velikosti a tloušťce trubky.

  Vlastní výrobní a technologický proces je rozdělen do tří hlavních částí (i když celkový výrobní proces má mnohem více operací) a to na:

  • výrobu dutého polotovaru
  • válcování dutého předvalku na hotovou trubku
  • a poslední operací je kalibrace a chlazení


Schéma válcování na poutnické stolici

  Spojité válcování trubek je výhodné z hlediska vysokých rychlostí válcování, z hlediska jednoduchého výrobního postupu, možnosti válcovat trubky o malé tloušťce stěn (2 mm) a konečná jakost povrchu je velmi dobrá. Nevýhodou je potřeba velkých zásob trnů a válců a můžeme válcovat pouze trubky malých rozměrů (do 150 mm průměru). Linka se skládá z ohřevu, děrovacího dvouválce s poutnickou stolicí nebo tříválce s vlastní vícestojanovou válcovací stolicí, se stolicí pro vytahování trnů a z ochlazení.


Tříválcová stolice s detailem tvaru válce

  Válcování na tratích s tříválcovou stolicí (Asselův způsob), kdy kuželové válce jsou vzájemně mimoběžné a šikmo umístěné pod úhlem 10 až 15o, umožňuje měnit stupeň příčné deformace a to změnou úhlu sklonu válců. Kužele plní následující funkce: kužel 1 je záběrový nebo také zaváděcí kužel, kužel 2 je válcovací kužel, který provádí podstatnou část deformace, kužel 3 je rozválcovací, kalibrační kužel, který vyhlazuje povrch a kalibruje vnější průměr, kužel 4 je výstupní kužel.

  Tratě s příčnými válci, kotouči – Diescherův způsob válcování trubek se používají pro trubky menších rozměrů - 50 až 150 mm, s malými tloušťkami stěn – kolem 3 mm s velmi dobrou jakostí povrchu. Válcovací stolice má dva pracovní mimoběžné válce, které válcují podle kosého principu. Mezi tyto válce jsou ve svislé rovině uloženy dva kotouče, které se otáčejí napříč a napomáhají tak tváření.


Válcovací trať s příčnými válci

 Výroba trubek děrováním na tlačné válcovací stolici je nový způsob výroby trubek (označovaný jako PPM), kdy však musí následovat buď poutnická stolice nebo Stiefelův způsob kalibrace. Výhodou je možnost děrovat čtvercové polotovary.


Schéma výroby trubek děrováním

2.3.5. Válcování kotoučů a kroužků

  Kroužky a kotouče se rovněž vyrábějí válcováním na speciálních válcovacích jednoúčelových strojích. To se v podstatě provádí dvěma dvojicemi kruhových nebo kuželových válců, které upravují protilehlé plochy průřezů. Během válcování se vzdálenost trnů nuceným způsobem mění, profil kroužku se zmenšuje a průměr se zvětšuje. Tvar válců je profilován dle požadavků na konečný tvar výrobku. Dochází zde ke zhutňování materiálu bez porušení vláknité textury.

 

2.4. Speciální způsoby válcování

2.4.1. Příčné klínové válcování

  Válcováním lze vyrábět též speciální strojní a hutní výrobky. Například tzv. příčné klínové válcování (Holubova metoda). Používá se pro výrobu předkovků, vývalků, ale i pro výrobu polotovarů rotačních tvarů v konečné kvalitě. Polotovar je a nebo může být indukčně ohřát a posunut do tvářecího stroje. Maximální průměr vývalku je 40 mm, délka 320 mm, výkon je 10 až 20 kusů za minutu. Tímto způsobem se vyrábějí např. osy šlapek jízdních kol.


Příčné klínové válcování (a – princip, b – vývalek)

2.4.2. Válcování kuličkových polotovarů

  Válcování kuličkových předvalků kosým válcováním válci se šroubovicovým profilem z tyče. Kuličkové předvalky jsou určeny pro další výrobu kuliček pro kuličková ložiska. Vysoká přesnost kuliček je dána tvářením za studena, dochází zde ke zpevnění materiálu a k jeho pěchování. V poslední profilové části válců dojde k ustřižení kuličky od zbytku tyče.


Válcování kuličkových polotovarů

2.4.3. Válcování závitů

  Zvláštním případem válcování je výroba tvářených závitů. Závity lze válcovat jedním, dvěma nebo třemi kotouči opatřenými negativem reliéfu požadovaného závitu. Nástroj se při odvalování postupně zatlačuje do polotovaru, přičemž postupuje i osově podle stoupání závitu. Zatlačování je vyvozeno hydraulikou. Tvářené závity mají vyšší únosnost, nežli závity vyráběné obráběním, nedochází k porušení vláknité textury a při tváření za studena dochází ke zlepšení mechanických vlastností v důsledku zpevňování.

  Následující speciální způsoby technologie válcování jsou metody, které se dají zařadit i mezi technologii kování. První z nich je válcování výkovků (vývalků), kdy se požadovaný tvar získá tvářením na kovacích válcích, na kterých je několik tvarových segmentů. Druhou metodou je metoda Slick-Mill (tváření kývavým pohybem), která se používá pro výrobu rotačních výkovků.

 

2.4.4. Válcování na kovacích válcích

  Při válcování na kovacích válcích se dosahuje velkého stupně deformace tvářeného materiálu a probíhá nejčastěji na několik průchodů. Výroba předkovků na kovacích válcích je 5krát rychlejší, než na bucharech. Spojením kovacích válců se svislými nebo vodorovnými kovacími lisy představuje velmi výkonnou kovací jednotku.

 

2.4.5. Válcování metodou Slick-Mill

  Metoda Slick-Mill je v podstatě založena na kombinaci hydraulického lisu s válcováním. Spodní rotační zápustka je vyplňována tvářeným kovem za působení tlaku horního rotujícího disku. Vývalek rotačního tvaru obvykle velkého průměru) je zhotoven na tomto zařízení za 60 až 80 s.>


Vlevo - Princip a postup kování na kovacích válcích           Vpravo - Tváření pomocí metody Slick-Mill

.: Jdi na začátek stránky :.