Стан периодической прокатки

Продукцией таких станов являются профили сложной формы с переменным сечением диаметром 50—300 мм на определённой длине проката, например, ступенчатые или конические валы, оси или полуоси, торсионные валы и другие детали автомобилей. Ранее такие изделия получали ковкой, штамповкой или путём обточки на токарных станках с большой трудоёмкостью и большим расходом металла на припуски и в стружку^[3][4]. Для изготовления полых изделий, в основном труб, также применяют станы периодической прокатки, в частности, пилигримовые станы.

Процесс периодической прокатки заключается в деформации предварительно нагретой до 900—1000 °С заготовки круглого сечения в прокатных валках конической или дискообразной формы, изменяющих своё положение по мере движения металла. Технологически такой процесс относится к поперечно-винтовой прокатке с передним осевым натяжением, которое имеет целью изменение напряжённо-деформированного состояния в осевой зоне заготовки с целью исключения осевой рыхлости и центрального разрушения, а также улучшение условий осевого захвата заготовки^[5][6].

Прокатные клети могут быть двух-, трёх- или четырёхвалковыми; в последнем случае возможно использование только двух приводных валков при периодической прокатке относительно простых профилей. Наиболее часто используется прокатка в трёхвалковых клетях, причём валки развёрнуты относительно оси прокатки на угол подачи 3—6°. Положение валков изменяется при помощи гидравлических нажимных устройств, синхронно приближая валки к прокатываемой заготовке либо удаляя их от неё. Программа перемещения валков задаётся специальной копировальной линейкой. Таким образом, в процессе прокатки, по мере изменения межвалкового зазора в сочетании с осевым растяжением при помощи гидравлического патрона (тянущей каретки), образуется готовый профиль переменного сечения. Скорость перемещения прокатываемой заготовки в таком стане достигает 10 м/мин^[3][4][5].

Кроме поперечно-винтовых станов периодической прокатки, существуют и станы аналогичного назначения, но основанные на принципе продольной прокатки. По этой схеме два валка находятся не под углом к оси прокатки, а перпендикулярно ей и параллельно друг к другу. Получение периодических профилей при этом обеспечивается либо сведением и разведением валков в соответствии с программой прокатки (аналогично технологии винтовой прокатки), либо использованием валков с переменным радиусом при постоянном межосевом расстоянии.

Разновидностью второго способа является деформация заготовки в ковочных вальцах (вальцовка), когда на валках закреплены деформирующие калибры в виде бандажей или секторов с переменным радиусом. Отличие заключается в том, что вальцовка основана на прерывистом (с остановками) движении ковочных вальцов. Эта технология предпочтительна для получения профилей ограниченной длины в несколько проходов в многоручьевых валках, что позволяет максимально приблизить форму профиля заготовки к готовому изделию^[3].

Исследования технологии периодической прокатки и создание соответствующих станов были начаты в СССР в институте ЦНИИТМАШ ещё в конце 1940-х гг. В дальнейшем в СССР (до 1991 г.) и в России разработкой станов периодической прокатки занимались, главным образом, ВНИИМЕТМАШ и Электростальский завод тяжёлого машиностроения (ОАО «ЭЗТМ»). Типовыми проектами являлись станы 10, 20, 50, 70, 80, 100, 150 и 250 (эти числа обозначают диаметр прокатываемой заготовки). Станы малых размеров работают в машиностроении, более крупные — на металлургических заводах^[4][6].

Одним из примеров промышленного использования такого оборудования стал трёхвалковый стан 250 Днепровского металлургического комбината в Днепродзержинске (ныне Каменское). Здесь выпускали крупные заготовки осей для железнодорожного транспорта широкой колеи диаметром 140—250 мм и длиной 2200—2600 мм из заготовок диаметром 230—300 мм и длиной 800—2000 мм^[6].

Важными достоинствами такой технологии являются её относительная простота и возможность непрерывной работы, поскольку переход с одного профилеразмера на другой не требует остановки стана для перевалки^[3]. Кроме того, обеспечивается значительная экономия металла (до 30 %) за счёт исключения дополнительной механической обработки, сокращения парка кузнечно-прессового оборудования и станочного парка, уменьшения их металло- и энергоёмкости, а также повышения качества прокатанных изделий^[4][6].

Работы ВНИИМЕТМАШ в области прокатки периодических профилей под руководством академика Александра Целикова были отмечены в 1984 г. Ленинской премией, а в 1978 г. за создание агрегата 250 для производства осей железнодорожного транспорта была присуждена Государственная премия^[7]