Rollen, Metall
Das Walzen ist ein entscheidender Prozess für die industrielle Messerproduktion. Was rollt? Warum rollen? Bitte überprüfen Sie es unten.
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Rollen, Metall
ein Mittel zum Druckformen von Metallen und Metalllegierungen durch Komprimieren der Metalle zwischen rotierenden Walzen. Die Rollen, die im Allgemeinen eine zylindrische Form haben, sind entweder glatt oder mit Vertiefungen (Durchgängen) versehen, die Rillen bilden, wenn zwei Rollen zusammenkommen.
Aufgrund des kontinuierlichen Betriebs des Prozesses ist das Walzen das effizienteste Verfahren, um den Gegenständen die erforderlichen Formen zu verleihen. Während des Walzens erfährt das Metall im Allgemeinen eine signifikante plastische Kompressionsverformung, die die Zerstörung der ursprünglichen Gussstruktur und die Bildung einer flacheren und enger gekörnten Struktur beinhaltet; Dadurch wird die Qualität des Metalls verbessert. Das Walzen dient nicht nur dazu, die Form des Metalls zu ändern, sondern auch, seine Struktur und Eigenschaften zu verbessern.
Das Walzen basiert wie andere Verfahren der Druckformgebung auf der Duktilität von Metallen. Man unterscheidet zwischen Warm-, Kalt- und Warmwalzen. Die meisten Walzerzeugnisse (Knüppel, Händler und Bleche, Rohre, Kugeln) werden durch Warmwalzen bei Anfangstemperaturen von 1000 bis 1300 ° C für Stahl, 750 bis 850 ° C für Kupfer und 600 bis 800 ° C für Messing hergestellt. 350–400 ° C für Aluminium und seine Legierungen, 950–1100 ° C für Titan und seine Legierungen und etwa 150 ° C für Zink. Beim Kaltwalzen werden hauptsächlich Bleche und Bänder mit einer Dicke von weniger als 1,5 bis 6 mm sowie Präzisionsprofile und -rohre hergestellt. Warmgewalztes Metall wird später kaltgewalzt, um glattere Oberflächen und bessere mechanische Eigenschaften zu erzielen. Das Kaltwalzen wird auch wegen der Schwierigkeit des Erhitzens und schnellen Abkühlens von Gegenständen verwendet. Das Warmwalzen wird im Gegensatz zum Kaltwalzen bei einer etwas erhöhten Temperatur durchgeführt, um die Härtung (Kaltumformung) des Metalls während der Verformung zu verringern.
In besonderen Fällen werden Metalle im Vakuum oder in einer neutralen Atmosphäre gewalzt, um die Oberfläche des Metalls vor Oxidation zu schützen.
Die drei Hauptwalzmethoden sind Längs-, Quer- und Rotationswalzen (schräg). Beim Längswalzen (Abbildung 1 a) wird das Metall durch Rollen verformt, die normalerweise parallel zueinander verlaufen und sich in entgegengesetzte Richtungen drehen. Die Reibung zwischen den Walzenoberflächen und dem Metall zieht das Metall durch den Spalt zwischen den Walzen, so dass das Metall plastisch verformt wird. Längswalzen ist weitaus häufiger als bei den beiden anderen Methoden.
Das Querwalzen (Abbildung 1, b) und das Rotationswalzen (schräg) (Abbildung 1, c) werden nur zur Behandlung von Rotationsfeststoffen verwendet. Beim Intransversalwalzen wird das Metall einer Rotationsbewegung relativ zu seiner Achse ausgesetzt und somit in Querrichtung bearbeitet. Beim Rotationswalzen wird dem Metallkörper zusätzlich zur Rotationsbewegung eine Translationsbewegung entlang seiner Achse durch schräges Positionieren der Walzen verliehen. Wenn die Translationsgeschwindigkeit des Metalls geringer als die Umfangsdrehgeschwindigkeit ist, wird der Walzvorgang als Querdrehwalzen bezeichnet; Wenn die Translationsgeschwindigkeit größer ist, wird der Vorgang als Längsrotationswalzen bezeichnet. Das Querwalzen wird zum Bearbeiten von Verzahnungen und anderen Teilen und das Rotationswalzen zum Herstellen von nahtlos gewalzten Rohren, Kugeln, Achsen und anderen Rotationskörpern verwendet (Abbildung 2). Das Längsrotationswalzen wird für die Herstellung von Bohrern verwendet.
