Прокатно-прессово-волочильное производство

В учебном пособии изложены вопросы теории и технологии процессов прокатки, прессования и волочения 
металлов. Рассмотрен порядок технологических расчетов и приведены примеры расчетов получения длинномерных изделий методами прокатки, прессования и волочения. Даны задачи для самостоятельной работы, 
а также вопросы и задания для самопроверки. 

SIBERIflfl FEDERAL UfWERSITY 

И. Л. Константинов 
С. Б. Сидельников 
Е. В. Иванов 

ПРОКАТНО-ПРЕССОВО-ВОЛОЧИЛЬНОЕ 
ПРОИЗВОДСТВО 

У ч е б н о е 
п о с о б и е 

Введение 
 

1 

Министерство образования и науки Российской Федерации 
Сибирский федеральный университет 
 
 
 
 
 
 
 
 
И. Л. Константинов 
С. Б. Сидельников 
Е. В. Иванов 
 
ПРОКАТНО-ПРЕССОВО-ВОЛОЧИЛЬНОЕ  
ПРОИЗВОДСТВО 
 
 
Рекомендовано Федеральным государственным автономным 
образовательным учреждением высшего профессионального 
образования «Национальным исследовательским технологическим университетом «МИСиС» в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся 
по направлению подготовки «Металлургия» (рег. № 3037        
от 29.05.2015) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Красноярск 
СФУ 
2015 

Прокатно-прессово-волочильное производство 
 

2 

УДК 621.778(07) 
ББК 34.622я73 
        К65 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Константинов, И. Л. 
К65  
Прокатно-прессово-волочильное производство : учеб. пособие / 
И. Л. Константинов, С. Б. Сидельников, Е. В. Иванов. – Красноярск : 
Сиб. федер. ун-т, 2015. – 80 с. 
ISBN 987-5-7638-3310-2 
 
В учебном пособии изложены вопросы теории и технологии процессов 
прокатки, прессования и волочения металлов. Рассмотрен порядок технологических расчетов и приведены примеры расчетов получения длинномерных изделий 
методами прокатки, прессования и волочения. Даны задачи для самостоятельной 
работы, а также вопросы и задания для самопроверки. 
Предназначено для студентов, обучающихся по направлению подготовки 
бакалавров 22.04.02 «Металлургия» 
 
 
   Электронный вариант издания см.: 
           http://catalog.sfu-kras.ru 
УДК 621.778(07) 
ББК 34.622я73
 
ISBN 978-5-7638-3310-2                                                              © Сибирский федеральный  
                                                                                                университет, 2015 

Введение 
 

3 

 
ОГЛАВЛЕНИЕ 
 
ВВЕДЕНИЕ .......................................................................................................... 4 
 
1. ПРОКАТНОЕ  ПРОИЗВОДСТВО ................................................................. 6 
1.1. Очаг деформации и его параметры. Коэффициенты  
       деформации. Условия захвата полосы валками ................................... 6 
1.2. Нейтральный угол и соотношения между скоростями движения  
       металла и валков. Уширение и влияние на него внешних зон ......... 14 
1.3. Определение контактной площади прокатываемого металла  
       с валками. Среднее давление прокатки. Усилие прокатки ............... 17 
Задачи ............................................................................................................ 31 
Контрольные вопросы и задания ................................................................ 35 
 
2. ПРЕССОВОЕ  ПРОИЗВОДСТВО ............................................................... 37 
2.1. Сущность прессования .......................................................................... 37 
2.2. Показатели деформации при прессовании ......................................... 38 
2.3. Определение размеров заготовки для прессования ........................... 40 
2.4. Расчет составляющих полного усилия прессования. 
       Факторы, влияющие на усилие прессования ...................................... 44 
Задачи ............................................................................................................ 51 
Контрольные вопросы и задания ................................................................ 56 
 
