Rotolamento, metallo
Il rotolamento è un processo cruciale per la produzione di coltelli industriali. Cosa sta rotolando? Perché rotolare? Si prega di controllare di seguito.
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Rolling, Metal
un mezzo di pressione che plasma i metalli e le leghe metalliche comprimendo i metalli tra i rotoli rotanti. I rotoli, di forma generalmente cilindrica, sono lisci o con depressioni (passaggi) che formano solchi quando due rulli si uniscono.
A causa del funzionamento continuo del processo, il rotolamento è il metodo più efficace per impartire le forme richieste. Durante il rotolamento, il metallo subisce generalmente una significativa deformazione plastica di compressione che comporta la distruzione di una struttura di fusione originale e la formazione di una struttura piatta e a grana più fine; la qualità del metallo è quindi migliorata. Quindi, il rotolamento serve non solo a cambiare la forma del metallo, ma anche a migliorarne la struttura e le proprietà.
Come altri metodi di modellatura a pressione, il rotolamento si basa sulla duttilità dei metalli. Viene fatta una distinzione tra laminazione a caldo, a freddo e a caldo. La maggior parte dei prodotti laminati (billette, mercanti e lamiere, tubi, sfere) sono prodotti per laminazione a caldo a temperature iniziali di 1000 ° -1300 ° C per acciaio, 750 ° -850 ° C per rame, 600 ° -800 ° C per ottone, 350 ° -400 ° C per alluminio e sue leghe, 950 ° -1100 ° C per titanio e sue leghe e circa 150 ° C per zinco. La laminazione a freddo è utilizzata principalmente per produrre fogli e strisce di spessore inferiore a 1,5-6 mm e sezioni e tubi di precisione. Il metallo laminato a caldo viene successivamente laminato a freddo per ottenere superfici levigate e migliori proprietà meccaniche. La laminazione a freddo viene anche utilizzata a causa della difficoltà di riscaldamento e raffreddamento rapido degli articoli. La laminazione a caldo, a differenza della laminazione a freddo, viene eseguita a una temperatura alquanto elevata per ridurre l'indebolimento (lavorazione a freddo) del metallo durante la deformazione.
In casi speciali, i metalli vengono fatti rotolare nel vuoto o in un'atmosfera neutra per proteggere la superficie del metallo dall'ossidazione.
I tre principali metodi di laminazione sono il rotolamento longitudinale, trasversale e rotatorio (in senso contrario). Nella laminazione longitudinale (Figura 1, a), il metallo è deformato da rulli, generalmente paralleli tra loro, che ruotano in direzioni opposte. L'attrito tra le superfici termiche e il metallo attira il metallo attraverso lo spazio tra i rulli in modo che il metallo si deformi plasticamente. Il rotolamento longitudinale è molto più comune degli altri due metodi.
La laminazione trasversale (Figura 1, b) e quella rotatoria (inclinata) (Figura 1, c) vengono utilizzate solo per trattare i solidi di rivoluzione. Rotolando trasversalmente, il metallo è soggetto a movimento rotatorio rispetto al suo asse e viene quindi lavorato nella direzione trasversale. Nel rotolamento rotatorio, oltre al movimento rotatorio, il movimento di traslazione viene impartito al corpo metallico lungo il suo asse attraverso il posizionamento in senso longitudinale dei rulli. Se la velocità di traslazione del metallo è inferiore alla velocità di rotazione circonferenziale, l'operazione di mantenimento viene chiamata laminazione trasversale; se la velocità di traslazione è maggiore, l'operazione si chiama rotazione longitudinale rotante. La laminazione trasversale viene utilizzata per lavorare i denti degli ingranaggi e altre parti e la laminazione rotante viene utilizzata nella produzione di tubi laminati senza saldatura, sfere, assi e altri solidi di rivoluzione (Figura 2). Il rotolamento longitudinale è utilizzato per le punte di trapano.
Nel rotolamento longitudinale, l'altezza della sezione trasversale del metallo diminuisce quando il metallo passa tra i rulli, mentre la lunghezza e la larghezza aumentano (Figura 3). La differenza delle altezze delle sezioni trasversali del metallo prima e dopo il passaggio tra i rulli è detta riduzione lineare (assoluta). Δh = h0 - h1. Il rapporto tra questo valore e l'altezza originale0, espresso in percentuale 100Δ / h0, è chiamato riduzione percentuale, che di solito va dal 10 al 60 percento per passata, ma può arrivare fino al 90 percento. L'aumento della lunghezza del metallo è caratterizzato dal rapporto di riduzione: il rapporto tra la lunghezza del metallo dopo l'uscita dai rulli alla lunghezza originale. La deformazione del metallo rispetto alla larghezza della sezione trasversale è detta diffusione - la differenza tra la larghezza della sezione trasversale prima e dopo il rotolamento. L'allargamento aumenta con la riduzione, il diametro del rullo e il coefficiente di attrito tra l'oggetto di metallo e la superficie dei rulli.
