background image

 

 
 
 
 

 

5. PODSTAWOWE PARAMETRY WALCOWANIA 

 

5.1. Cel ćwiczenia 

 

Zapoznanie się z technologią walcowania i sposobami określania podstawowych 

parametrów tego procesu. 

 

5.2. Wprowadzenie 

 

5.2.1 Charakterystyka procesu walcowania 

 
W procesie walcowania żądany kształt przedmiotu otrzymuje się za pomocą 

odkształcenia plastycznego materiału, wywołanego przez obracające się walce. Czasami 
zamiast walców stosuje się tarcze stożkowe lub skośne.  

 

 

 

Rys. 5.1. Schemat walcowania wzdłużnego 

 

Rozróżniamy trzy zasadnicze rodzaje walcowania: walcowanie wzdłużne, poprzeczne i 

skośne. Przy walcowaniu wzdłużnym (rys. 5.1) odkształcenie dokonuje się między dwoma 
walcami o osiach równoległych, obracającymi się w przeciwnych kierunkach. Na skutek 
tarcia, jakie występuje między walcami a metalem, zostaje on wciągnięty między walce i 
odkształcony. Początkowa wysokość walcowanego metalu  h

o

 zmniejsza się do wysokości h

1

natomiast  długość i szerokość powiększają    się, przy czym zwykle długość powiększa się 
znacznie więcej niż szerokość i z tego powodu poszerzenie często się pomija. Metal 
walcowany otrzymuje ruch prostoliniowy, prostopadły do osi walców, w tym samym 
kierunku następuje jego największe wydłużenie. 

Za pomocą walcowania wzdłużnego otrzymuje się około 90% wszystkich wyrobów 

walcowanych. Walcowanie poprzeczne i skośne stosuje się przy produkcji rur. 

 

104

background image

 

5.2.2. Parametry procesu walcowania  

 
Do głównych parametrów wpływających na technologię walcowania należą: gniot, 

poszerzenie, wydłużenie i wyprzedzenie. W celu umożliwienia ich określenia przyjmuje się 
następujące oznaczenia: 
h

o

  -  wysokość (grubość) pasma przed walcowaniem (przepustem), 

b

0

  -  szerokość pasma przed walcowaniem, 

l

0    

-  długość pasma przed walcowaniem, 

h

1   

  

wysokość pasma po walcowaniu, 

b

1   

-  szerokość pasma po walcowaniu,  

l

1    

-  długość pasma po walcowaniu, 

S

0   

-   powierzchnia przekroju pasma przed walcowaniem. 

S

1

  -  powierzchnia przekroju pasma po walcowaniu. 

 

                                                        S

0 =

 h

b

0

  

 

   

 

 

     (5.1) 

 

                                                  S

1 =

 h

1

 b

1

 

 

 

 

 

     (5.2)    

 
W dalszych rozważaniach przyjmować się  będzie,  że objętość metalu w czasie 

walcowania nie ulega zmianie, czyli  

 

                                V

  = V

1

                     

 

      

      ( 5.3 ) 

 

Jest to tzw. „zasada stałej objętości”, znajdująca całkowite potwierdzenie w praktyce.   

Wyrażając objętość odkształcanego materiału przed odkształceniem i po odkształceniu za 

pomocą jego podstawowych wymiarów, otrzymuje się:  

 

              V

0

 = h

0  

b

0

  l

0

        ;           V

 = h

 b

1

 l

1

     

 

             ( 5.4 ) 

 

Wykorzystując równanie stałej objętości można zapisać  
 

   h

 b

0

 l

0

  =  h

1

 b

1

 l

1

  

  czyli            

1

0

1

0

1

0

1

=

l

l

b

b

h

h

 

  (5.5) 

 

Zmiany odpowiednich liniowych wymiarów będzie się określać wielkością współczynnika 
odkształcenia. 
Podstawowe określenia parametrów walcowania: 
gniot - jest to liniowe zmniejszenie wymiarów przedmiotu odkształconego pod działaniem  
            siły ściskającej w kierunku jej działania  
 

           