Beim Längswalzen nimmt die Höhe des Metallquerschnitts mit dem Übergang des Metalls zwischen den Walzen ab, wobei Länge und Breite zunehmen (Abbildung 3). Der Höhenunterschied der Metallquerschnitte vor und nach dem Walzen wird als lineare (absolute) Reduzierung bezeichnet. Δh = h0 - h1. Das Verhältnis dieses Wertes zur ursprünglichen Höhe h0, ausgedrückt als Prozentsatz 100 & Dgr; / h0, wird als prozentuale Verringerung bezeichnet, die normalerweise zwischen 10 und 60 Prozent pro Durchgang liegt, aber bis zu 90 Prozent betragen kann. Die Zunahme der Länge des Metalls ist durch das Reduktionsverhältnis gekennzeichnet - das Verhältnis der Länge des Metalls nach dem Verlassen der Walzen zur ursprünglichen Länge. Die Verformung des Metalls relativ zur Breite des Querschnitts wird als Spreizen bezeichnet - der Unterschied zwischen der Breite des Querschnitts vor und nach dem Walzen. Die Ausbreitung nimmt mit der Verringerung, dem Rollendurchmesser und dem Reibungskoeffizienten zwischen dem Metallgegenstand und der Oberfläche der Rollen zu.
Der Bereich zwischen den Walzen, in dem das Werkstück in direkten Kontakt mit den Walzen kommt, wird als Verformungszone bezeichnet. Hier wird das Metall reduziert. Die kleinen Bereiche, die an beide Seiten der Verformungszone angrenzen, werden als kontaktlose Verformungszonen bezeichnet. In diesen Zonen wird das Metall nur geringfügig verformt. Die Verformungszone besteht aus zwei Hauptabschnitten: der Nachlaufzone oder der Schlupfzone auf der Einlaufseite, in der die Geschwindigkeit des Metalls geringer ist als die horizontale Komponente der Umfangsgeschwindigkeit der Walzen, und der Vorschubzone oder der Vorschubzone von Druckseitiger Schlupf, bei dem die Geschwindigkeit des Metalls relativ größer ist. Somit ist die Austrittsgeschwindigkeit des Werkstücks aus den Walzen 2 bis 6 Prozent größer als die Umfangsgeschwindigkeit der Walzen. Die Grenze zwischen diesen Zonen wird als neutraler Querschnitt bezeichnet. In der Nachlaufzone sind die Reibungskräfte von den auf das Werkstück einwirkenden Walzen in Austrittsrichtung, während sie in der Vorschubzone der Austrittsrichtung entgegengesetzt sind.
Das Einfangen des Metalls durch die Walzen und die Stabilität des Prozesses resultieren aus den Reibungskräften, die an der Kontaktfläche zwischen dem Metall und den Walzen auftreten. Damit die Erfassung erfolgt, darf der Tangens des Bisswinkels α - der Winkel zwischen den von den Rollachsen zu den Punkten A und B ausgedehnten Strahlen (siehe Abbildung 3) - den Reibungskoeffizienten nicht überschreiten: tan α ≤ μ. Wenn keine sehr glatte Oberfläche erforderlich ist, wird die Oberflächenrauheit den Walzen hinzugefügt, um den Bisswinkel und damit den Zugwinkel zu erhöhen.
In der Praxis betragen die Bisswinkel beim Warmwalzen mit glatten Walzen 20 bis 26 °, beim Warmwalzen mit gekerbten Oberflächen 27 bis 34 ° und beim Kaltwalzen mit einem Schmiermittel 2 bis 6 °.