3. ВОЛОЧИЛЬНОЕ  ПРОИЗВОДСТВО ......................................................... 58 
3.1. Сущность и виды волочения ................................................................ 58 
3.2. Показатели деформации при волочении. Основы составления  
       маршрута волочения проволоки. Получение проволоки  
       с заданными механическими свойствами ........................................... 59 
3.3. Определение силы и напряжения волочения при различных  
       вариантах технологического процесса. Факторы, влияющие  
       на силу волочения. Коэффициент запаса при волочении ................. 63 
Задачи ............................................................................................................ 70 
Контрольные вопросы и задания ................................................................ 72 
 
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ  СПИСОК ............................................................ 75 
 
ПРЕДМЕТНЫЙ  УКАЗАТЕЛЬ ........................................................................ 76 
 

Прокатно-прессово-волочильное производство 
 

4 

 
ВВЕДЕНИЕ 
 
 
Процесс обработки металлов давлением объединяет группу методов 
изготовления изделий, заготовок или полуфабрикатов, основанных на пластической деформации металлов. К числу основных видов, с помощью      
которых получают главным образом длинномерную продукцию, относят 
прокатку, прессование и волочение (ППВ). Теоретические основы ППВ,         
а также оборудование, инструмент и технологии для реализации этих видов являются предметом изучения дисциплины «Прокатно-прессововолочильное производство». 
Целью изучения дисциплины «Прокатно-прессово-волочильное производство» является знакомство с основами разработки технологических 
процессов получения полуфабрикатов из черных и цветных металлов           
и сплавов с помощью прокатки, прессования и волочения, включая расчеты энергосиловых параметров процессов, выбор основных операций, оборудования и инструмента. 
Изучение дисциплины «Прокатно-прессово-волочильное производство» позволит узнать: 
● понятия, термины и сущность операций ППВ, 
● принципы составления технологических процессов ППВ, 
● основное оборудование и инструмент, применяемые для процессов 
ППВ; 
приобрести умения:  
● по выбору и расчету необходимого оборудования, 
● оценке технических решений, обеспечивающих высокое качество 
продукции, 
● расчету основных параметров технологически процессов ППВ; 
получить навыки: 
● по выбору и режиму обработки материала исходя из условий его 
эксплуатации и комплекса предъявляемых требований, 
● пользованию нормативно-технологической документацией. 
В данном курсе также рассматривается характер протекания процессов деформирования заготовок при различных операциях в целях установления наиболее благоприятных соотношений между размерами и формой 
заготовок и получаемых изделий. 
Назначение представленного пособия – помочь студентам на практике глубже усвоить основы дисциплины «Прокатно-прессово-волочильное 

Введение 
 

5 

производство», развить у них инженерное мышление, подготовив к самостоятельному решению новых задач, возникающих в процессе изучения 
других специальных дисциплин технологической направленности, а также 
в процессе практической деятельности. 
Задачи составлены по всем разделам дисциплины, каждый из которых содержит перечень основных формул, а также необходимые для расчетов номограммы и справочные данные, и в конце каждого приведены 
примеры технологических расчетов изучаемых процессов ППВ. 
Пособие может быть использовано студентами для выполнения упражнений, домашних заданий и контрольных работ. 

Прокатно-прессово-волочильное производство 
 

6 

 
1. ПРОКАТНОЕ  ПРОИЗВОДСТВО 
 
 
1.1. Очаг деформации и его параметры.  
Показатели деформации. 
Условия захвата полосы валками 
 
Прокаткой называют процесс деформации металла, осуществляемый 
обжатием исходной заготовки между вращающимися валками с целью 
уменьшения поперечного сечения заготовки и придания ей заданной формы. 
 

 

Прокатка – это один из наиболее распространенных видов обработки металлов давлением. Широкое применение прокатки объясняется рядом ее преимуществ по 
сравнению с другими видами обработки давлением (прессование, волочение), а также высокой производительностью этого процесса при 
меньшей стоимости получаемых изделий. Существует много видов 
прокатки, и одним из наиболее распространенных видов является продольная прокатка в валках, имеющих гладкую бочку, с помощью которых получают плоский прокат 
(рис. 1.1). Этот вид прокатки и будет 
рассмотрен в дальнейшем. 