L'area tra i rulli in cui il pezzo viene a contatto diretto con i rotoli è chiamata zona di deformazione; è qui che il metallo è ridotto. Le piccole regioni adiacenti ad entrambi i lati della zona di deformazione sono chiamate noncontactzones di deformazione; in queste zone, il metallo è solo leggermente deformato. La zona di deformazione consiste di due rami superiori: la zona di ritardo, o zona di slittamento sul lato di entrata, in cui la velocità del metallo è inferiore al componente orizzontale della velocità circonferenziale dei rulli, e la zona di avanzamento, o zona di slittamento sul lato di consegna, in cui la velocità del metallo è relativamente maggiore. Pertanto, la velocità di uscita del pezzo in lavorazione dai rulli è dal 2 al 6 percento maggiore della velocità circonferenziale dei rulli. Il confine tra queste zone è chiamato la sezione trasversale neutra. Nel ritardo zonethe le forze di attrito dai rulli che agiscono sul pezzo in lavorazione sono nella direzione di uscita, mentre nella zona di avanzamento esse sono in opposizione alla direzione di uscita.
La cattura del metallo da parte dei rulli e la stabilità del processo derivano dalle forze di attrito che si formano sulla superficie di contatto tra il metallo e i rulli. Affinché si verifichi la cattura, la tangente dell'angolo di mordatura α-l'angolo tra il radiotestato dagli assi del rullo ai punti A e B (vedi Figura 3) -non deve superare il coefficiente di attrito: tan α ≤ μ. Quando non è richiesta una superficie liscia e regolare, la ruvidità della superficie viene aggiunta ai rulli per aumentare l'angolo di presa e, quindi, di pescaggio.
In pratica, gli angoli di presa sono 20 ° -26 ° nella laminazione a caldo con rotoli lisci, 27 ° -34 ° nella laminazione a caldo con superfici dentellate e 2 ° -6 ° nella laminazione a freddo con un lubrificante.
La forza sui rulli durante il rotolamento è determinata moltiplicando l'area della superficie di contatto per la forza specifica media P = F × pm. La forza specifica viene distribuita in modo irregolare sulle superfici di contatto: il massimo è vicino alla sezione neutra
e diminuisce nelle direzioni di entrata e uscita. Nei nastri laminati a sezione rettangolare, la superficie di contatto è calcolata dalla formula 
, dove r è il raggio del rotolo. Nel laminare a freddo delle bande, l'area di contatto effettiva è grande a causa della compressione elastica dei rulli nei punti di contatto con il metallo.
La forza specifica media, che è anche chiamata il normale stress del cuscinetto, dipende da molti fattori e può essere espressa dalla formula pm = n1n2n3σ. Dove n1 è il coefficiente dello stato di stress del metallo, che dipende principalmente dal rapporto tra la lunghezza dell'arco di mordente - l'arco tra i punti A e B sulla circonferenza della sezione trasversale del rotolo (Figura 3) - a lo spessore medio e la larghezza della banda laminata, sul coefficiente di attrito e sullo stiramento del metallo laminato (lo stretching è ampiamente utilizzato nella laminazione a freddo); n2 è il coefficiente che tiene conto dell'effetto della velocità di laminazione; n3 è il coefficiente che tiene conto dell'effetto della lavorazione a freddo del metallo; e σ è il punto di snervamento (resistenza alla deformazione) del metallo alla temperatura utilizzata nel processo di laminazione. Il coefficiente n1 è il più importante e varia ampiamente, da 0,8 a 8, a seconda dei fattori menzionati sopra. Questo coefficiente aumenta all'aumentare delle forze di attrito sulle superfici di contatto e diminuisce lo spessore del pezzo. Nei calcoli pratici, n3 è preso come 1 nella laminazione a caldo e n2 è preso come 1 rotolamento dell'incorporazione.
Per gli acciai al carbonio, la forza specifica media è compresa tra 100 e 300 newton per m2 (10-30 kg di forza per mm2) nel laminazione a caldo e tra 800-1.500 newton per m2 (80-150 chilogrammi di forza per mm2) nel rotolamento a freddo. Le forze risultanti sui rulli nelle condizioni più comuni di laminazione sono dirette parallelamente ad una linea che collega gli assi dei rulli, cioè verticalmente (Figura 4).
La relazione tra la forza P e il momento M richiesto per la rotazione di ogni rullo è data dalla formula M = P (a + ρ), dove a è il braccio di forza P, che è nell'intervallo (0,35-0,5) 
e ρ è il raggio della circonferenza di attrito dei cuscinetti a rotolamento, pari al coefficiente di attrito del cuscinetto moltiplicato per il raggio della trancatura del cuscinetto. La forza su un rotolo di filo di acciaio e nastri di acciaio varia da circa 200 a 1.000 kilonewton (kN), cioè da 20 a 100 tonnellate di forza; la forza nei laminati da 2 a 2,5 m di larghezza raggiunge da 30 a 60 MN (da 3.000 a 6.000 tonnellate di forza). Il momento necessario per la rotazione di entrambi i rotoli nel filo di acciaio laminato e di piccole sezioni varia da 40 a 80 kN-m (da 4 a 8 tonnellate-forza-m), e il tempo richiesto per laminare lastre e fogli larghi raggiunge 6.000-9.000 kN-m (600 -900 tonnellate-forza-m).
