Технология прокатки

Введение 
 

1 

Министерство образования и науки Российской Федерации 
Сибирский федеральный университет 
 
 
 
 
С. Б. Сидельников, И. Л. Константинов, Д. С. Ворошилов 
 
 
ТЕХНОЛОГИЯ 
ПРОКАТКИ 
 
 
 
Рекомендовано УМО РАЕ по классическому университетскому и техническому образованию в качестве учебника для 
магистров высших учебных заведений по направлению 
22.04.02 «Металлургия» (протокол № 447 от 07 октября 2015 г.) 
 
3-е издание, дополненное и переработанное 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Красноярск 
СФУ 
2016 

Технология прокатки 
 

2 

УДК 621.771(07)  
ББК  34.621я73 
         С347 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Сидельников, С. Б. 
С347   
Технология прокатки : учебник / С. Б. Сидельников, И. Л. Константинов, Д. С.   Ворошилов. – 3-е изд., доп. и перераб. – Красноярск : Сиб. федер. ун-т, 2016. – 180 с.
ISBN 978-5-7638-3402-4 
 
 
Приведены основные положения технологии продольной прокатки  металлов и 
сплавов, примеры расчетов режимов обжатий при горячей и холодной листовой и сортовой прокатке, алгоритмы программ, использование которых облегчает многовариантные расчеты, а также методики расчета технологических параметров процессов 
прокатки, совмещенной с операцией прессования. 

Предназначен для магистров направления 22.04.02 «Металлургия», а также аспирантов специальности 05.16.05 «Обработка металлов давлением». 
 
 
Электронный вариант издания см.: 
http://catalog.sfu-kras.ru 
УДК 621.771(07) 
ББК  34.621я73 
 
ISBN 978-5-7638-3402-4                                                            © Сибирский федеральный  
                                                                                              университет, 2016 

Введение 
 

3 

К 80-летию со дня рождения 
Франца Сабиновича Гилевича 
 
 
 
Посвящается светлой памяти автора первых изданий кандидата технических наук, профессора, заведующего кафедрой обработки металлов 
давлением  
 
Франца Сабиновича Гилевича 
 
  

Технология прокатки 
 

4 

Франц Сабинович Гилевич родился 26 июня 1934 года на Украине. 
 В 1964 году Ф. С. Гилевич в составе первого выпуска инженеровобработчиков с отличием окончил Красноярский институт цветных металлов и золота и стал ассистентом кафедры обработки металлов давлением. 
После защиты в 1974 году кандидатской диссертации по листовой прокатке 
цветных металлов и сплавов получил ученое звание доцента, несколько лет 
работал заместителем декана и деканом технологического факультета,             
а с 1987 по 1992 год был заведующим кафедрой обработки металлов давлением. К этому времени он накопил богатый опыт учебной и научноисследовательской работы и в 1993 году был избран на должность профессора этой же кафедры. 
   Ф. С. Гилевич подготовил более 200 инженеров, в числе которых 
более 10 директоров, главных инженеров и специалистов, успешно работающих на предприятиях города, края и всей страны. Он был руководителем специализации «Обработка цветных металлов и сплавов давлением». 
С педагогической деятельностью Франц Сабинович совмещал выполнение  большого объема научных работ. Под его руководством впервые 
в нашей стране проведены теоретические и экспериментальные исследования технологии непрерывного прессования металлов методом Конформ, 
его учениками защищены две кандидатские диссертации, изготовлены            
и внедрены на металлургических заводах несколько промышленных установок. Работа по этому научному направлению отмечена на ВДНХ СССР 
двумя серебряными и одной бронзовой медалями. Большое народнохозяйственное значение имели результаты выполненных под руководством            
Ф. С. Гилевича научных исследований, проводимых по заданию СО АН СССР 
на Кольчугинском, Артемовском, Туимском заводах по обработке цветных 
металлов, а также Красноярском металлургическом заводе. 
Францем Сабиновичем Гилевичем разработано 5 учебных и 20 методических пособий, опубликовано более 100 научных трудов, получено           
20 авторских свидетельств и патентов на изобретения. Он является автором первого и второго изданий учебного пособия «Теория и технология 
прокатки». 
   Активная научно-педагогическая и общественная деятельность          
Ф. С. Гилевича отмечена званием «Почетный профессор Академии цветных 
металлов и золота», почетными грамотами, медалями «Ветеран труда», «За 
доблестный труд» и нагрудными знаками «За отличные успехи в работе», 
«Почетный работник высшего профессионального образования России». 
 