Рис. 1.1. Схема продольной прокатки  
в валках с гладкой бочкой: 1 – прокатный 
валок; 2 – плоский прокат 

Процесс прокатки называют простым, если соблюдаются следующие условия: оси валков параллельны и лежат в одной плоскости, валки 
имеют одинаковые диаметры и вращаются в разные стороны с одинаковыми окружными скоростями, прокатываемый металл однороден по своим 
механическим свойствам, и на него действуют только силы от валков. 
При плоской прокатке условимся называть прокатываемый металл 
полосой. Пространство, ограниченное сверху и снизу дугами захвата АВ, 
боковыми гранями полосы и плоскостями входа и выхода металла из валков, называется геометрическим очагом (зоной) деформации (рис. 1.2). 

1

2

Н0 

Н1 

1. Прокатное производство 
 

7 

Разность высот полосы при входе и выходе из валков называют        
абсолютным обжатием: ΔН = Н0 – Н1; разность между конечной и начальной шириной полосы – абсолютным уширением: ΔВ = В1 – В0. 
 

 
 
Рис. 1.2. Схема очага деформации при прокатке 
 
Дугу АВ, по которой валок соприкасается с металлом, называют дугой захвата, а горизонтальную проекцию этой дуги lд принимают за длину 
геометрического очага деформации. Углом захвата α называют центральный угол, соответствующий дуге захвата, и находят по уравнению 

cos α = 1 – ΔН/D. 

При небольших углах захвата (α = 10÷15°) можно считать, что             
α ≈ sin α, и тогда 

.
Н
R
Δ
α ≈
 

Горизонтальная проекция дуги захвата lд = R ⋅ sin α или из треугольника ABC в зависимости от обжатия (рис. 1.1) 
 

2

д
.
2
Н
l
R Н
Δ
⎛
⎞
=
Δ
+ ⎜
⎟
⎝
⎠
 

Н1 

Н0 

В1 

В0 

R 

В 
А 

С 

Е 

А 

Прокатно-прессово-волочильное производство 
 

8 

При малых углах захвата вторым членом подкоренного выражения 
можно пренебречь и величину длины дуги захвата с достаточной точностью для практических расчетов определять из равенства 

д
.
l
R Н
=
Δ
 

Если радиусы валков R1 и R2 существенно различаются, то длину зоны 
деформации определяют по выражению 

1
2
д
1
2

2
.
R R
l
Н
R
R
=
Δ
+
 

Для характеристики пластического деформирования металла при 
прокатке используют величины, называемые соответственно коэффициентами: вытяжки полосы λ = L1/L0; уширения (или обжатия по ширине)          
β = B1/B0; обжатия по толщине 1/η = H0/H1. 
Так как плотность материала при пластической деформации практически не изменяется, то и объем деформируемого тела остается неизменным. Поэтому произведение этих коэффициентов равно единице: 

1
1
1
1

0
0
0
0
1.
Н
В
L
V
Н
В
L
V
η⋅β⋅λ =
⋅
⋅
=
=
 

Для характеристики малой пластической деформации используют 
относительные величины: 

обжатия 
0
1

0
0
;
H
H
H
H

H
H
−
Δ
ε
=
=
 

уширения 
1
0

0
0
;
B
B
B
B

B
B
−
Δ
ε
=
=
 

удлинения 
1
0

0
0
.
L
L
L
L

L
L
−
Δ
ε =
=
 

Суммарный коэффициент вытяжки за n проходов рассчитывается 
как произведение частных коэффициентов вытяжек λi в каждом проходе: 

0
1
2 ...
.
n
n

F
F
Λ = λ ⋅λ ⋅
⋅λ =
 

Значения суммарного и среднего коэффициентов вытяжки при прокатке некоторых металлов и сплавов приведены в табл. 1.1. 
Процесс прокатки целесообразно разбить на ряд последовательно 
выполняемых периодов.