Die Kraft auf die Walzen während des Walzens wird bestimmt, indem die Fläche der Kontaktfläche mit der mittleren spezifischen Kraft P = F × pm multipliziert wird. Die spezifische Kraft verteilt sich ungleichmäßig auf die Kontaktflächen: Das Maximum liegt in der Nähe des neutralen Querschnitts
und nimmt in den Richtungen des Eintritts und des Austritts ab. Bei Walzbändern mit rechteckigem Querschnitt wird die Kontaktfläche nach der Formel berechnet 
, wobei r der Radius der Rolle ist. Beim Kaltwalzen von Bändern ist die tatsächliche Kontaktfläche groß, da die Walzen an den Kontaktpunkten mit dem Metall elastisch zusammengedrückt werden.
Die mittlere spezifische Kraft, die auch als normale Lagerspannung bezeichnet wird, hängt von vielen Faktoren ab und kann durch die Formel pm = n1n2n3σ ausgedrückt werden. Wobei n1 der Spannungskoeffizient des Metalls ist, der hauptsächlich vom Verhältnis der Länge des Bissbogens - dem Bogen zwischen den Punkten A und B am Umfang des Walzenquerschnitts (Abbildung 3) - zu abhängt die mittlere Dicke und Breite des gewalzten Bandes, den Reibungskoeffizienten und das Strecken des gewalzten Metalls (das Strecken wird beim Kaltwalzen häufig angewendet); n2 ist der Koeffizient, der die Auswirkung der Walzgeschwindigkeit berücksichtigt; n3 ist der Koeffizient, der den Effekt der Kaltumformung des Metalls berücksichtigt; und σ ist die Streckgrenze (Widerstand gegen Verformung) des Metalls bei der im Walzprozess verwendeten Temperatur. Der Koeffizient n1 ist der wichtigste und variiert stark - von 0,8 bis 8 - abhängig von den oben genannten Faktoren. Dieser Koeffizient steigt mit zunehmenden Reibungskräften an den Kontaktflächen und abnehmender Dicke des Werkstücks. In praktischen Berechnungen wird n3 beim Warmwalzen als 1 und n2 als 1 Incold-Walzen angenommen.
Bei Kohlenstoffstählen liegt die mittlere spezifische Kraft beim Warmwalzen im Bereich von 100 bis 300 Newton pro m2 (10 bis 30 Kilogramm Kraft pro mm2) und im Bereich von 800 bis 1.500 Newton pro m2 (80 bis 150 Kilogramm Kraft pro mm2). beim Kaltwalzen. Die resultierenden Kräfte auf die Walzen unter den gebräuchlichsten Walzbedingungen sind parallel zu einer Linie gerichtet, die die Achsen der Walzen verbindet, dh vertikal (Abbildung 4).
Die Beziehung zwischen der Kraft P und dem Moment M, die für die Drehung jeder Rolle erforderlich ist, wird durch die Formel M = P (a + ρ) angegeben, wobei a der Kraftarm P ist, der im Bereich (0,35–0,5) liegt. 
ist der Radius des Reibungsumfangs der Wälzlager, der gleich dem Reibungskoeffizienten des Lagers multipliziert mit dem Radius des Lagerzapfens ist. Die auf eine Walze einwirkende Kraft beim Walzen von Stahldraht und Stahlbändern variiert zwischen etwa 200 und 1000 Kilonewton (kN), dh zwischen 20 und 100 Tonnen Kraft; Die Kraft in Walzblechen von 2 bis 2,5 m Breite beträgt 30 bis 60 MN (3.000 bis 6.000 Tonnen Kraft). Das Moment, das zum Drehen beider Walzen beim Walzen von Stahldraht und kleinen Abschnitten erforderlich ist, variiert zwischen 40 und 80 kNm (4 bis 8 Tonnen Kraftm), und das für das Walzen von Brammen und breiten Blechen erforderliche Moment erreicht 6.000–9.000 kNm (600) –900 Tonnen-Kraft-m).