1

0

1

<

=

γ

h

h

                               współczynnik gniotu                    

            (5.6) 

 

            

 h = h

0

 -h

1  

                           gniot bezwzględny                                            (5.7) 

 

           

0

h

h

wh

=

ε

                                 gniot względny       

                                   (5.8) 

 

105

background image

 

         

wh

h

G

ε

100

=

                            gniot względny procentowy                             (5.9) 

 

           

0

1

ln

h

h

h

=

ε

                                 gniot rzeczywisty                                          (5.10) 

 

poszerzenie - jest to przyrost szerokości przedmiotu w każdym procesie przeróbki 
                           plastycznej, powodujący powiększenie szerokości 
 

           

1

0

1

=

β

b

b

                              współczynnik poszerzenia                              (5.11) 

 

             

 b = b

1

 - b

0

                            poszerzenie bezwzględne                              (5.12) 

 

            

0

b

b

wb

=

ε

                                  poszerzenie względne                                  (5.13) 

 

                  

wb

b

G

ε

100

=

                             poszerzenie względne  procentowe               (5.14) 

 

           

0

1

ln

b

b

b

=

ε

                                 poszerzenie rzeczywiste                                (5.15) 

 

wydłużenie    -   oznacza przyrost długości przerabianego plastycznie przedmiotu 
 

           

1

1

0

1

>

=

=

λ

S

S

l

l

o

                        współczynnik  wydłużenia                             (5.16) 

 

            

l  =  l

1

 - l

0

                               wydłużenie bezwzględne                              (5.17) 

 

           

0

1

0

0

S

S

S

l

l

wl

=

=

ε

                   wydłużenie względne                                   (5.18) 

 

            

1

0

0

1

ln

ln

S

S

l

l

l

=

=

ε

                       wydłużenie rzeczywiste                               (5.19) 

 

            

wl

l

G

ε

100

=

                               wydłużenie względne procentowe                (5.20) 

 

             

S = S

o

 -S

1

                                ubytek przekroju bezwzględny                    (5.21) 

 

            

0

1

0

S

S

S

q

=

                                ubytek przekroju względny                         (5.22) 

 

            

%

100

%

0

1

0

=

S

S

S

q

                 ubytek przekroju względny procentowy      (5.23) 

 

106

background image

 

            

n

c

S

S

0

=

λ

                                całkowity stopień przeróbki plastycznej           (5.24) 

 

             

δ

w

b
h

=

                                współczynnik kształtu                                      (5.25) 

 
W procesie walcowania można wyrazić współczynnik wydłużenia w dowolnym 

przepuście w zależności od różnych wielkości 

 

0

0

1

1

0

1

0

1

0

υ

υ

λ

h

l

l

b

b

h

h

S

S

=

=

=

=

                                                       (5.26) 

 

gdzie:  

0

υ

 prędkość wejściowa metalu, 

    

h

υ

 prędkość wyjściowa metalu. 

 
Dla określenia stopnia odkształcenia w całym cyklu walcowania  (za pomocą 

współczynników wydłużenia w kolejnych przepustach) wprowadzono pojęcie współczynnika 
całkowitego wydłużenia 

 

n

sr

n

n

n

n

c

S

S

S

S

S

S

S

S

λ

λ

λ

λ

λ

λ

=

=

=

=

....

....

3

2

1

1

3

2

2

1

1

0

0

                     (5.27) 

 

n

n

sr

S

S

0

=

λ

                                                            (5.28) 

 

gdzie

λ

śr

  - średni współczynnik wydłużenia,  

    n    -  ilość przepustów. 
 
Wielkości współczynnika wydłużenia 

λ

śr

  dla poszczególnych rodzajów procesów 

walcowania są różne i zależne od kształtu wykroju, od konstrukcji walcarek i mocy napędu. 
 Przykładowo: 
1.  w walcowniach wstępnych           

λ

śr

 = 1,12 - 1,25, 

2.  w walcowniach bruzdowych  

 

λ

śr

 = 1,3  - 1,6, 

3.  w walcowniach  blach cienkich ciągłych na gorąco stosuje się                                
        

 

 

 

 

λ

śr

 = 1,6. 

