Металлопрокат — рациональная форма сечения

Как часто мы обращаем внимание на геометрическую форму стальных деталей, используемых в машиностроении, и осознаем важность формы?Значительно экономит материалы и трудозатраты при изготовлении деталей назначение рациональных форм сечения исходного материала. За последнее время стараются избегать массивных сечений, т.к. это увеличивает массу деталей машин и не очень сильно повышает их прочность и жесткость. Стремление к применению профильных и пустотелых сечений оптимальной формы в конструировании, позволяет экономить средства на обработку металла резанием. 

Применение рациональных форм пустотелого и профилированного сечения вместо массивного повышает прочность деталей на изгиб в 3,2—5,2 и жесткость — в 4,6—11 раз.

Металлопрокат — металлические изделия, изготавливаемые на прокатных станах методом горячей, теплой или холодной пластической деформации стальных заготовок. Прокатные клети, содержащие пары валков, сгруппированы в прокатные станы, которые могут быстро перерабатывать металлы такие как:

Черный прокат (сталь) — сплавы железа (Fe) с углеродом (C), с добавлением легирующих добавок.

Нержавеющий прокат — сплавы железа (Fe) с хромом (Cr), никелем (Ni), марганцем (Mg).

Цветной прокат — сплавы алюминия (Al), никеля (Ni), меди (Cu), магния (Mg), свинца (Pb), олова (Sn), цинка (Zn).

Сортамент металлопроката — классификация проката по профилю, т.е. по форме поперечного сечения. Наиболее популярны следующие варианты:

Листовой или плоский прокат: листовая и рулонная сталь, стальная лента.

Трубный прокат: стальная сварная, бесшовная, профильная труба.

Сортовой прокат: арматура, круг, полоса, квадрат, шестигранник, катанка.

Фасонный прокат: швеллер, двутавровая балка, уголок, профили, рельсы. Специальный фасонный прокат. Сюда относятся различные, узкоспециализированные профили, применяемые в сельском хозяйстве, промышленности и строительстве.

Художественный прокат металла для изготовления различных кованых изделий.

Прокатка — это один из процессов формовки металла, при котором материал (металлическая полоса) сжимается между двумя или более вращающимися валками, так что напряжение, ответственное за изменение формы материала, возникает только за счет напряжения сжатия. Основное преимущество в процессе прокатки производятся заданные поперечные сечения большой длины. Прокат изготовляют длиной: от 2 до 12 м — из углеродистой обыкновенного качества и низко- легированной стали; от 2 до 6 м — из качественной углеродистой и легированной стали; от 1,0 до 6 м — из высоколегированной стали.

Прокат классифицируют по температуре прокатываемого металла. Если температура металла выше температуры его рекристаллизации, то процесс известен как горячая прокатка. Если температура металла ниже температуры его рекристаллизации, процесс известен как холодная прокатка.

К сферам использования холоднокатаного проката относится строительство, автомобиле- и самолетостроение, многие отрасти промышленности, которые специализируются на изготовлении оборудования, станков и специальной техники. Холодная прокатка происходит при температуре металла ниже его температуры рекристаллизации (обычно при комнатной температуре), что увеличивает прочность за счет деформационного упрочнения до 20%. Это также улучшает чистоту поверхности и обеспечивает более жесткие допуски. Обычно холоднокатаные изделия включают листы, полосы, прутки — полученную продукцию, допуск точности которой измеряется в микронах.

Особенностями металлопроката, который произведен горячим способом, является достаточно большая толщина но больший допуск на точность конечного продукта: толщина от 4 — до 160 мм.

Металлопрокат также можно разделить на общий прокат и специальный прокат по характеристикам формирования материала (направление прокатки, калибровка, ковка).

Направление прокатки при получении профиля по отношению к направлению нагружения также существенно влияет на величину усталостной прочности.

Продольная прокатка означает, что рабочие валки вращаются в противоположном направлении, при этом продольная ось детали прокатки перпендикулярна оси валка. Продольная прокатка является наиболее распространенным методом металлопроката.

Поперечная прокатка — это метод прокатки металла, при котором два ролика вращаются в одном направлении, а прокатная деталь между ними вращается в противоположном направлении и параллельно оси ролика. Во время обработки вращающаяся часть подвергается давлению только в радиальном направлении. Этот тип прокатки используется для придания конической поверхности материалу. Он используется в производстве конических валов, листовых рессор и т. д. Методом поперечной прокатки получают, например, зубчатые колеса и звездочки цепных передач на специальных станках с зубчатыми валками.

Косая (винтовая) прокатка находится между продольной прокаткой и поперечной прокаткой. Два или три ролика вращаются в одном направлении с их продольным пересечением или перекосом; прокатная деталь находится между вращением вокруг своей оси, при этом деформируясь и двигаясь вперед. Косая прокатка в основном используется для прошивки и прокатки бесшовных труб. Этот тип процесса прокатки используется для изготовления шарикоподшипников. В этом процессе металл проходит через ролик специальной конструкции, а шарики подшипников выходят в виде готового продукта. Это очень удобный метод, который можно использовать при массовом производстве шарикоподшипников.

Калибровка — это процедура, которая повышает точность размеров проката и улучшает свойства поверхности.

Ковка проката — это производственный процесс, включающий формообразование металла с использованием локализованных сжимающих сил. Применяют  для улучшения качества и структуры металла. При проковке металл упрочняется, заполняются несплошности и размельчаются крупные кристаллы, в результате чего структура становится мелкозернистой, приобретает волокнистое строение.