 
 
 

Введение 
 

5 

 
 
  ВВЕДЕНИЕ  

 
 
Для определения деформационных и энергосиловых 
параметров процессов обработки металлов давлением и выбора соответствующего оборудования необходимы навыки решения конкретных технологических задач. В данном учебнике подробно изложены основные сведения и 
методики расчета технологических режимов продольной прокатки и совмещенных процессов с использованием операции прокатки для обработки 
цветных и черных металлов и их сплавов. 
Учебник составлен в соответствии с программой дисциплины «Технология прокатки», предназначенной для подготовки магистров по направлению 22.04.02  «Металлургия».  
Научная база  для инженерных расчетов операций прокатки была 
создана трудами многих ученых [1–21], среди которых такие  исследователи, 
как  Б. П. Бахтинов, С. И. Берман, В. Н. Выдрин, А. П. Грудев, Б. Б. Диомидов, Л. Б. Злотин, А. В. Зиновьев, В. И. Зюзин, А. А. Королев, А. И. Колпашников,  А. М. Когос, Н. В. Литовченко, Г. С. Никитин, П. И. Полухин,           
А. И. Рудской, В. С. Смирнов, В. К. Смирнов, Д. И. Суяров, И. Я. Тарновский, 
В. В. Третьяков, А. И. Целиков, А. П. Чекмарев, С. Н. Черняк, В. А. Шилов, 
М. М. Штернов и другие. 
Содержательная часть учебника включает разделы по листовой              
и сортовой прокатке, а также продольной прокатке, совмещенной с прессованием. 
В каждой главе есть краткие сведения по технологическим расчетам 
и даны формулы для решения задач. Стереотипность упражнений позволяет 
с помощью преподавателя после решения первой задачи перейти к самостоятельному решению следующих, а затем, воспользовавшись приведенными алгоритмами и программами, выполнить индивидуальную комплексную работу по определению деформационных режимов прокатки. 
Основные справочные данные, используемые при расчетах, помещены         
в приложениях. 
В третьем издании приведены описание технологических схем прокатки листовой и сортовой стали и краткие сведения по особенностям технологии прокатки цветных металлов и их сплавов.  
Материалы первых двух изданий использовались в течение ряда лет 
при обучении студентов на кафедрах обработки металлов давлением Красноярского института цветных металлов, входящего в настоящее время          
в состав Сибирского федерального университета, и Уральского политех

Технология прокатки 
 

6 

нического института, входящего в настоящее время в состав Уральского 
федерального университета. 
Авторы благодарны за помощь при подготовке данного учебника           
к печати преподавателям и аспирантам кафедры обработки металлов давлением Института цветных металлов и материаловедения Сибирского         
федерального университета  Н. Н. Довженко, Е. В. Иванову, Ю. Д. Дитковской, Р. И. Галиеву и др. 

Г л а в а  1.  Основы технологических расчетов прокатки 
 

7 

 
Г л а в а  1 
  ОСНОВЫ  ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ   
  РАСЧЕТОВ  ПРОКАТКИ 

 
 
1.1. Технологические параметры прокатки 
 
Основы теории  прокатки необходимы для практического применения при проектировании процессов обработки цветных        
металлов и сплавов, а приведенные формулы для расчета формоизменения 
и энергосиловых параметров – при определении режимов обжатий прокатки 
листов, полос и лент [22, 23]. 
Для характеристики пластического деформирования металла при 
прокатке используют величины, называемые коэффициентами деформации 
[1]. Пространство, ограниченное сверху и снизу дугами захвата, боковыми 
гранями полос и плоскостями входа и выхода металла из валков, называют 
геометрическим очагом (зоной) деформации. Процесс прокатки обеспечивается наличием сил трения, действующих между поверхностями валков          
и металла, при этом необходимо знать условие захвата металла валками. 
При прохождении металла между валками прокатного стана толщина 
hi–1 уменьшается до hi, а ширина bi–1 и длина Li–1 соответственно увеличиваются до bi  и Li, где i – номер прохода. 
Разность между толщиной металла до прокатки и после прокатки называется абсолютным обжатием: 

1
i
i
i
h
h
h
−
Δ
=
−
. 

Отношение абсолютного обжатия к первоначальной толщине 

1

1

i
i

i

h
h
h

−

−

−
 называется относительным обжатием (ε). 

Величина 

1

i

i

h
h −

 называется коэффициентом обжатия (η). 

Разность между шириной после прокатки b1 и шириной до прокатки 
bi–1 называется абсолютным уширением (Δbi), т. е. 
 

1.
i
i
i
b
b
b −
Δ
=
−
 
 

Отношение 

1

i

i

b
b −
называется коэффициентом уширения (β), а 
1
i

i

L
L

−  – 

коэффициентом вытяжки (λ). 