W celu określenia ilości przepustów dla danego rodzaju walcowania, znając 

λ

śr 

, n 

wylicza się ze wzoru 

 

sr

n

λ

S

S

n

log

log

log

0

=

                                              (5.29) 

 
 
 

 

107

background image

 

5.2. 3. Warunek chwytu 

 
Aby pasmo mogło być wprowadzone między walce, jego grubość powinna być w 

pewnym stosunku do średnicy walców oraz do odległości między nimi. Ze względu na 
symetrię wystarczy rozpatrywać siły w odniesieniu do jednego walca. W chwili zetknięcia się 
metalu z walcem  (np. górnym, rys. 5.2) w punkcie A walec ciśnie na pręt siłą N prostopadłą 
do zarysu walca. Wskutek obrotu walca i pod wpływem siły  N wystąpi w punkcie A siła 
tarcia styczna do obwodu walca i skierowana zgodnie z kierunkiem obrotu. Pasmo zostanie 
uchwycone przez walce jeżeli: 

 

2

2

B

N

F

T

H

H

+

>

+

                                              (5.30) 

 

gdzie: - siła spowodowana ruchem obrotowym samotoku podającego, 
          - siła bezwładności. 
 

 

 

Rys. 5.2. Zależności pomiędzy kątem chwytu i kątem tarcia: a) w momencie chwytu metalu 

przez walce, b) przy ustalonym procesie walcowania 

 

Ponieważ T

 = T cos  

α

 ;           N

 = N sin 

α

 

 

więc                     T cos 

α

 + 

F

2

  >  N  sin 

α

 + 

B

2

                                     ( 5.31 ) 

oraz          

 

         

α

α

cos

2

F

B

Ntg

T

+

>

                                          ( 5.32 ) 

 

Przyjmując 

T = 

µ

 N 

 
  otrzymuje się  

 

                                                 

α

α

µ

cos

2N

F

B

tg

+

>

                                               (5.33 ) 

 

108

background image

 

Jeśli nie ma siły zewnętrznej  F, a siłę bezwładności  B można pominąć, to warunek 

chwytu pasma przy walcu przyjmie postać:  

 

  

µ

 > tg 

α

              

                                     ( 5.34 ) 

 

albo wyrażając współczynnik tarcia 

µ

 przez kąt tarcia 

ρ

 czyli 

µ

 = tg 

ρ

 otrzyma się tg 

ρ

 > tg 

α

 

i ostatecznie:   

 

ρ

 > 

α

                     

                                       ( 5.35 ) 

 
Dla chwytu pasma przez walce konieczne jest więc, aby kąt tarcia 

ρ

 był większy od kąta 

chwytu 

α

Z powyższych rozważań można poczynić, odnośnie chwytu pasma przez walce, 

następujące uwagi:  
1.  Walcowane pasmo będzie tym łatwiej chwytane przez walce, im większa jest siła  F 

(zewnętrzna, np. wywołana prędkością samotoku) wepchnięcia do walców. 

2.  Przy takiej samej średnicy walców i wysokości pasma - im gniot jest mniejszy, tym 

mniejszy jest kąt chwytu i tym łatwiej następuje uchwycenie metalu przez walce. 

3.  Wielkość  kąta chwytu zależna jest od średnicy walca. 

Z rys. 5.3 widać,  że im średnica walca jest mniejsza, 
tym (przy niezmienionej wysokości pasma) kąt chwytu 
jest większy. 

Rys. 5.3. Zależność pomiędzy 

kątem chwytu, gniotem i 

średnicą walców 

4.  Chwyt pasma przez walce jest utrudniony przy 

temperaturach wyższych, gdyż w zakresie przeróbki 
plastycznej stali na gorąco współczynnik tarcia maleje 
ze wzrostem temperatury. 

5.  Z podwyższeniem temperatury wzrasta plastyczność 

walcowanego metalu. Jeżeli więc wprowadzi się 
gorące pasmo w walce z pewną prędkością 

υ nadaną 

mu przez samotok, wówczas początek pasma ulega 
łatwemu odkształceniu, co ułatwia chwyt, gdyż 
zmniejsza się kąt 

α. 

