Politechnika Lubelska              Laboratorium obróbki plastycznej              Rok akademicki 2003/2004

1. Wstęp teoretyczny

Walcowanie to sposób obróbki plastycznej, w którym następuje zgniatanie materiału obracającymi się walcami a siły tarcia pomiędzy walcami i materiałem powodują równocześnie jego przemieszczanie. Ze względu na kierunek ruchu materiału rozróżnia się:

•   walcowanie wzdłużne,

•   walcowanie poprzeczne,

•   walcowanie skośne.

W walcowaniu wzdłużnym materiał wykonuje wyłącznie ruch postępowy a walce o osiach wzajemnie równoległych obracają się w przeciwnych kierunkach. Warunkiem walcowania jest tgr > tga, gdzie p to współczynnik tarcia pomiędzy walcami a materiałem, a to kąt chwytu zawarty pomiędzy osią walca i materiałem.

Rysunek l. Schemat wzdłużnego walcowania materiału

Walcowanie poprzeczne charakteryzuje się tym, że materiał wykonuje dzięki walcom ruch obrotowy a walce o osiach równoległych obracają się w zgodnym kierunku. Ta metoda przeznaczona jest do walcowania np. wielo wypustów, gwintów zewnętrznych.

W walcowaniu skośnym, służącym głównie do otrzymywania tulei, materiał wykonuje ruch śrubowy a walce o osiach wzajemnie skośnych obracają się w zgodnych kierunkach.

Do podstawowych parametrów wpływających na technologię walcowania należą:

•   gniot,

•   poszerzenie,

•   wydłużenie,

•   wyprzedzenie.

W walcownictwie przyjmuje się następujące oznaczenia:

h0 - wysokość pasma przed walcowaniem,

b0 - szerokość pasma przed walcowaniem,

10 - długość pasma przed walcowaniem,

h1 - wysokość pasma po walcowaniu,

b1 - szerokość pasma po walcowaniu,

11- długość pasma po walcowaniu,

S0 - powierzchnia przekroju pasma przed walcowaniem,

S1 - powierzchnia przekroju pasma po walcowaniu.

Gniot to wskaźnik liczbowy odkształcenia materiału określający zmniejszenie
grubości walcowanego materiału od h0 do h1 jakie następuje w czasie przepustu,
czyli jednorazowego przejścia materiału między walcami. Rozróżnia się:
·   gniot bezwzględny              Dh = h0 – h1
·   gniot względny (jednostkowy)                          eh = Dh / h0

Poszerzeniem jest wskaźnik liczbowy odkształcenia określający zwiększenie szerokości od b0 do b1. Wyróżnia się poszerzenie bezwzględne Db = b1 - b0, jak i poszerzenie względne eb = Db / b0.

Wydłużenie to wskaźnik liczbowy odkształcenia określający zwiększenie długości walcowanego materiału od l0 do l1. Analogicznie rozróżnia się wydłużenie bezwzględne Dl = l1 – l0, jak i wydłużenie względne e1 = Dl /10.

W procesie walcowania zachodzi w kotlinie walcowniczej zjawisko wyprzedzania, które przy walcowaniu blach i taśm ma bardzo duże znaczenie. Pasmo walcowane wchodzące w strefę odkształcenia ma prędkość mniejszą od prędkości obwodowej walców. Stwierdzono doświadczalnie, że pasmo opuszczające walce ma większą prędkość niż wynosi prędkość obwodowa walców. W takim razie na łuku AB (łuku styku) istnieje co najmniej jeden punkt (może być strefa), w którym prędkość walcowanego metalu jest równa prędkości obwodowej walców. Takie miejsce nazywa się punktem podziału, kąt d wyznaczający położenie punktu podziału na łuku styku nazywa się kątem podziału. Zamiast linii podziałowej występuje tzw. strefa przylepiania się materiału do walca.

Wobec tego można stwierdzić, że od miejsca wejścia
pomiędzy walce aż do strefy przylepiania się materiał porusza się wolniej niż
walce, a za obszarem przylepiania się - prędzej od nich. Obszar w którym
występuje zjawisko opóźniania się materiału, nazywamy strefą opóźnienia a
obszar, w którym występuje zjawisko wyprzedzania, nazywamy strefą
wyprzedzania.

Wyprzedzanie względne Sw określa się za pomocą zależności: Sw=(Vh - V)×/V, gdzie Vh to prędkość metalu opuszczającego walce, V to prędkość obwodowa walców. Ponieważ określenie prędkości metalu opuszczającego walce sprawia pewne trudności, równanie przekształcone następująco:

S=[(Vh -V)×t]/V×t=(Lh - L)-L, gdzie Lh to długość pasma otrzymanego za jednym obrotem walców Lh = Vh×t, L to obwód walca L=p×D, t = 60/n to czas potrzebny na wykonanie jednego obrotu, n to liczba obrotów walców na l min.

Odległość Lh jest mierzona między dwoma zagłębieniami wygniecionymi na walcowanym paśmie przez ostrą wypukłość napawaną na obwodzie walca.

Wartość nacisku P da się określić wzorem:

P = [Kp1×(b1 – b0)×9,81×(R×Dh)1/2]/2×hw [N], gdzie Kp1 - średnie zastępcze naprężenie odkształcenia plastycznego w kN/mm2, h×w - sprawność procesu walcowania, R - promień walca roboczego w mm.

Rysunek 2. Strefa opóźnienia i wyprzedzenia przy walcowaniu

Wyrażając   objętość   odkształcanego   ciała   przed   odkształceniem   i   po odkształceniu za pomocą jego podstawowych wymiarów otrzymuje się:

V0 = h0b0l0 i V1 = h1b1l1 skąd po wykorzystaniu równania stałej objętości uzyskuje się h1b1l1 / h0b0l0 = l (*). Wprowadzając oznaczenia:

              · h1/h0 = lh< l              współczynnik gniotu

              · b1/b0 = lb> l              współczynnik poszerzenia

                            · l1/l0 = l1>l                            współczynnik wydłużenia
i podstawiając je do wzoru (*) otrzymuje się lhlbl1 = 1.

Stosuje się także następujące pojęcia:

•   ubytek bezwzględny przekroju              DS = S0 – S1

•   ubytek względny przekroju              DS/S0 = (S0 – S1)/S0

2. Przebieg ćwiczenia

Przed przystąpieniem do ćwiczenia zmierzono otrzymaną próbkę. Następnie zbliżono do siebie walce na odległość obliczoną h1.

Do badania otrzymaliśmy próbkę ołowianą o następujących wymiarach:

h0 = 3,9mm

b0 = 30,8mm

l0 = 157mm

3.Wyniki

              m=0,16

tgr=0,16

r=a

...