Технология прокатки 
 

8 

Исходя из закона постоянства объема Vi–1 = Vi  имеем: 

1
1
1
1
1
i
i
i
i

i
i
i
i

V
h b L
V
h
b
L
−
−
−
−

⋅
⋅
=
=
⋅
⋅
, 

 
или  

η ⋅ β ⋅ λ = 1. 

Отсюда 
1
1
i

i

F
F

−
λ =
=
η⋅β
, где Fi–1, Fi – соответственно, площадь попе
речного сечения заготовки до и после прокатки. 
Суммарной вытяжкой λ∑ между двумя отжигами называется произведение частных вытяжек за n проходов от отжига до отжига: 

0
1
2
3...
.
n
n

F
F
λ ⋅λ ⋅λ
λ =
 

Обжатие Δh связано с диаметром валков D и углом захвата α следующим уравнением: 

(
)
1
cos
.
h
D
Δ =
−
α  

Длина дуги захвата при горячей прокатке определяется по формуле 

д
,
L
R
h
=
⋅Δ
 

где R – радиус валка. 
Угол 
захвата 
можно 
найти 
по 
следующему 
выражению: 

cos
1
,
h
D
Δ
α = −
 или в радианах  
h
R
Δ
α =
. 

Условие захвата металла валками: 
а) в начальный период 
    μ ≥  tg α, где μ – коэффициент трения (прил. 1); 
б) при установившемся процессе 
    μ ≥  tg(α/2). 
Масса слитка (заготовки) определяется как произведение объема V0 
на плотность металла или сплава γ, т. е. 

0
0
0
0
G
V
h b
L
=
⋅γ =
⋅
⋅
⋅γ , 

где γ – плотность металла или сплава (прил. 2). 
Геометрический фактор формы деформации при прокатке определяется как отношение длины дуги захвата к средней толщине полосы, выраженной в виде среднеквадратичной или среднеарифметической величины: 

Г л а в а  1.  Основы технологических расчетов прокатки 
 

9 

д

0
1

L
R h
z
h
h
h

Δ
=
=
⋅
 или   

0
1

2 R h
z
h
h
Δ
=
+
. 

Для расчета уширения предложено достаточно большое количество 
эмпирических и полуэмпирических формул. Из них наиболее простыми и 
дающими результаты, сопоставимые с производственными, являются следующие: 
В. П. Бахтинова – 

1
1,15
,
2
2

i
i

i

h
h
b
R h
h −

Δ
⎛
Δ
⎞
Δ =
Δ −
⎜
⎟
μ
⎝
⎠
 

где μ – коэффициент трения между металлом и валками; 
С. Зибеля –   

1
,
i

i

h
b
R h
h −

Δ
Δ = ψ
Δ
 

где  ψ – показатель трения, зависящий от температуры и марки прокатываемого металла (прил. 3). 
Из аналитических формул наиболее достоверные значения дает формула 

1
1
,
i
i
b
b

θ
−θ
−
=
λ
 

где θ – показатель уширения, определяемый по графику (рис. 1.1). 
Опережением при прокатке называют такое явление, при котором 
скорость металла, выходящего из валков, больше окружной скорости валков [1], т. е. 

100 %,
iV
V
S
V
−
=
⋅
 

где Vi  – скорость металла на выходе из валков; V – окружная скорость валков. 
Опережение можно определить экспериментальным путем, для чего 
измеряют расстояние между метками на полосе Ii и длиной окружности 
валка I0 и производят расчет по формуле  

0

0
100 %.
iI
I
S
I
−
=
⋅
 

С достаточной степенью точности опережение также можно определить по формуле 

2,

i

R
S
h
=
γ
 

где γ – угол (в радианах), характеризующий положение критического сечения 

Технология прокатки 
 

10 

1
.
2
2
⎛
⎞
α
α
γ =
−
⎜
⎟
β
⎝
⎠
 

Здесь β – угол трения, численно равный коэффициенту трения μ. 

 
Рис. 1.1. Графики для определения показателя уширения: 1 – z = 0÷1; 2 – z = 1,1÷1,5;  
3 – z = 1,6÷2,0; 4 – z = 2,1÷2,5; 5 – z = 2,6÷3,0; 6 – z = 3,1÷3,5 
 
Коэффициент опережения находят по выражению 

2
1
.

i

R
h
ξ = +
γ  

Входная скорость металла в валки определяется по формуле 

0
,
V
R
ξ
=
ω
λ
 

где 
V
R
ω =
 – угловая скорость вращения валков, рад/с. 

Так как 
,
30
n
π
ω =
скорость 
.
30
nR
V
π
=
 Здесь n – скорость вращения вал
ков, об/мин. 
Выходная скорость металла из валков определяется по формуле  
.
iV
V
R
=
ξ = ω ξ