6.  Im większa jest prędkość obwodowa walców, tym 

pasmo trudniej jest przez nie chwytane, a zatem 
zwiększenie prędkości walcowania zmusza do stosowania mniejszych gniotów. 
Z powyższych uwag wynika, że wielkość dopuszczalnego chwytu zależy od bardzo wielu 

czynników. Ogólne zależności pomiędzy wielkością gniotu a średnicą walców wyprowadza  
się na podstawie rys. 5.3.: 

 

R

OD

OA

OD =

=

α

cos

                                       (5.36) 

oraz       

 

2

h

R

DB

OB

OD

=

=

  

 

             (5.37) 

 

109

background image

 

skąd  

D

h

R

h

R

h

R

=

=

=

1

2

1

2

cos

α

                           (5.38) 

 
Im większa jest zatem średnica walców, tym większy jest kąt chwytu (przy tym samym 

gniocie). Wynika z tego, że im mniejsza jest średnica walców, tym trudniej pasmo jest przez 
nie chwytane.  

Z przekształcenia powyższych wzorów wynika: 

h = D (1-cos 

α

), a ponieważ kąt chwytu 

α

 może być co najwyżej równy kątowi tarcia, zatem można napisać: 

 

h

max

 = D (1-cos 

ρ

)                                           (5.39) 

 
Równanie to określa maksymalny dopuszczalny gniot. 
Maksymalne kąty chwytu stosowane w praktyce w zależności od rodzaju walcowania 

podaje tablica 5.1. Maksymalny kąt chwytu, jaki można stosować przy danym rodzaju  
walców i danej średnicy, nazywa się granicznym kątem chwytu. 

 

Tablica 5.1. 

Graniczne kąty chwytu w zależności od rodzaju walcowania 

 
 

Rodzaj walcowania 

 

Współczynni

tarcia 

µ

 

 

Maksymalny

kąt chwytu 

α 

Maksymalny 

stosunek 

R

h

 

walcowanie na gorąco: 
kęsiska ( na walcach z 
napawaniami)  

 

0,45 

÷ 0,62 

 

24 

÷ 32 

1

5

1
3

÷

 

 

kęsy 

 

0,36 

÷ 0,47 

 

20 

÷25 

1

8

1

7

÷

 

 

blachy 

 

0.27 

÷ 0.36 

 

15 

÷ 20 

1

14

1

8

÷

 

walcowanie na zimno: 
na walcach gładkich 

 

0,09 

÷ 0,18 

 

÷10 

1

130

1

33

÷

 

na walcach z dobrze 
szlifowaną  
beczką 

 

0,05 

÷0,09 

 

÷ 5 

1

350

1

250

÷

 

 

5.3. Pomoce i urządzenia 

 

•  walcarka duo,  

•  próbka klinowa, 

•  próbka o zmiennej szerokości, 
•  suwmiarka. 

 

5.4. Instrukcja do ćwiczenia 

 

•  uruchomić walcarkę, 

 

110

background image

 

•  przeprowadzić próbę pomiaru kąta chwytu, 

•  przewalcować próbkę o zmiennej szerokości, 

•  zmierzyć uzyskane wymiary próbek, 
•  sporządzić sprawozdanie. 

 

5.5. Sprawozdanie  

 

1.  Pomiar kąta chwytu 

Tablica 5.2. 

Kąt chwytu materiału przez walce 

Pomiar   Prześwit Kąt chwytu Kąt tarcia  Średnica 

walców 

Graniczny 
kąt chwytu 

Gniot 
maksymalny 

1. 

  

 

 

  

2. 

  

 

 

  

3. 

  

 

 

  

 

2.   Pomiar parametrów walcowania 

Tablica 5.3. 

Podstawowe parametry walcowania 

Pomiar 
 

h

0

l

0

b

0

h

1

b

1

l

1

λ

 

β

 

γ

 

1. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 
 

Literatura 

 

[23,24,27,34,36,37,38,40] 
  
 
 

 

111